En modifisert teknikk for tverrgående aortainnsnevring hos mus
Summary
Den foreliggende protokollen beskriver en modifisert og forenklet teknikk med en minimalt invasiv transvers aortakonstriksjon (TAC) prosedyre ved bruk av en selvfremstilt retractor. Denne prosedyren kan utføres uten ventilator eller mikroskop og introduserer trykkoverbelastning, noe som til slutt fører til hjertehypertrofi eller hjertesvikt.
Abstract
Transverse aortaconstriction (TAC) er en hyppig brukt kirurgi i forskning på hjertesvikt og hjertehypertrofi basert på dannelse av trykkoverbelastning i musemodeller. Hovedutfordringen med denne prosedyren er å tydelig visualisere den tverrgående aortabuen og nøyaktig bånd målbeholderen. Klassiske tilnærminger utfører en delvis torakotomi for å eksponere den tverrgående aortabuen. Det er imidlertid en åpen brystmodell som forårsaker et ganske stort kirurgisk traume og krever en ventilator under operasjonen. For å forhindre unødvendige traumer og forenkle operasjonsprosedyren, nærmer aortabuen seg via den proksimale andelen av brystbenet, og når og binder målbeholderen ved hjelp av en liten selvfremstillet retractor som inneholder en snare. Denne prosedyren kan utføres uten å komme inn i pleurahulen og trenger ikke en ventilator eller mikrokirurgisk operasjon, noe som etterlater musene med fysiologiske pustemønstre, forenkler prosedyren og reduserer driftstiden betydelig. På grunn av den mindre invasive tilnærmingen og mindre driftstid, kan mus gjennomgå færre stressreaksjoner og komme seg raskt.
Introduction
Hjertesvikt er et komplekst klinisk symptom som skyldes nedsatt struktur og funksjon av ventrikulær fylling eller utkasting av blod1. Sykdomsstadiet defineres hovedsakelig via New York Heart Association funksjonsklassifisering basert på alvorlighetsgrad av symptomer og fysisk aktivitet2. For de pasientene med en ejeksjonsfraksjon på over 50 % økte strukturelle og/eller funksjonelle abnormiteter natriuretiske peptider for å støtte diagnosen hjertesvikt med bevart ejeksjonsfraksjon (HFpEF)2. Iskemisk hjertesykdom er en ledende årsak blant flere etiologier av hjertesvikt. Dermed brukes myokardinfarktmodellen (som permanent koronar ligering) ofte til å studere patofysiologi etter hjertehypoperfusjon eller iskemi-reperfusjonsskade 3,4. Foruten akutt myokardskade, bidrar andre risikofaktorer som hypertensjon, diabetes, fedme og en familiehistorie med kardiomyopati også til utvikling av hjertesvikt. Etter at pasientene har passert trinn A (med risiko for hjertesvikt) og går inn i trinn B (pre-hjertesvikt), oppstår strukturell modifikasjon1. For eksempel går hypertensive pasienter først gjennom adaptiv venstre ventrikkelhypertrofi, og utvikler seg deretter gradvis til maladaptiv hjertehypertrofi og transitt til hjertesvikt gjennom patologisk remodellering5.
Som terminalstadiet av ulike kardiovaskulære sykdommer, har kronisk hjertesvikt blitt studert i flere tiår6. Flere musemodeller har blitt mye brukt i hjertesviktforskning, inkludert legemiddelinfusjon (angiotensin II), metabolske forstyrrelser (diabetes eller høyt kalorisk diett) og aortakonstriksjon7. Blant disse modellene er angiotensin II perfusjon ledsaget av ulike organbivirkninger, som nyre7. Inducing metabolske forstyrrelser krever vanligvis en ganske lang periode. Stigende aortakonstriksjon har vært ansett å ha begrenset relevans for menneskelig sykdom7.
TAC er en pålitelig modell som øker etterbelastningen og induserer hjertehypertrofi samt hjertesvikt8. TAC-modellen med åpen brystkasse ble først beskrevet av Rockman et al. og ble brukt i en rekke laboratorier rundt om i verden9. Imidlertid forårsaker denne klassiske TAC-prosedyren et ganske stort traume for mus og endrer deres normale oppførsel, noe som kan ta lang gjenopprettingstid og forstyrre videre behandling10. Andre modifiserte TAC-prosedyrer med lukket bryst reduserte noen invasive trinn, men krevde mikrokirurgiske ferdigheter eller mekanisk ventilasjon10,11.
Den nåværende protokollen beskriver en trinnvis metode med en minimalt invasiv tilnærming til aortabuen ved hjelp av en selvfremstillet retractor via et 3 mm midtlinjesnitt i øvre kant av brystbenet. Denne modellen trenger ikke mikrokirurgisk ferdighet, mekanisk ventilasjon eller å kutte gjennom ribbeina, og gir dermed en rask, kirurgisk traumebegrenset, ukomplisert og billig måte å utføre TAC-kirurgi på.
Protocol
Representative Results
Discussion
Induksjon av vedvarende trykkoverbelastning kan gradvis forårsake hjertehypertrofi og hjertesvikt. Denne modellen har blitt brukt i mange laboratorier rundt om i verden14,15,16. Protokollen ga en forbedret TAC-metode som ikke trenger mikrokirurgiske ferdigheter eller mekanisk ventilasjon.
Det viktigste trinnet i denne protokollen er å føre silkesue under aortabuen. Når snaren har hektet aortabuen,…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet er finansiert av National Natural Science Foundation of China (NSFC 81822002). Vi takker alle medlemmer som har deltatt i dette arbeidet.
Materials
| 4-0 nonabsorbable suture | Jinhuan | HM403 | Used for suturing the skin |
| 5 mL syringe | Haifuda Technology Co., Ltd. | BD-309628 | Used for making snare containing retractor |
| 7-0 nonabsorbable suture | Jinhuan | HM701 | Used for aorta ligation |
| Animal temperature monitor | Kaerwen | FT3400 | Used for monitoring body temperature |
| Buprenorphine | Sigma | B-044 | Used for post-surgical pain treatment |
| Depilatory cream | Veet | N/A | Used for remove body hair from the surgical area |
| Heating Pad | Xiaochuangxin | N/A | Used for maintaining body temperature |
| Ibuprofen | MCE | HY-78131 | Used for post-surgical pain treatment |
| Iron wire (0.5 mm) | Qing Yuan | Iron wire #26 | Used for making snare containing retractor |
| Microscopic tweezers | RWD | F12006-10 | Used for penetrating and separating the tissue to open operation space |
| Needle holder | RWD | F12005-10 | Used for pinching off the tip of gauge needle and blunting it |
| Ophthalmic forceps | RWD | F14012-10 | Used for holding skin and other tissues |
| Ophthalmic scissors | RWD | S11001-08 | Used for making sking incision of mouse |
| Pentobarbital sodium | Sigma | P3761 | Used for mouse anesthesia |
| Sterile operating mat | Hale & hearty | 211002 | Used for placing animal during surgery |
| Ultra-sound imaging system | Fujifilm visualsonics | vevo1100 | Used for measure the blood flow velocity, left ventricular wall thickness and ejection fraction, https://www.visualsonics.com/product/imaging-systems/vevo-1100 |
Riferimenti
- Heidenreich, P. A., et al. AHA/ACC/HFSA Guideline for the Management of Heart Failure: A Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines. Circulation. 145 (18), 895 (2022).
- McDonagh, T. A., et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure. European Heart Journal. 42 (36), 3599 (2021).
- Lv, B., et al. Induction of myocardial infarction and myocardial ischemia-reperfusion injury in mice. Journal of Visualized Experiments. (179), e63257 (2022).
- Curaj, A., Simsekyilmaz, S., Staudt, M., Liehn, E. Minimal invasive surgical procedure of inducing myocardial infarction in mice. Journal of Visualized Experiments. (99), e52197 (2015).
- Nakamura, M., Sadoshima, J. Mechanisms of physiological and pathological cardiac hypertrophy. Nature Reviews Cardiology. 15 (7), 387-407 (2018).
- Wang, H., et al. Bibliometric analysis on the progress of chronic heart failure. Current Problems in Cardiology. 47 (9), 101213 (2022).
- Riehle, C., Bauersachs, J. Small animal models of heart failure. Cardiovascular Research. 115 (13), 1838-1849 (2019).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. The American Journal of Physiology. 266, 2468-2475 (1994).
- Eichhorn, L., et al. A closed-chest model to induce transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiments. (134), e57397 (2018).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of minimally invasive transverse aortic constriction in mice for induction of left ventricular hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. (127), e56231 (2017).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).
- Li, L., et al. Assessment of cardiac morphological and functional changes in mouse model of transverse aortic constriction by echocardiographic imaging. Journal of Visualized Experiments. (112), e54101 (2016).
- Wang, X., et al. ATF4 protects the heart from failure by antagonizing oxidative stress. Circulation Research. 131 (1), 91-105 (2022).
- Li, J., et al. GCN5-mediated regulation of pathological cardiac hypertrophy via activation of the TAK1-JNK/p38 signaling pathway. Cell Death & Disease. 13 (4), 421 (2022).
- Syed, A. M., et al. Up-regulation of Nrf2/HO-1 and inhibition of TGF-beta1/Smad2/3 signaling axis by daphnetin alleviates transverse aortic constriction-induced cardiac remodeling in mice. Free Radical Biology and Medicine. 186, 17-30 (2022).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally invasive transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55293 (2017).
- Lao, Y., et al. Operating transverse aortic constriction with absorbable suture to obtain transient myocardial hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. (163), e61686 (2020).
- Veldhuizen, R. A., Slutsky, A. S., Joseph, M., McCaig, L. Effects of mechanical ventilation of isolated mouse lungs on surfactant and inflammatory cytokines. European Respiratory Journal. 17 (3), 488-494 (2001).
- Withaar, C., Lam, C. S. P., Schiattarella, G. G., de Boer, R. A., Meems, L. M. G. Heart failure with preserved ejection fraction in humans and mice: embracing clinical complexity in mouse models. European Heart Journal. 42 (43), 4420-4430 (2021).
