Implantatie van een isoproterenol mini-pomp voor het opwekken van hartfalen bij muizen
Summary
De chronische toediening van isoproterenol via een geïmplanteerde osmotische pomp is op grote schaal gebruikt om Geavanceerd hartfalen bij muizen na te bootsen. Hier beschrijven we gedetailleerde methoden in implantatie van een chirurgische minipomp voor de continue behandeling van isoproterenol gedurende 3 weken, evenals een echo cardiografische beoordeling voor het succesvolle model creatie.
Abstract
Isoproterenol (ISO), is een niet-selectieve bèta-adrenerge agonist, die op grote schaal wordt gebruikt voor het opwekken van hart letsel bij muizen. Terwijl het acute model bootst stress-geïnduceerde cardiomyopathie, het chronische model, toegediend via een osmotische pomp, bootst geavanceerde hartfalen bij de mens. Het doel van het beschreven protocol is het creëren van het chronische ISO-geïnduceerde hartfalen model bij muizen met behulp van een geïmplanteerde mini-pomp. Dit protocol is gebruikt om hartfalen te induceren in 100 + stammen van inteelt muizen. Technieken op implantatie van de chirurgische pomp worden gedetailleerd beschreven en kunnen relevant zijn voor iedereen die geïnteresseerd is in het creëren van een hartfalen model bij muizen. Bovendien worden de wekelijkse cardiale remodellering veranderingen op basis van echocardiografische parameters voor elke stam en de verwachte tijd tot modelontwikkeling gepresenteerd. Samengevat is de methode eenvoudig en reproduceerbaar. Continue ISO toegediend via de geïmplanteerde mini-pomp gedurende 3 tot 4 weken is voldoende voor het opwekken van cardiale remodellering. Tot slot, het succes voor ISO-model creatie kan worden beoordeeld in vivo door seriële echocardiografie demonstreren hypertrofie, ventriculaire verwijding, en dysfunctie.
Introduction
Hartfalen met verminderde ejectiefractie (HFrEF) gaat gepaard met een goed erkende compenserende respons van het sympathische zenuwstelsel om cardiovasculaire homeostase1te handhaven. Hemodynamische stress en schadelijke effecten op het hart en de bloedsomloop werden waargenomen bij chronische activatie. Deze zijn uitgegroeid tot de hoeksteen van de hedendaagse farmacotherapie voor hartfalen en zijn belangrijke mechanismen in de progressie van hartfalen en therapeutische antagonisme van neurohormonale systemen1.
Er zijn verschillende Muismodellen beschikbaar voor basis onderzoeken naar hartfalen. Genetische modellen zijn aantrekkelijk voor het verkennen van moleculaire therapieën en onderzoeken van signalering trajecten. Deze modellen zijn echter mogelijk niet relevant voor veelvoorkomende vormen van hartfalen. Andere gemeenschappelijke modellen omvatten linker anterieure aflopende (LAD) slagader ligatie, transaortische vernauwing (TAC), en isoproterenol (ISO), elk gericht op een andere pathologische etiologie2,3,4,5 ,6. LAD slagader ligatie induceert een anterieure muur myocardinfarct dus het creëren van een model specifiek voor ischemische cardiomyopathie. TAC induceert acute druk overbelasting om een hypertensief model van hartfalen te creëren. Hoewel de drukgradiënt kan worden gemeten, waardoor de stratificatie van hypertrofie mogelijk is, mist het acute begin van hypertensie directe klinische relevantie4. Zowel LAD-als TAC-modellen vereisen een hoog niveau van chirurgische expertise om uit te voeren. Acuut ISO-model van hartfalen bootst stress-geïnduceerde cardiomyopathie, ook bekend als takotsubo ziekte, die wordt gekenmerkt door een duidelijke toename van catecholamines en activiteit in de linker ventrikel die bootst acuut myocardinfarct7, 8. In tegenstelling, chronische ISO-modellen van hartfalen presenteren symptomen kenmerken van gevorderde hartfalen, met chronisch verhoogde niveaus van catecholamines1. De voordelen van het chronische ISO-model zijn dat het zorgt voor chronische adrenerge stimulatie die geavanceerde hartfalen nabootst en dat het relatief eenvoudig te maken is. De onderzoeker moet kiezen voor een model dat het beste hun pathologie van belang hervult.
Het algemene doel van deze methode is het induceren van hartfalen bij muizen met behulp van een geïmplanteerde minipomp die ISO continu vrijgeeft om chronische sympathische activatie gevonden bij patiënten met hartfalen1te imiteren. De methode is eenvoudig en reproduceerbaar. Hoewel er duidelijke variatie is tussen muizenstammen, is ISO toegediend gedurende 3 tot 4 weken bij 30 mg/kg/dag voldoende om in de meeste muizen cardiale remodellering te induceren. Specifiek leidt ISO tot een Pro-hypertrofische compenserende fase tijdens week 1, gevolgd door wand verdunning, ventriculaire verwijding en afname van de systolische functie in week 2 en 32. Succes voor het maken van het ISO-model kan in vivo worden beoordeeld door middel van seriële echocardiografie die hypertrofie, verwijding en ventriculaire disfunctie aantoont, evenals ex vivo via histologische en moleculaire beoordeling van geoogste hartweefsel voor intramyocardial lipide accumulatie, fibrose, er stress, apoptosis, en genexpressie9,10,11,12.
Protocol
Representative Results
Discussion
We hebben deze methode toegepast op meer dan 100 + stammen van inteelt muizen om cardiale uitkomsten te beoordelen als gevolg van chronische bèta-adrenerge stimulatie2,13. Significante verschillen in gevoeligheid voor isoproterenol zijn bekend bij muizenstammen en kunnen worden aangepast aan de stam van belang indien nodig16. Dit kan te wijten zijn aan de variatie in bèta-adrenerge receptor functie tussen muis stammen17…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs erkennen NIH K08 HL133491 voor financieringssteun.
Materials
| Micro-Osmotic Pump System with Flow Moderator in Place | Alzet | Model 1004 | Includes filling tube, flow moderator and pump body |
| (-)-Isoproterenol hydrochloride | Sigma-Aldrich | 16504-1G | (-)-Isoproterenol hydrochloride is a powder that needs to be stored at -20°C. |
| 1 ml sterile syringe | VWR | BD309602 | |
| 30 W LED Fiber optic O-ring light microscope illuminator | AmScope | SKU: LED-30WR | |
| 5-0 COATED VICRYL (polyglactin 910) Suture | Ethicon | J303H | 5-0, absorbable |
| Fine Scissors – Sharp | FST | 14060-09 | |
| Glass beads | FST | 18000-46 | |
| Hot bead sterilizers | FST | 18000-50 | |
| Iris forceps | WPI | 15915 | |
| Look Sharpoint 6-0, 18" Black Nylon Monofilament Suture | LOOK | AA-2176 | 6-0, non-absorbable |
| Needle holder | WPI | 15926 | |
| Normal Saline, 0.9% NaCl | Fisher | 89167-772 |
References
- Hartupee, J., Mann, D. L. Neurohormonal activation in heart failure with reduced ejection fraction. Nature Review Cardiology. 14 (1), 30-38 (2017).
- Wang, J. J., et al. Genetic Dissection of Cardiac Remodeling in an Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model. PLoS Genetics. 12 (7), 1006038 (2016).
- Balakumar, P., Singh, A. P., Singh, M. Rodent models of heart failure. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 56 (1), 1-10 (2007).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circulation: Heart Failure. 2 (2), 138-144 (2009).
- Huang, W. Y., Aramburu, J., Douglas, P. S., Izumo, S. Transgenic expression of green fluorescence protein can cause dilated cardiomyopathy. Nature Medicine. 6 (5), 482-483 (2000).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Disease Model and Mechanism. 3 (3-4), 138-143 (2010).
- Wittstein, I. S., et al. Neurohumoral features of myocardial stunning due to sudden emotional stress. New England Journal of Medicine. 352 (6), 539-548 (2005).
- Templin, C., et al. Clinical Features and Outcomes of Takotsubo (Stress) Cardiomyopathy. New England Journal of Medicine. 373 (10), 929-938 (2015).
- Shao, Y., et al. A mouse model reveals an important role for catecholamine-induced lipotoxicity in the pathogenesis of stress-induced cardiomyopathy. European Journal of Heart Failure. 15 (1), 9-22 (2013).
- Kudej, R. K., et al. Effects of chronic beta-adrenergic receptor stimulation in mice. Journal of Molecular Cell Cardiology. 29 (10), 2735-2746 (1997).
- Zhuo, X. Z., et al. Isoproterenol instigates cardiomyocyte apoptosis and heart failure via AMPK inactivation-mediated endoplasmic reticulum stress. Apoptosis. 18 (7), 800-810 (2013).
- El-Demerdash, E., Awad, A. S., Taha, R. M., El-Hady, A. M., Sayed-Ahmed, M. M. Probucol attenuates oxidative stress and energy decline in isoproterenol-induced heart failure in rat. Pharmacology Research. 51 (4), 311-318 (2005).
- Rau, C. D., et al. Mapping genetic contributions to cardiac pathology induced by Beta-adrenergic stimulation in mice. Circulation Cardiovascular Genetics. 8 (1), 40-49 (2015).
- Berthonneche, C., et al. Cardiovascular response to beta-adrenergic blockade or activation in 23 inbred mouse strains. PLoS One. 4 (8), 6610 (2009).
- Chang, S. C., Ren, S., Rau, C. D., Wang, J. J. Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model Using Osmotic Pump Implantation. Methods Molecular Biology. 1816, 207-220 (2018).
- Shusterman, V., et al. Strain-specific patterns of autonomic nervous system activity and heart failure susceptibility in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 282 (6), 2076-2083 (2002).
- Faulx, M. D., et al. Strain-dependent beta-adrenergic receptor function influences myocardial responses to isoproterenol stimulation in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 289 (1), 30-36 (2005).
- Zhang, G. X., et al. Cardiac oxidative stress in acute and chronic isoproterenol-infused rats. Cardiovascular Research. 65 (1), 230-238 (2005).
- Boluyt, M. O., et al. Isoproterenol infusion induces alterations in expression of hypertrophy-associated genes in rat heart. American Journal of Physiology. 269 (2), 638-647 (1995).
- Hohimer, A. R., Davis, L. E., Hatton, D. C. Repeated daily injections and osmotic pump infusion of isoproterenol cause similar increases in cardiac mass but have different effects on blood pressure. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 83 (2), 191-197 (2005).
- Cross, H. R., Murphy, E., Koch, W. J., Steenbergen, C. Male and female mice overexpressing the beta(2)-adrenergic receptor exhibit differences in ischemia/reperfusion injury: role of nitric oxide. Cardiovascular Research. 53 (2), 662-671 (2002).
- Klingman, G. I., McKay, G., Ward, A., Morse, L. Chronic isoproterenol treatment of mice: effects on catecholamines and rectal temperature. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (5), 798-801 (1973).
