Модифицированная методика поперечного сужения аорты у мышей
Summary
В настоящем протоколе описана модифицированная и упрощенная методика с минимально инвазивной процедурой поперечного сужения аорты (TAC) с использованием самодельного ретрактора. Эта процедура может проводиться без аппарата искусственной вентиляции легких или микроскопа и приводит к перегрузке давлением, что в конечном итоге приводит к гипертрофии сердца или сердечной недостаточности.
Abstract
Поперечное сужение аорты (TAC) является часто используемой операцией в исследованиях сердечной недостаточности и гипертрофии сердца, основанной на формировании перегрузки давлением на мышиных моделях. Основная задача этой процедуры состоит в том, чтобы четко визуализировать поперечную дугу аорты и точно перевязать целевой сосуд. Классические подходы выполняют частичную торакотомию, чтобы обнажить поперечную дугу аорты. Тем не менее, это модель с открытой грудной клеткой, которая вызывает довольно большую хирургическую травму и требует аппарата искусственной вентиляции легких во время операции. Чтобы предотвратить ненужную травму и упростить операционную процедуру, к дуге аорты подходят через проксимальную часть грудины, достигая и связывая целевой сосуд с помощью небольшого самодельного ретрактора, содержащего ловушку. Эта процедура может проводиться без входа в полость плевры и не требует аппарата искусственной вентиляции легких или микрохирургической операции, что оставляет мышей с физиологическими паттернами дыхания, упрощает процедуру и значительно сокращает время операции. Благодаря менее инвазивному подходу и меньшему времени операции мыши могут подвергаться меньшему количеству стрессовых реакций и быстро восстанавливаться.
Introduction
Сердечная недостаточность является сложным клиническим симптомом, возникающим в результате нарушения структуры и функции наполнения желудочков или выброса крови1. Стадия заболевания в основном определяется с помощью классификации функций Нью-Йоркской кардиологической ассоциации, основанной на тяжести симптомов и физической активности2. У пациентов с фракцией выброса более 50% структурные и/или функциональные нарушения повышали уровень натрийуретических пептидов для подтверждения диагноза сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса (HFpEF)2. Ишемическая болезнь сердца является основной причиной множественной этиологии сердечной недостаточности. Таким образом, модель инфаркта миокарда (например, постоянная перевязка коронарных артерий) часто используется для изучения патофизиологии после гипоперфузии сердца или ишемии-реперфузионного повреждения 3,4. Помимо острого повреждения миокарда, другие факторы риска, такие как гипертония, диабет, ожирение и семейный анамнез кардиомиопатии, также способствуют развитию сердечной недостаточности. После того, как пациенты проходят стадию А (с риском сердечной недостаточности) и переходят в стадию В (предсердечная недостаточность), происходит структурная модификация1. Например, у пациентов с артериальной гипертензией сначала проходит адаптивная гипертрофия левого желудочка, а затем постепенно развивается дезадаптивная гипертрофия сердца и переход к сердечной недостаточности через патологическое ремоделирование5.
Как терминальная стадия различных сердечно-сосудистых заболеваний, хроническая сердечная недостаточность изучается на протяжении десятилетий6. Несколько моделей мышей широко использовались в исследованиях сердечной недостаточности, включая инфузию лекарств (ангиотензин II), метаболические нарушения (диабет или высококалорийная диета) и сужение аорты7. Среди этих моделей перфузия ангиотензина II сопровождается различными побочными эффектами со стороны органов, таких как почка7. Индуцирование метаболических нарушений обычно требует довольно длительного периода времени. Считается, что сужение восходящей аорты имеет ограниченное отношение к заболеваниям человека7.
TAC является надежной моделью, которая увеличивает постнагрузку и вызывает гипертрофию сердца, а также сердечную недостаточность8. Модель TAC с открытой грудной клеткой была впервые описана Rockman et al. и использовалась во многих лабораториях по всему миру9. Однако эта классическая процедура TAC наносит довольно большую травму мышам и изменяет их нормальное поведение, что может занять длительное время восстановления и нарушить дальнейшее лечение10. Другие модифицированные процедуры TAC с закрытой грудной клеткой уменьшили некоторые инвазивные шаги, но потребовали микрохирургических навыков или искусственной вентиляции легких10,11.
В настоящем протоколе подробно описан пошаговый метод с минимально инвазивным доступом к дуге аорты с использованием самодельного ретрактора через срединный разрез верхнего края грудины диаметром 3 мм. Эта модель не требует микрохирургических навыков, искусственной вентиляции легких или разрезания ребер, что обеспечивает быстрый, ограниченный хирургической травмой, несложный и недорогой способ выполнения операции TAC.
Protocol
Representative Results
Discussion
Индукция устойчивой перегрузки давлением может постепенно вызвать сердечную гипертрофию и сердечную недостаточность. Эта модель использовалась во многих лабораториях по всему миру14,15,16. Протокол обеспечил улучшенный метод TAC, которы…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа финансируется Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC 81822002). Мы благодарим всех членов, которые приняли участие в этой работе.
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).
