En modificeret teknik til tværgående aortaindsnævring hos mus
Summary
Denne protokol beskriver en modificeret og forenklet teknik med en minimalt invasiv tværgående aortaindsnævring (TAC) procedure ved hjælp af en selvfremstillet retraktor. Denne procedure kan udføres uden ventilator eller mikroskop og introducerer trykoverbelastning, hvilket i sidste ende fører til hjertehypertrofi eller hjertesvigt.
Abstract
Transvers aortaindsnævring (TAC) er en hyppigt anvendt operation i forskning vedrørende hjertesvigt og hjertehypertrofi baseret på dannelsen af trykoverbelastning i musemodeller. Hovedudfordringen ved denne procedure er klart at visualisere den tværgående aortabue og præcist binde målfartøjet. Klassiske tilgange udfører en delvis thoracotomi for at udsætte den tværgående aortabu. Det er dog en åben brystmodel, der forårsager et ret stort kirurgisk traume og kræver en ventilator under operationen. For at forhindre unødvendigt traume og forenkle driftsproceduren nærmer aortabuen sig via brystbenets proksimale andel og når og binder målbeholderen ved hjælp af en lille selvfremstillet retraktor, der indeholder en snare. Denne procedure kan udføres uden at komme ind i pleurahulen og behøver ikke en ventilator eller mikrokirurgisk operation, som efterlader musene med fysiologiske vejrtrækningsmønstre, forenkler proceduren og reducerer driftstiden betydeligt. På grund af den mindre invasive tilgang og mindre driftstid kan mus gennemgå færre stressreaktioner og komme sig hurtigt.
Introduction
Hjertesvigt er et komplekst klinisk symptom, der skyldes nedsat struktur og funktion af ventrikulær fyldning eller udstødning af blod1. Sygdomsstadiet defineres hovedsageligt via New York Heart Association funktionsklassifikation baseret på sværhedsgraden af symptomer og fysisk aktivitet2. For de patienter med en uddrivningsfraktion på over 50% hævede strukturelle og/eller funktionelle abnormiteter natriuretiske peptider for at understøtte diagnosen hjertesvigt med konserveret uddrivningsfraktion (HFpEF)2. Iskæmisk hjertesygdom er en førende årsag blandt flere ætiologier af hjertesvigt. Således bruges myokardieinfarktmodellen (såsom permanent koronar ligering) ofte til at studere patofysiologi efter hjertehypoperfusion eller iskæmi-reperfusionsskade 3,4. Udover akut myokardieskade bidrager andre risikofaktorer som hypertension, diabetes, fedme og en familiehistorie af kardiomyopati også til udviklingen af hjertesvigt. Når patienter passerer fase A (med risiko for hjertesvigt) og går ind i fase B (præ-hjertesvigt), forekommer strukturel modifikation1. For eksempel gennemgår hypertensive patienter først adaptiv venstre ventrikelhypertrofi og udvikler sig derefter gradvist til maladaptiv hjertehypertrofi og transit til hjertesvigt gennem patologisk ombygning5.
Som terminalfasen af forskellige hjerte-kar-sygdomme er kronisk hjertesvigt blevet undersøgt i årtier6. Flere musemodeller er blevet brugt i vid udstrækning i forskning i hjertesvigt, herunder lægemiddelinfusion (angiotensin II), metaboliske lidelser (diabetes eller diæt med højt kalorieindhold) og aortaindsnævring7. Blandt disse modeller ledsages angiotensin II-perfusion af forskellige organbivirkninger, såsom nyre7. Inducerende metaboliske lidelser kræver normalt en ret lang periode. Stigende aortaindsnævring anses for at have begrænset relevans for sygdom hos mennesker7.
TAC er en pålidelig model, der øger efterbelastningen og inducerer hjertehypertrofi samt hjertesvigt8. TAC-modellen med åben kiste blev først beskrevet af Rockman et al. og blev brugt i adskillige laboratorier rundt om i verden9. Denne klassiske TAC-procedure forårsager imidlertid et ret stort traume hos mus og ændrer deres normale adfærd, hvilket kan tage lang restitutionstid og forstyrre yderligere behandling10. Andre modificerede TAC-procedurer med lukket brystkasse reducerede nogle invasive trin, men krævede mikrokirurgiske færdigheder eller mekanisk ventilation10,11.
Denne protokol beskriver en trinvis metode med en minimalt invasiv tilgang til aortabuen ved hjælp af en selvfremstillet retraktor via et 3 mm midterlinjesnit i brystbenets øverste kant. Denne model behøver ikke mikrokirurgisk dygtighed, mekanisk ventilation eller skæring gennem ribbenene, hvilket giver en hurtig, kirurgisk traumebegrænset, ukompliceret, billig måde at udføre TAC-kirurgi på.
Protocol
Representative Results
Discussion
Induktion af vedvarende trykoverbelastning kan gradvist forårsage hjertehypertrofi og hjertesvigt. Denne model er blevet brugt i adskillige laboratorier rundt om i verden14,15,16. Protokollen gav en forbedret TAC-metode, der ikke kræver mikrokirurgiske færdigheder eller mekanisk ventilation.
Det vigtigste trin i denne protokol er at passere silkesutur under aortabuen. Når snaren har tilsluttet aor…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde er finansieret af National Natural Science Foundation of China (NSFC 81822002). Vi takker alle de medlemmer, der har deltaget i dette arbejde.
Materials
| 4-0 nonabsorbable suture | Jinhuan | HM403 | Used for suturing the skin |
| 5 mL syringe | Haifuda Technology Co., Ltd. | BD-309628 | Used for making snare containing retractor |
| 7-0 nonabsorbable suture | Jinhuan | HM701 | Used for aorta ligation |
| Animal temperature monitor | Kaerwen | FT3400 | Used for monitoring body temperature |
| Buprenorphine | Sigma | B-044 | Used for post-surgical pain treatment |
| Depilatory cream | Veet | N/A | Used for remove body hair from the surgical area |
| Heating Pad | Xiaochuangxin | N/A | Used for maintaining body temperature |
| Ibuprofen | MCE | HY-78131 | Used for post-surgical pain treatment |
| Iron wire (0.5 mm) | Qing Yuan | Iron wire #26 | Used for making snare containing retractor |
| Microscopic tweezers | RWD | F12006-10 | Used for penetrating and separating the tissue to open operation space |
| Needle holder | RWD | F12005-10 | Used for pinching off the tip of gauge needle and blunting it |
| Ophthalmic forceps | RWD | F14012-10 | Used for holding skin and other tissues |
| Ophthalmic scissors | RWD | S11001-08 | Used for making sking incision of mouse |
| Pentobarbital sodium | Sigma | P3761 | Used for mouse anesthesia |
| Sterile operating mat | Hale & hearty | 211002 | Used for placing animal during surgery |
| Ultra-sound imaging system | Fujifilm visualsonics | vevo1100 | Used for measure the blood flow velocity, left ventricular wall thickness and ejection fraction, https://www.visualsonics.com/product/imaging-systems/vevo-1100 |
References
- Heidenreich, P. A., et al. AHA/ACC/HFSA Guideline for the Management of Heart Failure: A Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines. Circulation. 145 (18), 895 (2022).
- McDonagh, T. A., et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure. European Heart Journal. 42 (36), 3599 (2021).
- Lv, B., et al. Induction of myocardial infarction and myocardial ischemia-reperfusion injury in mice. Journal of Visualized Experiments. (179), e63257 (2022).
- Curaj, A., Simsekyilmaz, S., Staudt, M., Liehn, E. Minimal invasive surgical procedure of inducing myocardial infarction in mice. Journal of Visualized Experiments. (99), e52197 (2015).
- Nakamura, M., Sadoshima, J. Mechanisms of physiological and pathological cardiac hypertrophy. Nature Reviews Cardiology. 15 (7), 387-407 (2018).
- Wang, H., et al. Bibliometric analysis on the progress of chronic heart failure. Current Problems in Cardiology. 47 (9), 101213 (2022).
- Riehle, C., Bauersachs, J. Small animal models of heart failure. Cardiovascular Research. 115 (13), 1838-1849 (2019).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. The American Journal of Physiology. 266, 2468-2475 (1994).
- Eichhorn, L., et al. A closed-chest model to induce transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiments. (134), e57397 (2018).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of minimally invasive transverse aortic constriction in mice for induction of left ventricular hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. (127), e56231 (2017).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).
- Li, L., et al. Assessment of cardiac morphological and functional changes in mouse model of transverse aortic constriction by echocardiographic imaging. Journal of Visualized Experiments. (112), e54101 (2016).
- Wang, X., et al. ATF4 protects the heart from failure by antagonizing oxidative stress. Circulation Research. 131 (1), 91-105 (2022).
- Li, J., et al. GCN5-mediated regulation of pathological cardiac hypertrophy via activation of the TAK1-JNK/p38 signaling pathway. Cell Death & Disease. 13 (4), 421 (2022).
- Syed, A. M., et al. Up-regulation of Nrf2/HO-1 and inhibition of TGF-beta1/Smad2/3 signaling axis by daphnetin alleviates transverse aortic constriction-induced cardiac remodeling in mice. Free Radical Biology and Medicine. 186, 17-30 (2022).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally invasive transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55293 (2017).
- Lao, Y., et al. Operating transverse aortic constriction with absorbable suture to obtain transient myocardial hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. (163), e61686 (2020).
- Veldhuizen, R. A., Slutsky, A. S., Joseph, M., McCaig, L. Effects of mechanical ventilation of isolated mouse lungs on surfactant and inflammatory cytokines. European Respiratory Journal. 17 (3), 488-494 (2001).
- Withaar, C., Lam, C. S. P., Schiattarella, G. G., de Boer, R. A., Meems, L. M. G. Heart failure with preserved ejection fraction in humans and mice: embracing clinical complexity in mouse models. European Heart Journal. 42 (43), 4420-4430 (2021).
