Implantation av koronarstenter i mänsklig storlek i råtta buken aorta med hjälp av en trans-femoral åtkomst
Summary
Detta protokoll beskriver implantationen av mänskliga födans stentar i buken stora kroppskortor av råttor med en apoE-/- bakgrund med hjälp av en trans-femorala tillgång. Jämfört med andra djurmodeller bär murinmodeller fördelarna med hög genomströmning, reproducerbarhet, enkel hantering och hölje och en bred tillgänglighet av molekylära markörer.
Abstract
Perkutan koronar intervention (PCI), i kombination med införandet av en födans stent, representerar guld standarden i interventionell behandling av födans gatan sjukdom. In-stent restenosis (ISR) bestäms av en överdriven spridning av neointimal vävnad inom stent och begränsar den långsiktiga framgången för stent. En mängd olika djurmodeller har använts för att belysa patofysiologiska processer som ligger till grund för in-stent restenosis (ISR), där svinaronon och kanin iliaca arteriell modeller är de vanligaste. Murinmodeller ger fördelarna med hög genomströmning, enkel hantering och hölje, reproducerbarhet och en bred tillgänglighet av molekylära markörer. Apolipoprotein E bristfällig (apoE-/- ) musmodell har använts ofta för att studera hjärt-kärlsjukdomar. Stentar måste dock miniatyriseras för att implanteras i möss, vilket innebär viktiga förändringar av deras mekaniska och (potentiellt) biologiska egenskaper. Användningen av apoE-/- råttor kan övervinna dessa brister som apoE-/- råttor möjliggör utvärdering av humanstora koronarstentar samtidigt som de ger en ateroogen fenotyp. Detta gör dem till en utmärkt och pålitlig modell för att undersöka ISR efter stentimplantation. Här beskriver vi i detalj implantationen av kommersiellt tillgängliga mänskliga kranskärlstentar i buken stora delar av råttor med en apoE-/- bakgrund med hjälp av en trans-femoral åtkomst.
Introduction
Perkutan koronar intervention (PCI), i kombination med införandet av en födans stent, representerar guldstandarden vid interventionell behandling av födans arteriell sjukdom1. Den långsiktiga framgången för stentar kan dock begränsas av förekomsten av in-stent restenosis (ISR) som bestäms av en överdriven spridning av neointimal vävnad inom stent2,3. ISR kan kräva en återingripande antingen med kranskärl bypass eller re-PCI. En mängd olika djurmodeller har föreslagits för studier av ISR, var och en med fördelar och brister. De största nackdelarna med de vanligaste porcine födans och kanin iliaca gatan modeller, även om utveckla skador markant liknar människor efter stent implantation4,5, är stora djur och bostäder kostnader som ger upp logistiska svårigheter särskilt i långsiktiga studier, liksom begränsningar i hantering och utrustning. Dessutom är tillgången på antikroppar mot cellulära proteiner av svin och kaniner begränsad. Å andra sidan ger murinmodeller de stora fördelarna med hög genomströmning och reproducerbarhet, liksom enkel hantering, bostäder och därmed kostnadseffektivitet. Dessutom finns ett högre antal antikroppar tillgängliga. Men medan apolipoprotein E-bristfälliga (apoE-/-) möss har använts i stor utsträckning för studier av åderförkalkning6,7,8, är de olämpliga för studier av ISR eftersom stentar måste miniatyriseras för att implanteras i möss, vilket potentiellt ändrar stenternas mekaniska egenskaper. Dessutom mäter mössens aortavägg mellan 50 μm hos unga möss och 85 μm hos gamla möss9, och stentar måste sättas in med trycknivåer så låga som 2 atm, vilket kan leda till malapposition av stenten10. Råttor tillåter dock implantation av kommersiellt tillgängliga mänskliga koronarstentar och visar en vaskulär helande kurs som liknar större djur efter aorta stent implantation, först rapporterat av Langeveld et al.11. Denna teknik krävde ursprungligen en trans-abdominal tillgång, som nödvändiggjorde en fysisk förträngning av stora kroppskort för att uppnå ett tillfälligt avbrott i blodflödet. För att undvika den potentiellt associerade kärlskadan och inflammatoriska reaktioner förfinades tekniken senare genom införandet av en trans-iliaca åtkomst, vilket dessutom resulterade i en högre överlevnadsgrad för djuren12.
Eftersom vildtypsråttor inte utvecklar atherosklerotiska lesioner13, apoE-/- råttor har genererats med hjälp av nukleastekniker som Transkription Activator-Liknande Effector Nuclease (TALEN)14, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9)15, och Zinc Finger (ZF)16. ApoE-/- råttor har varit kommersiellt tillgängliga sedan 2011. Med en atherogen bakgrund möjliggör apoE-/- råttor en mer realistisk utvärdering av koronarstentar i mänsklig storlek, särskilt när det gäller ISR.
Häri beskriver vi metoden via transfemoral åtkomstväg och med hjälp av en kommersiellt tillgänglig tunn-strut kobolt-krom drog-eluting stent (DES), men det kan också tillämpas för studier av andra stent typer, såsom bare metal stents (BMS) eller biologiskt nedbrytbara stentar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Detta protokoll beskriver implantationen av mänskliga stora födans stentar i buken stora aortan av apoE-/- råttor. Flera tekniska punkter är värda att betona. För det första bör en missmatchning mellan stentstorleken och aortans storlek undvikas. Att placera en för liten stent kan leda till stent malapposition, medan implantation av en stent som är för stor för aortan kan orsaka översträcka, riva och skada på kärlet. Därför rekommenderar vi att du använder stentar mellan 2,0 och 2,5 mm i dia…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka fru Angela Freund för hennes ovärderliga tekniska hjälp med inbäddning och bildproduktion. Vi vill också tacka Tadeusz Stopinski vid Institutet för laboratoriedjurvetenskap & experimentell kirurgi för hans insiktsfulla hjälp med veterinärarbetet.
Materials
| Diet | |||
| SNIFF High Fat diet + Clopidogrel (15 mg/kg) | SNIFF Spezialdiäten GmbH, Soest | custom prepared | Western Diet |
| Drugs and Anesthetics | |||
| Buprenorphine | Essex Pharma | 997.00.00 | |
| ISOFLO (Isoflurane Vapor) vaporiser | Eickemeyer | 4802885 | |
| Isoflurane | Forene Abbott | B 506 | |
| Isotonic (0.9%) NaCl solution | DeltaSelect GmbH | PZN 00765145 | |
| Ringer's lactate solution | Baxter Deutschland GmbH | 3775380 | |
| (S)-ketamine | CEVA Germany | ||
| Xylazine | Medistar Germany | ||
| Consumable supplies | |||
| 10 mL syringes | BD Plastipak | 4606108V | |
| 2 mL syringes | BD Plastipak | 4606027V | |
| 6-0 prolene suture | ETHICON | N-2719K | |
| 4-0 silk suture | Seraflex | IC 158000 | |
| Bepanthen Eye and Nose Ointment | Bayer Vital GmbH | 6029009.00.00 | |
| Cotton Gauze swabs | Fuhrmann GmbH | 32014 | |
| Durapore silk tape | 3M | 1538-1 | |
| Poly-Alcohol Skin Desinfection Solution | Antiseptica GmbH | 72PAH200 | |
| Sterican needle 18 G | B. Braun | 304622 | |
| Sterican needle 27 3/4 G | B.Braun | 4657705 | |
| Tissue Paper | commercially available | ||
| Surgical instruments | |||
| Graefe forceps curved x1 | Fine Science Tools Inc. | 11151-10 | |
| Graefe forceps straight | Fine Science Tools Inc. | 11050-10 | |
| Needle holder Mathieu | Fine Science Tools Inc. | 12010-14 | |
| Scissors | Fine Science Tools Inc. | 14074-11 | |
| Semken forceps | Fine Science Tools Inc. | 11008-13 | |
| Small surgical scissors curved | Fine Science Tools Inc. | 14029-10 | |
| Small surgical scissors straight | Fine Science Tools Inc. | 14028-10 | |
| Standard pattern forceps | Fine Science Tools Inc. | 11000-12 | |
| Vannas spring scissors | Fine Science Tools Inc. | 15000-08 | |
| Equipment | |||
| Dissecting microscope | Leica MZ9 | ||
| Temperature controlled heating pad | Sygonix | 26857617 | |
| Equipment for stent implantation | |||
| Drug-eluting stent Xience 2,25mm x 8mm | Abbott Vascular USA | 1009544-18 | |
| Guide wire Fielder XT PTCA guide wire: 0.014" x 300cm | ASAHI INTECC CO., LTD Japan | AGP140302 | |
| Inflation syringe system | Abbott 20/30 Priority Pack | 1000186 | |
| Tissue processing and analysis | |||
| 30% H2O2 | Roth | 9681 | Histology |
| Ethanol | Roth | K928.1 | Histology |
| Giemsas Azur-Eosin-Methylenblau | Merck | 109204 | Histology |
| Graphic Drawing Tablet | WACOM Europe GmbH | CTL-6100WLK-S | |
| Roti Histofix, Formaldehyd 4% buffered | Roth | P087 | Histology |
| Technovit 9100 | Morphisto | 12225.K1000 | Histology |
References
- Patel, M. R., et al. ACC/AATS/AHA/ASE/ASNC/SCAI/SCCT/STS 2017 Appropriate Use Criteria for Coronary Revascularization in Patients With Stable Ischemic Heart Disease: A Report of the American College of Cardiology Appropriate Use Criteria Task Force, American Association for Thoracic Surgery, American Heart Association, American Society of Echocardiography, American Society of Nuclear Cardiology, Society for Cardiovasular Angiography and Interventions, Society of Cardiovascular Computed Tomography, and Society of Thoracic Surgeons. Journal of the American College of Cardiology. 69 (17), 2212-2241 (2017).
- Virmani, R., Farb, A. Pathology of in-stent restenosis. Current Opinion in Lipidology. 10 (6), 499-506 (1999).
- Buccheri, D., Piraino, D., Andolina, G., Cortese, B. Understanding and managing in-stent restenosis: a review of clinical data, from pathogenesis to treatment. Journal of Thoracic Disease. 8 (10), 1150-1162 (2016).
- Perkins, L. E. Preclinical models of restenosis and their application in the evaluation of drug-eluting stent systems. Veterinary Pathology. 47 (1), 58-76 (2010).
- Kim, W. H., et al. Histopathologic analysis of in-stent neointimal regression in a porcine coronary model. Coronary Artery Disease. 11 (3), 273-277 (2000).
- Plump, A. S., et al. Severe hypercholesterolemia and atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice created by homologous recombination in ES cells. Cell. 71 (2), 343-353 (1992).
- Breslow, J. L. Transgenic mouse models of lipoprotein metabolism and atherosclerosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (18), 8314-8318 (1993).
- Knowles, J. W., Maeda, N. Genetic modifiers of atherosclerosis in mice. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 20 (11), 2336-2345 (2000).
- Wheeler, J. B., Mukherjee, R., Stroud, R. E., Jones, J. A., Ikonomidis, J. S. Relation of murine thoracic aortic structural and cellular changes with aging to passive and active mechanical properties. Journal of the American Heart Association. 4 (3), 001744 (2015).
- Rodriguez-Menocal, L., et al. A novel mouse model of in-stent restenosis. Atherosclerosis. 209 (2), 359-366 (2010).
- Langeveld, B., et al. Rat abdominal aorta stenting: a new and reliable small animal model for in-stent restenosis. Journal of Vascular Research. 41 (5), 377-386 (2004).
- Oyamada, S., et al. Trans-iliac rat aorta stenting: a novel high throughput preclinical stent model for restenosis and thrombosis. Journal of Surgical Research. 166 (1), 9 (2011).
- Touchard, A. G., Schwartz, R. S. Preclinical restenosis models: challenges and successes. Toxicologic Pathology. 34 (1), 11-18 (2006).
- Wei, S., et al. Apolipoprotein E-deficient rats develop atherosclerotic plaques in partially ligated carotid arteries. Atherosclerosis. 243 (2), 589-592 (2015).
- Zhao, Y., et al. Hyperlipidemia induces typical atherosclerosis development in Ldlr and Apoe deficient rats. Atherosclerosis. 271, 26-35 (2018).
- Ekuni, D., et al. Occlusal disharmony accelerates the initiation of atherosclerosis in apoE knockout rats. Lipids in Health and Disease. 13 (144), 13 (2014).
- Bhattacharya, D., Van Meir, E. G. A simple genotyping method to detect small CRISPR-Cas9 induced indels by agarose gel electrophoresis. Scientific Reports. 9 (1), 39950 (2019).
- Malik, N., et al. Intravascular stents: a new technique for tissue processing for histology, immunohistochemistry, and transmission electron microscopy. Heart. 80 (5), 509-516 (1998).
- Kumar, A. H., McCauley, S. D., Hynes, B. G., O’Dea, J., Caplice, N. M. Improved protocol for processing stented porcine coronary arteries for immunostaining. Journal of Molecular Histology. 42 (2), 187-193 (2011).
- Jiang, Z., et al. A novel vein graft model: adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), 18 (2004).
- Cornelissen, A., et al. Apolipoprotein E deficient rats generated via zinc-finger nucleases exhibit pronounced in-stent restenosis. Scientific Reports. 9 (1), 54541 (2019).
- Ritskes-Hoitinga, M. G. T., Jensen, T. L., Mikkelsen, L. F. . The Laboratory Mouse (Second Edition). , 567-599 (2012).
- Rune, I., et al. Long-term Western diet fed apolipoprotein E-deficient rats exhibit only modest early atherosclerotic characteristics. Scientific Reports. 8 (1), 23835 (2018).
- Daemen, J., et al. Early and late coronary stent thrombosis of sirolimus-eluting and paclitaxel-eluting stents in routine clinical practice: data from a large two-institutional cohort study. Lancet. 369 (9562), 667-678 (2007).
- Cornelissen, A., Vogt, F. J. The effects of stenting on coronary endothelium from a molecular biological view: Time for improvement. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 23 (1), 39-46 (2019).
- Mori, H., et al. Pathological mechanisms of left main stent failure. International Journal of Cardiology. 263, 9-16 (2018).
- Wolinsky, H., Glagov, S. Comparison of abdominal and thoracic aortic medial structure in mammals. Deviation of man from the usual pattern. Circulation Research. 25 (6), 677-686 (1969).
- Lowe, H. C., James, B., Khachigian, L. M. A novel model of in-stent restenosis: rat aortic stenting. Heart. 91 (3), 393-395 (2005).
- Unthank, J. L., Nixon, J. C., Lash, J. M. Early adaptations in collateral and microvascular resistances after ligation of the rat femoral artery. Journal of Applied Physiology. 79 (1), 73-82 (1985).
- Nevzati, E., et al. Biodegradable Magnesium Stent Treatment of Saccular Aneurysms in a Rat Model – Introduction of the Surgical Technique. Journal of Visualized Experiments. (128), e56359 (2017).
- Aquarius, R., Smits, D., Gounis, M. J., Leenders, W. P. J., de Vries, J. Flow diverter implantation in a rat model of sidewall aneurysm: a feasibility study. Journal of NeuroInterventional Surgery. 10 (1), 88-92 (2018).
