Muis Abdominale Aorta Aneurysma Model Geïnduceerd door Perivasculaire Toepassing van Elastase
Summary
Het huidige protocol beschrijft een gestandaardiseerde chirurgische methode voor het elastase-geïnduceerde AAA-model door de directe toepassing van elastase op de adventitia van infrarode abdominale aorta bij muizen.
Abstract
Abdominaal aorta-aneurysma (AAA), hoewel voornamelijk asymptomatisch, is potentieel levensbedreigend omdat de breuk van AAA meestal een verwoestend resultaat heeft. Momenteel zijn er verschillende verschillende experimentele modellen van AAA, die elk een ander aspect in de pathogenese van AAA benadrukken. Het elastase-geïnduceerde AAA-model is het op één na meest gebruikte AAA-model voor knaagdieren. Dit model omvat directe infusie of toepassing van varkens pancreatische elastase (PPE) in het infrarode segment van de aorta. Vanwege technische uitdagingen wordt het meeste elastase-geïnduceerde AAA-model tegenwoordig uitgevoerd met de externe toepassing in plaats van een intraluminale infusie van PBM’ s. De infiltratie van elastase zal degradatie van elastische lamellen in de mediale lagen veroorzaken, wat resulteert in het verlies van de integriteit van de aortawand en de daaropvolgende verwijding van de abdominale aorta. Een nadeel van het elastase-geïnduceerde AAA-model is echter de onvermijdelijke variatie in hoe de operatie wordt uitgevoerd. Met name de chirurgische techniek van het isoleren van het infrarode segment van de aorta, het materiaal dat wordt gebruikt voor aorta-verpakking en PBM-incubatie, de enzymatische activiteit van PBM en de tijdsduur van PBM-toepassing kunnen allemaal belangrijke determinanten zijn die de uiteindelijke AAA-formatiesnelheid en aneurysmadiameter beïnvloeden. Met name het verschil in deze factoren van verschillende studies over AAA kan leiden tot reproduceerbaarheidsproblemen. Dit artikel beschrijft een gedetailleerd chirurgisch proces van het elastase-geïnduceerde AAA-model door directe toepassing van PBM op de adventitia van de infrarode abdominale aorta in de muis. Na deze procedure is een stabiele AAA-formatiesnelheid van ongeveer 80% bij mannelijke en vrouwelijke muizen haalbaar. De consistentie en reproduceerbaarheid van AAA-studies met behulp van een elastase-geïnduceerd AAA-model kan aanzienlijk worden verbeterd door een standaard chirurgische procedure vast te stellen.
Introduction
Abdominaal aorta-aneurysma (AAA) wordt gedefinieerd als een segmentale dilatatie van de abdominale aorta met ten minste 50% toename van de diameter van het vat1. AAA is potentieel fataal, omdat de breuk kan leiden tot een extreem hoog sterftecijfer, zelfs met interventie 2,3,4. Er is gemeld dat AAA verantwoordelijk is voor ongeveer 13.000 sterfgevallen per jaar in de VS, waardoor het de10e belangrijkste doodsoorzaak is 1,5.
De pathogenese van AAA is nog niet helemaal begrepen 6,7,8. Om het moleculaire mechanisme van AAA te onderzoeken en potentiële therapeutische doelen te testen, zijn verschillende experimentele AAA-modellen opgesteld 9,10. Knaagdiermodellen van AAA omvatten elastase, calciumchloride, angiotensine II en xenograftmodellen, waaronder het elastase-geïnduceerde AAA-model het op één na meest gebruikte model 10,11,12,13,14,15,16,17. Dit model omvat directe infusie of toepassing van varkens pancreatische elastase (PPE) in het infrarode segment van de aorta. De penetratie van elastase in de mediale laag van de aorta zal de afbraak van elastische lamellen en infiltratie van ontstekingscellen veroorzaken, wat leidt tot het verlies van de integriteit van de aortawand en de daaropvolgende verwijding van abdominale aorta 7,18. Het elastase-geïnduceerde AAA-model werd voor het eerst gerapporteerd door Anidjar et al. in 1990 met behulp van ratten, waarbij een geïsoleerd segment van de aorta werd doordrenkt met elastase17. Later in 2012 werd een aangepast model met behulp van een periadventiële toepassing van PBM gerapporteerd door Bhamidipati et al.19. Tegenwoordig zijn de meeste operaties voor het elastase-geïnduceerde AAA-model geïnspireerd op de groep van Bhamidipati en worden ze uitgevoerd met de externe toepassing in plaats van intraluminale perfusie van PBM. Hoewel de externe toepassing minder behoefte heeft aan fijne chirurgische vaardigheden, is de incidentie van AAA relatief lager en de grootte iets kleiner dan die van intraluminale perfusie11,19.
Hoewel het veel wordt gebruikt in AAA-studies, heeft het door elastase geïnduceerde AAA-model bepaalde beperkingen. Een kanttekening bij dit model is de onvermijdelijke variaties van hoe de operatie wordt uitgevoerd, wat kan leiden tot het probleem van reproduceerbaarheid. Het verschil kan bijvoorbeeld bestaan in de chirurgische procedure met betrekking tot hoe het infrarode segment van de aorta wordt geïsoleerd en welk deel van het segment wordt geselecteerd voor PBM-toepassing tussen verschillende laboratoria. De enzymatische activiteit van PBM’s en de tijdsduur van PBM-incubatie kunnen ook variëren. Dit zijn echter allemaal essentiële determinanten die de uiteindelijke AAA-formatiesnelheid en aneurysmadiameter beïnvloeden. De variatie van deze kritische determinanten maakt gegevensvergelijking van AAA-studies uit verschillende groepen met behulp van dit model erg moeilijk. Daarom is een gestandaardiseerde chirurgische ingreep nodig als hulpmiddel om vergelijkbare resultaten van verschillende instellingen te krijgen.
Dit artikel beschrijft een gestandaardiseerd chirurgisch protocol voor het elastase-geïnduceerde AAA-model door directe toepassing van PBM op de adventitia van infrarood abdominale aorta bij muizen. Details over chirurgisch materiaal en procedures die essentieel zijn voor een succesvolle en robuuste generatie van AAA bij muizen met behulp van dit model zullen ook worden besproken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het elastase-geïnduceerde AAA-model werd voor het eerst gemeld door Anidjar et al. met behulp van ratten in 199017. In de afgelopen dertig jaar zijn verschillende aangepaste versies geïntroduceerd, samen met een aanzienlijke verbetering van de chirurgische technieken 19,20,21,22. Honderden instituten gebruiken elastase-geïnduceerde AAA-modellen als het op één na mee…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We bedanken de Unit for Laboratory Animal Medicine van de Universiteit van Michigan voor hun hulp bij het voeren en fokken van dieren. Deze studie wordt ondersteund door NIH RO1 HL138139, NIH RO1 HL153710 aan J. Zhang, NIH RO1 HL109946, RO1 HL134569 aan Y.E. Chen en de American Heart Association grant 20POST35110064 aan G. Zhao.
Materials
| 6-0 non-absorbable monofilament suture | Pro Advantage | P420697 | |
| Carprofen | Zoetis Inc. | NDC: 54771-8507 | |
| Chow Diet | LabDiet | 3005659-220 | PicoLab 5L0D |
| Cotton Applicator | Dynarex | 4303 | |
| Cotton Pad | Rael | UPC: 810027130969 | |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Software Inc. | Version 8.4.3 | |
| Grarfe Forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | |
| Halsted Mosquito Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Ketamine | Par Pharmaceutical | NDC: 42023-0115-10 | |
| Nitrile gloves | Fisherbrand | 19-130-1597 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140122 | |
| Porcine pancreatic elastase | Sigma-Aldrich | E1250-100MG | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | |
| Sterile 0.9% saline solution | Baxter | 2B1324X | |
| Xylazine | Akorn | NDC: 59399-110-20 |
Riferimenti
- Kent, K. C. Clinical practice: Abdominal aortic aneurysms. The New England Journal of Medicine. 371 (22), 2101-2108 (2014).
- Karthikesalingam, A., et al. Mortality from ruptured abdominal aortic aneurysms: Clinical lessons from a comparison of outcomes in England and the USA. Lancet. 383 (9921), 963-969 (2014).
- Noel, A. A., et al. Ruptured abdominal aortic aneurysms: The excessive mortality rate of conventional repair. Journal of Vascular Surgery. 34 (1), 41-46 (2001).
- Lederle, F. A., et al. Rupture rate of large abdominal aortic aneurysms in patients refusing or unfit for elective repair. JAMA. 287 (22), 2968-2972 (2002).
- Kochanek, K. D., Xu, J., Murphy, S. L., Minino, A. M., Kung, H. C. Deaths: Final data for 2009. National Vital Statistics Reports. 60 (3), 1 (2011).
- Daugherty, A., Cassis, L. A. Mechanisms of abdominal aortic aneurysm formation. Current Atherosclerosis Reports. 4 (3), 222-227 (2002).
- Quintana, R. A., Taylor, W. R. Cellular mechanisms of aortic aneurysm formation. Circulation Research. 124 (4), 607-618 (2019).
- Kuivaniemi, H., Ryer, E. J., Elmore, J. R., Tromp, G. Understanding the pathogenesis of abdominal aortic aneurysms. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 13 (9), 975-987 (2015).
- Trollope, A., Moxon, J. V., Moran, C. S., Golledge, J. Animal models of abdominal aortic aneurysm and their role in furthering management of human disease. Cardiovascular Pathology. 20 (2), 114-123 (2011).
- Patelis, N., et al. Animal models in the research of abdominal aortic aneurysms development. Physiological Research. 66 (6), 899-915 (2017).
- Senemaud, J., et al. Translational relevance and recent advances of animal models of abdominal aortic aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 37 (3), 401-410 (2017).
- Lysgaard Poulsen, J., Stubbe, J., Lindholt, J. S. Animal models used to explore abdominal aortic aneurysms: A systematic review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 52 (4), 487-499 (2016).
- Tsui, J. C. Experimental models of abdominal aortic aneurysms. Open Cardiovascular Medicine Journal. 4, 221-230 (2010).
- Manning, M. W., Cassi, L. A., Huang, J., Szilvassy, S. J., Daugherty, A. Abdominal aortic aneurysms: Fresh insights from a novel animal model of the disease. Vascular Medicine. 7 (1), 45-54 (2002).
- Chiou, A. C., Chiu, B., Pearce, W. H. Murine aortic aneurysm produced by periarterial application of calcium chloride. Journal of Surgical Research. 99 (2), 371-376 (2001).
- Allaire, E., Guettier, C., Bruneval, P., Plissonnier, D., Michel, J. B. Cell-free arterial grafts: Morphologic characteristics of aortic isografts, allografts, and xenografts in rats. Journal of Vascular Surgery. 19 (3), 446-456 (1994).
- Anidjar, S., et al. Elastase-induced experimental aneurysms in rats. Circulation. 82 (3), 973-981 (1990).
- Sun, J., et al. Mast cells modulate the pathogenesis of elastase-induced abdominal aortic aneurysms in mice. Journal of Clinical Investigation. 117 (11), 3359-3368 (2007).
- Bhamidipati, C. M., et al. Development of a novel murine model of aortic aneurysms using peri-adventitial elastase. Surgery. 152 (2), 238-246 (2012).
- Pyo, R., et al. Targeted gene disruption of matrix metalloproteinase-9 (gelatinase B) suppresses development of experimental abdominal aortic aneurysms. Journal of Clinical Investigation. 105 (11), 1641-1649 (2000).
- Tanaka, A., Hasegawa, T., Chen, Z., Okita, Y., Okada, K. A novel rat model of abdominal aortic aneurysm using a combination of intraluminal elastase infusion and extraluminal calcium chloride exposure. Journal of Vascular Surgery. 50 (6), 1423-1432 (2009).
- Busch, A., et al. Four surgical modifications to the classic elastase perfusion aneurysm model enable haemodynamic alterations and extended elastase perfusion. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 56 (1), 102-109 (2018).
- Liang, W., et al. KLF11 protects against venous thrombosis via suppressing tissue factor expression. Thrombosis and Haemostasis. , (2021).
- Marinov, G. R., et al. Can the infusion of elastase in the abdominal aorta of the Yucatan miniature swine consistently produce experimental aneurysms. Journal of Investigative Surgery. 10 (3), 129-150 (1997).
- Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments. (153), e60169 (2019).
