Varkens model van Infrarenal abdominaal aorta aneurysma
Summary
Dit nieuwe model creëert robuuste infrarenal abdominale aneurysmata in varkens met behulp van een combinatie van ballon angioplastiek, elastase/Collagenase perfusie, actuele elastase toepassing, en mondelinge samengestelde β-aminopropionitrile administratie, die interfereert met de cross-linking van collageen.
Abstract
Grote dierlijke modellen om abdominale aorta aneurysmata te bestuderen zijn schaars. Het doel van dit model is het creëren van reproduceerbare, klinisch belangrijke infrarenal Abdominale aneurysma (AAA) in varkens. Om dit te bereiken, gebruiken we een combinatie van ballon angioplastie, elastase en Collagenase, en een lysyl-oxidase remmer, genaamd β-aminopropionitril (BAPN), om klinisch significante infrarenal aorta aneurysmata te maken, analoog aan de ziekte van de mens.
Niet-gecageerde mannelijke varkens worden gedurende 7 dagen voorafgaand aan de operatie gevoederd om een steady-state in het bloed te bereiken. Een middellijn laparotomie wordt uitgevoerd en de infrarenal aorta is circumferentieel ontleed. Een initiële meting wordt opgenomen vóór de aneurysma inductie met een combinatie van ballon angioplastiek, elastase (500 eenheden)/Collagenase (8000 eenheden) perfusie, en actuele elastase toepassing. Varkens worden dagelijks door de BAPN gevoerd tot aan de eind procedure op de postoperatieve dag 7, 14 of 28, waarna het aneurysma wordt gemeten en weefsel wordt aangekocht. BAPN + chirurgie varkens worden vergeleken met varkens die alleen een operatie ondergaan.
Varkens behandeld met BAPN en chirurgie hadden een gemiddelde aorta-verwijding van 89,9% ± 47,4% op dag 7, 105,4% ± 58,1% op dag 14, en 113,5% ± 30,2% op dag 28. Varkens die alleen met een operatie werden behandeld, hadden significant kleinere aneurysmata vergeleken met BAPN + chirurgie dieren op dag 28 (p < 0,0003). De BAPN + chirurgie groep had macroscopisch en immunohistochemisch bewijs van terminale aneurysmale ziekte.
Klinisch significante infrarenal AAA kan worden geïnduceerd met behulp van ballon angioplastiek, elastase/Collagenase perfusie en actuele toepassing, aangevuld met mondelinge BAPN. Dit model creëert grote, klinisch significante AAA met kenmerken van de menselijke ziekte. Dit heeft belangrijke implicaties voor het opheldering van AAA-pathogenese en het testen van nieuwe therapieën en apparaten voor de behandeling van AAA. Beperkingen van het model omvatten variatie in BAPN ingenomen door varkens, kwaliteit van elastase perfusie, en de kosten van BAPN.
Introduction
Volgens het centrum voor Ziektecontrole (CDC), aorta aneurysma (AA) zijn een leidende doodsoorzaak in de Verenigde Staten en vertegenwoordigen een aanzienlijke ziektelast1. Een aorta aneurysma wordt gedefinieerd als een verwijding van een afzonderlijk deel van het vat lumen met meer dan 50%2. Een subset van AA in de buik, aangeduid als abdominale aorta aneurysma (AAA) zijn een groeiende bezorgdheid. AAA blijven klinisch stil totdat dreigende breuk of dissectie, met acuut begin, ernstige buikpijn in het algemeen het enige symptoom3,4. Ruptuur van AAA is bijna altijd dodelijk met een sterftecijfer van 90%5. Open of endovasculaire chirurgie is de enige therapeutische optie voor patiënten, en kan een zeer morbide procedure. Belangrijk, AAA zijn een van de weinige cardiovasculaire ziekten zonder medische therapie voor genezing.
Tot op heden heeft veel van het onderzoek naar AAA-pathogenese zich gericht op knaagdieren modellen, met behulp van elastase, wat een enzym is dat elastine in de aorta-media degradeert, om aneurysmata te induceren. 6,7 echter, de klinische translatabiliteit van kleine diermodellen aan menselijke aneurysmale ziekte is beperkt, als evaluatie van structurele veranderingen in de aorta, en veranderde hemodynamiek zijn beperkt als gevolg van grootte. Vanwege de anatomische en grootte gelijkenis correleert de varkens bloedsomloop beter met de menselijke biologie dan knaagdieren8. Grote diermodellen laten verder inzicht in cellulaire mechanismen van het ziekteproces, kunnen worden gebruikt ontwikkelen van nieuwe behandelingen in therapeutische doses voor grote zoogdieren, en test mechanische reparatie apparaten, die niet haalbaar zou zijn in kleine dierlijke modellen. Bovendien, de acute aard van knaagdieren modellen niet repliceren de kronings-en pathologische kenmerken van menselijke aneurysmale ziekte.
De combinatie van elastase en een samengestelde genaamd β-aminopropionitrile (bapn) heeft de Murine AAA-modellen gereaniseerd, door aneurysmata te creëren die groter zijn en sequela van chronische aneurysmale ziekte bevatten, inclusief de muur trombus, dissectie en breuk9. BAPN is een remmer van lysyl oxidase, die essentieel is voor collageen crosslinking, een cruciaal onderdeel van de aorta muur10,11,12. Lysyl oxidase activiteit afneemt met veroudering en gezien de associatie van leeftijd en de chronische aard van gecompliceerde AA, bapn heeft een groot potentieel om experimenteel nabootsen van de effecten van veroudering9,13,14. Het gebruik van BAPN en zijn vermogen om chronische ziekten te repliceren in een subacute setting biedt een nieuw voordeel ten opzichte van alternatieve grote diermodellen van AAA. In vergelijking met andere gevestigde varkens AAA modellen, dit model creëert de grootste aneurysma met kenmerken van de eindfase ziekte, en de resultaten zijn eerder gepubliceerd8,11,15.
Bij het toekennen van bepaalde voordelen zijn aanzienlijke middelen en investeringen nodig om dit model met succes te voltooien dat sommige onderzoekers kan afschrikken. Tot deze middelen behoren onder meer toegang tot operatiekamers, gekwalificeerde chirurgen en anesthesie providers, huisvesting van dieren en veterinaire personeel om te helpen bij postoperatieve zorg. Bovendien kunnen de kosten van BAPN voor sommige laboratoria buitensporig duur zijn.
Er zijn maar weinig grote diermodellen om de complexe pathofysiologie van de AAA-formatie te bestuderen en te vertalen naar de ziekte van de mens. Grote diermodellen van AAA zijn van cruciaal belang om de levensvatbaarheid van nieuwe technologieën en behandelingen voor menselijke ziekten te helpen beoordelen. Daarom was het doel van deze studie om een reproduceerbaar model van Advanced stage infrarenal AAA in varkens te creëren. De beweegredenen voor het gebruik van BAPN en elastase varkens model is om de pathofysiologie van AAA beter te begrijpen door het nabootsen van de chronische aard en sequela van menselijke aneurysmale ziekte in een acute of subacute setting, evenals voor het testen van nieuwe therapieën en apparaten voor AAA Behandeling.
Protocol
Representative Results
Discussion
Een nieuw model van infrarenal AAA in varkens werd gemaakt met behulp van een combinatie van ballon angioplastiek, perfusie en actuele elastase, en dieet als BAPN. Met behulp van dit model, aorta dilatatie van > 100% werd bereikt met bruto en histologische kenmerken van chronische menselijke aneurysmale ziekte. Dit model biedt een toegangspoort om de complexe pathofysiologie van AAA verder te begrijpen en potentiële therapieën voor menselijke ziekten te vertalen.
Eerdere modellen van AAA in …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We bedanken Anthony Herring en Cindy Dodson voor hun kennis en technische expertise.
Financieringsbronnen:
De financiering voor deze studie werd verzorgd door het National Heart, Lung en Blood Institute van het National Institute of Health onder het nummer Award No. T32HL007849 en Grant NOS. R01HL081629-07 (G.R.U.) en R01HL124131-01 (G.R.U.).
Materials
| Arrow Ergo Pack System | Arrow | CDC-21242-X1A | Just need 7 Fr dilator |
| Atlas PTA Balloon dilation catheter | Bard | AT-120184 | 16 mm x 4 cm x 120 cm |
| Bovie electrocautery | Bovie Medical | A2350 | |
| Collagenase Type 1 (5 gm) | Worthington | LS004196 | |
| Crile Needle drviers | MFI medical | 61-2201 | |
| DeBakey Atraumatic Forceps | MFI medical | 52-4977 | |
| DeBakey Peripheral Vascular Clamp | Medline | MDS1318119 | |
| Glidewire | Terumo Interventional Systems | GS3506 | outer Wire diameter 0.035 mm, Length 150 cm |
| GraphPad Prism 6 | GraphPad Software Inc. La Jolla, Calif) | statistical software | |
| Metzenbaum Scissors | MFI medical | 61-0004 | |
| Mayo-Hegar Needle Holder | tiger medical | N407322 | |
| Micropuncture Introducer Set | Cook | G47946 | |
| Mixter Forceps, Standard Grade, Right angle | Cole-Parmer | UX-10818-16 | |
| Monocryl suture | Ethicon | Y496G-BX | 4-0 monocryl |
| PDS II suture | Ethicon | D8926 | Number 1 looped |
| Porcine Pancreatic Elastase | Sigma-Aldrich | E0258-50 MG | |
| Satinsky Vascular Clamps | Medline | MDs5632515 | |
| Suction canister | Cardinal Health | 65651212 | |
| Schuco Aspirator | MFI medical | S430A | |
| Vicryl suture | Ethicon | J789D-SD | 2-0 vicryl |
| Yankauer Suction tube | Sklarcorp | 07-1801 |
References
- . Leading Causes of Death Reports, National and Regional, 1999 – 2016 Available from: https://webappa.cdc.gov/sasweb/ncipc/leadcause.html (2018)
- Erbel, R., et al. Diagnosis and management of aortic dissection. European Heart Journal. 22 (18), 1642-1681 (2001).
- Cameron, J., Cameron, J. . Current Surgical Therapy 11th edition. 11, 777-783 (2014).
- . Overview of abdominal aortic aneurysm Available from: https://www.uptodate.com/contents/overview-of-abdominal-aortic-aneurysm (2017)
- Pearce, W. H., Zarins, C. K., Bacharach, J. M. Atherosclerotic Peripheral Vascular Disease Symposium II: controversies in abdominal aortic aneurysm repair. Circulation. 118 (25), 2860-2863 (2008).
- Daugherty, A., Cassis, L. A. Mouse models of abdominal aortic aneurysms. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 24 (3), 429-434 (2004).
- Anidjar, S., et al. Elastase-induced experimental aneurysms in rats. Circulation. 82 (3), 973-981 (1990).
- Hynecek, R. L., et al. The creation of an infrarenal aneurysm within the native abdominal aorta of swine. Surgery. 142 (2), 143-149 (2007).
- Lu, G., et al. A novel chronic advanced stage abdominal aortic aneurysm murine model. Journal of Vascular Surgery. 66 (1), 232-242 (2017).
- Barrow, M. V., Simpson, C. F., Miller, E. J. Lathyrism: a review. The Quarterly Review of Biology. 49 (2), 101-128 (1974).
- Coulson, W. F., Linker, A., Bottcher, E. Lathyrism in swine. Archives of Pathology & Laboratory Medicine. 87 (4), 411-417 (1969).
- McCallum, H. M. Experimental Lathyrism in Mice. The Journal of Pathology and Bacteriology. 89, 625-636 (1965).
- Behmoaras, J., et al. Differential expression of lysyl oxidases LOXL1 and LOX during growth and aging suggests specific roles in elastin and collagen fiber remodeling in rat aorta. Rejuvenation Research. 11 (5), 883-889 (2008).
- Davies, I., Schofield, J. D. Connective tissue ageing: the influence of a lathyrogen (beta-aminopropionitrile) on the life span of female C57BL/Icrfat mice. Experimental Gerontology. 15 (5), 487-494 (1980).
- Cullen, J. M., et al. A novel swine model of abdominal aortic aneurysm. Journal of Vascular Surgery. , (2018).
- Marinov, G. R., et al. Can the infusion of elastase in the abdominal aorta of the Yucatan miniature swine consistently produce experimental aneurysms. Journal of Investigative Surgery. 10 (3), 129-150 (1997).
- Pope, N. H., et al. Interleukin-6 Receptor Inhibition Prevents Descending Thoracic Aortic Aneurysm Formation. Annals of Thoracic Surgery. 100 (5), 1620-1626 (2015).
- Johnston, W. F., et al. Genetic and pharmacologic disruption of interleukin-1beta signaling inhibits experimental aortic aneurysm formation. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 33 (2), 294-304 (2013).
- Johnston, W. F., et al. Inhibition of interleukin-1beta decreases aneurysm formation and progression in a novel model of thoracic aortic aneurysms. Circulation. 130 (11), 51-59 (2014).
- Ruddy, J. M., Jones, J. A., Spinale, F. G., Ikonomidis, J. S. Regional heterogeneity within the aorta: relevance to aneurysm disease. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 136 (5), 1123-1130 (2008).
