एथेरोस्क्लेरोसिस पशु मॉडल में पार्टिकुलेट मैटर एक्सपोजर पर मायोकार्डियल इस्किमिया की वृद्धि
Summary
यह प्रोटोकॉल कण पदार्थ (पीएम) के संपर्क के साथ एक समग्र पशु मॉडल का वर्णन करता है जो एथेरोस्क्लेरोसिस के साथ मायोकार्डियल इस्किमिया को बढ़ाता है।
Abstract
वायु प्रदूषण (विशेष रूप से पार्टिकुलेट प्रदूषण) के कारण होने वाली स्वास्थ्य समस्याओं पर अधिक से अधिक ध्यान दिया जा रहा है, विशेष रूप से हृदय रोग रोगियों के बीच, जो जटिल विकारों को बढ़ाता है और खराब रोग का कारण बनता है। सरल मायोकार्डियल इस्किमिया (एमआई) या पार्टिकुलेट मैटर (पीएम) एक्सपोजर मॉडल कई कारणों से बीमारियों के ऐसे अध्ययन के लिए अनुपयुक्त है। यहां, पीएम एक्सपोजर, एथेरोस्क्लेरोसिस और मायोकार्डियल इस्किमिया के संयोजन के साथ एक समग्र मॉडल के निर्माण के लिए एक विधि का वर्णन किया गया है। एपीओई−/− चूहों को एथेरोस्क्लेरोसिस विकसित करने के लिए 16 सप्ताह के लिए उच्च वसा वाले आहार के साथ खिलाया गया था, पीएम के फुफ्फुसीय जोखिम का अनुकरण करने के लिए पीएम मानक निलंबन का श्वासनली इंस्टिलेशन किया गया था, और अंतिम एक्सपोजर के एक सप्ताह बाद बाएं पूर्वकाल अवरोही कोरोनरी धमनी को लिगेट किया गया था। पीएम का श्वासनली इंस्टिलेशन प्रयोग की लागत को काफी कम करते हुए तीव्र फेफड़ों के जोखिम का अनुकरण कर सकता है; क्लासिक बाएं पूर्वकाल अवरोही धमनी बंधाव के साथ नॉनइनवेसिव श्वासनली इंटुबैषेण और एक नया सहायक विस्तार उपकरण जानवर की जीवित रहने की दर सुनिश्चित कर सकता है और ऑपरेशन की कठिनाई को कम कर सकता है। यह पशु मॉडल वायु प्रदूषण से बढ़े हुए मायोकार्डियल रोधगलन के रोगी के रोग संबंधी परिवर्तनों का यथोचित अनुकरण कर सकता है और कई कारणों से बीमारियों से जुड़े अध्ययनों से संबंधित पशु मॉडल के निर्माण के लिए एक संदर्भ प्रदान कर सकता है।
Introduction
वायु प्रदूषण उच्च सभी कारण मृत्यु दर के साथ जुड़ा हुआ है और जल प्रदूषण, मृदा प्रदूषण और व्यावसायिक जोखिम के योग से अधिक बीमारी का एक महत्वपूर्ण बोझ योगदानदेता है 1. डब्ल्यूएचओ की एक रिपोर्ट से पता चला है कि बाहरी वायु प्रदूषण ने 2016 में दुनिया भर के शहरों और ग्रामीण क्षेत्रों दोनों में 4.2 मिलियन समय पूर्व मौतों का कारणबना। दुनिया भर में 91% लोग उन स्थानों पर रहते हैं जहां वायु गुणवत्ता डब्ल्यूएचओ दिशानिर्देश सीमा से अधिक है2. इसके अलावा, सूक्ष्म कण पदार्थ (पीएम) (≤2.5 μm व्यास, पीएम2.5) को वैश्विक सार्वजनिक स्वास्थ्य 3 के लिए सबसे महत्वपूर्ण वायु प्रदूषण खतरेके रूप में पहचाना जाता है, विशेष रूप से उन लोगों के लिए जो निम्न आय वाले और मध्यम आय वाले देशों के शहरों में रहते हैं।
हृदय रोगों पर वायु प्रदूषण के प्रतिकूल प्रभावों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि पीएम हृदय रोग (सीवीडी) के बढ़ते जोखिम की ओर जाता है। कई घंटों तक अल्ट्राफाइन कणों की उच्च सांद्रता के संपर्क में आने से मायोकार्डियल रोधगलन मृत्यु दर में वृद्धि हो सकती है। मायोकार्डियल रोधगलन के इतिहास वाले लोगों के लिए, अल्ट्राफाइन कणों के संपर्क में पुनरावृत्ति के जोखिम में काफी वृद्धि हो सकतीहै 5. इसके अलावा, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि पीएम एक्सपोजर एथेरोस्क्लेरोसिस6 की प्रगति को तेज करता है।
चिकित्सा अनुसंधान के लिए, एक उपयुक्त पशु मॉडल का चयन करना महत्वपूर्ण है। सरल एथेरोस्क्लेरोसिस पशु मॉडल7, मायोकार्डियल इस्किमिया पशु मॉडल8, और पीएम एक्सपोजर पशु मॉडल9 पहले से मौजूद हैं। एपीओई−/− (एपोलिपोप्रोटीन ई खटखटाया गया) माउस एक पारंपरिक माउस मॉडल है जिसका उपयोग एथेरोस्क्लेरोसिस अध्ययन में किया जाता है। एपीओई-/− चूहों में प्लाज्मा लिपोप्रोटीन को साफ करने की क्षमता गंभीर रूप से बिगड़ा हुआ है। उच्च वसा वाले आहार खिलाने से गंभीर एथेरोस्क्लेरोसिस होगा, जो मनुष्यों में देखे गए एथेरोस्क्लेरोटिक हृदय रोग की आहार निर्भरता जैसा दिखताहै 7. बाएं पूर्वकाल अवरोही कोरोनरी धमनी (एलएडी) का बंधाव इस्केमिक घटना 8,10 को प्रेरित करने के लिए एक क्लासिक विधि है। श्वासनली जलसेक का उपयोग कई शोधों में किया गया है और इसकी बेहतर सिमुलेशन और कम लागत के कारणएक्सपोजर मॉडल 11,12 से बाहर खड़ा है।
हालांकि, एकल रोग के पशु मॉडल की वैज्ञानिक अनुसंधान में महत्वपूर्ण सीमाएं हैं। केवल एलएडी बंधाव द्वारा प्रेरित मायोकार्डियल इस्किमिया वास्तविक स्थिति में अनुकरण नहीं किया जाता है। प्राकृतिक अवस्था में, मायोकार्डियल इस्किमिया आमतौर पर पट्टिका टूटने और अवरुद्ध कोरोनरी धमनियोंके कारण होता है 13. इस्केमिक कार्डियोमायोपैथी वाले रोगियों में आमतौर पर एथेरोस्क्लेरोटिक बुनियादी घावहोते हैं 13. शरीर में असामान्य लिपिड चयापचय और भड़काऊ प्रतिक्रियाएं भी होती हैं14. इसलिए, भौतिक कारकों के कारण या प्राकृतिक परिस्थितियों में इस्किमिया में अलग-अलग रोग संबंधी अभिव्यक्तियाँ होती हैं। मौजूदा अध्ययनों से पता चला है कि एथेरोस्क्लेरोसिस के साथ मायोकार्डियल इस्किमिया मॉडल में रोधगलन और सूजन अधिक गंभीर15,16 है। पीएम एक्सपोजर सूजन और ऑक्सीडेटिव तनाव को प्रेरित करके एथेरोस्क्लेरोसिस और मायोकार्डियल इस्किमिया को और बढ़ा सकता है1. तीन कारक आमतौर पर प्राकृतिक अवस्था में सह-अस्तित्व में होते हैं, इसलिए यौगिक मॉडल का उपयोग करके वास्तविक स्थिति को बेहतर ढंग से अनुकरण किया जा सकता है।
यह प्रोटोकॉल एथेरोस्क्लेरोसिस (एएस) और पीएम तीव्र जोखिम के संयोजन मायोकार्डियल इस्किमिया (एमआई) के एक पशु मॉडल को विकसित करने का वर्णन करता है। एथेरोस्क्लेरोसिस को प्रेरित करने के लिए एपीओई-/− चूहों को उच्च वसा वाले आहार के साथ खिलाया गया था। श्वासनली के माध्यम से पीएम निलंबन को टपकाकर पीएम के फुफ्फुसीय जोखिम की नकल की गई थी। चूहों में एलएडी के बंधाव का उपयोग मायोकार्डियल इस्किमिया को प्रेरित करने के लिए किया गया था। इन तरीकों को बीमारी की स्थिति को बेहतर ढंग से अनुकरण करने और जानवरों की जीवित रहने की दर में सुधार करने के लिए संयुक्त और अनुकूलित किया गया था। कोई बड़ी एक्सपोजर यूनिट या गैस संज्ञाहरण मशीन की आवश्यकता नहीं है, जिससे प्रयोग करना आसान हो जाता है। इस मॉडल का उपयोग एथेरोस्क्लेरोसिस और इस्केमिक कार्डियोमायोपैथी पर वायु प्रदूषण में पीएम एक्सपोजर के प्रभाव का अध्ययन करने और इस तरह के जटिल कारकों के साथ बीमारियों के इलाज के लिए विकसित नई दवाओं पर शोध करने के लिए किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
एक समग्र पशु मॉडल की स्थापना एकल एमआई मॉडल से थोड़ा अलग है। समग्र मॉडल के विकास में उच्च जीवित रहने की दर को बनाए रखना चुनौतीपूर्ण है। एपीओई-/− चूहों में एथेरोस्क्लेरोसिस की गंभीरता उच्च वसा वाले भ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह मॉडल चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन (संख्या 81673640, 81841001, और 81803814) और अभिनव दवा के लिए चीन के प्रमुख राष्ट्रीय विज्ञान और प्रौद्योगिकी कार्यक्रम (2017ZX09301012002 और 2017ZX09101002001-001-3) के समर्थन से विकसित किया गया था।
Materials
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| 75% alcohol disinfectant | |||
| Animal ventilator | Shanghai Alcott Biotech | ALC-V8S | |
| Cotton swabs | Sterile | ||
| Cotton swabs for babies | Sterile , Approximately 3 mm in diameter | ||
| Culture Dish | Corning | 430597 | 150 mm x 25 mm |
| Diesel Particulate Matter | National Institute of Standards Technology | 1650b | |
| Dissection board | About 25 x 17 cm. The dissecting board can be replaced with a wooden board of the same size | ||
| High-fat diet for mice | Prescription: egg yolk powder 10%, lard 10%, sterol 1%, maintenance feed 79% | ||
| Iodophor disinfectant | |||
| LED spotlight | 5 V, 3 W,with hoses and clamps | ||
| Medical silk yarn ball | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 0-0 |
| Medical tape | 3M | 1527C-0 | |
| Micro Vascular Hemostatic Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | W40350 | |
| Needle Holders | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JC32010 | |
| Normal saline | |||
| Ophthalmic Scissors | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | Y00040 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with hooks | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1080 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with teeth | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1060 | |
| Pipet Tips | Axygen | T-200-Y-R-S | 0-200 μL |
| Pipette | eppendorf | 3121000074 | 100 uL |
| Safety pin | Approximately 4.5 cm in length , for making chest opening tools | ||
| Small Animal I.V. Cannulas | Baayen healthcare suzhou | BAAN-322025 | I.V CATHETER 22FG x 25 MM |
| Suture needle with thread | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 6-0,Nylon line |
| Suture needle with thread | JinHuan Medical | F503 | 5-0 |
| Syringe | 1 mL | ||
| Tert-amyl alcohol | |||
| Zoom-stereo microscope | Mshot | MZ62 |
Riferimenti
- Al-Kindi, S. G., Brook, R. D., Biswal, S., Rajagopalan, S. Environmental determinants of cardiovascular disease: lessons learned from air pollution. Nature Reviews: Cardiology. 17 (10), 656-672 (2020).
- Ambient (outdoor) Air Pollution. WHO Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor) (2021)
- Kim, K. H., Kabir, E., Kabir, S. A review on the human health impact of airborne particulate matter. Environment International. 74, 136-143 (2015).
- Rajagopalan, S., Al-Kindi, S. G., Brook, R. D. Air pollution and cardiovascular disease: JACC State-of-the-Art Review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (17), 2054-2070 (2018).
- Wolf, K., et al. Associations between short-term exposure to particulate matter and ultrafine particles and myocardial infarction in Augsburg, Germany. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 218 (6), 535-542 (2015).
- Sun, Q., Hong, X., Wold, L. E. Cardiovascular effects of ambient particulate air pollution exposure. Circulation. 121 (25), 2755-2765 (2010).
- Emini Veseli, B., et al. Animal models of atherosclerosis. European Journal of Pharmacology. 816, 3-13 (2017).
- Reichert, K., et al. Murine Left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: An improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (122), e55353 (2017).
- Lei, J., et al. The acute effect of diesel exhaust particles and different fractions exposure on blood coagulation function in mice. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (8), 4136 (2021).
- Gao, E., et al. A novel and efficient model of coronary artery ligation and myocardial infarction in the mouse. Circulation Research. 107 (12), 1445-1453 (2010).
- Pei, Y. H., et al. LncRNA PEAMIR inhibits apoptosis and inflammatory response in PM2.5 exposure aggravated myocardial ischemia/reperfusion injury as a competing endogenous RNA of miR-29b-3p. Nanotoxicology. 14 (5), 638-653 (2020).
- Jia, H., et al. PM2.5-induced pulmonary inflammation via activating of the NLRP3/caspase-1 signaling pathway. Environmental Toxicology. 36 (3), 298-307 (2021).
- Vogel, B., et al. ST-segment elevation myocardial infarction. Nature Reviews Disease Primers. 5 (1), 39 (2019).
- Libby, P. The changing landscape of atherosclerosis. Nature. 592 (7855), 524-533 (2021).
- Zhou, Z., et al. Excessive neutrophil extracellular trap formation aggravates acute myocardial infarction injury in Apolipoprotein E deficiency mice via the ROS-dependent pathway. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2019, 1209307 (2019).
- Pluijmert, N. J., Bart, C. I., Bax, W. H., Quax, P. H. A., Atsma, D. E. Effects on cardiac function, remodeling and inflammation following myocardial ischemia-reperfusion injury or unreperfused myocardial infarction in hypercholesterolemic APOE*3-Leiden mice. Scientific Reports. 10 (1), 16601 (2020).
- Centa, M., Ketelhuth, D. F. J., Malin, S., Gistera, A. Quantification of atherosclerosis in mice. Journal of Visualized Experiments. (148), e59828 (2019).
- Benedek, A., et al. Use of TTC staining for the evaluation of tissue injury in the early phases of reperfusion after focal cerebral ischemia in rats. Brain Research. 1116 (1), 159-165 (2006).
- Mehlem, A., Hagberg, C. E., Muhl, L., Eriksson, U., Falkevall, A. Imaging of neutral lipids by oil red O for analyzing the metabolic status in health and disease. Nature Protocols. 8 (6), 1149-1154 (2013).
- Nelson, A. M., Nolan, K. E., Davis, I. C. Repeated orotracheal intubation in mice. Journal of Visualized Experiments. (157), e60844 (2020).
- Zheng, Z., et al. Exposure to fine airborne particulate matters induces hepatic fibrosis in murine models. Journal of Hepatology. 63 (6), 1397-1404 (2015).
- Bai, N., van Eeden, S. F. Systemic and vascular effects of circulating diesel exhaust particulate matter. Inhalation Toxicology. 25 (13), 725-734 (2013).
- Furuyama, A., Kanno, S., Kobayashi, T., Hirano, S. Extrapulmonary translocation of intratracheally instilled fine and ultrafine particles via direct and alveolar macrophage-associated routes. Archives of Toxicology. 83 (5), 429-437 (2009).
- Brunekreef, B., Holgate, S. T. Air pollution and health. Lancet. 360 (9341), 1233-1242 (2002).
