Un modello di resezione apicale nel cuore adulto di Xenopus tropicalis

Summary

Xenopus tropicalis è un modello ideale per la ricerca rigenerativa in quanto molti dei suoi organi possiedono una notevole capacità rigenerativa. Qui, presentiamo un metodo per costruire un modello di lesione cardiaca in X. tropicalis tramite resezione dell’apice.

Abstract

È noto che nei mammiferi adulti, il cuore ha perso la sua capacità rigenerativa, rendendo l’insufficienza cardiaca una delle principali cause di morte in tutto il mondo. Ricerche precedenti hanno dimostrato la capacità rigenerativa del cuore dell’adulto Xenopus tropicalis, un anfibio anuro con un genoma diploide e una stretta relazione evolutiva con i mammiferi. Inoltre, gli studi hanno dimostrato che dopo la resezione dell’apice ventricolare, il cuore può rigenerarsi senza cicatrici in X. tropicalis. Di conseguenza, questi risultati precedenti suggeriscono che X. tropicalis è un modello di vertebrato alternativo appropriato per lo studio della rigenerazione cardiaca adulta. Un modello chirurgico di rigenerazione cardiaca nell’adulto X. tropicalis è presentato qui. In breve, le rane furono anestetizzate, fissate; Quindi, è stata praticata una piccola incisione con forbici per iridectomia, penetrando nella pelle e nel pericardio. Una leggera pressione è stata applicata al ventricolo e l’apice del ventricolo è stato quindi tagliato con le forbici. Il danno cardiaco e la rigenerazione sono stati confermati dall’istologia a 7-30 giorni dopo la resezione (dpr). Questo protocollo ha stabilito un modello di resezione apicale nell’adulto X. tropicalis, che può essere impiegato per chiarire i meccanismi della rigenerazione cardiaca adulta.

Introduction

L’insufficienza cardiaca è stata una delle principali cause di mortalità in tutto il mondo negli ultimi anni. Dal 2000, il numero di decessi dovuti a insufficienza cardiaca è aumentato nel tempo. Più di 9 milioni di persone sono morte per cardiomiopatia nel 2019, che ha rappresentato il 16% del numero totale di decessi a livello globale¹. A causa della perdita della capacità rigenerativa del cuore nei mammiferi adulti, in alcuni casi, non ci sono abbastanza cardiomiociti per mantenere le funzioni di contrazione nel cuore, che influisce sulla funzione cardiaca e contribuisce al rimodellamento ventricolare anormale e all’insufficienza cardiaca ^2,3,4. Infatti, nei mammiferi, il cuore ha la capacità rigenerativa più scarsa rispetto agli altri organi, come fegato, polmoni, intestino, vescica, ossa e pelle. Man mano che l’invecchiamento della popolazione mondiale diventa un megatrend globale, le sfide che affrontiamo con le malattie cardiache si intensificheranno⁵.

Chiarire i meccanismi della rigenerazione cardiaca può avere implicazioni significative per le terapie per la cardiopatia ischemica. I rapporti hanno rivelato che i cuori dei topi neonatali hanno una capacità rigenerativa dopo la^{resezione 6} dell’apice. Tuttavia, questa capacità rigenerativa viene persa dopo 7 giorni di età⁷. Gli studi hanno dimostrato che i cuori adulti dei mammiferi non sono in grado di rigenerarsi perché la loro capacità di proliferazione dei cardiomiociti è diminuita^dell’8,9. Tuttavia, i cuori dei vertebrati inferiori possiedono una potente capacità rigenerativa dopo l’infortunio. Ad esempio, zebrafish¹⁰, X. tropicalis¹¹, Xenopus laevis¹², newt 13 e axolotl¹⁴ sono in grado di rigenerarsi completamente dopo la resezione dell’apice. Inoltre, anche le altre parti del corpo di alcuni vertebrati inferiori possono subire una completa rigenerazione, come gli arti dei tritoni e le code, le lenti e le braccia delle rane artigliate tropicali 4,15,16.

Stabilire modelli di lesioni cardiache è il primo passo per chiarire i meccanismi alla base della rigenerazione cardiaca e ha un grande significato nella ricerca rigenerativa. I ricercatori hanno sviluppato vari metodi per costruire modelli di lesioni cardiache, tra cui accoltellamento, contusing, ablazione genetica, criolesione e infarto ^5,6.

La criolesione, l’infarto miocardico (IM) e la resezione all’apice sono ampiamente utilizzati per indurre lesioni cardiache e il tipo di lesione può avere effetti sostanziali sulla successiva rigenerazione dei cardiomiociti⁶. A seconda della tecnica chirurgica, la risposta del cuore alla rigenerazione potrebbe variare. La criolesione provoca una massiccia morte cellulare e produce cicatrici fibrotiche nel cuore del pesce zebra¹⁷, creando così un modello che assomiglia all’infarto dei mammiferi. La resezione apicale viene eseguita tagliando via una parte dei tessuti ventricolari, che è stata fatta in zebrafish¹⁰ e X. tropicalis¹¹, senza causare cicatrici permanenti. Questo studio ha eseguito la resezione apicale, che è un’operazione più semplice e richiede meno strumenti chirurgici rispetto alla criolesione. Utilizzando l’analisi del lineage-tracing, uno studio precedente ha dimostrato che la rigenerazione cardiaca è correlata alla proliferazione di cardiomiociti che preesistono nei cuori del topo⁶ e del pesce zebra¹⁸, ma non esistono segnalazioni per gli anfibi. Quindi, il modello di resezione dell’apice in X. tropicalis gioca un ruolo importante nel chiarire i meccanismi alla base delle risposte rigenerative.

Protocol

Tutti i protocolli sperimentali relativi a X. tropicalis sono stati approvati dal Jinan University Animal Care Committee. 1. Chirurgia Preparazione preoperatoria: tenere pronte forbici oftalmiche, pinze oftalmiche, pinze per aghi, sfere assorbenti, carta da filtro e suture chirurgiche / aghi per la resezione dell’apice nel cuore di X. tropicalis. Fare riferimento alla tabella dei materiali per informazioni dettagliate. Prim…

Representative Results

I cuori sono stati raccolti a 0 dpr, 7 dpr, 14 dpr e 30 dpr. L’analisi morfologica ha rivelato che il coagulo di sangue causato dalla lesione cardiaca è scomparso a 30 dpr (Figura 2). Allo stesso tempo, l’aspetto dei cuori a 30 dpr nel gruppo di resezione era simile a quello dei cuori nel gruppo di operazione fittizia; non c’erano ferite evidenti (Figura 2). Dopo la resezione apicale, un coagulo di sangue si è formato e ha sigillato la ferita nel ventricolo, c…

Discussion

La resezione apicale, che comporta l’amputazione chirurgica dell’apice del cuore, è stata descritta in zebrafish e topi ^6,18; tuttavia, questo non è stato descritto in X. tropicalis. Questo rapporto descrive un modello credibile di danno cardiaco e dimostra che il cuore di X. tropicalis adulto può rigenerarsi completamente dopo la resezione apicale senza cicatrici. Tuttavia, alcune carenze devono essere migliorate e alcuni dettagli richiedono…

Materials

Acetic acid	GHTECH	64-19-7-500ml
Acid Alcohol Fast Differentiation Solution	Beyotime	C0163M
Acid Fuchsin	aladdin	A104916
Alcohol Soluble Eosin Y Stainin Solution	Servicebio	G1001-500ML
BioReagent	Beyotime	ST2600-100g
Ethanol absolute	Guangzhou Chemical Reagent Factory	HB15-GR-0.5L
Hematoxylin Stain Solution	Servicebio	G1004-500ML
Neutral balsam	Solarbio	G8590
Operating Scissors	Prosperich	HC-JZ-YK-Z-10cm
Paraffins	Leica	39601095
Para-formaldehyde Fixative	Servicebio	G1101-500ML
Phosphate Buffered Saline (PBS) powder	Servicebio	G0002-2L
Phosphomolybdic acid hydrate	Macklin	P815551
Stereo microscope	Leica
surgical forceps	ChangZhou	zfq-11-btjw
Surgical Suture	HUAYON	18-5140
Tricaine	Macklin
Xylene	Guangzhou Chemical Reagent Factory	IC02-AR-0.5L