Microdialyse intradermique : une approche pour étudier les nouveaux mécanismes du dysfonctionnement microvasculaire chez l’homme

Summary

La microdialyse intradermique est une technique peu invasive utilisée pour étudier la fonction microvasculaire dans la santé et la maladie. Les protocoles dose-réponse et de chauffage local peuvent être utilisés pour cette technique afin d’explorer les mécanismes de vasodilatation et de vasoconstriction dans la circulation cutanée.

Abstract

Le système vasculaire cutané est un tissu accessible qui peut être utilisé pour évaluer la fonction microvasculaire chez l’homme. La microdialyse intradermique est une technique peu invasive utilisée pour étudier les mécanismes de la fonction vasculaire des muscles lisses et de l’endothélium dans la circulation cutanée. Cette technique permet de disséquer pharmacologiquement la physiopathologie de la dysfonction endothéliale microvasculaire telle qu’elle est indexée par la diminution de la vasodilatation médiée par l’oxyde nitrique, un indicateur du risque de développement d’une maladie cardiovasculaire. Dans cette technique, une sonde de microdialyse est placée dans la couche dermique de la peau, et une unité de chauffage local avec une sonde de débitmétrie laser Doppler est placée sur la sonde pour mesurer le flux de globules rouges. La température locale de la peau est bloquée ou stimulée par l’application directe de chaleur, et des agents pharmacologiques sont perfusés à travers la sonde pour stimuler ou inhiber les voies de signalisation intracellulaires afin d’induire une vasodilatation ou une vasoconstriction ou d’interroger des mécanismes d’intérêt (cofacteurs, antioxydants, etc.). La conductance vasculaire cutanée est quantifiée et les mécanismes de dysfonctionnement endothélial dans les états pathologiques peuvent être délimités.

Introduction

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès aux États-Unis¹. L’hypertension (HTN) est un facteur de risque indépendant d’accident vasculaire cérébral, de maladie coronarienne et d’insuffisance cardiaque et on estime qu’elle affecte plus de ~ 50 % de la population des États-Unis². L’HTN peut se développer sous la forme d’une MCV indépendante (HTN primaire) ou à la suite d’une autre affection, telle qu’une polykystose rénale et/ou des troubles endocriniens (HTN secondaire). L’étendue des étiologies de l’HTN complique les recherches sur les mécanismes sous-jacents et les lésions des organes terminaux observées avec l’HTN. Des approches de recherche diverses et novatrices sur la physiopathologie des lésions des organes terminaux associées à l’HTN sont nécessaires.

L’un des premiers signes pathologiques des MCV est le dysfonctionnement endothélial, caractérisé par une altération de la vasodilatation médiée par l’oxyde nitrique (NO) ^3,4,5. La dilatation médiée par le flux est une approche couramment utilisée pour quantifier le dysfonctionnement endothélial associé aux MCV, mais le dysfonctionnement endothélial dans les lits microvasculaires peut être à la fois indépendant et précurseur de celui des grosses artères conduitives ^6,7,8. De plus, les artérioles résistantes sont plus directement agies par les tissus locaux que les artères conduitives et ont un contrôle plus immédiat sur l’apport de sang riche en oxygène. La fonction microvasculaire est prédictive de la survie sans événement cardiovasculaire indésirable ^9,10,11. La microvascularisation cutanée est un lit vasculaire accessible qui peut être utilisé pour examiner les réponses à des stimuli physiologiques et pharmacologiques vasoconstricteurs ou vasodilatateurs. La microdialyse intradermique est une technique peu invasive dont l’objectif est d’étudier les mécanismes du muscle lisse vasculaire et de la fonction endothéliale dans la microvascularisation cutanée avec dissection pharmacologique ciblée. Cette méthode contraste avec d’autres techniques, telles que l’hyperémie réactive post-occlusive, qui ne permet pas de dissection pharmacologique, et l’ionophorèse, qui permet une administration pharmacologique mais est moins précise dans son mécanisme d’action (revue en détail ailleurs¹²).

La raison d’être de la mise au point et de l’utilisation de cette technique est examinée en détail ailleurs¹³. Cette approche a été développée à l’origine pour être utilisée dans la recherche neurologique chez les rongeurs, puis a été appliquée pour la première fois à l’homme pour étudier les mécanismes sous-jacents à la vasodilatation active d’un point de vue thermorégulateur. À la fin des années 1990, cette méthode a été utilisée pour examiner les mécanismes neuronaux et endothéliaux en ce qui concerne l’échauffement local de la peau. Depuis lors, la technique a été utilisée pour étudier un certain nombre de mécanismes de signalisation neurovasculaire dans la peau.

À l’aide de cette technique, notre groupe et d’autres ont interrogé les mécanismes de dysfonctionnement endothélial dans la microvascularisation de plusieurs populations cliniques, y compris, mais sans s’y limiter, la dyslipidémie, le vieillissement primaire, le diabète, l’insuffisance rénale chronique, le syndrome des ovaires polykystiques, la prééclampsie, le trouble dépressif majeur 14,15,16,17,18,19 et l’hypertension ^20,21,22,23,24. Par exemple, une étude antérieure a révélé que les femmes normotendues ayant des antécédents de prééclampsie, qui présentent un risque accru de MCV, présentaient une vasodilatation réduite de la circulation cutanée médiée par le NO par rapport aux femmes ayant des antécédents de grossesse normotendue²⁰. Dans une autre étude, les adultes diagnostiqués avec une HTN primaire ont démontré une sensibilité accrue à l’angiotensine II dans la microvascularisation par rapport aux témoins sains²¹, et il a été démontré que la pharmacothérapie antihypertensive chronique donneuse de sulfhydryle chez les patients atteints d’HTN primaire diminue la pression artérielle et améliore à la fois la vasodilatation médiée par le sulfure d’hydrogène et le NO²². Wong et ^al.23 ont constaté une altération de la vasodilatation à médiation sensorielle et à médiation par le NO chez les adultes préhypertendus, coïncidant avec notre constatation d’une progression de la dysfonction endothéliale avec l’augmentation des stades HTN, telle que catégorisée par les lignes directrices de 2017 de l’American Heart Association et de l’American College of Cardiology²⁴.

La technique de microdialyse intradermique permet d’effectuer des investigations mécanistiques étroitement contrôlées sur la fonction microvasculaire dans les états de santé et de maladie. Par conséquent, cet article vise à décrire la technique de microdialyse intradermique telle qu’elle est appliquée par notre groupe et d’autres. Nous détaillons les procédures de stimulation pharmacologique de l’endothélium avec de l’acétylcholine (ACh) afin d’examiner la relation dose-réponse et la stimulation physiologique de la production endogène de NO avec un protocole de stimulation par chauffage local à 39 °C ou 42 °C. Nous présentons des résultats représentatifs pour chaque approche et discutons des implications cliniques des résultats qui ont découlé de cette technique.

Protocol

Toutes les procédures sont approuvées par l’Institutional Review Board de l’Université d’État de Pennsylvanie avant le recrutement des participants. 1. Configuration de l’équipement Allumez l’unité de chauffage local et le débitmètre laser Doppler.REMARQUE : Les deux doivent être étalonnés avant la collecte des données conformément aux instructions du fabricant. Le débitmètre laser Doppler doit être connecté à un matériel d’acquisition de données …

Representative Results

Protocole dose-réponse à l’acétylcholine La figure 1A illustre un schéma détaillant le protocole dose-réponse de l’ACh. La figure 1B illustre des tracés représentatifs des valeurs de flux de globules rouges (unités de perfusion, PU ; moyennes de 30 s) à partir du protocole dose-réponse ACh standardisé pour un sujet au fil du temps. La figure 1C illustre un fichier de donn…

Discussion

La technique de microdialyse intradermique est un outil polyvalent dans la recherche vasculaire humaine. Les chercheurs peuvent modifier le protocole afin de diversifier davantage ses applications. Par exemple, nous décrivons un protocole dose-réponse ACh, mais d’autres recherches sur les mécanismes de vasoconstriction ou de tonus vasomoteur, plutôt que sur la vasodilatation seule, ont utilisé des approches dose-réponse à la noradrénaline ou au nitroprussiate de sodium 26,27,28,29,30,31.…

Materials

1 mL syringes	BD Syringes	302100
Acetlycholine	United States Pharmacopeia	1424511	Pilot data collected in our lab indicate drying acetylcholine increases variability of CVC response; do not dry, store in desiccator
Alcohol swabs	Mckesson	191089
Baby Bee Syringe Drive	Bioanalytical Systems, Incorporated	MD-1001	In this study the optional 3-syringe bracket (catalg number MD-1002) was utilized
CMA 30 Linear Microdialysis Probes	Harvard Apparatus	CMA8010460
Connex Spot Monitor	WelchAllyn	74CT-B	automated blood pressure monitor
Hive Syringe Pump Controller	Bioanalytical Systems, Incorporated	MD-1020	Controls up to 4 Baby Bee Syringe Drives
LabChart 8	AD Instruments		**PowerLab hardware and LabChart software must be compatible versions
Lactated Ringer's Solution	Avantor (VWR)	76313-478
Laser Doppler Blood FlowMeter	Moor Instruments	MoorVMS-LDF
Laser Doppler probe calibration kit	Moor Instruments	CAL
Laser Doppler VP12 probe	Moor Instruments	VP12
Linear Microdialysis Probes	Bioanalytical Systems, Inc.	MD-2000
NG-nitro-l-arginine methyl ester	Sigma Aldrich	483125-M	L-NAME
Povidone-iodine / betadine	Dynarex	1202
PowerLab C Data Acquisition Device	AD Instruments	PLC01	**
PowerLab C Instrument Interface	AD Instruments	PLCI1	**
Probe adhesive discs	Moor Instruments		attach local heating unit to skin
Skin Heater Controller	Moor Instruments	moorVMS-HEAT 1.3
Small heating probe	Moor Instruments	VHP2
Sterile drapes	Halyard	89731
Sterile gauze	Dukal Corporation	2085
Sterile surgical gloves	Esteem Cardinal Health	8856N	catalogue number followed by the initials of the glove size, then the letter "B" (e.g., 8856NMB for medium)
Surgical scissors	Cole-Parmer	UX-06287-26