Forverring av myokardiskemi ved eksponering av partikler i aterosklerose dyremodell

Summary

Denne protokollen beskriver en sammensatt dyremodell med eksponering for partikler (PM) som forverrer myokardiskemi med aterosklerose.

Abstract

Helseproblemene forårsaket av luftforurensning (spesielt partikkelforurensning) får mer og mer oppmerksomhet, spesielt blant pasienter med hjerte- og karsykdommer, noe som forverrer kompliserte lidelser og forårsaker dårlig prognose. Den enkle eksponeringsmodellen for myokardiskemi (MI) eller svevestøv (PM) er uegnet for slike studier av sykdommer med flere årsaker. Her er det beskrevet en metode for å konstruere en sammensatt modell som kombinerer PM-eksponering, aterosklerose og myokardiskemi. ApoE−^/− mus ble matet med et fettrikt kosthold i 16 uker for å utvikle aterosklerose, trakeal instillasjon av PM standardsuspensjon ble utført for å simulere pulmonal eksponering av PM, og venstre fremre synkende koronararterie ble ligert en uke etter siste eksponering. Trakeal instillasjon av PM kan simulere akutt lungeeksponering samtidig som kostnadene ved forsøket reduseres betydelig; Den klassiske venstre fremre nedadgående arterieligasjonen med ikke-invasiv trakeal intubasjon og en ny hjelpeutvidelsesanordning kan sikre dyrets overlevelsesrate og redusere vanskeligheten ved operasjonen. Denne dyremodellen kan med rimelighet simulere pasientens patologiske endringer i hjerteinfarkt forverret av luftforurensning og gi en referanse for konstruksjon av dyremodeller relatert til studier som involverer sykdommer med flere årsaker.

Introduction

Luftforurensning har vært assosiert med høy dødelighet av alle årsaker og bidratt med en betydelig sykdomsbyrde mer enn summen av vannforurensning, jordforurensning og yrkeseksponering¹. En rapport fra WHO avslørte at utendørs luftforurensning forårsaket 4,2 millioner for tidlige dødsfall i både byer og landlige områder over hele verden i 2016². 91 % av mennesker over hele verden bor på steder der luftkvaliteten overskrider WHOs retningslinjegrenser². Videre er det fine svevestøvet (PM) (≤2,5 μm i diameter, PM_2,5) anerkjent som den viktigste luftforurensningstrusselen mot global folkehelse³, spesielt for folk som bor i byer med lavinntekts- og mellominntektsland.

De negative effektene av luftforurensning på hjerte- og karsykdommer fortjener mer oppmerksomhet. Tidligere studier har vist at PM fører til økt risiko for kardiovaskulær sykdom (CVDs)⁴. Eksponering for høye konsentrasjoner av ultrafine partikler i flere timer kan føre til økt dødelighet av hjerteinfarkt. For personer med en historie med hjerteinfarkt, kan eksponering for ultrafine partikler øke risikoen for tilbakefall betydelig⁵. Videre er det generelt akseptert at PM-eksponering akselererer utviklingen av aterosklerose⁶.

For medisinsk forskning er det avgjørende å velge en egnet dyremodell. Enkel aterosklerose dyremodeller⁷, myokardiskemi dyremodeller⁸ og PM eksponering dyremodeller⁹ eksisterer allerede. ApoE−^/− (apolipoprotein E knocked out) mus er en tradisjonell musemodell som brukes i aterosklerosestudier. Evnen til å fjerne plasmalipoproteiner i ApoE−^/− mus er alvorlig svekket. Den fettfattige diettfôringen vil forårsake alvorlig aterosklerose, som ligner diettavhengigheten av aterosklerotisk hjertesykdom observert hos mennesker⁷. Ligering av venstre fremre synkende koronararterie (LAD) er en klassisk metode for å indusere den iskemiske hendelsen ^8,10. Trakeal infusjon har blitt brukt i mange undersøkelser og skiller seg ut fra eksponeringsmodeller^11,12 på grunn av bedre simulering og lavere kostnader.

Dyremodeller av enkelt sykdom har imidlertid betydelige begrensninger i vitenskapelig forskning. Den myokardiskemi indusert bare av LAD ligering er ikke simulert i den faktiske situasjonen. I naturlig tilstand er myokardiskemi vanligvis forårsaket av plakkbrudd og blokkerte koronararterier¹³. Pasienter med iskemisk kardiomyopati har vanligvis aterosklerotiske grunnleggende lesjoner¹³. Det er også unormal lipidmetabolisme og inflammatoriske reaksjoner i kroppen¹⁴. Derfor har iskemi forårsaket av fysiske faktorer eller under naturlige forhold forskjellige patologiske manifestasjoner. Eksisterende studier har vist at infarkt og betennelse i myokardiskemimodeller med aterosklerose er mer alvorlige^15,16. PM-eksponering kan forverre aterosklerose og myokardiskemi ytterligere ved å indusere betennelse og oksidativt stress¹. Tre faktorer sameksisterer vanligvis i naturlig tilstand, slik at den faktiske situasjonen bedre kan simuleres ved å bruke en sammensatt modell.

Denne protokollen beskriver utvikling av en dyremodell av myokardiskemi (MI) som kombinerer aterosklerose (AS) og PM akutt eksponering. ApoE−^/− mus ble matet med et fettrikt kosthold for å indusere aterosklerose. Pulmonal eksponering av PM ble imitert ved dryppende PM suspensjon gjennom luftrøret. Ligering av LAD hos mus ble brukt til å indusere myokardiskemi. Disse metodene ble kombinert og optimalisert for å simulere sykdomstilstanden bedre og forbedre overlevelsesgraden til dyr. Ingen stor eksponeringsenhet eller gassbedøvelsesmaskin er nødvendig, noe som gjør eksperimentet enkelt å utføre. Denne modellen kan brukes til å studere virkningen av PM-eksponering i luftforurensning på aterosklerose og iskemisk kardiomyopati og forske på nye legemidler utviklet for å behandle sykdommer med slike komplekse faktorer.

Protocol

Alle dyreaktiviteter beskrevet her ble godkjent av Animal Ethics Committee ved Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences. Mannlige ApoE−/− mus (C57BL/6 bakgrunn) på 6-8 uker ble brukt i studien. 1. Eksperimentell forberedelse Forbered tribromoetanolbedøvelsesmidler (15 mg / ml): oppløs 0,75 g tribromoetanol i 1 ml tert-amylalkohol (se materialfortegnelse). Etter fullstendig oppløsning, fortynn d…

Representative Results

Musene ble avlivet 24 timer etter koronar ligering, og blodet ble samlet inn etter anestesi. Mus ble bedøvet av tribromoetanol (i henhold til trinn 3.2), og blodprøven ble samlet fra retroorbital sinus. Hjertet ble høstet, og graden av iskemi ble undersøkt ved 2,3,5-Trifenyltetrazoliumklorid (TTC) farging (figur 1). Normalt vev blir rødt når TTC reagerer med succinatdehydrogenase, mens det iskemiske vevet forblir blekt på grunn av redusert dehydrogenaseaktivitet<sup c…

Discussion

Etableringen av en sammensatt dyremodell er noe annerledes enn den enkelte MI-modellen. Å opprettholde en høy overlevelse er utfordrende i utviklingen av den sammensatte modellen. Alvorlighetsgraden av aterosklerose hos ApoE−^/− mus vil bli mer alvorlig med forlengelsen av fettfattig fôringstid⁷, og svakheten hos mus fører til økt dødelighet. Derfor er det nødvendig å overvåke tilstanden til musene under forsøket kontinuerlig og justere tiden for å indusere aterosklerose i…

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