Periadventitial Terapötik Uygulama ile Sıçan Karotis Arter Basınç Kontrollü Segmental Balon Yaralanması
Summary
Sıçan şahdamar balonu yaralanması, aterosklerotik damarlarda kan akışını geri kazanmak için yapılan klinik anjiyoplasti prosedürünü taklit eder. Bu model, arteriyel duvarı dağıtarak ve endotel hücrelerinin intimal tabakasını indirgeyerek arteriyel yaralanma yanıtını indükler, sonuçta yeniden şekillendirmeye ve intimal hiperplastik yanıta neden olur.
Abstract
Kardiyovasküler hastalık, kısmen ateroskleroz nedeniyle dünya çapında önde gelen ölüm ve sakatlık nedeni olmaya devam etmektedir. Aterosklerotik plak arterlerdeki ışıklı yüzey alanını daraltır, böylece organlara ve distal dokulara yeterli kan akışını azaltır. Klinik olarak stentli veya stentsiz balon anjiyoplasti gibi revaskülarizasyon işlemleri kan akışını geri getirmeyi amaçlamaktadır. Bu işlemler plak yükünü azaltarak kan akışını yeniden kursa da damar duvarına zarar verir ve bu da arteriyel iyileşme yanıtını başlatır. Uzun süreli iyileşme yanıtı arteriyel restenoza veya yeniden daralmaya neden olur ve sonuçta bu revaskülarizasyon prosedürlerinin uzun vadeli başarısını sınırlar. Bu nedenle, preklinik hayvan modelleri, restenoza yol eden patofizyolojik mekanizmaları analiz etmek için ayrılmaz bir bütün olandır ve yeni terapötik stratejileri test etme fırsatı sağlar. Murine modelleri büyük hayvan modellerine göre daha ucuz ve kullanımı daha kolaydır. Balon veya tel yaralanması, murine modellerinde yaygın olarak kabul edilen iki yaralanma yöntemidir. Özellikle balon yaralanma modelleri klinik anjiyoplasti prosedürünü taklit eder ve arterde restenoz gelişimi için yeterli hasara neden olur. Burada modifiye edilmiş, basınç kontrollü sıçan şahdamar balonu yaralanma modelinin gerçekleştirilmesi ve histolojik olarak analiz edilmesi için cerrahi detayları açıklıyoruz. Ek olarak, bu protokol, neointimal hiperplaziyi inhibe etmek için terapötiklerin lokal periadventitial uygulamasının nasıl kullanılabileceğini vurgulamaktadır. Son olarak, arteriyel hasarın üç boyutlu olarak görüntülenmesi ve görselleştirilmesi için yeni bir yaklaşım olarak ışık tabakası floresan mikroskopisini sunuyoruz.
Introduction
Kardiyovasküler hastalık (CVD) dünya çapında önde gelen ölüm nedeni olmaya devam etmektedir1. Ateroskleroz, CVD’ye bağlı morbidite ve mortalitenin çoğunun altında gelen nedendir. Ateroskleroz, arterlerin içindeki plağın birikmesidir, bu da daralmış bir lümenle sonuçlanır, organlara ve distal dokulara uygun kan perfüzyonunu engeller2. Şiddetli ateroskleroz tedavisi için klinik müdahaleler arasında stentli veya stentsiz balon anjiyoplasti saydır. Bu müdahale, bir balon kateterinin plak bölgesine ilerletmeyi ve plak arteriyel duvara sıkıştırmak için balonu şişirmeyi, ışık alanını genişletmeyi içerir. Bu prosedür artere zarar verir, ancak arteriyel yaralanma yanıtını başlatır3. Bu yaralanma yanıtının uzun süreli aktivasyonu, neointimal hiperplazi ve damar remodelingine sekonder arteriyel restenoza veya yeniden daralmaya yol açar. Anjiyoplasti sırasında intimal tabaka, hemen trombosit alımına ve lokal inflamasyona yol açan endotel hücrelerinden indirilir. Lokal sinyalizasyon, vasküler düz kas hücrelerinde (VSMC) ve maceracı fibroblastlarda fenotipik değişikliklere neden olur. Bu, VSMC ve fibroblastların lümene doğru göç etmesine ve çoğalmasına yol açar ve neointimal hiperplazi4,5 .5’eyol açar. Dolaşımdaki progenitör hücreler ve bağışıklık hücreleri de restenozun genel hacmine katkıda bulunur6. Uygulanabilir olduğunda, ilaçlı stentler (DES) restenozun inhibe etmek için mevcut standarttır7. DES arteriyel yeniden endotelyalizasyonu inhibe eder, ancak böylece geç stent trombozu ile sonuçlanabilecek pro-trombotik bir ortam yaratır8. Bu nedenle, hayvan modelleri hem restenozun patofizyolojisini anlamak hem de revaskülarizasyon prosedürlerinin etkinliğini uzatmak için daha iyi terapötik stratejiler geliştirmek için ayrılmaz bir bütündür.
Bu patolojiyi incelemek için birkaç büyük ve küçük hayvan modeli9 kullanılmaktadır. Bunlar arasında bir atardamarın ışıklı tarafının balon yaralanması3,10 veya tel yaralanması11′ in yanı sıra arter çevresinde kısmi ligasyon12 veya manşet yerleşimi13 bulunur. Balon ve tel yaralanması, arterin endotel tabakasını denude eder ve anjiyoplastiden sonra klinik olarak meydana gelenleri taklit eder. Özellikle balon yaralanması modelleri klinik ortamdakine (yani balon kateter) benzer aletler kullanır. Balon yaralanması en iyi sıçan modellerinde gerçekleştirilir, çünkü sıçan arterleri piyasada bulunan balon kateterleri için uygun bir boyuttur. Burada, sıçan şahdamar balonu yaralanmasının iyi kurulmuş, değiştirilmiş bir versiyonu olan basınç kontrollü segmental arteriyel yaralanmayı tarif ediyoruz. Bu basınç kontrollü yaklaşım klinik anjiyoplasti prosedürünü yakından taklit eder ve yaralanmadan iki hafta sonra tekrarlanabilir neointimal hiperplazi oluşumuna izin verir14,15. Ek olarak, bu basınç kontrollü arteriyel yaralanma, ameliyattan 2 hafta sonra tam endotel tabakası restorasyonu ile sonuçlanır16. Bu, endotel katmanının hiçbir zaman tam kapsama alanına dönmediği Clowes tarafından tanımlanan orijinal balon yaralanması modeline doğrudan zıttır3.
Ameliyattan sonra terapötikler çeşitli yaklaşımlarla yaralı artere uygulanabilir veya bu artere yönlendirilebilir. Burada açıklanan yöntem, Pluronik jel çözeltiye gömülü küçük bir molekülün periadventitial uygulamasını kullanır. Özellikle, neointimal hiperplazi oluşumunu inhibe etmek için yaralanmadan hemen sonra artere% 25 Pluronic-F127 jelinde 100 μM cinnamik aldehit çözeltisi uyguluyoruz15. Pluronic-F127, ilaçları kontrollü bir şekilde yerel olarak teslim edebilen toksik olmayan, termo-geri dönüşümlü bir jeldir17. Bu arada, arteriyel yaralanma lokaldir, bu nedenle yerel yönetim hedef dışı etkileri en aza indirirken aktif bir prensibi test etmeyi sağlar. Bununla birlikte, bu yöntemi kullanarak bir terapötikin etkili bir şekilde verilmesi, kullanılan küçük molekülün veya biyolojiklerin kimyasına bağlı olacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sıçan şahdamar balon yaralanması en yaygın kullanılan ve çalışılan restenoz hayvan modellerinden biridir. Hem orijinal balon yaralanma modeli3 hem de modifiye basınç kontrollü segmental yaralanma varyasyonu10, insanlarda da meydana gelen arteriyel yaralanma yanıtının birçok yönünü bilgilendirmiş olup, birkaç sınırlama fibrin bakımından zengin trombüsin nadiren gelişmesi ve lokal iltihabın hiperkolletemik tavşan veya porsin modelleri<sup class="…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
N.E.B., Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Enstitüsü ‘nden (5T32ES007126-35, 2018) bir eğitim hibesi ve Amerikan Kalp Derneği doktora öncesi bursu (20PRE35120321) ile desteklendi. E.S.M.B., UNC Klinik ve Çeviri Bilimi Ödülü-K12 Bursiyerleri Programı (KL2TR002490, 2018) ve Ulusal Kalp, Akciğer ve Kan Enstitüsü (K01HL145354) tarafından kısmen desteklenen bir KL2 bursiyeriydi. Yazarlar, UNC Mikroskopi Hizmetleri Laboratuvarı’ndan Dr. Pablo Ariel’e LSFM’ye yardımcı olduğu için teşekkür ediyor. Mikroskopi Hizmetleri Laboratuvarı’nda Işık Sac Floresan Mikroskopisi yapıldı. Patoloji ve Laboratuvar Tıbbı Anabilim Dalı Olan Mikroskopi Hizmetleri Laboratuvarı, kısmen UNC Lineberger Kapsamlı Kanser Merkezi’ne P30 CA016086 Kanser Merkezi Çekirdek Destek Hibesi ile desteklenmektedir.
Materials
| 1 mL Syringe | Fisher | 14955450 | |
| 1 mL Syringe with needle | BD | 309626 | |
| 2 French Fogarty Balloon Embolectomy Catheter | Edwards LifeSciences | 120602F | |
| 4-0 Ethilon (Nylon) Suture | Ethicon Inc | 662H | |
| 4-0 Vicryl Suture | Ethicon Inc | J214H | |
| 7-0 Prolene Suture | Ethicon Inc | 8800H | |
| 70% ethyl alcohol | |||
| Anti-Rabbit Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A21245 | |
| Atropine Sulfate | Vedco Inc | for veterinary use | |
| Cotton Swabs | Puritan | 806-WC | |
| Curved Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Fine Curved Forceps | Fine Science Tools | 11203-25 | |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
| Gauze | Covidien | 2252 | |
| IHC-Tek Diluent (pH 7.4) | IHC World | IW-1000 | |
| Insufflator | Merit Medical | IN4130 | |
| Iodine solution | |||
| Lubricating Eye Ointment | Dechra | for veterinary use | |
| Mayo Scissors | Fine Science Tools | 14010-15 | |
| Micro Serrefines | Fine Science Tools | 18055-05 | |
| Microdissection Scissors | Fine Science Tools | 15004-08 | |
| Micro-Serrefine Clamp Applying Forceps | Fine Science Tools | 18057-14 | |
| Needle Holder | Fine Science Tools | 12003-15 | |
| Pluronic-127 (diluted in sterile water) | Sigma-Aldrich | P2443 | 25% prepared |
| Rabbit Anti-CD31 | Abcam | ab28364 | |
| Retractor | Bent paper clips work well | ||
| Rimadyl (Carprofen) | Zoetis Inc | for veterinary use | |
| Saline solution | |||
| Standard Forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Sterile Drape | Dynarex | 4410 | |
| T-Pins |
Riferimenti
- American Heart Association. Cardiovascular Disease: A Costly Burden for America, Projections Through 2035. American Heart Association CVD Burden Report. , (2017).
- Singh, R. B., Mengi, S. A., Xu, Y. J., Arneja, A. S., Dhalla, N. S. Pathogenesis of atherosclerosis: A multifactorial process. Experimental and Clinical Cardiology. 7 (1), 40-53 (2002).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Mechanisms of stenosis after arterial injury. Laboratory Investigation. 49 (2), 208-215 (1983).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Kinetics of cellular proliferation after arterial injury. I. Smooth muscle growth in the absence of endothelium. Laboratory Investigation. 49 (3), 327-333 (1983).
- Sartore, S., et al. Contribution of adventitial fibroblasts to neointima formation and vascular remodeling: from innocent bystander to active participant. Circulation Research. 89 (12), 1111-1121 (2001).
- Tanaka, K., et al. Circulating progenitor cells contribute to neointimal formation in nonirradiated chimeric mice. The FASEB Journal. 22 (2), 428-436 (2008).
- Henry, M., et al. Carotid angioplasty and stenting under protection. Techniques, results and limitations. The Journal of Cardiovascular Surgery. 47 (5), 519-546 (2006).
- Kounis, N. G., et al. Thrombotic responses to coronary stents, bioresorbable scaffolds and the Kounis hypersensitivity-associated acute thrombotic syndrome. Journal of Thoracic Disease. 9 (4), 1155-1164 (2017).
- Jackson, C. L. Animal models of restenosis. Trends in Cardiovascular Medicine. 4 (3), 122-130 (1994).
- Shears, L. L., et al. Efficient inhibition of intimal hyperplasia by adenovirus-mediated inducible nitric oxide synthase gene transfer to rats and pigs in vivo. Journal of the American College of Surgeons. 187 (3), 295-306 (1998).
- Takayama, T., et al. A murine model of arterial restenosis: technical aspects of femoral wire injury. Journal of Visualized Experiments. (97), (2015).
- Zhang, L. N., Parkinson, J. F., Haskell, C., Wang, Y. X. Mechanisms of intimal hyperplasia learned from a murine carotid artery ligation model. Current Vascular Pharmacology. 6 (1), 37-43 (2008).
- Jahnke, T., et al. Characterization of a new double-injury restenosis model in the rat aorta. Journal of Endovascular Therapy. 12 (3), 318-331 (2005).
- Gregory, E. K., et al. Periadventitial atRA citrate-based polyester membranes reduce neointimal hyperplasia and restenosis after carotid injury in rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 307 (10), 1419-1429 (2014).
- Buglak, N. E., Jiang, W., Bahnson, E. S. M. Cinnamic aldehyde inhibits vascular smooth muscle cell proliferation and neointimal hyperplasia in Zucker Diabetic Fatty rats. Redox Biology. 19, 166-178 (2018).
- Bahnson, E. S., et al. Long-term effect of PROLI/NO on cellular proliferation and phenotype after arterial injury. Free Radical Biology and Medicine. 90, 272-286 (2016).
- Gilbert, J. C. W., Davies, M. C., Hadgraft, J. The behaviour of Pluronic F127 in aqueous solution studied using fluorescent probes. International Journal of Pharmaceutics. 40 (1-2), 93-99 (1987).
- Tulis, D. A. Histological and morphometric analyses for rat carotid balloon injury model. Methods in Molecular Medicine. 139, 31-66 (2007).
- Buglak, N. E., et al. Light Sheet Fluorescence Microscopy as a New Method for Unbiased Three-Dimensional Analysis of Vascular Injury. Cardiovascular Research. , (2020).
- Renier, N., et al. iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging. Cell. 159 (4), 896-910 (2014).
- Ariel, P. . UltraMicroscope II – A User Guide. , (2018).
- Touchard, A. G., Schwartz, R. S. Preclinical restenosis models: challenges and successes. Toxicologic Pathology. 34 (1), 11-18 (2006).
- Xiangdong, L., et al. Animal models for the atherosclerosis research: a review. Protein Cell. 2 (3), 189-201 (2011).
- Chen, H., Li, D., Liu, M. Novel Rat Models for Atherosclerosis. Journal of Cardiology and Cardiovascular Sceinces. 2 (2), 29-33 (2018).
- Xing, D., Nozell, S., Chen, Y. F., Hage, F., Oparil, S. Estrogen and mechanisms of vascular protection. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 29 (3), 289-295 (2009).
- Tulis, D. A. Rat carotid artery balloon injury model. Methods in Molecular Medicine. 139, 1-30 (2007).
- Pellet-Many, C., et al. Neuropilins 1 and 2 mediate neointimal hyperplasia and re-endothelialization following arterial injury. Cardiovascular Research. 108 (2), 288-298 (2015).
- Wu, B., et al. Perivascular delivery of resolvin D1 inhibits neointimal hyperplasia in a rat model of arterial injury. Journal of Vascular Surgery. 65 (1), 207-217 (2017).
- Tan, J., Yang, L., Liu, C., Yan, Z. MicroRNA-26a targets MAPK6 to inhibit smooth muscle cell proliferation and vein graft neointimal hyperplasia. Scientific Reports. 7, 46602 (2017).
- Pearce, C. G., et al. Beneficial effect of a short-acting NO donor for the prevention of neointimal hyperplasia. Free Radical Biology and Medicine. 44 (1), 73-81 (2008).
- Cao, T., et al. S100B promotes injury-induced vascular remodeling through modulating smooth muscle phenotype. Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Basis of Disease. 1863 (11), 2772-2782 (2017).
- Madigan, M., Entabi, F., Zuckerbraun, B., Loughran, P., Tzeng, E. Delayed inhaled carbon monoxide mediates the regression of established neointimal lesions. Journal of Vascular Surgery. 61 (4), 1026-1033 (2015).
- Khurana, R., et al. Angiogenesis-dependent and independent phases of intimal hyperplasia. Circulation. 110 (16), 2436-2443 (2004).
- Tsihlis, N. D., Vavra, A. K., Martinez, J., Lee, V. R., Kibbe, M. R. Nitric oxide is less effective at inhibiting neointimal hyperplasia in spontaneously hypertensive rats. Nitric Oxide. 35, 165-174 (2013).
- Chen, J., et al. Inhibition of neointimal hyperplasia in the rat carotid artery injury model by a HMGB1 inhibitor. Atherosclerosis. 224 (2), 332-339 (2012).
- Mano, T., Luo, Z., Malendowicz, S. L., Evans, T., Walsh, K. Reversal of GATA-6 downregulation promotes smooth muscle differentiation and inhibits intimal hyperplasia in balloon-injured rat carotid artery. Circulation Research. 84 (6), 647-654 (1999).
- Becher, T., et al. Three-Dimensional Imaging Provides Detailed Atherosclerotic Plaque Morphology and Reveals Angiogenesis after Carotid Artery Ligation. Circulation Research. 126 (5), 619-632 (2020).
