Untersuchung des linksventrikulären Reverse Remodeling durch Aortendefletieren bei Nagetieren
Summary
Hier beschreiben wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll der chirurgischen Aortendepaling im etablierten Mäusemodell der Aortenverengung. Dieses Verfahren ermöglicht es nicht nur, die Mechanismen zu untersuchen, die dem linksventrikulären Reverse Remodeling und der Regression von Hypertrophie zugrunde liegen, sondern auch neue therapeutische Optionen zu testen, die die Myokardregeneration beschleunigen könnten.
Abstract
Um das linksventrikuläre (LV) Reverse Remodeling (RR) besser zu verstehen, beschreiben wir ein Nagetiermodell, bei dem Mäuse nach einem durch Aortenbänder induzierten LV-Remodeling nach Entfernung der Aortenverengung einer RR unterzogen werden. In diesem Artikel beschreiben wir ein schrittweises Verfahren zur Durchführung einer minimalinvasiven chirurgischen Aortendebandung bei Mäusen. Die Echokardiographie wurde anschließend verwendet, um den Grad der Herzhypertrophie und -dysfunktion während des LV-Umbaus und der RR zu beurteilen und den besten Zeitpunkt für die Aortendebandierung zu bestimmen. Am Ende des Protokolls wurde eine terminale hämodynamische Bewertung der Herzfunktion durchgeführt und Proben für histologische Studien gesammelt. Wir haben gezeigt, dass die Debandierung mit chirurgischen Überlebensraten von 70-80% verbunden ist. Darüber hinaus löst zwei Wochen nach der Debandierung die signifikante Verringerung der ventrikulären Nachlast die Regression der ventrikulären Hypertrophie (~ 20%) und Fibrose (~26%), Wiederherstellung der diastolischen Dysfunktion, beurteilt durch die Normalisierung der linksventrikulären Füllung und enddiastolischen Drücken (E / e ‘ und LVEDP). Aortendevolrierung ist ein nützliches experimentelles Modell, um LV RR bei Nagetieren zu untersuchen. Das Ausmaß der myokardialen Erholung ist zwischen den Probanden variabel und ahmt daher die Vielfalt der RR nach, die im klinischen Kontext auftritt, wie z. B. Aortenklappenersatz. Wir kommen zu dem Schluss, dass das Aortenbanding/Debanding-Modell ein wertvolles Werkzeug darstellt, um neue Erkenntnisse über die Mechanismen der RR zu gewinnen, nämlich die Regression der Herzhypertrophie und die Wiederherstellung der diastolischen Dysfunktion.
Introduction
Die Verengung der transversalen oder aufsteigenden Aorta in der Maus ist ein weit verbreitetes experimentelles Modell für Drucküberlastungs-induzierte Herzhypertrophie, diastolische und systolische Dysfunktion und Herzinsuffizienz1,2,3,4. Aortenverengung führt zunächst zu kompensierter konzentrischer Hypertrophie des linken Ventrikels (LV), um die Wandspannung zu normalisieren1. Unter bestimmten Umständen, wie z. B. einer längeren Herzüberlastung, reicht diese Hypertrophie jedoch nicht aus, um die Wandbelastung zu verringern und eine diastolische und systolische Dysfunktion (pathologische Hypertrophie) auszulösen5. Parallel dazu führen Veränderungen der extrazellulären Matrix (ECM) zur Kollagenablagerung und Vernetzung in einem Prozess, der als Fibrose bekannt ist und in Ersatzfibrose und reaktive Fibrose unterteilt werden kann. Fibrose ist in den meisten Fällen irreversibel und beeinträchtigt die myokardiale Erholung nach Überlastungsentlastung6,7. Dennoch haben neuere Kardiale Magnetresonanztomographie-Studien gezeigt, dass sich die reaktive Fibrose langfristig zurückbilden kann8. Insgesamt sind Fibrose, Hypertrophie und Herzfunktionsstörungen Teil eines Prozesses, der als Myokardumbau bekannt ist und schnell in Richtung Herzinsuffizienz (HF) fortschreitet.
Das Verständnis der Merkmale des myokardialen Remodelings ist zu einem wichtigen Ziel geworden, um seine Progression zu begrenzen oder umzukehren, letzteres bekannt als Reverse Remodeling (RR). Der Begriff RR umfasst jede Myokardveränderung, die durch eine bestimmte Intervention chronisch rückgängig gemacht wird, wie pharmakologische Therapie (z. B. blutdrucksenkende Medikamente), Klappenchirurgie (z. B. Aortenstenose) oder ventrikuläre Unterstützungsgeräte (z. B. chronische HF). RR ist jedoch aufgrund der vorherrschenden Hypertrophie oder systolischen/diastolischen Dysfunktion oft unvollständig. Daher fehlt noch die Klärung der RR-zugrunde liegenden Mechanismen und neuartigen therapeutischen Strategien, was hauptsächlich auf die Unmöglichkeit zurückzuführen ist, bei den meisten dieser Patienten während der RR auf menschliches Myokardgewebe zuzugreifen und es zu untersuchen.
Um diese Einschränkung zu überwinden, haben Nagetiermodelle eine wichtige Rolle bei der Verbesserung unseres Verständnisses der Signalwege gespielt, die an der HF-Progression beteiligt sind. Insbesondere stellt die Aortendevolbierung von Mäusen mit einer Aortenverengung ein nützliches Modell dar, um die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die dem nachteiligen LV-Remodeling9 undRR 10,11 zugrunde liegen, da es die Entnahme von Myokardproben zu verschiedenen Zeitpunkten in diesen beiden Phasen ermöglicht. Darüber hinaus bietet es eine hervorragende experimentelle Umgebung, um potenzielle neue Ziele zu testen, die RR fördern / beschleunigen können. Zum Beispiel könnte dieses Modell im Kontext der Aortenstenose Informationen über die molekularen Mechanismen liefern, die an der großen Vielfalt der Myokardreaktion beteiligt sind, die der (Un-)Vollständigkeit der RR6,12zugrunde liegt, sowie den optimalen Zeitpunkt für den Klappenersatz, was ein großes Manko des aktuellen Wissens darstellt. In der Tat ist der optimale Zeitpunkt für diese Intervention umstritten, vor allem, weil sie auf der Grundlage der Größe der Aortengradienten definiert wird. Mehrere Studien sprechen dafür, dass dieser Zeitpunkt für die myokardiale Genesung zu spät sein könnte, da Fibrose und diastolische Dysfunktion oft bereits vorhanden sind12.
Unseres Wissens ist dies das einzige Tiermodell, das den Prozess des Myokardumbaus und der RR unter Erkrankungen wie Aortenstenose oder Bluthochdruck vor und nach dem Klappenersatz bzw. dem Beginn von blutdrucksenkenden Medikamenten rekapituliert.
Um die oben zusammengefassten Herausforderungen anzugehen, beschreiben wir ein chirurgisches Tiermodell, das sowohl bei Mäusen als auch bei Ratten implementiert werden kann und die Unterschiede zwischen diesen beiden Arten anspricht. Wir beschreiben die wichtigsten Schritte und Details, die bei der Durchführung dieser Operationen erforderlich sind. Schließlich berichten wir über die wichtigsten Veränderungen, die in der LV unmittelbar vor und während der RR stattfinden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das hier vorgeschlagene Modell ahmt den Prozess des LV-Umbaus bzw. der RR nach Aortenbanding bzw. Debanding nach. Daher stellt es ein ausgezeichnetes experimentelles Modell dar, um unser Wissen über die molekularen Mechanismen, die an der nachteiligen LV-Umgestaltung beteiligt sind, zu erweitern und neue therapeutische Strategien zu testen, die in der Lage sind, die myokardiale Genesung dieser Patienten zu induzieren. Dieses Protokoll beschreibt Schritte zur Erstellung eines Nagetiertiermodells für Aortenbanding und -d…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken der Portugiesischen Stiftung für Wissenschaft und Technologie (FCT), der Europäischen Union, der Quadro de Referência Estratégico Nacional (QREN), der Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) und dem Programa Operacional Factores de Competitividade (COMPETE) für die Finanzierung der Forschungseinheit UnIC (UID/IC/00051/2013). Dieses Projekt wird von FEDER durch COMPETE 2020 – Programa Operacional Competitividade E Internacionalização (POCI), das Projekt DOCNET (NORTE-01-0145-FEDER-000003), unterstützt durch das regionale operationelle Programm Norte Portugal (NORTE 2020), im Rahmen der Partnerschaftsvereinbarung Portugal 2020, über den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), das Projekt NETDIAMOND (POCI-01-0145-FEDER-016385), unterstützt durch die Europäischen Struktur- und Investitionsfonds, Lissabons regionales operationelles Programm 2020, unterstützt. Daniela Miranda-Silva und Patrícia Rodrigues werden von der Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) durch Stipendien (SFRH/BD/87556/2012 bzw. SFRH/BD/96026/2013) gefördert.
Materials
| Absorption Spears | F.S.T | 18105-03 | To absorb fluids during the surgery |
| Blades | F.S.T | 10011-00 | To perform the skin incision |
| Buprenorphine | Buprelieve | Analgesia drug | |
| Catutery | F.S.T | 18010-00 | To prevent exsanguination |
| Catutery tips | F.S.T | 18010-01 | To prevent exsanguination |
| cotton swab | Johnson's | To absorb fluids during the surgery | |
| Depilatory cream | Veet | To delipate the animal | |
| Disposable operating room table cover | MEDKINE | DYND4030SB | To cover the surgical area |
| Echo probe | Siemens | Sequoia 15L8W | Ultrasound signal aquisition |
| Echocardiograph | Siemens | Acuson Sequoia C512 | Ultrasound signal aquisition |
| End-tidal CO2 monitor | Kent Scientific | CapnoStat | To control expiration gas saturation |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11255-20 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11272-30 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11151-10 | To dissect the tissues and aorta |
| Forcep/Tweezers | F.S.T | 11152-10 | To dissect the tissues and aorta |
| Gas system | Penlon Sigma Delta | To anesthesia and mechanical ventilation | |
| Hemostats | F.S.T | 13010-12 | To hold the suture before tight the aorta |
| Hemostats | F.S.T | 13011-12 | To hold the suture before tight the aorta |
| Ligation aids | F.S.T | 18062-12 | To place a suture around the aorta |
| Magnetic retractor | F.S.T | 18200-20 | To help keep the animal in a proper position |
| Needle holder | F.S.T | 12503-15 | To suture the animal |
| Needle 26G | B-BRAUN | 4665457 | To serve as a molde of aortic constriction diameter |
| Oxygen | Air Liquide | To anesthesia and mechanical ventilation | |
| Polipropilene suture | Vycril | W8304/W8597 | To suture the animal and to do the constriction |
| Povidone-iodine solution | Betadine® | Skin antiseptic | |
| PowerLab | Millar instruments | ML880 PowerLab 16/30 | PV loop Signal Aquisition |
| Pulse oximeter | Kent Scientific | MouseStat | To control heart rate and blood saturation |
| PVAN software | Millar Instruments | To analyse the haemodynamic data | |
| PV loop cathether | Millar instruments | SPR-1035. 1.4 F | PV loop Signal Aquisition |
| Retractor | F.S.T | 17000-01 | To provide a better overview of the aorta |
| Scalpet handle | F.S.T | 10003-12 | To perform the skin incision |
| Scissors | F.S.T | 15070-08 | To cut the suture in debanding surgery |
| Scissors | F.S.T | 14084-09 | To cut other material during the surgery e.g. suture, papper |
| Sevoflurane | Baxter | 533-CA2L9117 | |
| Temperature control module | Kent Scientific | RightTemp | To control animal corporal temperature |
| Ventilator | Kent Scientific | PhysioSuite | To ventilate the animal |
| Water-bath | Thermo Scientific™ | TSGP02 | To maintain water temperature adequate to heat the P-V loop catethers |
Referências
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