左肺切除术联合单氯联氨酸或苏根为大鼠肺动脉高压的模型
Summary
啮齿类动物左肺切除术是肺动脉高压研究中的一项有价值的技术。在这里, 我们提出了一个协议来描述大鼠肺切除术程序和术后护理, 以确保最低的发病率和死亡率。
Abstract
在该协议中, 我们详细介绍了正确的程序步骤和必要的预防措施, 以成功地进行左肺切除术和诱导 pah 的大鼠与补充单氯胺 (mct) 或 su5416 (苏根) 的额外给药。我们还将这两个模型与研究中常用的其他 pah 模型进行了比较。在过去的几年里, 动物 pah 模型的重点已经转向研究神经丛病变的血管增生机制, 其中增加肺血流的作用被认为是严重肺发育的重要触发因素血管重塑。增加肺流量的啮齿类动物模型之一是单侧左肺切除术, 再加上 mct 或苏根的 “第二次命中”。左肺的切除导致肺血流和血管重塑的增加和动荡。目前, 还没有详细的大鼠肺切除术程序。本文详细介绍了男性 sprague-dawley 大鼠肺切除术和术后护理的分步方案。简单地说, 动物被麻醉, 胸部被打开。一旦左肺动脉, 肺静脉和支气管被可视化, 他们结扎, 左肺被切除。随后, 胸部关闭, 动物恢复。血液只在右肺循环。这种增加的血管压力导致一个渐进的重塑和闭塞的小肺动脉。第二次击中 mct 或苏根是使用一周后的治疗诱导内皮功能障碍。增加血液流动的结合在肺和内皮功能障碍产生严重的 pah。这个程序的主要限制是, 它需要一般的外科技能。
Introduction
肺动脉高压 (pah) 是一种进行性和致命的疾病, 其特点是肺血流增加, 血管阻力增加, 炎症, 并重塑小肺血管 1.这种重塑通常会导致血管病变阻碍和闭塞小肺动脉, 导致血管收缩和增加右心室后负荷 2.pah 的药理治疗方法很少;因此, 与多环芳烃有关的死亡率仍然很高.近年来, 肺动脉高压病理生物学的研究重点已转向血管增殖的机制, 其中增加肺血流的作用被认为是肺血管发育的重要诱因重塑3,4。
肺动脉高压的动物模型提供了重要的见解, 有助于解释疾病的病理生理学, 并成为药物、细胞、基因和蛋白质传递的平台。传统上, 慢性低氧性肺动脉高压模型和 mct 肺损伤模型一直是研究 pah 病理生理学的主要模型5。然而, 与人类患者描述的改变相比, 它们不足以产生更多的肺血流和新内膜重塑模式。啮齿类动物的慢性缺氧模型导致血管壁增厚, 血管缺氧收缩, 无血管闭塞的小肺血管 6.此外, 缺氧条件是可逆的。因此, 缺氧模型也不足以产生严重的 pah。mct 肺损伤模型确实会引起一些内皮功能障碍, 但在严重原生 pah的人身上发现的复杂血管闭塞性病变在大鼠2中并不发生。此外, mct 治疗的大鼠往往死于 mct 引起的肺毒性、静脉闭塞性肝病和心肌炎, 而不是 pah2。最后, 仅有肺切除术还不足以在短时间内在小肺血管中产生新生内膜病变。肺切除术后, 肺动脉压7的升高最小。在人类中, 当对侧肺健康时, 肺切除术耐受性良好.
然而, 左肺切除术结合 mct 或苏根是有利的, 因为它模仿增加肺血流, 并导致肺血管重塑相当于严重的临床 pah。肺切除术是在左肺进行的, 左肺只有1个叶, 而不是右肺, 左肺有4个叶。如果右肺被摘除, 动物将无法补偿呼吸功能不全。在肺切除-mct 模型中, 90% 以上的手术动物进行了重塑, 形成了新的内膜模式.同样, 苏根和肺切除术的组合导致严重的 pah, 其特征是血管细胞迭代血管病变, 增殖, 凋亡, 和 rv 功能障碍8。左肺切除术与其他手术相比也是有利的, 以诱导 pah。在前描述的模型在大鼠增加肺血流量到肺包括主动脉腔分流或锁骨下肺动脉吻合术。这些模型是极其复杂的 7,9,10,11。要进行主动脉腔分流, 动物的腹部必须打开。分流被放置在腹主动脉, 这增加了流向所有腹部器官的血液, 而不仅仅是肺部, 因此, pah 需要更长的时间来发育。此外, 很难确定血液通过分流, 而与肺切除术的血液流量加倍剩余的肺。锁骨下肺动脉吻合术也有许多并发症。动脉血进入静脉可导致吻合血栓形成和出血。就像主动脉腔分流器一样, 很难确定通过吻合口的血液流动。此外, 这是一个昂贵和困难的技术, 需要血管外科技能。单侧左肺切除术使对侧肺的血流和剪切应力加倍, 并结合 mct 或苏根, 导致 pah 的典型血流动力学和组织病理学表现, 即内皮细胞损伤8,12岁
该手稿的新颖性是在非常详细和全面的大鼠左肺切除术手术方案和讨论这些模型的技术和生理挑战。由于目前还没有这种协议, 许多调查人员认为这种模式使用太困难。进行左肺切除术的调查人员面临着与不必要的动物损失有关的高死亡率和发病率, 这损害了科学评估。相反, 许多人将使用经典模型, 如 mct 注射, 慢性缺氧, 或只是肺切除术, 以创建 pah。然而, 这些模型的效果远远低于 mct 或苏根与左肺切除术的组合。本文的主要目的是为大鼠左单侧肺切除术提供第一个详细、可重复的手术方案, 并提供最佳的 pah 手术模式。将左单侧肺切除术与 mct 或 su5416 结合使用的这一方案将使研究人员能够创建一个更有效和临床相关的严重 pah 模型, 以研究这种致命疾病的发病机制。
Protocol
Representative Results
Discussion
在受 pah 影响的肺中, 血管增生与新生内膜形成和肺动脉闭塞导致严重的血流动力学变化, 右心室衰竭和早期死亡7,8。血管壁的变化增加了对血液流动的抵抗力, 增加了动脉和右心室压力。在 pah 的早期, 通常在服用 mct 或苏根后 3周, 大鼠出现了非特异性的组织学改变, 如内侧肥大、外膜增厚以及小动脉和小动脉的肌肉化。这些更改可能是可逆的。在晚期, ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这份手稿得到了 nih 的支持 7r01 hl083078-10 赠款, 来自美国心脏协会 aha-17sdg33370112 和来自国家卫生研究院 nih k01 hl135474 至 y. s. 和从国家卫生研究院 r01 hl133554 至 l. h。
Materials
| Surgical Blade | Bard-Parker | 371215 | Incision |
| Forane (Isoflurane, USP) | Baxter | NDC 10019-360-40 | anesthesia |
| BD Angiocath 16 G | BD | 381157 | intubation tube, chest tube |
| BD 1 mL Insulin Syringe | BD | 329652 | administer buprinex post-operatively |
| Biogel Surgeons Surgical Gloves | Biogel | 30460-01 | sterile surgical gloves |
| Wahl BravMini+ Trimmer | Braintree Scientific | CLP-41590 P | shave surgical site |
| SU5416 | Cayman Chemical | 13342 | Sugen |
| Fiber Optic Illuminator | Cole-Parmer | EW-41723-02 | light for intubation |
| Surgipro II 4-0 Suture | Covidien | VP831X | Closing intercostal muscles |
| Polysorb 5-0 Suture | Covidien | GL-885 | Closing skin |
| Medium Slide Top Induction Chamber | DRE Veterinary | 12570 | oxygen & isoflurane delivery |
| DRE Compact 150 Rodent Anesthesia Machine | DRE Veterinary | 373 | oxygen & isoflurane delivery |
| Small Vessel Cauterizer Kit | Fine Science Tools | 18000-00 | cauterizer to minimize bleeding |
| VentElite Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus | 55-7040 | ventilator |
| MouseSTAT Jr | Kent Scientific | MSTAT-JR | pulse oximeter & heart rate monitor |
| Mouse Paw Pulse Oximeter Sensor | Kent Scientific | SPO2-MSE | pulse oximeter & heart rate paw sensor |
| PhysioSuite RightTemp | Kent Scientific | PS-02 | temperature pad |
| PVP Prep Solution | Medline | MDS093944 | Cleaning surgical site |
| Poly-lined Drape | Medline | NON21002Z | cover animal |
| 3 mL syringe | Medline | SYR103010 | administer fluids post-operatively |
| Microsurgical Kits, Integra | Miltex | 95042-540 | surgical tools: plain wire speculum, double-ended probe, McPherson-Vannas Iris scissors straight, straight iris scissors |
| Hemostatic forceps – Micro-Jacobson-Mosquito | Miltex | 17-2602 | mosquito |
| Buprenorphrine HCl 0.3 mg/mL | Par Pharmaceutical | NDC 42023-179-01 | Pain relief |
| Cooley-Mayo curved scissors | Pilling | 352090 | Large scissors |
| Gerald Tissue forceps | Pilling | 351900 | forceps |
| Wangesnsteen Tissue Forceps | Pilling | 342929 | atraumatic forceps |
| Pilling Thin Vascular Needle Holder | Pilling | 354962DG | needle holder |
| Crotaline | Sigma-Aldrich | C2401-1G | MCT |
| Surflash 20 G IV Catheter | Terumo | SR*FF2051 | For pressure reading during organ harvest |
| ADVantage PV System with 1.2 Fr Catheter | Transonic Inc | ADV500 | Record pulmonary artery and right ventricle pressure |
| Medium Hemoclip | Weck | 523700 | ligate vessels |
| Open Ligating Clip Applicator; Medium, curved | Weck Horizon | 237081 | hemoclip applicator |
| Surgical Microscope | Zeiss OPMI MD | 1808 | magnification |
References
- Leopold, J., Maron, B. Molecular Mechanisms of Pulmonary Vascular Remodeling in Pulmonary Arterial Hypertension. International Journal of Molecular Sciences. 17 (5), 761 (2016).
- Gomez-Arroyo, J. G., et al. The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 302 (4), L363-L369 (2012).
- van Albada, M. E., et al. The role of increased pulmonary blood flow in pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 26 (3), 487-493 (2005).
- Dickinson, M. G., Bartelds, B., Borgdorff, M. A. J., Berger, R. M. F. The role of disturbed blood flow in the development of pulmonary arterial hypertension: lessons from preclinical animal models. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 305 (1), L1-L14 (2013).
- Stenmark, K. R., Meyrick, B., Galie, N., Mooi, W. J., McMurtry, I. F. Animal models of pulmonary arterial hypertension: the hope for etiological discovery and pharmacological cure. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 297 (6), L1013-L1032 (2009).
- Cahill, E., et al. The pathophysiological basis of chronic hypoxic pulmonary hypertension in the mouse: vasoconstrictor and structural mechanisms contribute equally. Experimental Physiology. 97 (6), 796-806 (2012).
- Okada, K., et al. Pulmonary hemodynamics modify the rat pulmonary artery response to injury. A neointimal model of pulmonary hypertension. American Journal of Pathology. 151 (4), 1019-1025 (1997).
- Happé, C. M., et al. Pneumonectomy combined with SU5416 induces severe pulmonary hypertension in rats. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 310 (11), L1088-L1097 (2016).
- Tanaka, Y., Schuster, D. P., Davis, E. C., Patterson, G. A., Botney, M. D. The role of vascular injury and hemodynamics in rat pulmonary artery remodeling. Journal of Clinical Investigation. 98 (2), 434-442 (1996).
- Nishimura, T., Faul, J. L., Berry, G. J., Kao, P. N., Pearl, R. G. Effect of a surgical aortocaval fistula on monocrotaline-induced pulmonary hypertension. Critical Care Medicine. 31 (4), 1213-1218 (2003).
- Linardi, D., et al. Ventricular and pulmonary vascular remodeling induced by pulmonary overflow in a chronic model of pretricuspid shunt. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 148 (6), 2609-2617 (2014).
- White, R. J., et al. Plexiform-like lesions and increased tissue factor expression in a rat model of severe pulmonary arterial hypertension. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 293 (3), L583-L590 (2007).
- Samson, N., Paulin, R. Epigenetics, inflammation and metabolism in right heart failure associated with pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 7 (3), 572-587 (2017).
