Ein Cryoinjury-Modell zur Untersuchung des Myokardinfarkts in der Maus
Summary
Dieser Artikel zeigt ein Modell zur Untersuchung des Herzumbaus nach Myokard-Kryoverletzung bei Mäusen.
Abstract
Die Verwendung von Tiermodellen ist für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien für das akute Koronarsyndrom und seine Komplikationen unerlässlich. In diesem Artikel zeigen wir ein murines Kryoverletzungsinfarktmodell, das präzise Infarktgrößen mit hoher Reproduzierbarkeit und Reproduzierbarkeit erzeugt. Kurz gesagt, nach Intubation und Sternotomie des Tieres wird das Herz aus dem Thorax gehoben. Die Sonde eines handgeführten flüssigen Stickstoffzufuhrsystems wird auf die Myokardwand aufgetragen, um Kryoverletzungen auszulösen. Beeinträchtigte ventrikuläre Funktion und elektrische Leitung können mit Echokardiographie oder optischer Kartierung überwacht werden. Die transmuraale myokardiale Umgestaltung des Infarktbereichs ist durch Kollagenablagerung und den Verlust von Kardiomyozyten gekennzeichnet. Im Vergleich zu anderen Modellen (z.B. LAD-Ligation) nutzt dieses Modell ein handgehaltenes Flüssigstickstoff-Liefersystem, um einheitlichere Infarktgrößen zu erzeugen.
Introduction
Akutes Koronarsyndrom (ACS) ist die häufigste Todesursache in der westlichen Welt1,2. Akute Okklusion der Herzkranzgefäße führt zur Aktivierung der ischämischen Kaskade und Nekrose des betroffenen Herzgewebes3. Beschädigtes Myokard wird nach und nach durch nicht-kontraktiles Narbengewebe ersetzt, das sich klinisch als Herzinsuffizienzmanifestiert 4,5. Trotz der jüngsten Fortschritte in der Behandlung von ACS, die Prävalenz von ACS und ACS-bedingte Herzinsuffizienz steigt, und therapeutische Optionen sind begrenzt6,7. Daher ist die Entwicklung von Tiermodellen zur Untersuchung von ACS und seinen Komplikationen von immensem Interesse.
Bis heute ist das am weitesten verbreitete Tiermodell zur Untersuchung von ACS- und ACS-induziertem Myokardumbau die Ligation der linken absteigenden Herzkranzgefäße (LAD). Ligation des LAD führt zu akuter Ischämie des Myokards, ähnlich wie beim menschlichen Myokardgewebe während ACS. Inkonsistente Infarktgrößen bleiben jedoch die Achillesferse der LAD-Liga. Chirurgische Variation und anatomische Variabilität des LAD führen zu inkonsistenten Infarktgrößen und behindern die Reproduzierbarkeit und Reproduzierbarkeit dieses Verfahrens8,9,10. Darüber hinaus hat die LAD-Ligation eine hohe intra- und postchirurgische Sterblichkeit. Trotz der jüngsten Bemühungen, die Reproduzierbarkeit zu verbessern und die Sterblichkeit zu senken11,12, sind immer noch eine große Anzahl von Tieren erforderlich, um Anti-Remodeling-Therapien richtig zu bewerten.
Alternative Modelle von ACS wurden in den letzten Jahren vorgeschlagen und untersucht, einschließlich Hochfrequenz13, thermische14 oder kryogene Verletzungen15,16,17,18. Aktuelle Kryoverletzungsmethoden wenden einen metallenen Stab vorgekühlt in flüssigem Stickstoff an, um das Herzgewebe des Subjekts zu schädigen15,16. Dieses Verfahren muss jedoch mehrmals wiederholt werden, um eine ausreichende Infarktgröße zu erzeugen. Durch die hohe Leitfähigkeit und geringe Wärmekapazität der Stange im Vergleich zum Gewebe erwärmt sich die Sonde schnell und das Gewebe wird heterogen gekühlt (und damit infarktiert). Um diese Einschränkungen zu überwinden, beschreiben wir hier in einem Kryoinfarktmodell unter Verwendung eines handgehaltenen flüssigen Stickstoffabgabesystems. Dieses Modell ist reproduzierbar, einfach durchzuführen und lässt sich schnell und zuverlässig etablieren. Es entsteht eine reproduzierbare transmurale Infarktläsion unabhängig von der koronaren Anatomie, die schließlich zu Herzinsuffizienz führt. Diese Methode eignet sich besonders zur Untersuchung des Umbauprozesses zur Bewertung neuartiger therapeutischer pharmakologischer und gewebetechnischer Strategien.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Artikel beschreibt ein Maus-Kryoverletzungsmodell zur Untersuchung von ACS und verwandten pharmakologischen und therapeutischen Optionen.
Der wichtigste Schritt ist die Anwendung der Kryoprobe auf das Herzgewebe. Die Kontaktdauer muss streng kontrolliert werden, um die optimale Infarktgröße zu erhalten und reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten. Eine längere Abkühlung des Myokards führt zu übergroßen Infarkten oder ventrikulärer Senforation. Im Gegensatz dazu erzeugt verk?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Christiane Pahrmann für ihre technische Unterstützung. D.W. wurde von der Max Kade Foundation unterstützt. T.D. erhielt Stipendien der Else Kröner Fondation (2012_EKES.04) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DE2133/2-1_. S. S. erhielt Forschungsstipendien der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG; SCHR992/3- 1, SCHR992/4-1).
Materials
| 10 ml Syringe | Thermo Scientific | 03-377-23 | |
| 5-0 prolene suture | Ethicon | EH7229H | |
| 6-0 prolene suture | Ethicon | 8706H | |
| 8-0 Ethilon suture | Ethicon | 2808G | |
| Absorption Spears | Fine Science Tools | 18105-01 | |
| BALB/c | The Jackson Laboratory | Stock number 000651 | |
| Bepanthen Eye and Nose ointment | Bayer | 1578675 | Eye ointment |
| Betadine Solution | Betadine Purdue Pharma | NDC:67618-152 | |
| Blunt Forceps | Fine Science Tools | 18025-10 | |
| Buprenex | Reckitt Benckiser | NDC Codes: 12496-0757-1, 12496-0757-5 | Buprenorphine |
| Cryoprobe 3mm | Brymill Cryogenic Systems | Cry-AC-3 B-800 | |
| Ethanol 70% | Th. Geyer | 2270 | |
| Forceps curved | S&T | 00284 | |
| Forceps fine | Fine Science Tools | 11251-20 | |
| Forceps standard | Fine Science Tools | 11023-10 | |
| Gross Anatomy Probe | Fine Science Tools | 10088-15 | |
| Hair clipper | WAHL | 8786-451A ARCO SE | |
| High temperature cautery kit | Bovie | 18010-00 | |
| ISOFLURANE | Henry Schein Animal Health | 029405 | |
| IV Catheter 20G | B. Braun | 603028 | |
| Mini-Goldstein Retractor | Fine Science Tools | 17002-02 | |
| NaCl 0.9% | B.Braun | PZN 06063042 Art. Nr.: 3570160 | saline |
| Needle holder | Fine Science Tools | 12075-14 | |
| Needle Holder, Curved | Harvard Apparatus | 72-0146 | |
| Novaminsulfon | Ratiopharm | PZN 03530402 | Metamizole |
| Operating Board | Braintree Scientific | 39OP | |
| Replaceable Fine Tip | Bovie | H101 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14028-10 | |
| Small Animal Ventilator | Kent Scientific | RV-01 | |
| Spring Scissors – Angled to Side | Fine Science Tools | 15006-09 | |
| Surgical microscope | Leica | M651 | |
| Transpore Surgical Tape | 3M | 1527-1 | |
| Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15400-12 | |
| Vaporizer | Kent Scientific | VetFlo-1205S |
References
- Writing Group. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133 (4), 38-360 (2016).
- de Alencar Neto, J. N. Morphine, Oxygen, Nitrates, and Mortality Reducing Pharmacological Treatment for Acute Coronary Syndrome: An Evidence-based Review. Cureus. 10 (1), 2114 (2018).
- Detry, J. M. The pathophysiology of myocardial ischaemia. European Heart Journal. 17, 48-52 (1996).
- Ertl, G., Frantz, S. Healing after myocardial infarction. Cardiovascular Research. 66 (1), 22-32 (2005).
- Jugdutt, B. I. Ventricular remodeling after infarction and the extracellular collagen matrix: when is enough enough. Circulation. 108 (11), 1395-1403 (2003).
- Velagaleti, R. S., Vasan, R. S. Heart failure in the twenty-first century: is it a coronary artery disease or hypertension problem. Cardiology Clinics. 25 (4), 487-495 (2007).
- Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2017 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 135 (10), 146-603 (2017).
- Morrissey, P. J., et al. A novel method of standardized myocardial infarction in aged rabbits. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 312 (5), 959-967 (2017).
- Degabriele, N. M., et al. Critical appraisal of the mouse model of myocardial infarction. Experimental Physiology. 89 (4), 497-505 (2004).
- Chen, J., Ceholski, D. K., Liang, L., Fish, K., Hajjar, R. J. Variability in coronary artery anatomy affects consistency of cardiac damage after myocardial infarction in mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 313 (2), 275-282 (2017).
- Reichert, K., et al. Murine Left Anterior Descending (LAD) Coronary Artery Ligation: An Improved and Simplified Model for Myocardial Infarction. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (122), e55353 (2017).
- Kim, S. C., et al. A murine closed-chest model of myocardial ischemia and reperfusion. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (65), e3896 (2012).
- Antonio, E. L., et al. Left ventricle radio-frequency ablation in the rat: a new model of heart failure due to myocardial infarction homogeneous in size and low in mortality. J Card Fail. 15 (6), 540-548 (2009).
- Ovsepyan, A. A., et al. Modeling myocardial infarction in mice: methodology, monitoring, pathomorphology. Acta Naturae. 3 (1), 107-115 (2011).
- Ciulla, M. M., et al. Left ventricular remodeling after experimental myocardial cryoinjury in rats. Journal of Surgical Research. 116 (1), 91-97 (2004).
- Grisel, P., et al. The MRL mouse repairs both cryogenic and ischemic myocardial infarcts with scar. Cardiovascular Pathology. 17 (1), 14-22 (2008).
- Duerr, G. D., et al. Comparison of myocardial remodeling between cryoinfarction and reperfused infarction in mice. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 961298 (2011).
- Ma, N., et al. Intramyocardial delivery of human CD133+ cells in a SCID mouse cryoinjury model: Bone marrow vs. cord blood-derived cells. Cardiovascular Research. 71 (1), 158-169 (2006).
- Takagawa, J., et al. Myocardial infarct size measurement in the mouse chronic infarction model: comparison of area- and length-based approaches. Journal of Applied Physiology (1985). 102 (6), 2104-2111 (2007).
- van den Bos, E. J., Mees, B. M., de Waard, M. C., de Crom, R., Duncker, D. J. A novel model of cryoinjury-induced myocardial infarction in the mouse: a comparison with coronary artery ligation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 289 (3), 1291-1300 (2005).
