استخراج الدم الديناميكي المستمر من قلب الفئران عبر تقنية غسيل الكلى المجهري غير الباضعة
Summary
يصف هذا البروتوكول طريقة بسيطة وفعالة لجمع دم قلب الفئران في الوقت الحقيقي والديناميكي باستخدام تقنية غسيل الكلى المجهري.
Abstract
التحليل الديناميكي لمكونات الدم له أهمية كبيرة في فهم أمراض القلب والأوعية الدموية والأمراض المرتبطة بها ، مثل احتشاء عضلة القلب ، وعدم انتظام ضربات القلب ، وتصلب الشرايين ، والوذمة الرئوية القلبية ، والانسداد الرئوي ، والانسداد الدماغي. في الوقت نفسه ، من الضروري اختراق تقنية أخذ عينات الدم المستمرة للقلب في الفئران الحية لتقييم فعالية العلاج الطبي العرقي المميز. في هذه الدراسة ، تم زرع مسبار غسيل الكلى المجهري في الدم في الوريد الوداجي الأيمن للفئران في إجراء جراحي دقيق وغير جراحي. ثم تم جمع عينات دم القلب بمعدل 2.87 نانولتر / دقيقة إلى 2.98 مل / دقيقة عن طريق الاتصال بنظام جمع عينات غسيل الكلى عبر الإنترنت. والأهم من ذلك ، يمكن تخزين عينات الدم المكتسبة مؤقتا في حاويات غسيل الكلى عند 4 درجات مئوية. يضمن برنامج جمع الدم المستمر عبر الإنترنت القائم على غسيل الكلى الدقيق من قلب الفئران إلى حد كبير جودة عينات الدم ، مما يؤدي إلى تقدم وتنشيط العقلانية العلمية للبحث في أمراض القلب والأوعية الدموية الجهازية وتقييم العلاج العرقي من منظور أمراض الدم.
Introduction
مع تسارع وتيرة الحياة وزيادة الضغط النفسي ، تميل أمراض القلب والأوعية الدموية (CVDs) إلى الحدوث لدى الشباب ومتوسطي العمر وكبار السن 1,2. المراضة والوفيات الناجمة عن الأمراض القلبية الوعائية مرتفعة ، مع خصائص البداية الحادة ، والتقدم السريع ، ومسار طويل من المرض ، مما يؤثر بشكل خطير على سلامة المرضى3. قد يكون حدوث الأمراض القلبية الوعائية مرتبطا ارتباطا وثيقا بالتغيرات في بعض مكونات الدم ، مثل الكوليسترول ودهون الدم وجلوكوز الدم وإنزيمات عضلة القلب وبروتين كيناز K4،5،6. يمكن إدارة حالة المريض ذات الصلة بسرعة أكبر عن طريق تحليل عناصر فحص الدم الروتينية. وبالتالي ، فإن جودة عينات الدم تحدد دقة نتائج الاختبار. ومع ذلك ، فإن الطرق التقليدية لجمع الدم لها بعض العيوب الحتمية ، والتي تؤثر بشكل خطير على النتائج التجريبية ، مثل منطقة الصدمات الكبيرة ، وحجم جمع الدم الصغير ، والمتطلبات العالية للمشغلين ، وعدم القدرة على عكس تغييرات الدواء في الوقت الفعلي ، والمعالجة المسبقة لعينات الدم المرهقة ، والاستهلاك الكبير لحيوانات التجارب ، والفشل في تلبية المتطلبات الأخلاقية الحيوانية7،8،9 . مع التقدم المستمر في التكنولوجيا الطبية ، وضعت جودة جمع الدم أيضا متطلبات أعلى. لذلك ، من الضروري تطوير تقنية جديدة لأخذ عينات الدم للتغلب على أوجه القصور المذكورة أعلاه.
غسيل الكلى الدقيق هو تقنية أخذ العينات في الجسم الحي على أساس مبادئ غسيل الكلى10. في ظل ظروف عدم التوازن ، يتم نشر المركبات المراد قياسها وتعطيرها من الأنسجة على طول تدرج التركيز إلى مسبار غسيل الكلى الدقيق المضمن في الأنسجة في الديالة ، والذي يتم إزالته باستمرار مع الديالة ، وتحقيق الغرض من أخذ العينات من الأنسجة الحية11,12. بالمقارنة مع طرق أخذ العينات التقليدية ، فإن تقنية غسيل الكلى الدقيقة لها مزايا رائعة في الجوانب التالية13،14،15: التتبع المستمر في الوقت الحقيقي للتغيرات في المركبات المختلفة في الدم. لا يتطلب أخذ العينات معالجة مسبقة مملة ويمكن أن يمثل حقا تركيز المركب المستهدف في موقع أخذ العينات ؛ يمكن زرع مجسات في أجزاء مختلفة من الجسم للتحقيق في امتصاص وتوزيع واستقلاب وإفراز وسمية المركبات المستهدفة ؛ لا تحتوي العينة المكتسبة على جزيئات بيولوجية كبيرة (>20 كيلو دالتون). لذلك ، تضمن عينات الدم عالية الجودة تفسيرا أفضل للأمراض القلبية الوعائية والآلية التي يعالجها الطب العرقي.
تتكون أنظمة أخذ عينات غسيل الكلى الدقيقة بشكل عام من مضخات الحقن الدقيقة ، وأنابيب التوصيل ، وخزانات الحركة الخالية من الحيوانات ، ومجسات غسيل الكلى الدقيقة ، وجامعيالعينات 16. باعتبارها الجزء الأكثر أهمية في جهاز نظام غسيل الكلى الدقيق ، تشتمل مجسات غسيل الكلى الشائعة على مجسات متحدة المركز ، ومجسات مرنة ، ومجسات خطية ، ومسبار تحويلة17. من بين هذه المجسات المرنة هي مجسات ناعمة وغير معدنية ، تستخدم بشكل أساسي لجمع عينات من الأوعية الدموية والأنسجة المحيطية مثل القلب والعضلات والجلد والدهون للحيوانات المستيقظة والمتحركة بحرية أو المخدرة13. عند ملامسة الأوعية الدموية أو الأنسجة ، يمكن ثني المسبار بمرونة ، وبالتالي تجنب الضرر الذي لا رجعة فيه للمسبار أو موقع أخذ العينات. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا المسبار ، يتعمق أيضا تطبيق تقنية غسيل الكلى الدقيقة في مختلف المجالات. في هذه الورقة ، تم الحصول على دم قلب الفئران ديناميكيا ومستمرا بواسطة تقنية غسيل الكلى غير الغازية من خلال المسبار المرن المصمم لجمع الدم.
Protocol
Representative Results
Discussion
الأمراض القلبية الوعائية هي مرض مزمن شائع في العيادات مع زيادة تدريجية في حدوث في الصين ، ويميل عمر البداية إلى أن يكون أصغر سنا ، مما يسبب قلق وذعر معظم المرضى20,21. كونها السبب الرئيسي للوفاة في العالم ، يمكن أن تؤدي الأمراض القلبية الوعائية إلى احتشاء دماغي…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (82104533) ، ومؤسسة علوم ما بعد الدكتوراه الصينية (2020M683273) ، وقسم العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة سيتشوان (2021YJ0175) ومشروع البحث والتطوير الرئيسي لخطة العلوم والتكنولوجيا لمقاطعة سيتشوان (2022YFS0438). وفي الوقت نفسه ، يود المؤلفون أن يشكروا السيد Yuncheng Hong، وهو مهندس معدات أول في TRI-ANGELS D&H TRADING PTE. LTD. (مدينة سنغافورة ، سنغافورة) ، لتقديم الخدمات الفنية لتقنيات غسيل الكلى الدقيق.
Materials
| Animal anesthesia system | Rayward Life Technology Co., Ltd | R500IE | |
| Animal temperature maintainer | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Blood microdialysis probe | CMA Microdialysis AB | T55347 | |
| Catheter | CMA Microdialysis AB | T55347 | |
| Citrate | Merck Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd | 251275 | |
| Electric shaver | Rayward Life Technology Co., Ltd | CP-5200 | |
| Fep tubing | CMA Microdialysis AB | 3409501 | |
| Free movement tank for animals | CMA Microdialysis AB | CMA120 | |
| Glucose | Merck Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd | G8270 | |
| Hemostatic forceps | Rayward Life Technology Co., Ltd | F21020-16 | |
| Isofluran | Rayward Life Technology Co., Ltd | R510-22 | |
| Micro scissors | Beyotime Biotechnology Co., Ltd | FS221 | |
| Microdialysis collection tube | CMA Microdialysis AB | 7431100 | |
| Microdialysis collector | CMA Microdialysis AB | CMA4004 | |
| Microdialysis in vitro stand | CMA Microdialysis AB | CMA130 | |
| Microdialysis microinjection pump | CMA Microdialysis AB | 788130 | |
| Microdialysis syringe (1.0 mL) | CMA Microdialysis AB | 8309020 | |
| Microdialysis tubing adapter | CMA Microdialysis AB | 3409500 | |
| Microporous filter membrane | Merck Millipore Ltd. | R0DB36622 | |
| Non-absorbable surgical sutures | Shanghai Tianqing Biological Materials Co., Ltd | S19004 | |
| Operating table | Yuyan Scientific Instrument Co., Ltd | 30153 | |
| Ophthalmic forceps | Rayward Life Technology Co., Ltd | F12016-15 | |
| Sodium citrate | Merck Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd | 1613859 | |
| Sprague Dawley (SD) rats | Chengdu Dossy Experimental Animals Co., Ltd | SYXK( )2019-049 |
|
| Surgical scissors | Rayward Life Technology Co., Ltd | S14014-15 | |
| Surgical scissors | Shanghai Bingyu Fluid technology Co., Ltd | BY-103 | |
| Syringe needle | CMA Microdialysis AB | T55347 | |
| Ultrasonic cleaner | Guangdong Goote Ultrasonic Co., Ltd | KMH1-240W8101 |
References
- van Rensburg, W. J. J. Post-mortem evidence of a diverse distribution pattern of atherosclerosis in the South African population. Scientific Reports. 12 (1), 11366 (2022).
- Katz, A. J., Chen, R. C., Usinger, D. S., Danus, S. M., Zullig, L. L. Cardiovascular disease prevention and management of pre-existent cardiovascular disease in a cohort of prostate cancer survivors. Journal of Cancer Survivorship. , (2022).
- Rødevand, L., Tesli, M., Andreassen, O. A. Cardiovascular disease risk in people with severe mental disorders: an update and call for action. Current Opinion in Psychiatry. 35 (4), 277-284 (2022).
- Izumi, Y., et al. Impact of circulating cathepsin K on the coronary calcification and the clinical outcome in chronic kidney disease patients. Heart and Vessels. 31 (1), 6-14 (2016).
- Wang, K., et al. Whey protein hydrolysate alleviated atherosclerosis and hepatic steatosis by regulating lipid metabolism in apoE-/- mice fed a Western diet. Food Research International. 157, 111419 (2022).
- Angelone, T., Rocca, C., Pasqua, T. Nesfatin-1 in cardiovascular orchestration: From bench to bedside. Pharmacological Research. 156, 104766 (2020).
- Bernardi, P. M., Barreto, F., Dalla Costa, T. Application of a LC-MS/MS method for evaluating lung penetration of tobramycin in rats by microdialysis. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 134, 340-345 (2017).
- Anderzhanova, E., Wotjak, C. T. Brain microdialysis and its applications in experimental neurochemistry. Cell and Tissue Research. 354 (1), 27-39 (2013).
- Joukhadar, C., Müller, M. Microdialysis: current applications in clinical pharmacokinetic studies and its potential role in the future. Clinical Pharmacokinetics. 44 (9), 895-913 (2005).
- Stangler, L. A., et al. Microdialysis and microperfusion electrodes in neurologic disease monitoring. Fluids and Barriers of the CNS. 18 (1), 52 (2021).
- Young, B., et al. Cerebral microdialysis. Critical Care Nursing Clinics of North America. 28 (1), 109-124 (2016).
- O’Connell, M. T., Krejci, J. Microdialysis techniques and microdialysis-based patient-near diagnostics. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 414 (10), 3165-3175 (2022).
- Hammarlund-Udenaes, M. Microdialysis as an important technique in systems pharmacology-a historical and methodological review. The AAPS Journal. 19 (5), 1294-1303 (2017).
- Stahl, M., Bouw, R., Jackson, A., Pay, V. Human microdialysis. Current Pharmaceutical Biotechnology. 3 (2), 165-178 (2002).
- Pierce, C. F., Kwasnicki, A., Lakka, S. S., Engelhard, H. H. Cerebral microdialysis as a tool for assessing the delivery of chemotherapy in brain tumor patients. World Neurosurgery. 145, 187-196 (2021).
- Sørensen, M., Jacobsen, S., Petersen, L. Microdialysis in equine research: a review of clinical and experimental findings. Veterinary Journal. 197 (3), 553-559 (2013).
- Dmitrieva, N., Rodríguez-Malaver, A. J., Pérez, J., Hernández, L. Differential release of neurotransmitters from superficial and deep layers of the dorsal horn in response to acute noxious stimulation and inflammation of the rat paw. European Journal of Pain. 8 (3), 245-252 (2004).
- Li, T., et al. Microdialysis sampling and HPLC-MS/MS quantification of sinomenine, ligustrazine, gabapentin, paracetamol, pregabalin and amitriptyline in rat blood and brain extracellular fluid. Acta Pharmaceutica Sinica. 55 (9), 2198-2206 (2020).
- Chauzy, A., Lamarche, I., Adier, C., Couet, W., Marchand, S. Microdialysis study of Aztreonam-Avibactam distribution in peritoneal fluid and muscle of rats with or without experimental peritonitis. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 62 (10), 01228 (2018).
- Fang, X. X., Ardehali, H., Min, J. X., Wang, F. D. The molecular and metabolic landscape of iron and ferroptosis in cardiovascular disease. Nature Reviews. Cardiology. , 1-17 (2022).
- Samson, R., Ennezat, P. V., Le Jemtel, T. H., Oparil, S. Cardiovascular disease risk reduction and body mass index. Current Hypertension Reports. , (2022).
- Kim, M. H., et al. School racial segregation and long-term cardiovascular health among Black adults in the US: A quasi-experimental study. PLoS Medicine. 19 (6), 1004031 (2022).
- Qin, Y. H., et al. Role of m6A RNA methylation in cardiovascular disease (Review). International Journal of Molecular Medicine. 46 (6), 1958-1972 (2020).
- Xu, C. M., Liu, C. J., Xiong, J. H., Yu, J. Cardiovascular aspects of the (pro)renin receptor: Function and significance. FASEB Journal. 36 (4), 22237 (2022).
- Guvenc-Bayram, G., Yalcin, M. The intermediary role of the central cyclooxygenase / lipoxygenase enzymes in intracerebroventricular injected nesfatin-1-evoked cardiovascular effects in rats. Neuroscience Letters. 756, 135961 (2021).
- Ahrens Kress, A. P., Zhang, Y. D., Kaiser-Vry, A. R., Sauer, M. B. A comparison of blood collection techniques in mice and their effects on welfare. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 61 (3), 287-295 (2022).
- Joshi, A., Patel, H., Joshi, A., Stagni, G. Pharmacokinetic applications of cutaneous microdialysis: Continuous+intermittent vs continuous-only sampling. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 83, 16-20 (2017).
- Reyes-Garcés, N., et al. In vivo brain sampling using a microextraction probe reveals metabolic changes in rodents after deep brain stimulation. Analytical Chemistry. 91 (15), 9875-9884 (2019).
- Kho, C. M., Enche Ab Rahim, S. K., Ahmad, Z. A., Abdullah, N. S. A review on microdialysis calibration methods: the theory and current related efforts. Molecular Neurobiology. 54 (5), 3506-3527 (2017).
- Zhuang, L. N., et al. Theory and application of microdialysis in pharmacokinetic studies. Current Drug Metabolism. 16 (10), 919-931 (2015).
- Zhang, Y. F., Huang, X. X., Zhu, L. X. Metabonomics research strategy based on microdialysis technique. China Journal of Chinese Materia Medica. 45 (1), 214-220 (2020).
- Carpenter, K. L., Young, A. M., Hutchinson, P. J. Advanced monitoring in traumatic brain injury: microdialysis. Current Opinion in Critical Care. 23 (2), 103-109 (2017).
- Brunner, M., Langer, O. Microdialysis versus other techniques for the clinical assessment of in vivo tissue drug distribution. The AAPS Journal. 8 (2), 263-271 (2006).
- Tettey-Amlalo, R. N., Kanfer, I., Skinner, M. F., Benfeldt, E., Verbeeck, R. K. Application of dermal microdialysis for the evaluation of bioequivalence of a ketoprofen topical gel. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 36 (2-3), 219-225 (2009).
- Dhanani, J. A., et al. Recovery rates of combination antibiotic therapy using in vitro microdialysis simulating in vivo conditions. Journal of Pharmaceutical Analysis. 8 (6), 407-412 (2018).
