Создание и оценка модели трансплантатной болезни вен свиней
Summary
В этом протоколе новое шунтирование вены свиньи выполнялось через небольшой разрез в левой грудной стенке без искусственного кровообращения. Было проведено послеоперационное патологоанатомическое исследование, которое показало утолщение интимы.
Abstract
Болезнь венозного трансплантата (ВГД) является основной причиной неудачи аортокоронарного шунтирования (АКШ). Большие животные модели АКШ-ВГД необходимы для исследования механизмов заболевания и разработки терапевтических стратегий.
Для проведения операции мы входим в сердечную камеру через третье межреберье, аккуратно рассекаем внутреннюю молочную вену и погружаем ее в обычный физиологический раствор. Затем правая главная коронарная артерия лечится от ишемии. Сосуд-мишень разрезают, устанавливают шунтирующую пробку и анастомозируют дистальный конец вены трансплантата. Восходящая аорта частично блокируется, а проксимальный конец вены трансплантата после перфорации анастомозируется. Проводится проверка проходимости трансплантатной вены и перевязка проксимальной правой коронарной артерии.
Операция АКШ проводится у мини-свиней для забора левой внутренней молочной вены для использования в качестве сосудистого трансплантата. Сывороточные биохимические тесты используются для оценки физиологического состояния животных после операции. Ультразвуковое исследование показывает, что проксимальный, средний и дистальный конец сосуда трансплантата не закупорены. В хирургической модели турбулентный кровоток в трансплантате наблюдается при гистологическом исследовании после операции АКШ, а в трансплантате наблюдается стеноз венозного трансплантата, связанный с гиперплазией интимы. В исследовании представлены подробные хирургические процедуры для создания повторяемой модели VGD, индуцированной АКШ.
Introduction
Хотя смертность от ишемической болезни сердца значительно снизилась в последние годы, у половины взрослых среднего возраста в Соединенных Штатах ежегодно развиваются симптомы ишемической болезни сердца, а треть пожилых людей умирает от ишемической болезни сердца1. Аортокоронарное шунтирование (АКШ) является эффективным хирургическим методом для улучшения ишемии миокарда и, что более важно, незаменимым хирургическим методом для лечения многососудистой ишемической болезни сердца2. Однако со временем у сосудистых трансплантатов развивается воспаление, гиперплазия интимы и прогрессирующий атеросклероз, что, как известно, приводит к отторжению венозного трансплантата или заболеванию венозного трансплантата (VGD)3. У пациентов после АКШ, если возникает рестеноз, в некоторых случаях может быть заменен только больной кровеносный сосуд2. Пожилые пациенты и дополнительные сопутствующие заболевания затрудняют повторное аортокоронарное шунтирование. Отсрочка или контроль патологических проблем, связанных с пересаженными кровеносными сосудами, является неотложной проблемой, которую необходимо решить. Большие животные модели АКШ-ВГД необходимы для исследования механизмов заболевания и разработки терапевтических стратегий. Исследователи успешно установили модели VGD у мелких и крупных животных, таких как мыши4, крысы5, кролики6 и свиньи7. По сравнению с мелкими животными крупные животные, такие как свиньи, имеют анатомическое строение и физиологические характеристики, сходные с человеческими, и имеют более длительную продолжительность жизни 8,9. Таким образом, крупные животные больше подходят для изучения отдаленных патологических изменений при венозной трансплантатной болезни и для доклинических испытаний лекарств или устройств. Мы и наша сотрудничающая команда успешно применили хирургические методы для создания модели сердечной недостаточности свиней и описали сердечные патологические изменения в этой модели10.
Хирургия АКШ была стандартизирована в клинической практике, но когда она применяется к созданию моделей животных VGD, различия между видами, приобретение оборудования и средств для животных, хирургические операции на животных, а также кормление и уход за животными являются огромными проблемами для исследователей. Как и в клинической практике, подходы к хирургии АКШ, используемые для создания моделей VGD на животных, включают срединную стернотомию11 и левую боковую торакотомию12. Чаще используется срединная стернотомия13,14. Однако такой подход сопряжен с высокими рисками как для людей, так и для животных. В исследовании, опубликованном Thankam et al., две из шести свиней, использованных для моделирования, умерли во время операции15. Высокая модельная смертность увеличивает затраты на исследования и влияет на точность результатов. Ранее исследование показало, что разрез левой грудной стенки возможен, чтобы установить АКШ-индуцированную VGD усвиней 11. Здесь это исследование направлено на описание пошагового протокола для создания воспроизводимой операции для модели VGD, индуцированной АКШ, у мини-пигов, и для оценки фенотипа этой модели. Экспериментальный протокол был совместно разработан кардиохирургической и анестезиологической бригадами. Хирургический подход к левому третьему межреберью определяли по трупам других минипигов в лаборатории перед операцией, а метод анестезии проводили по методу, применяемому в центре16. Для оценки моделей животных были проведены биохимические анализы крови, ультразвуковое исследование и гистологическое исследование.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании мы подробно описали протокол отбора животных, подготовки инструментов, хирургических процедур и послеоперационной оценки при разработке модели VGD, индуцированной АКШ. Мы провели ультразвуковое исследование венозного трансплантата до и после операции АКШ и гистол?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Гуандунский институт мониторинга лабораторных животных за техническую поддержку, уход за животными и сбор образцов. Они также благодарят компанию Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd за техническую поддержку в ультразвуковом исследовании. Эта работа была поддержана Гуандунской научно-технической программой, Китай, и Проектом фундаментальных научных исследований центральных университетов Цзинаньского университета (2017A020215076, 2008A08003 и 21621409).
Materials
| Aortic Punch | Medtronic Inc. , America | 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm | Used for proximal coronary bridge anastomosis |
| Automatic biochemical analyzer | IDEXX Laboratories, Inc. America | Catalyst One | |
| Cardiac coronary artery bypass grafting instrument kit | LANDANGER, France | ||
| Cardiogram monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co, Ltd | MEC-1000 | |
| Coronary Shunt | AXIUS | OF-1500, OF-2500, OF-3000 | The product temporarily blocks the coronary artery during arteriotomy to reduce the amount of bleeding in the surgical field and provide blood flow to the distal end during anastomosis. The Axius shunt plug is not an implant and should be removed prior to completion of the anastomosis. |
| Defibrillator | MEDIANA | Mediana D500 | |
| Diazepam | Nanguo pharmaceutical Co. LTD, Guangdong, China | H37023039 | Narcotic inducer |
| Disposable manual electric knife | Covidien, America | E2516H | |
| Electric negative pressure suction machine | Shanghai Baojia Medical Instrument Co, Ltd | YX932D | |
| Esmolol | Guangzhou Wanzheng Pharmaceutical Co. LTD | H20055990 | Emergency drugs |
| Ice machine | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Lidocaine | Chengdu First Pharmaceutical Co. LTD | H51021662 | Emergency drugs |
| Luxtec headlight system | Luxtec, America | AX-1375-BIF | Used for lighting fine parts during operation |
| Medical operation magnifier (glasses) | Germany Lista co, LTD | SuperVu Galilean 3.5× | Used for fine site operation during operation |
| Multi-function high-frequency electrotome | Shanghai Hutong Electronics Co, Ltd | GD350-B | |
| Nitrogen canister | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Nonabsorbable surgical suture (polypropylene suture) | Johnson & Johnson, America | 6-0, 7-0 | Used to suture blood vessels. |
| Nonabsorbable suture (cotton thread) | Covidien, America | 1-0 | Used for skin and muscle tissue tugging |
| Open heart surgery instrument kit | Shanghai Medical Instrument (Group) Co., LTD | ||
| Propofol injection | Xi 'an Libang Pharmaceutical Co. LTD | H19990282 | Anesthetic sedative |
| Refrigerator | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Respiratory anesthesia machine for animal | Shenzhen Reward Life Technology Co, Ltd, China | R620-S1 | |
| Semi-occlusion clamp | Xinhua Surgical Instrument Co., Ltd. | ZL1701RB | Temporarily cut off the aortic flow |
| vecuronium bromide | Richter, Hungary | JX20090127 | Muscle relaxant |
| Veterinary ultrasound system | Royal Philips, Netherlands | CX50 | |
| Zoletil | Virbac, France | Zoletil 50 | Animal narcotic |
Riferimenti
- Lloyd-Jones, D., et al. Executive summary: Heart disease and stroke statistics–2010 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 121 (7), 948-954 (2010).
- Taggart, D. P. Contemporary coronary artery bypass grafting. Frontiers of Medicine. 8, 395-398 (2014).
- Wolny, R., Mintz, G. S., Pregowski, J., Witkowski, A. Mechanisms, prevention and treatment of saphenous vein graft disease. The American Journal of Cardiology. 154, 41-47 (2021).
- Schachner, T., Laufer, G., Bonatti, J. In vivo (animal) models of vein graft disease. European Journal of Cardio-thoracic Surgery: Official Journal of the European Association for Cardio-thoracic Surgery. 30 (3), 451-463 (2006).
- Suggs, W. D., et al. Antisense oligonucleotides to c-fos and c-jun inhibit intimal thickening in a rat vein graft model. Surgery. 126 (2), 443-449 (1999).
- Jiang, Z., et al. A novel vein graft model: Adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), H240-H245 (2004).
- O’Brien, J. E., et al. Early injury to the media after saphenous vein grafting. The Annals of Thoracic Surgery. 65 (5), 1273-1278 (1998).
- Zou, Y., et al. Mouse model of venous bypass graft arteriosclerosis. The American Journal of Pathology. 153 (4), 1301-1310 (1998).
- Klyachkin, M. L., et al. Postoperative reduction of high serum cholesterol concentrations and experimental vein bypass grafts. Effect on the development of intimal hyperplasia and abnormal vasomotor function. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 108 (3), 556-566 (1994).
- Tan, W., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Hocum Stone, ., L, L., et al. Magnetic resonance imaging assessment of cardiac function in a swine model of hibernating myocardium 3 months following bypass surgery. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 153 (3), 582-590 (2017).
- Gedik, N., et al. Proteomics/phosphoproteomics of left ventricular biopsies from patients with surgical coronary revascularization and pigs with coronary occlusion/reperfusion: Remote ischemic preconditioning. Scientific Reports. 7 (1), 7629 (2017).
- Tsirikos Karapanos, ., N, , et al. The impact of competitive flow on distal coronary flow and on graft flow during coronary artery bypass surgery. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 12 (6), 993-997 (2011).
- Meng, X., et al. Competitive flow arising from varying degrees of coronary artery stenosis affects the blood flow and the production of nitric oxide and endothelin in the internal mammary artery graft. European Journal of Cardio-thoracic Surgery: Official Journal of the. 43 (5), 1022-1027 (2013).
- Thankam, F. G., et al. Association of hypoxia and mitochondrial damage associated molecular patterns in the pathogenesis of vein graft failure: A pilot study. Translational Research: The Journal of Laboratory and Clinical. , 38-52 (2021).
- Li, X., et al. A surgical model of heart failure with preserved ejection fraction in Tibetan minipigs. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 180 (180), 63526 (2022).
- Rueda, A. l. c. a. l. &. #. 2. 2. 5. ;., I, , et al. A live porcine model for surgical training in tracheostomy, neck dissection, and total laryngectomy. European Archives of Oto-Rhino-Laryngology: Official Journal of the European Federation of Oto-Rhino-Laryngological Societies (EUFOS): Affiliated with the German Society for Oto-Rhino-Laryngology – Head and Neck Surgery. 278 (8), 3081-3090 (2021).
- Proudfit, W. L. Prognostic value of coronary arteriography. Cardiovascular Clinics. 12 (2), 1-8 (1981).
- Clark, R. A. Regulation of fibroplasia in cutaneous wound repair. TheAmerican Journal of the Medical Sciences. 306 (1), 42-48 (1993).
- Darby, I., Skalli, O., Gabbiani, G. Alpha-smooth muscle actin is transiently expressed by myofibroblasts during experimental wound healing. Laboratory Investigation. 63 (1), 21-29 (1990).
- Sterpetti, A. V., et al. Formation of myointimal hyperplasia and cytokine production in experimental vein grafts. Surgery. 123 (4), 461-469 (1998).
- Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments: JoVE. 153 (153), (2019).
- Langille, B. L., O’Donnell, F. Reductions in arterial diameter produced by chronic decreases in blood flow are endothelium-dependent. Science. 231 (4736), 405-407 (1986).
- Zwolak, R. M., Adams, M. C., Clowes, A. W. Kinetics of vein graft hyperplasia: Association with tangential stress. Journal of Vascular Surgery. 5 (1), 126-136 (1987).
- Kotani, K., et al. A subacute hypoxic model using a pig. Surgery Today. 35 (11), 951-954 (2005).
- Liu, D., et al. Comparison of ketamine-pentobarbital anesthesia and fentanyl-pentobarbital anesthesia for open-heart surgery in minipigs. Lab Animal. 38 (7), 234-240 (2009).
- Geovanini, G. R., Pinna, F. R., Prado, F. A., Tamaki, W. T., Marques, E. Standardization of anesthesia in swine for experimental cardiovascular surgeries. Revista Brasileira de Anestesiologia. 58 (4), 363-370 (2008).
- Alhomary, M., Ramadan, E., Curran, E., Walsh, S. R. Videolaryngoscopy vs. fibreoptic bronchoscopy for awake tracheal intubation: A systematic review and meta-analysis. Anaesthesia. 73 (9), 1151-1161 (2018).
- Parang, P., Arora, R. Coronary vein graft disease: Pathogenesis and prevention. Canadian Journal of Cardiology. 25 (2), e57-e62 (2009).
- Egan, T. D., et al. Fentanyl pharmacokinetics in hemorrhagic shock: a porcine model. Anesthesiology. 91 (1), 156-166 (1999).
