Ateroskleroz Hayvan Modelinde Partikül Madde Maruziyeti Üzerine Miyokard İskemisinin Şiddetlenmesi
Summary
Bu protokol, ateroskleroz ile miyokard iskemisini şiddetlendiren partikül maddeye (PM) maruz kalan kompozit bir hayvan modelini tanımlamaktadır.
Abstract
Hava kirliliğinin neden olduğu sağlık sorunları (özellikle partikül kirliliği), özellikle kardiyovasküler hastalık hastaları arasında, karmaşık bozuklukları ağırlaştıran ve kötü prognoza neden olan giderek daha fazla dikkat çekmektedir. Basit miyokard iskemisi (MI) veya partikül madde (PM) maruziyet modeli, birden fazla nedeni olan hastalıkların bu tür çalışmaları için uygun değildir. Burada, PM maruziyeti, ateroskleroz ve miyokard iskemisini birleştiren kompozit bir model oluşturmak için bir yöntem tanımlanmıştır. ApoE − / – fareler ateroskleroz geliştirmek için 16 hafta boyunca yüksek yağlı bir diyetle beslendi, PM’nin pulmoner maruziyetini simüle etmek için PM standart süspansiyonunun trakeal instilasyonu yapıldı ve sol ön inen koroner arter son maruziyetten bir hafta sonra bağlandı. PM’nin trakeal instilasyonu, akut akciğer maruziyetini simüle ederken, deneyin maliyetini önemli ölçüde azaltabilir; noninvaziv trakeal entübasyon ile klasik sol ön inen arter ligasyonu ve yeni bir yardımcı genişleme cihazı hayvanın hayatta kalma oranını sağlayabilir ve operasyonun zorluğunu azaltabilir. Bu hayvan modeli, hastanın hava kirliliği ile ağırlaşan miyokard enfarktüsünün patolojik değişikliklerini makul bir şekilde simüle edebilir ve birden fazla nedeni olan hastalıkları içeren çalışmalarla ilgili hayvan modellerinin inşası için bir referans sağlayabilir.
Introduction
Hava kirliliği, yüksek tüm nedenlere bağlı mortalite ile ilişkilendirilmiştir ve su kirliliği, toprak kirliliği ve mesleki maruziyetin toplamından daha fazla hastalık yüküne katkıda bulunmuştur1. DSÖ’nün bir raporu, dış hava kirliliğinin 2016 yılında dünya çapında hem şehirlerde hem de kırsal alanlarda 4,2 milyon erken ölüme neden olduğunu ortaya koymuştur2. Dünya çapında insanların% 91’i, hava kalitesinin DSÖ kılavuz sınırlarını aştığı yerlerde yaşamaktadır2. Ayrıca, ince partikül madde (PM) (≤2.5 μm çapında, PM2.5), küresel halk sağlığı3, özellikle düşük gelirli ve orta gelirli ülkelerin şehirlerinde yaşayan insanlar için en önemli hava kirliliği tehdidi olarak kabul edilmektedir.
Hava kirliliğinin kardiyovasküler hastalıklar üzerindeki olumsuz etkileri daha fazla ilgiyi hak etmektedir. Önceki çalışmalar, PM’nin kardiyovasküler hastalık (CVD’ler) riskinin artmasına yol açtığını göstermiştir4. Birkaç saat boyunca yüksek konsantrasyonlarda ultra ince partiküllere maruz kalmak, miyokard enfarktüsü mortalitesinin artmasına neden olabilir. Miyokard enfarktüsü öyküsü olan kişiler için, ultra ince parçacıklara maruz kalmak, nüks riskini önemli ölçüde artırabilir5. Ayrıca, PM maruziyetinin ateroskleroz6’nın ilerlemesini hızlandırdığı genel olarak kabul edilmektedir.
Tıbbi araştırmalar için uygun bir hayvan modeli seçmek çok önemlidir. Basit ateroskleroz hayvan modelleri7, miyokard iskemisi hayvan modelleri8 ve PM maruziyeti hayvan modelleri9 zaten mevcuttur. ApoE−/− (apolipoprotein E nakavt edilmiş) fare, ateroskleroz çalışmalarında kullanılan geleneksel bir fare modelidir. ApoE-/- farelerde plazma lipoproteinlerini temizleme yeteneği ciddi şekilde bozulmuştur. Yüksek yağlı diyetle beslenme, insanlarda gözlenen aterosklerotik kalp hastalığının diyet bağımlılığına benzeyen şiddetli ateroskleroza neden olur7. Sol anterior inen koroner arterin (LAD) ligasyonuiskemik olayı indüklemek için klasik bir yöntemdir 8,10. Trakeal infüzyon birçok araştırmada kullanılmıştır ve daha iyi simülasyonu ve daha düşük maliyeti nedeniyle maruzkalma modellerinden 11,12 öne çıkmaktadır.
Bununla birlikte, tek hastalığın hayvan modellerinin bilimsel araştırmalarda önemli sınırlamaları vardır. Sadece LAD ligasyonu ile indüklenen miyokard iskemisi gerçek durumda simüle edilmez. Doğal durumda, miyokard iskemisi genellikle plak rüptürü ve tıkalı koroner arterlerden kaynaklanır13. İskemik kardiyomiyopatili hastalarda genellikle aterosklerotik bazik lezyonlar vardır13. Ayrıca vücutta anormal lipid metabolizması ve inflamatuar reaksiyonlar vardır14. Bu nedenle, fiziksel faktörlerin neden olduğu veya doğal koşullar altında iskeminin farklı patolojik bulguları vardır. Mevcut çalışmalar aterosklerozlu miyokard iskemisi modellerinde enfarktüs ve inflamasyonun daha şiddetli olduğunu göstermiştir15,16. PM maruziyeti, inflamasyonu ve oksidatif stresi indükleyerek ateroskleroz ve miyokard iskemisini daha da kötüleştirebilir1. Üç faktör genellikle doğal durumda bir arada bulunur, bu nedenle gerçek durum bileşik bir model kullanılarak daha iyi simüle edilebilir.
Bu protokol, ateroskleroz (AS) ve PM akut maruziyetini birleştiren bir miyokard iskemisi (MI) hayvan modelinin geliştirilmesini açıklar. ApoE-/– fareler, aterosklerozu indüklemek için yüksek yağlı bir diyetle beslendi. PM’nin pulmoner maruziyeti, PM süspansiyonunun trakeadan damlatılması ile taklit edildi. Farelerde LAD’nin bağlanması miyokard iskemisini indüklemek için kullanıldı. Bu yöntemler, hastalık durumunu daha iyi simüle etmek ve hayvanların hayatta kalma oranını artırmak için birleştirildi ve optimize edildi. Büyük bir maruz kalma ünitesine veya gaz anestezi makinesine gerek yoktur, bu da deneyin gerçekleştirilmesini kolaylaştırır. Bu model, hava kirliliğinde PM maruziyetinin ateroskleroz ve iskemik kardiyomiyopati üzerindeki etkisini incelemek ve bu tür karmaşık faktörlere sahip hastalıkları tedavi etmek için geliştirilen yeni ilaçlar üzerinde araştırma yapmak için kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kompozit bir hayvan modelinin kurulması, tek MI modelinden biraz farklıdır. Yüksek bir hayatta kalma oranını korumak, kompozit modelin geliştirilmesinde zordur. ApoE-/- farelerde aterosklerozun şiddeti, yüksek yağlı beslenme süresi7’nin uzatılmasıyla daha şiddetli hale gelir ve farelerin zayıflığı mortalitenin artmasına neden olur. Bu nedenle, deney sırasında farelerin durumunu sürekli izlemek ve aterosklerozu indükleme süresini deneyin ihtiyaçlarına göre aya…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu model, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (No. 81673640, 81841001 ve 81803814) ve Çin’in Yenilikçi İlaç için Büyük Ulusal Bilim ve Teknoloji Programı (2017ZX09301012002 ve 2017ZX09101002001-001-3) desteğiyle geliştirilmiştir.
Materials
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| 75% alcohol disinfectant | |||
| Animal ventilator | Shanghai Alcott Biotech | ALC-V8S | |
| Cotton swabs | Sterile | ||
| Cotton swabs for babies | Sterile , Approximately 3 mm in diameter | ||
| Culture Dish | Corning | 430597 | 150 mm x 25 mm |
| Diesel Particulate Matter | National Institute of Standards Technology | 1650b | |
| Dissection board | About 25 x 17 cm. The dissecting board can be replaced with a wooden board of the same size | ||
| High-fat diet for mice | Prescription: egg yolk powder 10%, lard 10%, sterol 1%, maintenance feed 79% | ||
| Iodophor disinfectant | |||
| LED spotlight | 5 V, 3 W,with hoses and clamps | ||
| Medical silk yarn ball | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 0-0 |
| Medical tape | 3M | 1527C-0 | |
| Micro Vascular Hemostatic Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | W40350 | |
| Needle Holders | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JC32010 | |
| Normal saline | |||
| Ophthalmic Scissors | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | Y00040 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with hooks | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1080 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with teeth | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1060 | |
| Pipet Tips | Axygen | T-200-Y-R-S | 0-200 μL |
| Pipette | eppendorf | 3121000074 | 100 uL |
| Safety pin | Approximately 4.5 cm in length , for making chest opening tools | ||
| Small Animal I.V. Cannulas | Baayen healthcare suzhou | BAAN-322025 | I.V CATHETER 22FG x 25 MM |
| Suture needle with thread | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 6-0,Nylon line |
| Suture needle with thread | JinHuan Medical | F503 | 5-0 |
| Syringe | 1 mL | ||
| Tert-amyl alcohol | |||
| Zoom-stereo microscope | Mshot | MZ62 |
References
- Al-Kindi, S. G., Brook, R. D., Biswal, S., Rajagopalan, S. Environmental determinants of cardiovascular disease: lessons learned from air pollution. Nature Reviews: Cardiology. 17 (10), 656-672 (2020).
- Ambient (outdoor) Air Pollution. WHO Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor) (2021)
- Kim, K. H., Kabir, E., Kabir, S. A review on the human health impact of airborne particulate matter. Environment International. 74, 136-143 (2015).
- Rajagopalan, S., Al-Kindi, S. G., Brook, R. D. Air pollution and cardiovascular disease: JACC State-of-the-Art Review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (17), 2054-2070 (2018).
- Wolf, K., et al. Associations between short-term exposure to particulate matter and ultrafine particles and myocardial infarction in Augsburg, Germany. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 218 (6), 535-542 (2015).
- Sun, Q., Hong, X., Wold, L. E. Cardiovascular effects of ambient particulate air pollution exposure. Circulation. 121 (25), 2755-2765 (2010).
- Emini Veseli, B., et al. Animal models of atherosclerosis. European Journal of Pharmacology. 816, 3-13 (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. (122), e55353 (2017).
- Lei, J., et al. The acute effect of diesel exhaust particles and different fractions exposure on blood coagulation function in mice. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (8), 4136 (2021).
- Gao, E., et al. A novel and efficient model of coronary artery ligation and myocardial infarction in the mouse. Circulation Research. 107 (12), 1445-1453 (2010).
- Pei, Y. H., et al. LncRNA PEAMIR inhibits apoptosis and inflammatory response in PM2.5 exposure aggravated myocardial ischemia/reperfusion injury as a competing endogenous RNA of miR-29b-3p. Nanotoxicology. 14 (5), 638-653 (2020).
- Jia, H., et al. PM2.5-induced pulmonary inflammation via activating of the NLRP3/caspase-1 signaling pathway. Environmental Toxicology. 36 (3), 298-307 (2021).
- Vogel, B., et al. ST-segment elevation myocardial infarction. Nature Reviews Disease Primers. 5 (1), 39 (2019).
- Libby, P. The changing landscape of atherosclerosis. Nature. 592 (7855), 524-533 (2021).
- Zhou, Z., et al. Excessive neutrophil extracellular trap formation aggravates acute myocardial infarction injury in Apolipoprotein E deficiency mice via the ROS-dependent pathway. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2019, 1209307 (2019).
- Pluijmert, N. J., Bart, C. I., Bax, W. H., Quax, P. H. A., Atsma, D. E. Effects on cardiac function, remodeling and inflammation following myocardial ischemia-reperfusion injury or unreperfused myocardial infarction in hypercholesterolemic APOE*3-Leiden mice. Scientific Reports. 10 (1), 16601 (2020).
- Centa, M., Ketelhuth, D. F. J., Malin, S., Gistera, A. Quantification of atherosclerosis in mice. Journal of Visualized Experiments. (148), e59828 (2019).
- Benedek, A., et al. Use of TTC staining for the evaluation of tissue injury in the early phases of reperfusion after focal cerebral ischemia in rats. Brain Research. 1116 (1), 159-165 (2006).
- Mehlem, A., Hagberg, C. E., Muhl, L., Eriksson, U., Falkevall, A. Imaging of neutral lipids by oil red O for analyzing the metabolic status in health and disease. Nature Protocols. 8 (6), 1149-1154 (2013).
- Nelson, A. M., Nolan, K. E., Davis, I. C. Repeated orotracheal intubation in mice. Journal of Visualized Experiments. (157), e60844 (2020).
- Zheng, Z., et al. Exposure to fine airborne particulate matters induces hepatic fibrosis in murine models. Journal of Hepatology. 63 (6), 1397-1404 (2015).
- Bai, N., van Eeden, S. F. Systemic and vascular effects of circulating diesel exhaust particulate matter. Inhalation Toxicology. 25 (13), 725-734 (2013).
- Furuyama, A., Kanno, S., Kobayashi, T., Hirano, S. Extrapulmonary translocation of intratracheally instilled fine and ultrafine particles via direct and alveolar macrophage-associated routes. Archives of Toxicology. 83 (5), 429-437 (2009).
- Brunekreef, B., Holgate, S. T. Air pollution and health. Lancet. 360 (9341), 1233-1242 (2002).
