Implantation af en Isoproterenol-mini pumpe for at inducere hjertesvigt i mus
Summary
Den kroniske administration af izoproterenol via en implanteret osmotisk pumpe er blevet brugt bredt til at efterligne fremskreden hjerteinsufficiens i mus. Her beskriver vi detaljerede metoder i kirurgisk mini-pumpe implantation til kontinuerlig izoproterenol administration over 3 uger, samt ekkokardiografisk vurdering for den vellykkede model skabelse.
Abstract
Isoproterenol (ISO), er en ikke-selektiv beta-adrenerge agonist, der bruges bredt til at fremkalde hjerte skade i mus. Mens den akutte model efterligner stress-induceret kardiomyopati, den kroniske model, administreret gennem en osmotisk pumpe, efterligner avancerede hjertesvigt hos mennesker. Formålet med den beskrevne protokol er at skabe den kroniske ISO-induceret hjertesvigt model i mus ved hjælp af en implanteret mini-pumpe. Denne protokol er blevet brugt til at inducere hjertesvigt i 100 + stammer af indavlede mus. Teknikker på kirurgisk pumpe implantation er beskrevet i detaljer og kan være relevante for alle interesserede i at skabe en hjertesvigt model i mus. Desuden, den ugentlige hjerte remodeling ændringer baseret på ekko kardiografiske parametre for hver stamme og forventede tid til modeludvikling præsenteres. Sammenfattende er metoden enkel og reproducerbar. Kontinuerlig ISO administreret via den implanterede mini-pumpe over 3 til 4 uger er tilstrækkelig til at fremkalde hjerte remodeling. Endelig kan succesen for ISO-model skabelse vurderes in vivo ved seriel ekkokardiografi, der demonstrerer hypertrofi, ventrikulær dilatation og dysfunktion.
Introduction
Hjertesvigt med nedsat udslyngning fraktion (HFrEF) er ledsaget af en velkendt kompenserende respons af det sympatiske nervesystem til at opretholde kardiovaskulær homøostase1. Hæodynamisk stress og skadelige virkninger på hjertet og cirkulation blev observeret med kronisk aktivering. Disse er blevet hjørnestenen i moderne Farmakoterapi for hjertesvigt og er vigtige mekanismer i progression af hjertesvigt og terapeutisk antagonisme af Neurohormonelle systemer1.
Flere musemodeller er tilgængelige for grundlæggende undersøgelser af hjertesvigt. Genetiske modeller er attraktive for at udforske molekylære terapier og undersøge signalering veje. Disse modeller er dog muligvis ikke relevante for almindeligt forekommende hjertesvigt. Andre almindelige modeller omfatter venstre forreste faldende (Lad) arterie ligation, transaortisk konstriktion (TAC), og izoproterenol (ISO), hver sigter mod en anden patologisk ætiologi2,3,4,5 ,6. Lad arterie ligering inducerer en forreste væg myokardieinfarkt og dermed skabe en model specifikt for iskæmisk kardiomyopati. TAC inducerer akut tryk overbelastning for at skabe en hypertensiv model af hjertesvigt. Selv om trykgradient kan måles, giver mulighed for stratificering af hypertrofi, den akutte indtræden af hypertension mangler direkte klinisk relevans4. Både LAD og TAC modeller kræver en høj grad af kirurgisk ekspertise til at udføre. Akut ISO-model af hjertesvigt efterligner stress-induceret kardiomyopati, også kendt som Takotsubo sygdom, som er karakteriseret ved en markant stigning i katekolaminer og aktivitet i venstre ventrikel, der efterligner akut myokardieinfarkt7, 8. I modsætning hertil, kroniske ISO-modeller af hjertesvigt nuværende symptomer egenskaber af avanceret hjertesvigt, med kronisk forhøjede niveauer af katekolaminer1. Fordelene ved den kroniske ISO-model er, at det giver kronisk adrenerge stimulation, der efterligner avancerede hjertesvigt, og at det er relativt let at skabe. Investigator bør vælge en model, der bedst rekapitulerer deres patologi af interesse.
Det overordnede mål med denne metode er at inducere hjertesvigt i mus ved hjælp af en implanteret mini pumpe, der frigiver ISO kontinuerligt at efterligne kronisk sympatisk aktivering fundet i hjertesvigt patienter1. Metoden er enkel og reproducerbar. Selv om der er klar variation blandt muse stammer, ISO administreret over 3 til 4 uger ved 30 mg/kg/dag er tilstrækkelig til at fremkalde hjerte remodeling i de fleste mus. Specifikt, ISO fører til en Pro-hypertrofisk kompenserende fase i uge 1 efterfulgt af væg udtynding, ventrikel dilatation og fald i systolisk funktion ved uge 2 og 32. Succes for ISO-model skabelsen kan vurderes in vivo ved seriel ekkokardiografi, der demonstrerer hypertrofi, dilatation og ventrikel dysfunktion, samt ex vivo via histologisk og molekylær vurdering af høstet hjertevæv til intramyocardial lipid ophobning, fibrose, er stress, apoptose, og genekspression9,10,11,12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har anvendt denne metode til over 100 + stammer af indavlede mus til at vurdere hjerte resultater på grund af kronisk beta-adrenerge stimulation2,13. Signifikante forskelle i modtagelighed for izoproterenol vides at eksistere blandt muse stammer og kan tilpasses til den stamme af interesse efter behov16. Dette kan skyldes variationen i beta-adrenerge receptor funktion mellem muse stammer17, stamme-afhængige for…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne anerkender NIH K08 HL133491 til finansiering støtte.
Materials
| Micro-Osmotic Pump System with Flow Moderator in Place | Alzet | Model 1004 | Includes filling tube, flow moderator and pump body |
| (-)-Isoproterenol hydrochloride | Sigma-Aldrich | 16504-1G | (-)-Isoproterenol hydrochloride is a powder that needs to be stored at -20°C. |
| 1 ml sterile syringe | VWR | BD309602 | |
| 30 W LED Fiber optic O-ring light microscope illuminator | AmScope | SKU: LED-30WR | |
| 5-0 COATED VICRYL (polyglactin 910) Suture | Ethicon | J303H | 5-0, absorbable |
| Fine Scissors – Sharp | FST | 14060-09 | |
| Glass beads | FST | 18000-46 | |
| Hot bead sterilizers | FST | 18000-50 | |
| Iris forceps | WPI | 15915 | |
| Look Sharpoint 6-0, 18" Black Nylon Monofilament Suture | LOOK | AA-2176 | 6-0, non-absorbable |
| Needle holder | WPI | 15926 | |
| Normal Saline, 0.9% NaCl | Fisher | 89167-772 |
Referências
- Hartupee, J., Mann, D. L. Neurohormonal activation in heart failure with reduced ejection fraction. Nature Review Cardiology. 14 (1), 30-38 (2017).
- Wang, J. J., et al. Genetic Dissection of Cardiac Remodeling in an Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model. PLoS Genetics. 12 (7), 1006038 (2016).
- Balakumar, P., Singh, A. P., Singh, M. Rodent models of heart failure. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 56 (1), 1-10 (2007).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circulation: Heart Failure. 2 (2), 138-144 (2009).
- Huang, W. Y., Aramburu, J., Douglas, P. S., Izumo, S. Transgenic expression of green fluorescence protein can cause dilated cardiomyopathy. Nature Medicine. 6 (5), 482-483 (2000).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Disease Model and Mechanism. 3 (3-4), 138-143 (2010).
- Wittstein, I. S., et al. Neurohumoral features of myocardial stunning due to sudden emotional stress. New England Journal of Medicine. 352 (6), 539-548 (2005).
- Templin, C., et al. Clinical Features and Outcomes of Takotsubo (Stress) Cardiomyopathy. New England Journal of Medicine. 373 (10), 929-938 (2015).
- Shao, Y., et al. A mouse model reveals an important role for catecholamine-induced lipotoxicity in the pathogenesis of stress-induced cardiomyopathy. European Journal of Heart Failure. 15 (1), 9-22 (2013).
- Kudej, R. K., et al. Effects of chronic beta-adrenergic receptor stimulation in mice. Journal of Molecular Cell Cardiology. 29 (10), 2735-2746 (1997).
- Zhuo, X. Z., et al. Isoproterenol instigates cardiomyocyte apoptosis and heart failure via AMPK inactivation-mediated endoplasmic reticulum stress. Apoptosis. 18 (7), 800-810 (2013).
- El-Demerdash, E., Awad, A. S., Taha, R. M., El-Hady, A. M., Sayed-Ahmed, M. M. Probucol attenuates oxidative stress and energy decline in isoproterenol-induced heart failure in rat. Pharmacology Research. 51 (4), 311-318 (2005).
- Rau, C. D., et al. Mapping genetic contributions to cardiac pathology induced by Beta-adrenergic stimulation in mice. Circulation Cardiovascular Genetics. 8 (1), 40-49 (2015).
- Berthonneche, C., et al. Cardiovascular response to beta-adrenergic blockade or activation in 23 inbred mouse strains. PLoS One. 4 (8), 6610 (2009).
- Chang, S. C., Ren, S., Rau, C. D., Wang, J. J. Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model Using Osmotic Pump Implantation. Methods Molecular Biology. 1816, 207-220 (2018).
- Shusterman, V., et al. Strain-specific patterns of autonomic nervous system activity and heart failure susceptibility in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 282 (6), 2076-2083 (2002).
- Faulx, M. D., et al. Strain-dependent beta-adrenergic receptor function influences myocardial responses to isoproterenol stimulation in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 289 (1), 30-36 (2005).
- Zhang, G. X., et al. Cardiac oxidative stress in acute and chronic isoproterenol-infused rats. Cardiovascular Research. 65 (1), 230-238 (2005).
- Boluyt, M. O., et al. Isoproterenol infusion induces alterations in expression of hypertrophy-associated genes in rat heart. American Journal of Physiology. 269 (2), 638-647 (1995).
- Hohimer, A. R., Davis, L. E., Hatton, D. C. Repeated daily injections and osmotic pump infusion of isoproterenol cause similar increases in cardiac mass but have different effects on blood pressure. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 83 (2), 191-197 (2005).
- Cross, H. R., Murphy, E., Koch, W. J., Steenbergen, C. Male and female mice overexpressing the beta(2)-adrenergic receptor exhibit differences in ischemia/reperfusion injury: role of nitric oxide. Cardiovascular Research. 53 (2), 662-671 (2002).
- Klingman, G. I., McKay, G., Ward, A., Morse, L. Chronic isoproterenol treatment of mice: effects on catecholamines and rectal temperature. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (5), 798-801 (1973).
