Dynamische continue bloedextractie uit het rattenhart via niet-invasieve microdialysetechniek
Summary
Het huidige protocol beschrijft een eenvoudige en efficiënte methode voor de real-time en dynamische verzameling van rattenhartbloed met behulp van de microdialysetechniek.
Abstract
Dynamische analyse van bloedbestanddelen is van groot belang bij het begrijpen van hart- en vaatziekten en hun gerelateerde ziekten, zoals myocardinfarct, aritmie, atherosclerose, cardiogeen longoedeem, longembolie en hersenembolie. Tegelijkertijd is het dringend noodzakelijk om de continue hartbloedafnametechniek bij levende ratten te doorbreken om de effectiviteit van onderscheidende etnische geneeskundetherapie te evalueren. In deze studie werd een bloedmicrodialysesonde geïmplanteerd in de rechter halsader van ratten in een nauwkeurige en niet-invasieve chirurgische procedure. Hartbloedmonsters werden vervolgens verzameld met een snelheid van 2,87 nL / min tot 2,98 ml / min door verbinding te maken met een online microdialysemonsterverzamelingssysteem. Nog belangrijker is dat de verkregen bloedmonsters tijdelijk kunnen worden opgeslagen in microdialysecontainers bij 4 °C. Het op microdialyse gebaseerde online continue bloedafnameprogramma van rattenhart heeft de kwaliteit van bloedmonsters enorm gegarandeerd, de wetenschappelijke rationaliteit van het onderzoek naar systemische hart- en vaatziekten bevorderd en versterkt en etnomedische therapie geëvalueerd vanuit het perspectief van hematologie.
Introduction
Met de versnelling van het levenstempo en de toename van psychologische druk, komen hart- en vaatziekten (CVD’s) vaak voor bij jongeren, mensen van middelbare leeftijd en ouderen 1,2. De morbiditeit en mortaliteit van HVZ zijn hoog, met de kenmerken van acuut begin, snelle progressie en een lang verloop van de ziekte, die de veiligheid van patiënten ernstig beïnvloeden3. Het optreden van HVZ kan nauw verband houden met de veranderingen in sommige bloedbestanddelen, zoals cholesterol, serumlipiden, bloedglucose, myocardiale enzymen en eiwitkinase K 4,5,6. De relevante situatie van de patiënt kan het snelst worden beheerd door routinematige bloedonderzoeken te analyseren. De kwaliteit van de bloedmonsters bepaalt dus de nauwkeurigheid van de testresultaten. Conventionele methoden voor bloedafname hebben echter enkele onvermijdelijke nadelen, die de experimentele resultaten ernstig beïnvloeden, zoals een groot traumagebied, een klein bloedafnamevolume, hoge eisen aan operators, onvermogen om veranderingen in geneesmiddelen in realtime weer te geven, omslachtige voorbehandeling van bloedmonsters, grote consumptie van proefdieren en het niet voldoen aan dierethische vereisten 7,8,9 . Met de voortdurende vooruitgang in de medische technologie heeft de kwaliteit van de bloedafname ook hogere eisen gesteld. Daarom is het dringend noodzakelijk om een nieuwe bloedafnametechnologie te ontwikkelen om de bovenstaande tekortkomingen te verhelpen.
Microdialyse is een in vivo bemonsteringstechniek gebaseerd op dialyseprincipes10. Onder niet-evenwichtsomstandigheden worden de te meten verbindingen verspreid en doordrenkt van het weefsel langs de concentratiegradiënt naar de microdialysesonde die in het weefsel is ingebed in het dialysaat, dat continu samen met het dialysaat wordt verwijderd, waardoor het doel van bemonstering uit het levende weefsel wordt bereikt11,12. In vergelijking met traditionele bemonsteringsmethoden heeft de microdialysetechniek prachtige voordelen op de volgende aspecten13,14,15: continue real-time tracking van de veranderingen van verschillende verbindingen in het bloed; bemonstering vereist geen vervelende voorbewerking en kan echt de concentratie van de doelverbinding op de bemonsteringsplaats weergeven; sondes kunnen in verschillende delen van het lichaam worden geïmplanteerd om de absorptie, distributie, metabolisme, uitscheiding en toxiciteit van de doelverbindingen te onderzoeken; het verkregen monster bevat geen biologische macromoleculen (>20 kD). Daarom zorgen de bloedmonsters van hogere kwaliteit voor een betere interpretatie van HVZ en het mechanisme dat door etnische geneeskunde wordt behandeld.
Microdialysebemonsteringssystemen bestaan over het algemeen uit micro-injectiepompen, verbindingsbuizen, diervrije bewegingstanks, microdialysesondes en monsterverzamelaars16. Als het meest kritieke onderdeel van het apparaat van het microdialysesysteem bestaan gemeenschappelijke microdialysesondes uit concentrische sondes, flexibele sondes, lineaire sondes en shuntsonde17. Onder deze, flexibele sondes zijn zachte en niet-metalen sondes, voornamelijk gebruikt om monsters te verzamelen van bloedvaten en perifere weefsels zoals hart, spieren, huid en vet van wakkere en vrij bewegende of verdoofde dieren13. Bij contact met bloedvaten of weefsels kan de sonde flexibel worden gebogen, waardoor onomkeerbare schade aan de sonde of bemonsteringsplaats wordt vermeden. Met de voortdurende ontwikkeling van sondetechnologie wordt ook de toepassing van microdialysetechnologie op verschillende gebieden verdiept. In dit artikel werd het hartbloed van de rat dynamisch en continu verkregen door de niet-invasieve microdialysetechnologie via de flexibele sonde die is ontworpen voor bloedafname.
Protocol
Representative Results
Discussion
CVD’s zijn een veel voorkomende chronische ziekte in klinieken met een geleidelijk toenemende incidentie in China, en de aanvangsleeftijd is meestal jonger, waardoor de bezorgdheid en paniek van de meeste patiënten20,21 is. Omdat het de belangrijkste doodsoorzaak ter wereld is, kunnen HVZ’s herseninfarcten en andere ziekten met een hoge mortaliteit veroorzaken, waardoor het gezonde leven van patiënten ernstig wordt bedreigd22. CVD’s, waa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (82104533), de China Postdoctoral Science Foundation (2020M683273), de Science &; Technology Department van de provincie Sichuan (2021YJ0175) en het Key R&D-project van het Sichuan Provincial Science and Technology Plan (2022YFS0438). Ondertussen willen de auteurs de heer Yuncheng Hong bedanken, een senior equipment engineer bij TRI-ANGELS D&H TRADING PTE. LTD. (Singapore city, Singapore), voor het verlenen van technische diensten voor microdialysetechnieken.
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).
