En modifierad teknik för tvärgående aortaförträngning hos möss
Summary
Detta protokoll beskriver en modifierad och förenklad teknik med en minimalt invasiv transversell aorta constriction (TAC) procedur med hjälp av en självtillverkad retractor. Denna procedur kan utföras utan ventilator eller mikroskop och introducerar trycköverbelastning, vilket så småningom leder till hjärthypertrofi eller hjärtsvikt.
Abstract
Transverse aorta constriction (TAC) är en ofta använd operation inom forskning om hjärtsvikt och hjärthypertrofi baserad på bildandet av trycköverbelastning i musmodeller. Den största utmaningen med denna procedur är att tydligt visualisera den tvärgående aortabågen och exakt band målkärlet. Klassiska tillvägagångssätt utför en partiell thorakotomi för att exponera den tvärgående aortabågen. Det är dock en öppen bröstmodell som orsakar ett ganska stort kirurgiskt trauma och kräver en ventilator under operationen. För att förhindra onödigt trauma och förenkla operationsproceduren närmar sig aortabågen via den proximala delen av bröstbenet, når och binder målkärlet med hjälp av en liten självtillverkad retraktor som innehåller en snara. Denna procedur kan utföras utan att komma in i pleurahålan och behöver inte en ventilator eller mikrokirurgisk operation, vilket lämnar mössen med fysiologiska andningsmönster, förenklar proceduren och minskar driftstiden avsevärt. På grund av det mindre invasiva tillvägagångssättet och mindre driftstid kan möss genomgå färre stressreaktioner och återhämta sig snabbt.
Introduction
Hjärtsvikt är ett komplext kliniskt symptom som beror på nedsatt struktur och funktion av ventrikulär fyllning eller utstötning av blod1. Sjukdomsstadiet definieras huvudsakligen via New York Heart Association funktionsklassificering baserat på svårighetsgraden av symtom och fysisk aktivitet2. För de patienter med en ejektionsfraktion på över 50 % höjde strukturella och/eller funktionella avvikelser natriuretiska peptider för att stödja diagnosen hjärtsvikt med bevarad ejektionsfraktion (HFpEF)2. Ischemisk hjärtsjukdom är en ledande orsak bland flera etiologier av hjärtsvikt. Således används myokardinfarktmodellen (såsom permanent koronarligering) ofta för att studera patofysiologi efter hjärthypoperfusion eller ischemi-reperfusionsskada 3,4. Förutom akut hjärtskada bidrar andra riskfaktorer som högt blodtryck, diabetes, fetma och en familjehistoria av kardiomyopati också till utvecklingen av hjärtsvikt. Efter att patienter passerar steg A (med risk för hjärtsvikt) och går in i steg B (före hjärtsvikt) inträffar strukturell modifiering1. Till exempel går hypertensiva patienter först genom adaptiv hypertrofi i vänster kammare och utvecklas sedan gradvis till maladaptiv hjärthypertrofi och transitering till hjärtsvikt genom patologisk ombyggnad5.
Som slutstadiet av olika hjärt-kärlsjukdomar har kronisk hjärtsvikt studerats i årtionden6. Flera musmodeller har använts i stor utsträckning inom hjärtsviktsforskning, inklusive läkemedelsinfusion (angiotensin II), metaboliska störningar (diabetes eller kaloririk kost) och aortaförträngning7. Bland dessa modeller åtföljs angiotensin II-perfusion av olika organbiverkningar, såsom njure7. Inducerande metaboliska störningar kräver vanligtvis en ganska lång tidsperiod. Stigande aortaförträngning har ansetts ha begränsad relevans för sjukdomhos människa 7.
TAC är en pålitlig modell som ökar efterbelastning och inducerar hjärthypertrofi samt hjärtsvikt8. Open-chest TAC-modellen beskrevs först av Rockman et al. och användes i många laboratorier runt om i världen9. Detta klassiska TAC-förfarande orsakar emellertid ett ganska stort trauma för möss och förändrar deras normala beteende, vilket kan ta lång återhämtningstid och störa ytterligare behandling10. Andra modifierade TAC-procedurer med slutna bröst minskade vissa invasiva steg men krävde mikrokirurgiska färdigheter eller mekanisk ventilation10,11.
Detta protokoll beskriver en steg-för-steg-metod med ett minimalt invasivt tillvägagångssätt för aortabågen med hjälp av en självtillverkad upprullningsdon via ett 3 mm mittlinjesnitt av bröstbenets övre kant. Denna modell behöver inte mikrokirurgisk skicklighet, mekanisk ventilation eller skärning genom revbenen, vilket ger ett snabbt, kirurgiskt traumabegränsat, okomplicerat och billigt sätt att utföra TAC-kirurgi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Induktionen av ihållande trycköverbelastning kan gradvis orsaka hjärthypertrofi och hjärtsvikt. Denna modell har använts i många laboratorier runt om i världen14,15,16. Protokollet gav en förbättrad TAC-metod som inte behöver mikrokirurgiska färdigheter eller mekanisk ventilation.
Det viktigaste steget i detta protokoll är att passera silkesutur under aortabågen. När snaran har hakat aor…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete finansieras av National Natural Science Foundation of China (NSFC 81822002). Vi tackar alla medlemmar som deltagit i detta arbete.
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).
