Mätning av pulsförökningshastighet, distensibilitet och stam i en bukkolorektal aneurysm musmodell
Summary
Detta manuskript beskriver ett detaljerat protokoll för användning av högfrekvent ultraljudsavbildning för att mäta luminal diameter, puls förökningshastighet, distensibility och radiell belastning på en mus modell av bukkolorektal aneurysm.
Abstract
En bukkolorektal aneurysm (AAA) definieras som en lokaliserad utvidgning av bukstora som överstiger den maximala intraluminal diameter (MILD) med 1,5 gånger av sin ursprungliga storlek. Kliniska och experimentella studier har visat att små aneurysmer kan brista, medan en subpopulation av stora aneurysmer kan förbli stabil. Förutom mätning av intraluminal diameter av aorta, kan kunskap om strukturella egenskaper i fartygsväggen ge viktig information för att bedöma stabiliteten i AAA. Kolorektal förstyvning har nyligen dykt upp som ett tillförlitligt verktyg för att bestämma tidiga förändringar i kärlväggen. Pulsförökningshastighet (PPV) tillsammans med distensibilitet och radiell stam är mycket användbara ultraljudsbaserade metoder som är relevanta för att bedöma kolorektal styvhet. Det primära syftet med detta protokoll är att tillhandahålla en omfattande teknik för användning av ultraljud imaging system för att förvärva bilder och analysera de strukturella och funktionella egenskaperna hos aorta som bestäms av MILD, PPV, distensibility och radiell stam.
Introduction
En bukkolorektal aneurysm (AAA) representerar en betydande hjärt-kärlsjukdom som kännetecknas av en permanent lokaliserad dilatation av aorta överstiger den ursprungliga fartygets diameter med 1,5 gånger1. AAA rankas bland de 13 främsta dödsorsakerna i USA2. Utvecklingen av AAA tillskrivs degeneration av kolorektal väggen och elastin fragmentering, i slutändan leder till kolorektal bristning. Dessa förändringar i kolorektalväggen kan uppstå utan en signifikant ökning av den maximala intraluminaldiametern (MILD), vilket tyder på att MILD ensam inte är tillräcklig för att förutsäga sjukdomens svårighetsgrad3. Därför måste ytterligare faktorer identifieras för att upptäcka inledande förändringar i kolorektalväggen, som kan vägleda tidiga behandlingsalternativ. Det övergripande målet med detta protokoll är att ge en praktisk guide för att bedöma kolorektal funktionella egenskaper med ultraljudsavbildning som kännetecknas av mätningar av pulsförökningshastighet (PPV), distensibility och radiell stam.
En väl karakteriserad experimentell modell för att studera AAA, först beskrivs av Daugherty och kollegor, innebär subkutan infusion av angiotensin II (AngII) via osmotiska pumpar i Apoe-/- möss4. Exakt mätning av MILD med ultraljud imaging har varit avgörande för att karakterisera AAA i denna mus modell5. Även om histologiska förändringar under utvecklingen av AAA har studerats i stor utsträckning, har förändringar i kärlväggens funktionella egenskaper såsom kolorektal styvhet inte varit väl karakteriserade. Detta protokoll betonar användningen av högfrekvent ultraljud i kombination med sofistikerade analyser som kraftfulla verktyg för att studera den tidsmässiga utvecklingen av AAA. Dessa metoder gör det möjligt för oss att bedöma kärlväggens funktionella egenskaper mätt med PPV, distensibility och radiell stam.
Nyligen genomförda kliniska studier på försökspersoner med AAA, liksom i murinelastasinducerad AAA-modell, tyder på ett positivt samband mellan kolorektal styvhet och kolorektal diameter6,7. PPV, en indikator på kolorektal styvhet, accepteras som en utmärkt mätning för kvantifiering förändringar i styvhet i kärlväggen6,8. PPV beräknas genom att mäta transittiden för pulsvågsformen på två platser längs vaskulaturen, vilket ger en regional bedömning av kolorektal styvhet. Vi har nyligen visat att ökad kolorektal styvhet mätt med PPV, och på cellnivå som bestäms med hjälp av atomkraftmikroskopi, korrelerar positivt med aneurysm utveckling9. Vidare tyder litteraturen på att kolorektal styvhet kan föregå aneurysmal dilatation och därmed kan ge användbar information om regionala inneboende egenskaper fartygsväggen under utvecklingen av AAA10. På samma sätt är desibilitet och stammätningar kvantifieringsverktyg en åtgärd för att mäta tidigare förändringar av arteriell kondition. Friska artärer är flexibla och elastiska, medan med ökad styvhet och mindre elasticitet, distensibility och stam minskar. Här ger vi en praktisk guide och steg för steg protokoll för användning av en högfrekvent ultraljud system för att mäta MILD, PPV, distensibility och radiell stam hos möss. Protokollet ger tekniska metoder som bör användas tillsammans med den grundläggande informationen från manualer för specifika ultraljud imaging instrument och den medföljande video tutorial. Viktigt, i våra händer det beskrivna bildprotokollet ger reproducerbara och korrekta data som verkar värdefulla i studien av utvecklingen och utvecklingen av experimentellAA.
För att ytterligare visa nyttan av ultraljudsavbildning ger vi exempel bilder och mätningar från våra egna studier som syftar till att använda farmakologiska metoder för att förhindra experimentell AAA11. Specifikt har hacksignalering föreslagits att vara involverad i flera aspekter av vaskulär utveckling och inflammation12. Med hjälp av genhaploinsufficiens och farmakologiska metoder har vi tidigare visat att Notch-hämning minskar utvecklingen av AAA hos möss genom att förhindra infiltration av makrofager på platsen för kärlskada13,14,15. För den aktuella artikeln, med hjälp av farmakologiska metoden för Notch hämning fokuserar vi på förhållandet mellan kolorektal styvhet och faktorer som rör AAA. Dessa studier visar att Notch hämning minskar kolorektal styvhet, vilket är ett mått på AAA progression11.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ultraljudsavbildning ger en kraftfull teknik för att bestämma funktionella egenskaper hos aorta genom mätningar av PPV, distensibility och radiell stam. Dessa mätningar är särskilt lärorika för att studera musmodeller av AAA och in vivo-metoden möjliggör insamling av längsgående data som är potentiellt viktiga för att förstå tidsmässiga utveckling av kolorektal patologi. Specifikt bestäms mätningar av in vivo kolorektal styvhet lokalt i buken aorta av PPV, distensibility och radiell stam genom att anal…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av R01HL124155 (CPH) och finansiering från Research Institute vid University of Missouri till CPH.
Materials
| Angiotensin II | Sigma | A9525 | |
| Apoe-/- mice | The Jackon lab |  |
|
| Clippers | WAHL | 1854 | |
| Cotton swab | Q-tips | ||
| DAPT | Sigma | D5942 | |
| Depilatory cream | Nair | LL9038 | |
| Electrode cream | Sigma | 17-05 | |
| Gel warmer | Thermasonic (Parker) | 82-03 (LED) | |
| Heating pad | Stryker | T/pump professional | |
| Isoflurane | VetOne | Fluriso TM | |
| Isoflurane vaporizer | Visualsonics | VS4244 | |
| Lubricating ophthalmic ointment | Lacri-lube | ||
| Osmotic pumps | Alzet | Model 2004 | |
| Oxygen tank | Air gas | ||
| Tranducer | Visualsonics | MS-400 or MS550D | |
| Ultrasonic gel | Parker | Aquasonic clear | |
| Ultrasound Imaging System | Visualsonics | Vevo 2100 | |
| Vevo Vasc Software | Visualsonics |
Riferimenti
- Wanhainen, A. How to Define an Abdominal Aortic Aneurysm — Influence on Epidemiology and Clinical Practice. Scandinavian Journal of Surgery. 97, 105-109 (2008).
- Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics—2018 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 137, 67 (2018).
- Xu, J., Shi, G. -. P. Vascular wall extracellular matrix proteins and vascular diseases. Biochimica et biophysica acta. 1842, 2106-2119 (2014).
- Daugherty, A., Manning, M. W., Cassis, L. A. Angiotensin II promotes atherosclerotic lesions and aneurysms in apolipoprotein E-deficient mice. Journal of Clinical Investigation. 105, 1605-1612 (2000).
- Au – Sawada, H., et al. Ultrasound Imaging of the Thoracic and Abdominal Aorta in Mice to Determine Aneurysm Dimensions. Journal of Visualized Experiments. , 59013 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- van Disseldorp, E. M. J., et al. Influence of limited field-of-view on wall stress analysis in abdominal aortic aneurysms. Journal of Biomechanics. 49, 2405-2412 (2016).
- Miyatani, M., et al. Pulse wave velocity for assessment of arterial stiffness among people with spinal cord injury: a pilot study. Journal of Spinal Cord Medicine. 32, 72-78 (2009).
- Sharma, N., et al. Deficiency of IL12p40 (Interleukin 12 p40) Promotes Ang II (Angiotensin II)-Induced Abdominal Aortic Aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 39, 212-223 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- Sharma, N., et al. Pharmacological inhibition of Notch signaling regresses pre-established abdominal aortic aneurysm. Scientific Reports. , (2019).
- Bray, S. J. Notch signalling: a simple pathway becomes complex. Nature Reviews Molecular and Cell Biology. 7, 678-689 (2006).
- Hans, C. P., et al. Inhibition of Notch1 signaling reduces abdominal aortic aneurysm in mice by attenuating macrophage-mediated inflammation. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. 32, 3012-3023 (2012).
- Cheng, J., Koenig, S. N., Kuivaniemi, H. S., Garg, V., Hans, C. P. Pharmacological inhibitor of notch signaling stabilizes the progression of small abdominal aortic aneurysm in a mouse model. Journal of American Heart Association. 3, 001064 (2014).
- Hans, C. P., et al. Transcriptomics analysis reveals new insights into the roles of Notch1 signaling on macrophage polarization. The Journal of Immunology. 200, (2018).
- Paraskevas, K. I., et al. Evaluation of aortic stiffness (aortic pulse-wave velocity) before and after elective abdominal aortic aneurysm repair procedures: a pilot study. Open Cardiovascular Medicine Journal. 3, 173-175 (2009).
- Fortier, C., Desjardins, M. P., Agharazii, M. Aortic-Brachial Pulse Wave Velocity Ratio: A Measure of Arterial Stiffness Gradient Not Affected by Mean Arterial Pressure. Pulse. 5, 117-124 (2017).
- Golledge, J. Abdominal aortic aneurysm: update on pathogenesis and medical treatments. Nature Reviews Cardiology. 16 (4), 225-242 (2019).
- Choksy, S. A., Wilmink, A. B., Quick, C. R. Ruptured abdominal aortic aneurysm in the Huntingdon district: a 10-year experience. Annals of the Royal College of Surgeons of England. 81, 27-31 (1999).
- Luo, F., Zhou, X. -. L., Li, J. -. J., Hui, R. -. T. Inflammatory response is associated with aortic dissection. Ageing Research Reviews. 8, 31-35 (2009).
