Summary

En model af Cardiac Remodeling Gennem Sammensnøring af den abdominale aorta i rotter

Published: December 02, 2016
doi:

Summary

A rat model of abdominal aortic constriction that induces cardiac hypertrophy and remodeling is described. An efficient, highly-reproducible, and minimally-invasive method is used to provide a simple yet useful platform for research in myocardial hypertrophy and dysfunction.

Abstract

Heart failure is one of the leading causes of death worldwide. It is a complex clinical syndromethat includes fatigue, dyspnea, exercise intolerance, and fluid retention. Changes in myocardial structure, electrical conduction, and energy metabolism develop with heart failure, leading to contractile dysfunction, increased risk of arrhythmias, and sudden death. Hypertensive heart disease is one of the key contributing factors of cardiac remodeling associated with heart failure. The most commonly-used animal model mimicking hypertensive heart disease is created via surgical interventions, such as by narrowing the aorta. Abdominal aortic constriction is a useful experimental technique to induce a pressure overload, which leads to heart failure. The surgery can be easily performed, without the need for chest opening or mechanical ventilation. Abdominal aortic constriction-induced cardiac pathology progresses gradually, making this model relevant to clinical hypertensive heart failure. Cardiac injury and remodeling can be observed 10 weeks after the surgery. The method described here provides a simple and effective approach to produce a hypertensive heart disease animal model that is suitable for studying disease mechanisms and for testing novel therapeutics.

Introduction

Hjertesvigt er et komplekst klinisk syndrom, hvor symptomerne omfatter træthed, dyspnø, motion intolerance, og væskeretention i perifere væv. Det er den hyppigste dødsårsag i de udviklede lande 1. Bortset fra nedarvet kardiomyopati forårsaget af mutationer i sarkomeret proteiner eller ionkanaler 2, kan myokardiedysfunktion være forårsaget af en række medicinske tilstande, herunder hypertension, valvulær hjertesygdomme, fedme og diabetes 3. Ændringer i myokardie struktur, elektrisk ledning, og energi stofskifte fører til utilstrækkelig hjertefunktion pumpekapacitet for at imødekomme kredsløbssygdomme krav, hvilket i sidste ende resulterer i hjertesvigt 3,4. Undersøge mekanismerne bag hjertesvigt, derfor er kritisk inden for kardiovaskulær forskning. Identifikation molekylære mekanismer, der fører til hjertesvigt progression kan i sidste ende hjælpe med opdagelsen af ​​nye terapeutiske mål eller nyttige biomarkører <sup> 1. Det er derfor vigtigt at udvikle hjertesvigt dyremodeller, der deler vigtige kliniske funktioner med hjerteinsufficiens hos mennesker 5.

Hjertehypertrofi og remodellering spiller en kritisk rolle i udviklingen af ​​hjertesvigt. Hypertensive hjertesygdomme er den vigtigste medvirkende faktor af hjertehypertrofi og utilpasset remodeling ses i humane patienter 1. For at efterligne disse menneskelige betingelser, er dyremodeller ofte etableret gennem kirurgiske procedurer. Navnlig kan den tværgående eller abdominale aorta indsnævres til at øge modstanden mod den venstre ventrikel, hvilket i sidste ende fører til en trykoverbelastning i hjertet. Dette fænomen resulterer sædvanligvis i hjertehypertrofi, til en fysiologisk erstatning af cardiomyocytter opfylde den funktionelle efterspørgsel af det kardiovaskulære system. tilsidesætter dog den funktionelle efterspørgsel de normale fysiologiske kompenserende mekanismer, der fører til hjerte-fibrose og entrepflise værdiforringelse. Tværgående pulsåresammensnøring (TAC) kirurgi indebærer ofte komplicerede procedurer, herunder torakotomi, mekanisk ventilation, og adskillelse af thymus og fedtvæv fra aortabuen. I modsætning hertil abdominale aorta indsnævring kræver enklere eksperimentelle teknikker 6-8. Den abdominale aorta, mellem venstre og højre renale arterier, er indsnævret under operationen. Hjertehypertrofi og remodellering kan iagttages adskillige uger efter den abdominale aorta indsnævring kirurgi 6-8; de producerer robust hypertensiv hjertesygdom svarende til den, der genereres af den tværgående pulsåresammensnøring kirurgi 9,10. Her beskriver vi en protokol til at udføre abdominal aorta indsnævring i rotter under anvendelse af en effektiv, højt reproducerbar, og minimalt invasiv metode. Den abdominale aorta støder op til de renale arterier er indsnævret af en 0,72 mm løkke dannet af en 4-0 silketråd. Ti uger efter operationen, hjertehypertrofi og remodeling kan observeres. Rottemodellen af ​​abdominal aorta konstriktion-induceret hjertehypertrofi tilvejebringer en platform for at studere sygdomsmekanismer og patofysiologi samt udviklingen af ​​potentielle lægemidler.

Protocol

Alle eksperimenter dyr blev udført i overensstemmelse med vejledningen for pleje og anvendelse af forsøgsdyr, udgivet af det amerikanske National Institutes of Health (NIH publikation nr. 85-23, revideret 1996). Protokollen blev godkendt af og i overensstemmelse med de retningslinjer, der er fremsat af Institutional Animal Care og brug Udvalg på National Taiwan University. 1. Animalske Kirurgi Forbered en 22 G kanyle ved afstumpning spidsen af ​​nålen på en honing sten. V…

Representative Results

10 uger efter den abdominale aorta konstriktion kirurgi blev den resulterende kardial patologi analyseret. Den kardielle histologi blev målt ved at beregne forholdet mellem hjertevægt til legemsvægt og ved at detektere mængden af ​​collagen i hjertet. Cardiac skade blev bekræftet ved måling af plasma kardial troponin koncentration. Som vist i figur 1A, blev hjertets størrelse forstørres efter abdom…

Discussion

Hypertensive heart disease, a major health problem that contributes greatly to morbidity and mortality, can lead to cardiac hypertrophy and heart failure5. The pathogenesis and progression of hypertensive heart disease in humans is complex, so an appropriate animal model is critical to investigate the underlying mechanisms and to test novel therapeutics that aim to improve cardiac structure and function5. The abdominal aortic constriction model, which simulates chronic heart disease, is an effective…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors’ work was supported by a grant from Ministry of Science and Technology (MOST 103-2320-B-002-068-MY2), the National Health Research Institute (NHRI-EX104-10418SC), and National Taiwan University (NTU 104R4000).

Materials

22-Gauge syringe needle                          BD Biosciences            309572
EDTA Blood Collection Tubes    BD Biosciences            REF365974
4-0 silk suture                           Sharpoint™ Products                    DC-2515N
6-0 silk suture                           Sharpoint™ Products                    DC-2150N
Pentobarbital                            Sigma Aldrich                               1507002
Paraformaldehyde                     Sigma Aldrich                              441244
Acetaminophen Sigma Aldrich                              A7085
Picrosirius red solution              Abcam                                         ab150681
Cardiac troponin kit                   Abcam                                         ab200016
Imagequant Molecular Dynamics
Langendorff                              ADInstruments                             ML870B2

References

  1. Houser, S. R., et al. Animal models of heart failure: a scientific statement from the American Heart Association. Circ Res. 111, 131-150 (2012).
  2. Towbin, J. A. Inherited cardiomyopathies. Circ J. 78, 2347-2356 (2014).
  3. Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Dis Model Mech. 3, 138-143 (2010).
  4. van Bilsen, M., van Nieuwenhoven, F. A., van der Vusse, G. J. Metabolic remodelling of the failing heart: beneficial or detrimental?. Cardiovasc Res. 81, 420-428 (2009).
  5. Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circ Heart Fail. 2, 138-144 (2009).
  6. Gu, W. L., Chen, C. X., Huang, X. Y., Gao, J. P. The effect of angoroside C on pressure overload-induced ventricular remodeling in rats. Phytomedicine. 22, 705-712 (2015).
  7. Zhang, Y., et al. Alteration of cardiac ACE2/Mas expression and cardiac remodelling in rats with aortic constriction. Chin J Physiol. 57, 335-342 (2014).
  8. Tardif, K., et al. Nestin upregulation characterizes vascular remodeling secondary to hypertension in the rat. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 308, H1265-H1274 (2015).
  9. Li, C., et al. Myeloid mineralocorticoid receptor deficiency inhibits aortic constriction-induced cardiac hypertrophy in mice. PLoS One. 9, e110950 (2014).
  10. Ku, H. C., Su, M. J. DPP4 deficiency preserved cardiac function in abdominal aortic banding rats. PLoS One. 9, e85634 (2014).
  11. Lee, S. Y., et al. Caffeic acid ethanolamide prevents cardiac dysfunction through sirtuin dependent cardiac bioenergetics preservation. J Biomed Sci. 22, 80 (2015).
  12. Gs, A. K., Raj, B., Santhosh, K. S., Sanjay, G., Kartha, C. C. Ascending aortic constriction in rats for creation of pressure overload cardiac hypertrophy model. J Vis Exp. , e50983 (2014).
  13. deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. , e1729 (2010).
  14. Schaefer, A., et al. A New Animal Model for Investigation of Mechanical Unloading in Hypertrophic and Failing Hearts: Combination of Transverse Aortic Constriction and Heterotopic Heart Transplantation. PLoS One. 11, e0148259 (2016).
  15. Rodriguez-Iturbe, B., Quiroz, Y., Kim, C. H., Vaziri, N. D. Hypertension induced by aortic coarctation above the renal arteries is associated with immune cell infiltration of the kidneys. Am J Hypertens. 18, 1449-1456 (2005).
  16. Ku, H. C., Lee, S. Y., Yang, K. C., Kuo, Y. H., Su, M. J. Modification of Caffeic Acid with Pyrrolidine Enhances Antioxidant Ability by Activating AKT/HO-1 Pathway in Heart. PLoS One. 11, e0148545 (2016).
  17. Bovill, J. G. Intravenous anesthesia for the patient with left ventricular dysfunction. Semin Cardiothorac Vasc Anesth. 10, 43-48 (2006).
  18. Inoko, M., Kihara, Y., Morii, I., Fujiwara, H., Sasayama, S. Transition from compensatory hypertrophy to dilated, failing left ventricles in Dahl salt-sensitive rats. Am J Physiol. 267, H2471-H2482 (1994).
  19. Heyen, J. R., et al. Structural, functional, and molecular characterization of the SHHF model of heart failure. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 283, H1775-H1784 (2002).
check_url/kr/54818?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Ku, H., Lee, S., Wu, Y. A., Yang, K., Su, M. A Model of Cardiac Remodeling Through Constriction of the Abdominal Aorta in Rats. J. Vis. Exp. (118), e54818, doi:10.3791/54818 (2016).

View Video