Undersøgelse venstre ventrikulær reverse remodeling af Aortic Debanding i gnavere

Summary

Her beskriver vi en trinvis protokol af kirurgisk aorta debanding i den veletablerede mus model af aorta-indsnævring. Denne procedure ikke kun tillader at studere de mekanismer, der ligger til grund for venstre ventrikel omvendt remodeling og regression af hypertrofi, men også at teste nye terapeutiske muligheder, der kan fremskynde myokardie opsving.

Abstract

For bedre at forstå venstre ventrikulær (LV) omvendt remodeling (RR), beskriver vi en gnaver model, hvori, efter aorta banding-induceret LV remodeling, mus gennemgår RR ved fjernelse af aorta indsnævring. I dette papir beskriver vi en trinvis procedure til at udføre en minimalt invasiv kirurgisk aorta debanding hos mus. Ekkokardiografi blev efterfølgende brugt til at vurdere graden af hjertehypertrofi og dysfunktion under LV remodeling og RR og til at bestemme den bedste timing for aorta debanding. I slutningen af protokollen blev der udført terminal hæmodynamisk evaluering af hjertefunktionen, og der blev indsamlet prøver til histologiske undersøgelser. Vi viste, at debanding er forbundet med kirurgiske overlevelsesrater på 70-80%. To uger efter debanderingen udløser den betydelige reduktion af ventrikulær efterlast desuden regressionen af ventrikikulær hypertrofi (~20%) og fibrose (~26%), genvinding af diastolisk dysfunktion som vurderet ved normalisering af venstre ventrikelfyldning og end-diastolisk tryk (E/e’ og LVEDP). Aorta debanding er en nyttig eksperimentel model til at studere LV RR hos gnavere. Omfanget af myokardie opsving er variabel mellem emner, derfor efterligner mangfoldigheden af RR, der opstår i den kliniske sammenhæng, såsom aortaklappen udskiftning. Vi konkluderer, at den aorta banding / debanding model repræsenterer et værdifuldt redskab til at optrævle nye indsigter i mekanismerne i RR, nemlig regression af hjerte hypertrofi og inddrivelse af diastolisk dysfunktion.

Introduction

Indsnævring af den tværgående eller opstigende aorta i musen er en udbredt eksperimentel model for trykoverbelastningsinduceret hjertehypertrofi, diastolisk og systolisk dysfunktion og hjertesvigt^1,2,3,4. Aorta-indsnævring i første omgang fører til kompenseret venstre hjertekammer (LV) koncentrisk hypertrofi at normalisere væg stress¹. Under visse omstændigheder, såsom langvarig hjerteoverbelastning, er denne hypertrofi imidlertid utilstrækkelig til at mindske vægstress, hvilket udløser diastolisk og systolisk dysfunktion (patologisk hypertrofi)⁵. Sideløbende fører ændringer i ekstracellulær matrix (ECM) til kollagenaflejring og krydslinking i en proces kendt som fibrose, som kan opdeles i udskiftningsfibrose og reaktiv fibrose. Fibrose er i de fleste tilfælde irreversibel og kompromitterer myokardie opsving efter overbelastning relief^6,7. Ikke desto mindre viste nylige hjerte magnetiske resonansbilleddannelsesundersøgelser, at reaktiv fibrose er i stand til at regresse på lang sigt⁸. Alt i alt er fibrose, hypertrofi og hjertedysfunktion en del af en proces kendt som myokardieombygning, der hurtigt udvikler sig i retning af hjertesvigt (HF).

Forståelse af funktionerne i myokardie remodeling er blevet et vigtigt mål for at begrænse eller vende sin progression, sidstnævnte kendt som omvendt remodeling (RR). Udtrykket RR omfatter enhver myokardie ændring kronisk vendt af en given intervention, sådan farmakologisk behandling (f.eks antihypertensive medicin), ventil kirurgi (f.eks aorta stenose) eller ventrikulær hjælpeanordninger (f.eks kronisk HF). Men, RR er ofte ufuldstændig på grund af den fremherskende hypertrofi eller systolisk / diastolisk dysfunktion. Således er afklaringen af RR underliggende mekanismer og nye terapeutiske strategier stadig mangler, hvilket mest skyldes umuligheden af at få adgang til og studere humant myokardievæv under RR hos de fleste af disse patienter.

For at overvinde denne begrænsning har gnavermodeller spillet en væsentlig rolle i at fremme vores forståelse af de signalveje, der er involveret i HF-progression. Specifikt, aorta debanding af mus med en aorta indsnævring repræsenterer en nyttig model til at studere de molekylære mekanismer, der ligger til grund for negative LV remodeling⁹ og RR^10,11, da det giver mulighed for indsamling af myokardieprøver på forskellige tidspunkter i disse to faser. Desuden giver det en fremragende eksperimentel indstilling til at teste potentielle nye mål, der kan fremme / fremskynde RR. For eksempel, i aorta stenose sammenhæng, denne model kan give oplysninger om de molekylære mekanismer, der er involveret i den enorme mangfoldighed af myokardie svar underliggende (in)fuldstændighed af RR^6,12, samt den optimale timing for ventil udskiftning, som repræsenterer en stor mangel ved den nuværende viden. Den optimale timing for dette indlæg er faktisk genstand for debat, hovedsagelig fordi det er defineret på grundlag af omfanget af aortagradienter. Flere undersøgelser går ind for, at dette tidspunkt kan være for sent for myokardie opsving som fibrose og diastolisk dysfunktion er ofte allerede til stede¹².

Så vidt vi ved, er dette den eneste dyremodel, der opsummerer processen med både myokardie remodeling og RR, der finder sted under forhold som aorta stenose eller hypertension før og efter ventiludskiftning eller starten af henholdsvis anti-hypertensive medicin.

Søger at løse de udfordringer, der er opsummeret ovenfor, beskriver vi en kirurgisk dyremodel, der kan implementeres både hos mus og rotter og adressere forskellene mellem disse to arter. Vi beskriver de vigtigste trin og detaljer, der er involveret i udførelsen af disse operationer. Endelig rapporterer vi de vigtigste ændringer, der finder sted i LV umiddelbart før og i hele RR.

Protocol

Alle dyreforsøg er i overensstemmelse med vejledningen om pasning og anvendelse af forsøgsdyr (NIH-publikation nr. 85-23, revideret 2011) og den portugisiske lov om dyrevelfærd (DL 129/92, DL 197/96; S2-1131/97). De kompetente lokale myndigheder godkendte denne forsøgsprotokol (018833). Syv uger gamle C57B1/J6-mus blev opretholdt i passende bure med et regelmæssigt 12/12 timers lysmørke cyklusmiljø, en temperatur på 22 °C og 60% fugtighed med adgang til vand og en standard kost ad libitum. <p class="jove_tit…

Representative Results

Postoperativ og sen overlevelseDen perioperative overlevelse af banding procedure er 80%, og dødeligheden i løbet af den første måned er typisk <20%. Som tidligere nævnt er succesen med debandingsoperationen meget afhængig af, hvor invasiv den tidligere operation var. Efter en indlæringskurve er dødeligheden under debandingsprocedurerne omkring 25%. For denne dødelighed tegner sig for det meste dødsfald under operationen procedure, herunder aorta eller venstre atrium brud (hos rotter, overl…

Discussion

Den model, der foreslås heri, efterligner processen med LV-ombygning og RR efter henholdsvis aorta banding og debanding. Derfor repræsenterer det en fremragende eksperimentel model til at fremme vores viden om de molekylære mekanismer, der er involveret i den negative LV remodeling og til at teste nye terapeutiske strategier i stand til at fremkalde myokardie opsving af disse patienter. Denne protokol beskriver trin om, hvordan man opretter en gnaver dyr model af aorta banding og debanding med en minimalt invasiv og m…

Materials

Absorption Spears	F.S.T	18105-03	To absorb fluids during the surgery
Blades	F.S.T	10011-00	To perform the skin incision
Buprenorphine	Buprelieve		Analgesia drug
Catutery	F.S.T	18010-00	To prevent exsanguination
Catutery tips	F.S.T	18010-01	To prevent exsanguination
cotton swab	Johnson's		To absorb fluids during the surgery
Depilatory cream	Veet		To delipate the animal
Disposable operating room table cover	MEDKINE	DYND4030SB	To cover the surgical area
Echo probe	Siemens	Sequoia 15L8W	Ultrasound signal aquisition
Echocardiograph	Siemens	Acuson Sequoia C512	Ultrasound signal aquisition
End-tidal CO2 monitor	Kent Scientific	CapnoStat	To control expiration gas saturation
Forcep/Tweezers	F.S.T	11255-20	To dissect the tissues and aorta
Forcep/Tweezers	F.S.T	11272-30	To dissect the tissues and aorta
Forcep/Tweezers	F.S.T	11151-10	To dissect the tissues and aorta
Forcep/Tweezers	F.S.T	11152-10	To dissect the tissues and aorta
Gas system	Penlon Sigma Delta		To anesthesia and mechanical ventilation
Hemostats	F.S.T	13010-12	To hold the suture before tight the aorta
Hemostats	F.S.T	13011-12	To hold the suture before tight the aorta
Ligation aids	F.S.T	18062-12	To place a suture around the aorta
Magnetic retractor	F.S.T	18200-20	To help keep the animal in a proper position
Needle holder	F.S.T	12503-15	To suture the animal
Needle 26G	B-BRAUN	4665457	To serve as a molde of aortic constriction diameter
Oxygen	Air Liquide		To anesthesia and mechanical ventilation
Polipropilene suture	Vycril	W8304/W8597	To suture the animal and to do the constriction
Povidone-iodine solution	Betadine®		Skin antiseptic
PowerLab	Millar instruments	ML880 PowerLab 16/30	PV loop Signal Aquisition
Pulse oximeter	Kent Scientific	MouseStat	To control heart rate and blood saturation
PVAN software	Millar Instruments		To analyse the haemodynamic data
PV loop cathether	Millar instruments	SPR-1035. 1.4 F	PV loop Signal Aquisition
Retractor	F.S.T	17000-01	To provide a better overview of the aorta
Scalpet handle	F.S.T	10003-12	To perform the skin incision
Scissors	F.S.T	15070-08	To cut the suture in debanding surgery
Scissors	F.S.T	14084-09	To cut other material during the surgery e.g. suture, papper
Sevoflurane	Baxter	533-CA2L9117
Temperature control module	Kent Scientific	RightTemp	To control animal corporal temperature
Ventilator	Kent Scientific	PhysioSuite	To ventilate the animal
Water-bath	Thermo Scientific™	TSGP02	To maintain water temperature adequate to heat the P-V loop catethers