Een aangepaste techniek voor transversale aortavernauwing bij muizen
Summary
Het huidige protocol beschrijft een aangepaste en vereenvoudigde techniek met een minimaal invasieve transversale aortavernauwing (TAC) procedure met behulp van een zelfgemaakt retractor. Deze procedure kan worden uitgevoerd zonder een ventilator of microscoop en introduceert drukoverbelasting, wat uiteindelijk leidt tot harthypertrofie of hartfalen.
Abstract
Transversale aortavernauwing (TAC) is een veelgebruikte operatie in onderzoek naar hartfalen en harthypertrofie op basis van de vorming van drukoverbelasting in muismodellen. De belangrijkste uitdaging van deze procedure is om de dwarse aortaboog duidelijk te visualiseren en het doelvat nauwkeurig te banden. Klassieke benaderingen voeren een gedeeltelijke thoracotomie uit om de transversale aortaboog bloot te leggen. Het is echter een open-borstmodel dat een vrij groot chirurgisch trauma veroorzaakt en tijdens de operatie een beademingsapparaat vereist. Om onnodig trauma te voorkomen en de operatieprocedure te vereenvoudigen, wordt de aortaboog benaderd via de proximale proportie van het borstbeen, waarbij het doelvat wordt bereikt en gebonden met behulp van een klein zelfgemaakt retractor dat een snare bevat. Deze procedure kan worden uitgevoerd zonder de borstholte binnen te gaan en heeft geen ventilator of microchirurgische operatie nodig, waardoor de muizen fysiologische ademhalingspatronen hebben, de procedure vereenvoudigen en de operatietijd aanzienlijk verkorten. Door de minder invasieve aanpak en minder operatietijd kunnen muizen minder stressreacties ondergaan en snel herstellen.
Introduction
Hartfalen is een complex klinisch symptoom dat het gevolg is van een verminderde structuur en functie van ventriculaire vulling of het uitwerpen van bloed1. Het ziektestadium wordt voornamelijk gedefinieerd via de functieclassificatie van de New York Heart Association op basis van de ernst van de symptomen en fysieke activiteit2. Voor die patiënten met een ejectiefractie van meer dan 50% verhoogden structurele en/of functionele afwijkingen natriuretische peptiden ter ondersteuning van de diagnose van hartfalen met geconserveerde ejectiefractie (HFpEF)2. Ischemische hartziekte is een belangrijke oorzaak onder meerdere etiologieën van hartfalen. Zo wordt het myocardinfarctmodel (zoals permanente coronaire ligatie) vaak gebruikt om pathofysiologie te bestuderen na cardiale hypoperfusie of ischemie-reperfusieletsel 3,4. Naast acuut myocardletsel dragen ook andere risicofactoren zoals hypertensie, diabetes, obesitas en een familiegeschiedenis van cardiomyopathie bij aan de ontwikkeling van hartfalen. Nadat patiënten fase A (met risico op hartfalen) zijn gepasseerd en stadium B (pre-hartfalen) zijn ingegaan, treedt structurele wijziging op1. Hypertensieve patiënten gaan bijvoorbeeld eerst door adaptieve linkerventrikelhypertrofie en ontwikkelen zich vervolgens geleidelijk tot onaangepaste harthypertrofie en overgang naar hartfalen door pathologische remodellering5.
Als de terminale fase van verschillende hart- en vaatziekten, is chronisch hartfalen al tientallen jaren bestudeerd6. Meerdere muismodellen zijn op grote schaal gebruikt in onderzoek naar hartfalen, waaronder geneesmiddelinfusie (angiotensine II), metabole stoornissen (diabetes of hoogcalorisch dieet) en aortavernauwing7. Onder deze modellen gaat angiotensine II-perfusie gepaard met verschillende orgaanbijwerkingen, zoals nier7. Het induceren van metabole stoornissen vereist meestal een vrij lange periode. Oplopende aortavernauwing wordt beschouwd als beperkt relevant voor de ziekte bij de mens7.
TAC is een betrouwbaar model dat de afterload verhoogt en cardiale hypertrofie en hartfalen induceert8. Open-chest TAC-model werd voor het eerst beschreven door Rockman et al. en werd gebruikt in tal van laboratoria over de hele wereld9. Deze klassieke TAC-procedure veroorzaakt echter een vrij groot trauma bij muizen en verandert hun normale gedrag, wat een lange hersteltijd kan duren en verdere behandeling kan verstoren10. Andere aangepaste TAC-procedures met gesloten borstkas verminderden enkele invasieve stappen, maar vereisten microchirurgische vaardigheden of mechanische beademing10,11.
Het huidige protocol beschrijft een stapsgewijze methode met een minimaal invasieve benadering van de aortaboog met behulp van een zelfgemaakt retractor via een 3 mm middellijnincisie van de bovenrand van het borstbeen. Dit model heeft geen microchirurgische vaardigheid, mechanische beademing of het doorsnijden van de ribben nodig, waardoor een snelle, chirurgische traumabeperkte, ongecompliceerde, goedkope manier wordt geboden om TAC-chirurgie uit te voeren.
Protocol
Representative Results
Discussion
De inductie van aanhoudende drukoverbelasting kan geleidelijk harthypertrofie en hartfalen veroorzaken. Dit model is gebruikt in tal van laboratoria over de hele wereld14,15,16. Het protocol voorzag in een verbeterde TAC-methode die geen microchirurgische vaardigheden of mechanische beademing nodig heeft.
De belangrijkste stap in dit protocol is het passeren van zijden hechting onder de aortaboog. Wan…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt gefinancierd door de National Natural Science Foundation of China (NSFC 81822002). Wij danken alle leden die aan dit werk hebben deelgenomen.
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).
