קשירת עורקים כליליים שמאליים: מודל מורין כירורגי של אוטם שריר הלב
Summary
מוצג כאן הליך כירורגי לקשירה קבועה של העורק הכלילי השמאלי בעכברים. מודל זה יכול לשמש כדי לחקור את הפתופיזיולוגיה ואת התגובה הדלקתית הקשורים לאחר אוטם שריר הלב.
Abstract
מחלת לב איסכמית ואוטם שריר הלב (MI) לאחר מכן היא אחד הגורמים המובילים לתמותה בארצות הברית וברחבי העולם. על מנת לחקור את השינויים הפתופיזיולוגיים לאחר אוטם שריר הלב ולתכנן טיפולים עתידיים, נדרשים מודלים מחקריים של MI. קשירה קבועה של העורק הכלילי השמאלי (LCA) בעכברים היא מודל פופולרי לחקר תפקוד הלב ועיצוב מחדש של החדרים לאחר MI. כאן אנו מתארים מודל MI כירורגי פחות פולשני, אמין וניתן לשחזור על ידי קשירה קבועה של LCA. המודל הניתוחי שלנו כולל הרדמה כללית הפיכה בקלות, אינטובציה אנדוטרכאלית שאינה דורשת טרכאוטומיה ותורקוטומיה. יש לבצע אלקטרוקרדיוגרפיה ומדידת טרופונין כדי להבטיח MI. אקוקרדיוגרפיה ביום 28 לאחר MI תבחין בתפקוד הלב ובפרמטרים של אי ספיקת לב. ניתן להעריך את מידת הפיברוזיס הלבבי על ידי צביעת טריכרום ו- MRI לב של מאסון. מודל MI זה שימושי לחקר השינויים הפתופיזיולוגיים והאימונולוגיים לאחר MI.
Introduction
מחלות לב וכלי דם הן דאגה מרכזית לבריאות הציבור שגובה את חייהם של 17.9 מיליון בני אדם מדי שנה, ומהווה 31% מהתמותה העולמית1. הסוג השכיח ביותר של אנומליה קרדיווסקולרית הוא מחלת לב כלילית, ואוטם שריר הלב (MI) הוא אחד הביטויים העיקריים של מחלת לב כלילית2. MI נגרמת בדרך כלל על ידי חסימה טרומבוטית של עורק כלילי עקב קרע של רובד פגיע3. האיסכמיה המתקבלת גורמת לשינויים יוניים ומטבוליים עמוקים בשריר הלב המושפע, כמו גם לירידה מהירה בתפקוד הסיסטולי. MI גורם למוות של קרדיומיוציטים, אשר יכול להוביל עוד יותר לתפקוד לקוי של החדרים ואי ספיקת לב4.
המחקר על MI בחולים מוגבל בשל מחסור ברקמות המתקבלות מחולים עם MI5. ככאלה, מודלים של MI שימושיים הן בחקר מנגנוני המחלה והן בפיתוח מטרות טיפוליות פוטנציאליות. המודלים הקיימים כיום של MI כוללים מודלים בלתי הפיכים של איסכמיה (LCA ושיטות אבלציה) ומודלים של רפרפוזיה (איסכמיה/רפרפוזיה, I/R)6. קשירה קבועה של העורק הכלילי השמאלי (LCA) בעכברים היא השיטה הנפוצה ביותר, והיא מחקה את הפתופיזיולוגיה והאימונולוגיה של MI בחולים 7,8,9. MI קבוע יכול להיגרם גם על ידי שיטות אבלציה, אשר כרוך נזק חשמלי או cryoinjury. שיטות אבלציה מסוגלות ליצור אוטם בגודל אחיד במיקום המדויק10. מצד שני, היווצרות צלקת, מורפולוגיית אוטם ומנגנוני איתות מולקולריים עשויים להשתנות בין שיטות האבלציה10,11. שיטת Murine I/R היא מודל MI חשוב נוסף מכיוון שהיא מייצגת את התרחיש הקליני של טיפול ברפרפוזיה12. מודל I/R קשור לאתגרים כגון גודל אוטם משתנה, קושי להבחין בין תגובות של פגיעה ראשונית ורפרפוזיה6.
למרות השימוש הנפוץ, שיטות קשירת LCA קשורות לשיעורי הישרדות נמוכים וכאב לאחר הניתוח13. פרוטוקול זה מדגים את מודל MI הכירורגי של קשירת LCA הכולל הכנה ואינטובציה של עכברים, קשירת LCA, טיפול לאחר ניתוח ותיקוף של MI. במקום להשתמש בטרכאוטומיה פולשנית14, שיטה זו משתמשת באינטובציה אנדוטרכאלית. החיה עוברת אינטובציה על ידי הארת הלוע באמצעות לרינגוסקופ, מה שהופך את ההליך לקל, בטוח יותר ופחות טראומטי15. העכבר מוחזק על תמיכת הנשמה ותחת הרדמה איזופלורנית לאורך כל ההליך. יתר על כן, אקוקרדיוגרפיה וצביעת טריכרום של מאסון מבוצעות כדי להעריך את תפקוד הלב ואת פיברוזיס הלב לאחר MI, בהתאמה. בסך הכל, שיטה זו מספקת מודל מורין כירורגי אמין וניתן לשחזור של MI שניתן להשתמש בו כדי ללמוד פתופיזיולוגיה ודלקת לאחר MI.
Protocol
Representative Results
Discussion
מודל מורין של MI צובר פופולריות במעבדות מחקר לב וכלי דם, ומחקר זה מתאר מודל MI הניתן לשחזור ורלוונטי קלינית. פרוטוקול זה משפר את תהליך קשירת LCA במספר דרכים. ראשית, נמנע השימוש בחומרי הרדמה לפני הניתוח בהזרקה כגון קסילזין/קטמין או נתרן פנטוברביטל14,15. נעשה שימוש ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקי המכון הלאומי לבריאות (R01HL143967, R01HL142629, R01AG069399 ו- R01DK129339), פרס פרויקט טרנספורמטיבי AHA (19TPA34910142), פרס פרויקט חדשני AHA (19IPLOI34760566) ופרס פרויקט החדשנות של ALA (IA-629694) (ל- PD).
Materials
| 22 G catheter needle | Exel INT | 26741 | Thoracentesis |
| 24 G catheter needle | Exel INT | 26746 | Endotracheal intubation |
| 4-0 nylon suture | Covetrus | 29263 | Suturing of muscles and skin |
| 8-0 nylon suture | S&T | 3192 | Ligation of LAD |
| Anesthetic Vaporizers | Vet equip | VE-6047 | Anesthetic support |
| Animal physiology monitor | Fujifilm | VEVO 3100 | Monitor heart rate,respiration rate and body temperature |
| Betadine solution | PBS animal health | 11205 | Antispetic |
| Buprenorphine | Covetrus | 55175 | Analgesic |
| Disecting microscope | OMANO | OM2300S-V7 | Binocular |
| Electric razor | Wahl | 79300-1001M | Shaving |
| Electrode gel | Parker Laboratories | W60698L | Electrically conductive gel |
| Ethanol | Decon Laboratories | 22-032-601 | Disinfectant |
| Forceps | FST | 11065-07 | Stainless Steel |
| Gauze | Curity | CAR-6339-PK | Sterile |
| Heat lamp | Satco | S4998 | Post surgery care |
| Heating pad | Kent scientific | Surgi-M | Temperature control |
| Hot Bead sterilizer | Germinator 500 | 11503 | Sterilization of surgical instrument |
| Isoflurane | Covetrus | 29405 | Anesthesia |
| Masson’s trichrome staining kit | Thermoscientific | 87019 | Measurement of cardiac Fibrosis |
| Micro Needle Holder | FST | 12500-12 | Stainless Steel |
| Micro scissors | FST | 15000-02 | Stainless Steel |
| Ophthalmic ointment | Dechra | Puralube Vet | Sterile occular lubricant |
| Scanning Gel | Parker Laboratories | Aquasonic 100 | Aqueous ultrasound transmission gel |
| Scissors | FST | 14060-11 | Stainless Steel |
| Small Animal Laryngoscope | Penn-Century | Model LS-2-M | Illuminating the oropharynx |
| Small animal ventilator | Harvard apparatus | 557058 | Ventilator support |
| Surgical light | Cole parmer | 41723 | Illuminator Width (in): 7 |
| Vevo 3100 preclinical imaging platform | Fujifilm | VEVO 3100 | Echocardiography |
| VevoLAB software | Fujifilm | VevoLAB 3.2.6 | Echocardiography data analysis |
Riferimenti
- Virani, S. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2021 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 143 (8), 254 (2021).
- Mendis, S., et al. World Health Organization definition of myocardial infarction: 2008-09 revision. International Journal of Epidemiology. 40 (1), 139-146 (2011).
- Frangogiannis, N. G. Pathophysiology of myocardial infarction. Comprehensive Physiology. 5 (4), 1841-1875 (2011).
- Smit, M., Coetzee, A., Lochner, A. The pathophysiology of myocardial ischemia and perioperative myocardial infarction. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 34 (9), 2501-2512 (2020).
- Johny, E., et al. Platelet mediated inflammation in coronary artery disease with Type 2 Diabetes patients. Journal of Inflammation Research. 14, 5131 (2021).
- Martin, T. P., et al. Preclinical models of myocardial infarction: from mechanism to translation. British Journal of Pharmacology. 179 (5), 770-791 (2022).
- De Villiers, C., Riley, P. R. Mouse models of myocardial infarction: comparing permanent ligation and ischaemia-reperfusion. Disease Models & Mechanisms. 13 (11), (2020).
- Vasamsetti, S. B., et al. Apoptosis of hematopoietic progenitor-derived adipose tissue-resident macrophages contributes to insulin resistance after myocardial infarction. Science Translational Medicine. 12 (553), (2020).
- Fernandez, B., et al. The coronary arteries of the C57BL/6 mouse strains: implications for comparison with mutant models. Journal of Anatomy. 212 (1), 12-18 (2008).
- van Amerongen, M. J., Harmsen, M. C., Petersen, A. H., Popa, E. R., van Luyn, M. J. Cryoinjury: a model of myocardial regeneration. Cardiovascular Pathology. 17 (1), 23-31 (2008).
- Lam, N. T., Sadek, H. A. Neonatal heart regeneration: comprehensive literature review. Circulation. 138 (4), 412-423 (2018).
- Heusch, G., Gersh, B. J. The pathophysiology of acute myocardial infarction and strategies of protection beyond reperfusion: a continual challenge. European Heart Journal. 38 (11), 774-784 (2017).
- Srikanth, G., Prakash, P., Tripathy, N., Dikshit, M., Nityanand, S. Establishment of a rat model of myocardial infarction with a high survival rate: A suitable model for evaluation of efficacy of stem cell therapy. Journal of Stem Cells & Regenerative Medicine. 5 (1), 30-36 (2009).
- Lugrin, J., Parapanov, R., Krueger, T., Liaudet, L. Murine myocardial infarction model using permanent ligation of left anterior descending coronary artery. Journal of Visualized Experiments. (150), e59591 (2019).
- Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: a model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206 (2014).
- Pistner, A., Belmonte, S., Coulthard, T., Blaxall, B. C. Murine echocardiography and ultrasound imaging. Journal of Visualized Experiments. (42), e2100 (2010).
- 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).
- Vasamsetti, S. B., et al. Sympathetic neuronal activation triggers myeloid progenitor proliferation and differentiation. Immunity. 49 (1), 93-106 (2018).
- 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).
- Alwardt, C. M., Redford, D., Larson, D. F. General anesthesia in cardiac surgery: a review of drugs and practices. The Journal of Extra-Corporeal Technology. 37 (2), 227-235 (2005).
- Kolk, M. V., et al. LAD-ligation: a murine model of myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (32), e1438 (2009).
- Wu, Y., Yin, X., Wijaya, C., Huang, M. -. H., McConnell, B. K. Acute myocardial infarction in rats. Journal of Visualized Experiments. (48), e2464 (2011).
- Kalogeris, T., Baines, C., Krenz, M., Korthuis, R. Chapter six-cell biology of ischemia/reperfusion injury. International Review of Cell and Molecular Biology. , 229-317 (2012).
- Scofield, S. L., Singh, K. Confirmation of myocardial ischemia and reperfusion injury in mice using surface pad electrocardiography. Journal of Visualized Experiments. (117), e54814 (2016).
- Yan, X., et al. Temporal dynamics of cardiac immune cell accumulation following acute myocardial infarction. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 62, 24-35 (2013).
- Xu, Q., et al. Protective effects of fentanyl preconditioning on cardiomyocyte apoptosis induced by ischemia-reperfusion in rats. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 50 (2), 5286 (2017).
- Leuschner, F., et al. Rapid monocyte kinetics in acute myocardial infarction are sustained by extramedullary monocytopoiesis. Journal of Experimental Medicine. 209 (1), 123-137 (2012).
- Leuschner, F., et al. Silencing of CCR2 in myocarditis. European Heart Journal. 36 (23), 1478-1488 (2015).
- Dutta, P., et al. E-selectin inhibition mitigates splenic HSC activation and myelopoiesis in hypercholesterolemic mice with myocardial infarction. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 36 (9), 1802-1808 (2016).
- Jiang, C., et al. A modified simple method for induction of myocardial infarction in mice. Journal of Visualized Experiments. (178), e63042 (2021).
