تفاقم نقص تروية عضلة القلب عند التعرض للجسيمات في النموذج الحيواني لتصلب الشرايين
Summary
يصف هذا البروتوكول نموذجا حيوانيا مركبا مع التعرض للجسيمات (PM) التي تؤدي إلى تفاقم نقص تروية عضلة القلب مع تصلب الشرايين.
Abstract
المشاكل الصحية الناجمة عن تلوث الهواء (وخاصة تلوث الجسيمات) تحظى باهتمام متزايد ، خاصة بين مرضى أمراض القلب والأوعية الدموية ، مما يؤدي إلى تفاقم الاضطرابات المعقدة ويسبب سوء التشخيص. نموذج التعرض البسيط لنقص تروية عضلة القلب (MI) أو الجسيمات (PM) غير مناسب لمثل هذه الدراسات للأمراض ذات الأسباب المتعددة. هنا ، تم وصف طريقة لبناء نموذج مركب يجمع بين التعرض PM وتصلب الشرايين ونقص تروية عضلة القلب. تم تغذية الفئران ApoE−/− بنظام غذائي غني بالدهون لمدة 16 أسبوعا لتطوير تصلب الشرايين ، وتم إجراء تقطير القصبة الهوائية للتعليق القياسي PM لمحاكاة التعرض الرئوي ل PM ، وتم ربط الشريان التاجي الأمامي الأيسر النازل بعد أسبوع واحد من آخر تعرض. يمكن أن يحاكي تقطير القصبة الهوائية ل PM التعرض الحاد للرئة مع تقليل تكلفة التجربة بشكل كبير ؛ يمكن أن يضمن ربط الشريان النازل الأمامي الأيسر الكلاسيكي مع تنبيب القصبة الهوائية غير الغازية وجهاز التمدد المساعد الجديد معدل بقاء الحيوان على قيد الحياة ويقلل من صعوبة العملية. يمكن لهذا النموذج الحيواني أن يحاكي بشكل معقول التغيرات المرضية للمريض من احتشاء عضلة القلب التي تفاقمت بسبب تلوث الهواء ويوفر مرجعا لبناء نماذج حيوانية تتعلق بالدراسات التي تنطوي على أمراض ذات أسباب متعددة.
Introduction
ارتبط تلوث الهواء بارتفاع معدل الوفيات الناجمة عن جميع الأسباب وساهم في عبء كبير من الأمراض أكثر من مجموع تلوث المياه وتلوث التربة والتعرض المهني1. كشف تقرير صادر عن منظمة الصحة العالمية أن تلوث الهواء الخارجي تسبب في 4.2 مليون حالة وفاة مبكرة في كل من المدن والمناطق الريفية في جميع أنحاء العالم في عام 2016 2016. يعيش 91٪ من الناس في جميع أنحاء العالم في أماكن تتجاوز فيها جودة الهواء حدود المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية2. علاوة على ذلك ، فإن الجسيمات الدقيقة (PM) (قطرها 2.5 ميكرومتر ≤ ، PM2.5) معترف بها باعتبارها أهم تهديد لتلوث الهواء للصحة العامة العالمية3 ، وخاصة للأشخاص الذين يعيشون في مدن البلدان المنخفضة الدخل والمتوسطة الدخل.
تستحق الآثار الضارة لتلوث الهواء على أمراض القلب والأوعية الدموية المزيد من الاهتمام. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن PM يؤدي إلى زيادة خطر الإصابة بأمراض القلب والأوعية الدموية (CVDs)4. يمكن أن يؤدي التعرض لتركيزات عالية من الجسيمات متناهية الصغر لعدة ساعات إلى زيادة معدل وفيات احتشاء عضلة القلب. بالنسبة للأشخاص الذين لديهم تاريخ من احتشاء عضلة القلب، يمكن أن يؤدي التعرض للجسيمات متناهية الصغر إلى زيادة كبيرة في خطر تكرارالإصابة 5. علاوة على ذلك ، من المقبول عموما أن التعرض ل PM يسرع من تطور تصلب الشرايين6.
بالنسبة للبحوث الطبية ، من الأهمية بمكان اختيار نموذج حيواني مناسب. النماذج الحيوانية البسيطة لتصلب الشرايين7 ، ونماذج حيوانية لنقص تروية عضلة القلب8 ، ونماذج حيوانية للتعرض PM9 موجودة بالفعل. ApoE−/− (البروتين الشحمي E خرج منه) الفأر هو نموذج الفأر التقليدي المستخدم في دراسات تصلب الشرايين. القدرة على إزالة البروتينات الدهنية البلازما في الفئران ApoE− / − ضعيفة للغاية. التغذية الغذائية الغنية بالدهون من شأنها أن تسبب تصلب الشرايين الحاد ، يشبه اعتماد النظام الغذائي لأمراض القلب تصلب الشرايين التي لوحظت في البشر7. ربط الشريان التاجي الأمامي الأيسر النازل (LAD) هو طريقة كلاسيكية للحث على الحدث الإقفاري 8,10. تم استخدام ضخ القصبة الهوائية في العديد من الأبحاث ويبرز من نماذج التعرض11,12 بسبب محاكاته الأفضل وتكلفته المنخفضة.
ومع ذلك ، فإن النماذج الحيوانية لمرض واحد لها قيود كبيرة في البحث العلمي. لا يتم محاكاة نقص تروية عضلة القلب الناجم عن ربط LAD فقط في الحالة الفعلية. في الحالة الطبيعية ، يحدث نقص تروية عضلة القلب عادة بسبب تمزق اللويحات وانسداد الشرايين التاجية13. المرضى الذين يعانون من اعتلال عضلة القلب الإقفاري عادة ما يكون لديهم آفات أساسية تصلب الشرايين13. هناك أيضا استقلاب الدهون غير الطبيعي وردود الفعل الالتهابية في الجسم14. لذلك ، فإن نقص التروية الناجم عن العوامل الفيزيائية أو في ظل الظروف الطبيعية له مظاهر مرضية مختلفة. أظهرت الدراسات الحالية أن الاحتشاء والالتهاب في نماذج نقص تروية عضلة القلب مع تصلب الشرايين أكثر حدة15,16. يمكن أن يؤدي التعرض لمتلازمة ما بعد الظهر إلى تفاقم تصلب الشرايين ونقص تروية عضلة القلب بشكل أكبر عن طريق تحفيز الالتهاب والإجهاد التأكسدي1. عادة ما تتعايش ثلاثة عوامل في الحالة الطبيعية ، لذلك يمكن محاكاة الوضع الفعلي بشكل أفضل باستخدام نموذج مركب.
يصف هذا البروتوكول تطوير نموذج حيواني لنقص تروية عضلة القلب (MI) يجمع بين تصلب الشرايين (AS) والتعرض الحاد ل PM. تم تغذية الفئران ApoE−/− بنظام غذائي غني بالدهون للحث على تصلب الشرايين. تم تقليد التعرض الرئوي ل PM عن طريق تعليق PM بالتنقيط من خلال القصبة الهوائية. تم استخدام ربط LAD في الفئران للحث على نقص تروية عضلة القلب. تم الجمع بين هذه الأساليب وتحسينها لمحاكاة حالة المرض بشكل أفضل وتحسين معدل بقاء الحيوانات. ليست هناك حاجة إلى وحدة تعرض كبيرة أو آلة تخدير غازي ، مما يجعل التجربة سهلة التنفيذ. يمكن استخدام هذا النموذج لدراسة تأثير التعرض لأشعة الشمس في تلوث الهواء على تصلب الشرايين واعتلال عضلة القلب الإقفاري وإجراء البحوث على الأدوية الجديدة التي تم تطويرها لعلاج الأمراض التي تحتوي على مثل هذه العوامل المعقدة.
Protocol
Representative Results
Discussion
يختلف إنشاء نموذج حيواني مركب قليلا عن نموذج MI الفردي. الحفاظ على معدل بقاء مرتفع يمثل تحديا في تطوير النموذج المركب. ستصبح شدة تصلب الشرايين في الفئران ApoE / – أكثر حدة مع تمديد وقت التغذية عالية الدهون7 ، وضعف الفئران يؤدي إلى زيادة معدل الوفيات. لذلك ، من الضروري مراقبة ح…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تطوير هذا النموذج بدعم من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (الأرقام 81673640 81841001 81803814) والبرنامج الوطني الرئيسي للعلوم والتكنولوجيا في الصين للأدوية المبتكرة (2017ZX09301012002 و 2017ZX09101002001-001-3).
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).
