En modell av hjärt ombyggnad Genom Förträngning av bukaorta hos råttor
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
Hjärtsvikt är ett komplext kliniskt syndrom, symtom som trötthet, dyspné, träningsintolerans, och vätskeansamling i perifera vävnader. Det är den ledande dödsorsaken i de utvecklade länderna 1. Bortsett från ärftlig kardiomyopati orsakas av mutationer i sarcomere proteiner eller jonkanaler 2, kan hjärtsvikt orsakas av en mängd olika medicinska tillstånd, inklusive högt blodtryck, klaffsjukdomar, fetma och diabetes tre. Förändringar i hjärtmuskelstruktur, elektrisk ledning, och energiomsättning leder till bristande hjärtpumpkapaciteten för att möta cirkulations krav, vilket i slutändan leder till hjärtsvikt 3,4. Undersöka de mekanismer som ligger till grund för hjärtsvikt, därför, är kritisk inom området för kardiovaskulär forskning. Identifiera molekylära mekanismer som leder till hjärtsvikt progression så småningom kan underlätta upptäckten av nya terapeutiska mål eller användbara biomarkörer <supp> 1. Det är därför viktigt att utveckla hjärtsvikt djurmodeller som delar viktiga kliniska funktioner med hjärtsvikt hos människor 5.
Hjärthypertrofi och ombyggnad spelar en avgörande roll i utvecklingen av hjärtsvikt. Hypertensiv hjärtsjukdom är den viktigaste bidragande faktor av hjärthypertrofi och maladaptiv remodeling ses i humana patienter 1. Att efterlikna dessa mänskliga förhållanden, är djurmodeller ofta fastställas genom kirurgiska ingrepp. I synnerhet, kan den tvärgående eller bukaortan vara förträngd för att öka motståndet mot den vänstra ventrikeln, vilket i slutändan leder till en trycköverbelastning i hjärtat. Detta fenomen resulterar vanligtvis i hjärthypertrofi, att en fysiologisk ersättning av kardiomyocyter möta den funktionella efterfrågan av det kardiovaskulära systemet. Men åsidosätter funktionella efterfrågan de normala fysiologiska kompensationsmekanismer, vilket leder till hjärtfibros och Contrackakel njurfunktion. Tvär aorta sammandragning (TAC) kirurgi innebär ofta komplicerade förfaranden, inklusive torakotomi, mekanisk ventilation, och separation av bräss och fettvävnad från aortabågen. Däremot kräver abdominal aortic sammandragning enklare experimentella tekniker 6-8. Bukaortan, mellan de vänstra och högra njurartärerna, är förträngd under operationen. Hjärthypertrofi och remodellering kan observeras flera veckor efter den abdominala aorta sammandragning kirurgi 6-8; de producerar robust hypertensiv hjärtsjukdom liknande den som genereras av den tvärgående aorta sammandragning kirurgi 9,10. Här beskriver vi ett protokoll för att genomföra abdominal aortic sammandragning hos råttor med hjälp av ett effektivt, högt reproducerbar och minimalinvasiv metod. Bukaortan intill njurartärerna är förträngd av en 0,72 mm slinga som bildas av en 4-0 silkestråd. Tio veckor efter operationen, hjärthypertrofi och remodeling kan observeras. Modellen för abdominal aortic sammandragning inducerad hjärthypertrofi råtta ger en plattform för att studera mekanismer och patofysiologi sjukdom, liksom utvecklingen av potentiella läkemedel.
Protocol
Representative Results
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
- Houser, S. R., et al. Animal models of heart failure: a scientific statement from the American Heart Association. Circ Res. 111, 131-150 (2012).
- Towbin, J. A. Inherited cardiomyopathies. Circ J. 78, 2347-2356 (2014).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Dis Model Mech. 3, 138-143 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Li, C., et al. Myeloid mineralocorticoid receptor deficiency inhibits aortic constriction-induced cardiac hypertrophy in mice. PLoS One. 9, e110950 (2014).
- Ku, H. C., Su, M. J. DPP4 deficiency preserved cardiac function in abdominal aortic banding rats. PLoS One. 9, e85634 (2014).
- Lee, S. Y., et al. Caffeic acid ethanolamide prevents cardiac dysfunction through sirtuin dependent cardiac bioenergetics preservation. J Biomed Sci. 22, 80 (2015).
- 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).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. J Vis Exp. , e1729 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bovill, J. G. Intravenous anesthesia for the patient with left ventricular dysfunction. Semin Cardiothorac Vasc Anesth. 10, 43-48 (2006).
- 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).
- 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).
