Implantation av en Isoproterenol mini-Pump for å indusere hjertesvikt i mus
Summary
Den kroniske administrasjonen av isoproterenol via en implantert osmotisk-pumpe har blitt brukt mye til å etterligne avansert hjertesvikt hos mus. Her beskriver vi detaljerte metoder i kirurgisk mini-pumpe implantation for kontinuerlig isoproterenol administrasjon over 3 uker, samt echocardiographic vurdering for vellykket modell opprettelse.
Abstract
Isoproterenol (ISO), er en ikke-selektiv beta-adrenerge Agonistiske, som brukes mye for å indusere hjertes Kader i mus. Mens den akutte modellen etterligner stress-indusert kardiomyopati, den kroniske modellen, administrert gjennom en osmotisk pumpe, etterligner avansert hjertesvikt hos mennesker. Formålet med den beskrevne protokollen er å skape den kroniske ISO-indusert hjertesvikt modellen i mus ved hjelp av en implantert mini-pumpe. Denne protokollen har blitt brukt til å indusere hjertesvikt i 100 + stammer av innavlet mus. Det er beskrevet detaljert informasjon om hvordan kirurgiske pumper skal brukes, og de kan være relevante for alle som er interessert i å skape en hjertefeil modell hos mus. I tillegg er den ukentlige CARDIAC remodeling endringer basert på echocardiographic parametre for hver belastning og forventet tid til å modellere utvikling presenteres. Oppsummert er metoden enkel og reproduserbar. Kontinuerlig ISO administrert via implantert mini-pumpe over 3 til 4 uker er tilstrekkelig til å indusere CARDIAC remodeling. Endelig kan suksessen for ISO modell etableringen bli vurdert i vivo av seriell ekkokardiografi demonstrere hypertrofi, ventrikkel utvidelse, og dysfunksjon.
Introduction
Hjertesvikt med redusert utstøting brøk (HFrEF) er ledsaget av en godt anerkjent kompenserende respons av det sympatiske nervesystemet for å opprettholde hjerte homeostase1. Hemodynamisk stress og skadelige effekter på hjertet og sirkulasjon ble observert med kronisk aktivering. Disse har blitt hjørnesteinen i moderne farmakoterapi for hjertesvikt og er viktige mekanismer i utviklingen av hjertesvikt og terapeutisk motsetningen av neurohormonal systemer1.
Flere musemodeller er tilgjengelig for grunnleggende undersøkelser av hjertesvikt. Genetiske modeller er attraktive for å utforske molekylære terapier og gransker signalering trasé. Imidlertid kan disse modellene ikke være relevant for vanlige former for hjertesvikt. Andre vanlige modeller inkluderer venstre fremre synkende (lad) arterie ligation, transaortic innsnevring (TAC), og isoproterenol (ISO), hver sikte på en annen patologisk etiologi2,3,4,5 ,6. LAD arterie ligation induserer en fremre veggen hjerteinfarkt dermed skape en modell spesifikk for iskemiske kardiomyopati. TAC induserer akutt trykk overbelastning for å skape en hypertensive modell av hjertesvikt. Selv om trykket gradient kan måles, slik at for lagdeling av hypertrofi, mangler akutt utbruddet av hypertensjon direkte klinisk relevans4. Både LAD-og TAC-modellene krever et høyt nivå av kirurgisk ekspertise for å utføre. Akutt ISO modell av hjertesvikt etterligner stress-indusert kardiomyopati, også kjent som Takotsubo sykdom, som er preget av en markant økning i katekolaminer og aktivitet i venstre ventrikkel som etterligner akutt hjerteinfarkt7, 8i den. I kontrast, kroniske ISO-modeller av hjertesvikt presentere symptomer kjennetegn ved avansert hjertesvikt, med kronisk forhøyede nivåer av katekolaminer1. Fordelene med den kroniske ISO-modellen er at det gir kronisk adrenerge stimulering som etterligner avansert hjertesvikt og at det er relativt enkelt å lage. Etterforsker bør velge en modell som best viser deres patologi av interesse.
Det overordnede målet med denne metoden er å indusere hjertesvikt hos mus ved hjelp av en implantert mini pumpe som utgivelser ISO kontinuerlig å etterligne kronisk sympatisk aktivering funnet i hjertesvikt pasienter1. Metoden er enkel og reproduserbar. Selv om det er en klar variasjon blant mus stammer, er ISO administrert over 3 til 4 uker ved 30 mg/kg/dag tilstrekkelig til å indusere CARDIAC remodeling i de fleste mus. Spesielt, ISO fører til en Pro-hypertrofisk kompenserende fase i uke 1 etterfulgt av vegg tynning, ventrikkel utvidelse og reduksjon i systolisk funksjon etter uke 2 og 32. Suksess for ISO-modellen etableringen kan vurderes i vivo av seriell ekkokardiografi demonstrere hypertrofi, utvidelse, og ventrikkel dysfunksjon, samt ex vivo via histologiske og molekylær vurdering av høstet CARDIAC vev for intramyocardial lipid akkumulering, fibrose, er stress, apoptose, og genuttrykk9,10,11,12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har brukt denne metoden til over 100 + stammer av innavlet mus for å vurdere CARDIAC utfall på grunn av kronisk beta-adrenerge stimulering2,13. Vesentlige forskjeller i mottakelighet for isoproterenol er kjent for å eksistere blant mus stammer og kan tilpasses til belastningen av interesse som trengs16. Dette kan være på grunn av variasjonen i beta-adrenerge reseptor funksjon mellom mus stammer17, belastning…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne erkjenner NIH K08 HL133491 for 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).
