לימוד שיפוץ הפוך חדרי שמאלי על ידי ניתוק האבניים במכרסמים
Summary
כאן אנו מתארים פרוטוקול צעד אחר צעד של פירוק אבי העורקים הכירורגי במודל העכברים המבוסס היטב של התכווצות אבי העורקים. הליך זה לא רק מאפשר ללמוד את המנגנונים שבבסיס שיפוץ הפוך החדר השמאלי ורגרסיה של היפרטרופיה, אלא גם כדי לבדוק אפשרויות טיפוליות חדשניות שעשויות להאיץ את ההתאוששות שריר הלב.
Abstract
כדי להבין טוב יותר את החדר השמאלי (LV) שיפוץ הפוך (RR), אנו מתארים מודל מכרסמים שבו, לאחר שיפוץ LV הנגרמת על ידי תחבושת, עכברים עוברים RR עם הסרת התכווצות האב העורקים. במאמר זה, אנו מתארים הליך שלב אחר שלב לביצוע ניתוק אבי העורקים כירורגית זעיר פולשנית בעכברים. אקו-קרדיוגרפיה שימשה לאחר מכן כדי להעריך את מידת היפרטרופיה לב ותפקוד לקוי במהלך שיפוץ LV ו RR ולקבוע את התזמון הטוב ביותר עבור debanding אבי העורקים. בסוף הפרוטוקול נערכה הערכה המודינמית סופנית של תפקוד הלב, ונאספו דגימות למחקרים היסטולוגיים. הראינו כי debanding קשורה שיעורי ההישרדות כירורגית של 70-80%. יתר על כן, שבועיים לאחר debanding, הפחתה משמעותית של לאחר העומס בחדר מפעילה את הרגרסיה של היפרטרופיה חדרית (~ 20%) ופיברוזיס (~ 26%), התאוששות של תפקוד דיאסטולי כפי שהוערך על ידי נורמליזציה של מילוי חדרי שמאל ולחצים דיאסטוליים קצה (E / e ‘ ו LVEDP). ניתוק באבי העורקים הוא מודל ניסיוני שימושי לחקר LV RR במכרסמים. היקף ההתאוששות שריר הלב משתנה בין הנבדקים, ולכן, מחקה את המגוון של RR המתרחשת בהקשר הקליני, כגון החלפת שסתום אבי העורקים. אנו מסיקים כי מודל פסים /debanding אב העורקים מייצג כלי רב ערך כדי לפענח תובנות חדשניות לתוך המנגנונים של RR, כלומר רגרסיה של היפרטרופיה לב ואת ההתאוששות של תפקוד דיאסטולי.
Introduction
ההתכווצות של אב העורקים רוחבי או עולה בעכבר הוא מודל ניסיוני בשימוש נרחב עבור היפרטרופיה לב הנגרמת על ידי עומס יתר, תפקוד דיאסטולי וסיסטולי ואי ספיקת לב1,2,3,4. התכווצות העורקים מובילה בתחילה היפרטרופיה קונצנטרית (LV) של החדר השמאלי לפיצוי כדי לנרמל את לחץ הקיר1. עם זאת, בנסיבות מסוימות, כגון עומס לב ממושך, היפרטרופיה זו אינה מספיקה כדי להפחית את הלחץ על הקיר, מה שמפעיל תפקוד דיאסטולי וסיסטולי (היפרטרופיה פתולוגית)5. במקביל, שינויים במטריצה חוץ-תאית (ECM) מובילים לתצהיר הקולגן ולהצלבה בתהליך המכונה פיברוזיס, אשר ניתן לחלקו לפיברוזיס חלופי ופיברוזיס תגובתי. פיברוזיס הוא, ברוב המקרים, בלתי הפיך ומתפשר התאוששות שריר הלב לאחר הקלה עומס יתר6,7. עם זאת, מחקרי דימות תהודה מגנטית לב לאחרונה גילו כי פיברוזיס תגובתי הוא מסוגל לסגת בטווח הארוך8. בסך הכל, פיברוזיס, היפרטרופיה ותפקוד לקוי של הלב הם חלק מתהליך המכונה שיפוץ שריר הלב שמתקדם במהירות לכיוון אי ספיקת לב (HF).
הבנת התכונות של שיפוץ שריר הלב הפכה למטרה מרכזית להגבלה או היפוך ההתקדמות שלה, האחרון המכונה שיפוץ הפוך (RR). המונח RR כולל כל שינוי שריר הלב הפוך באופן כרוני על ידי התערבות נתונה, טיפול תרופתי כזה (למשל, תרופות נגד יתר לחץ פנים), ניתוח שסתום (למשל, היצרות אבי העורקים) או מכשירי סיוע חדריים (למשל, HF כרוני). עם זאת, RR הוא לעתים קרובות לא שלם בשל היפרטרופיה השוררת או תפקוד סיסטולי / דיאסטולי. לכן, ההבהרה של מנגנוני RR הבסיסית ואסטרטגיות טיפוליות חדשניות עדיין חסרים, וזה בעיקר בשל חוסר האפשרות לגשת וללמוד רקמת שריר הלב האנושי במהלך RR ברוב החולים האלה.
כדי להתגבר על מגבלה זו, מודלים מכרסמים מילאו תפקיד משמעותי בקידום ההבנה שלנו של מסלולי האיתות המעורבים בהתקדמות HF. באופן ספציפי, ניתוק אבי העורקים של עכברים עם התכווצות אבי העורקים מייצג מודל שימושי ללמוד את המנגנונים המולקולריים שבבסיס שיפוץ LV שלילי9 ו RR10,11 כפי שהוא מאפשר איסוף של דגימות שריר הלב בנקודות זמן שונות בשני שלבים אלה. יתר על כן, הוא מספק הגדרה ניסיונית מצוינת לבחון מטרות חדשניות פוטנציאליות שיכולות לקדם / להאיץ RR. לדוגמה, בהקשר היצרות אבי העורקים, מודל זה עשוי לספק מידע על המנגנונים המולקולריים המעורבים במגוון העצום של התגובה שריר הלב שבבסיס השלמות (in) של RR6,12, כמו גם, העיתוי האופטימלי להחלפת שסתום, המייצג חסרון גדול של הידע הנוכחי. ואכן, העיתוי האופטימלי להתערבות זו הוא נושא לדיון, בעיקר משום שהוא מוגדר על סמך גודלם של שיפועים בגור העורקים. מספר מחקרים תומכים כי נקודת זמן זו עשויה להיות מאוחר מדי עבור התאוששות שריר הלב כמו פיברוזיס ותפקוד דיאסטולי הם לעתים קרובות כברנוכחים 12.
למיטב ידיעתנו, זהו המודל החייתי היחיד כי מסכם את התהליך של שיפוץ שריר הלב והן RR המתרחשים בתנאים כגון היצרות אבי העורקים או יתר לחץ דם לפני ואחרי החלפת שסתום או תחילתה של תרופות נגד יתר לחץ דם, בהתאמה.
בניסיון להתמודד עם האתגרים שסוכמו לעיל, אנו מתארים מודל חיה כירורגי שניתן ליישם הן בעכברים והן בחולדות, תוך התייחסות להבדלים בין שני מינים אלה. אנו מתארים את הצעדים והפרטים העיקריים הכרוכים בביצוע ניתוחים אלה. לבסוף, אנו מדווחים על השינויים המשמעותיים ביותר המתרחשים ב- LV מיד לפני ולאורך RR.
Protocol
Representative Results
Discussion
המודל המוצע בזאת מחקה את התהליך של שיפוץ LV ו- RR לאחר פסים ו debanding שלאבי העורקים, בהתאמה. לכן, הוא מייצג מודל ניסיוני מעולה כדי לקדם את הידע שלנו על המנגנונים המולקולריים המעורבים שיפוץ LV שלילי כדי לבדוק אסטרטגיות טיפוליות חדשניות מסוגל לגרום התאוששות שריר הלב של חולים אלה. פרוטוקול זה מפרט כ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים קרן פורטוגזית למדע וטכנולוגיה (FCT), האיחוד האירופי, Quadro de Referência Estratégico Nacional (QREN), פונדו אירופהו דה Desenvolvimento האזורי (FEDER) ו Programa אופרציונאל פקטורים דה Competitividade (להתחרות) למימון יוניק (UID / IC / 00051/2013) יחידת מחקר. פרויקט זה נתמך על ידי FEDER באמצעות COMPETE 2020 – Programa Operacional Competitividade E Internacionalização (POCI), הפרויקט DOCNET (NORTE-01-0145-FEDER-000003), הנתמך על ידי התוכנית התפעולית האזורית של נורטה פורטוגל (NORTE 2020), במסגרת הסכם השותפות של פורטוגל 2020, באמצעות הקרן האירופית לפיתוח אזורי (ERDF), הפרויקט NETDIAMOND (POCI-01-0145-FEDER-016385), הנתמך על ידי קרנות מבניות והשקעות אירופיות, התוכנית התפעולית האזורית של ליסבון 2020. דניאלה מירנדה-סילבה ופטרישה רודריגז ממומנות על ידי Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) על ידי מענקי מלגות (SFRH/BD/87556/2012 ו- SFRH/BD/96026/2013 בהתאמה).
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
- Arany, Z., et al. Transverse aortic constriction leads to accelerated heart failure in mice lacking PPAR-gamma coactivator 1alpha. Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 103 (26), 10086-10091 (2006).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice for Induction of Left Ventricular Hypertrophy. Journal of Visualized Experiment. (127), e56231 (2017).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice. Journal of Visualized Experiment. (121), e55293 (2017).
- Rockman, H. A., et al. Segregation of atrial-specific and inducible expression of an atrial natriuretic factor transgene in an in vivo murine model of cardiac hypertrophy. Proceedings of the National Academy of Science. 88 (18), 8277-8281 (1991).
- Koide, M., et al. Premorbid determinants of left ventricular dysfunction in a novel model of gradually induced pressure overload in the adult canine. Circulation. 95 (6), 1601-1610 (1997).
- Rodrigues, P. G., Leite-Moreira, A. F., Falcao-Pires, I. Myocardial reverse remodeling: how far can we rewind. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 310 (11), 1402-1422 (2016).
- Weidemann, F., et al. Impact of myocardial fibrosis in patients with symptomatic severe aortic stenosis. Circulation. 120 (7), 577-584 (2009).
- Bing, R., et al. Imaging and Impact of Myocardial Fibrosis in Aortic Stenosis. JACC Cardiovascular Imaging. 12 (2), 283-296 (2019).
- Conceicao, G., Heinonen, I., Lourenco, A. P., Duncker, D. J., Falcao-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Weinheimer, C. J., et al. Load-Dependent Changes in Left Ventricular Structure and Function in a Pathophysiologically Relevant Murine Model of Reversible Heart Failure. Circulation Heart Failure. 11 (5), 004351 (2018).
- Bjornstad, J. L., et al. A mouse model of reverse cardiac remodelling following banding-debanding of the ascending aorta. Acta Physiologica (Oxford). 205 (1), 92-102 (2012).
- Yarbrough, W. M., Mukherjee, R., Ikonomidis, J. S., Zile, M. R., Spinale, F. G. Myocardial remodeling with aortic stenosis and after aortic valve replacement: mechanisms and future prognostic implications. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 143 (3), 656-664 (2012).
- deAlmeida, A. C., van Oort, R. J., Wehrens, X. H. Transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiment. (38), 1729 (2010).
- Hamdani, N., et al. Myocardial titin hypophosphorylation importantly contributes to heart failure with preserved ejection fraction in a rat metabolic risk model. Circulation: Heart Failure. 6 (6), 1239-1249 (2013).
- Li, L., et al. Assessment of Cardiac Morphological and Functional Changes in Mouse Model of Transverse Aortic Constriction by Echocardiographic Imaging. Journal of Visualized Experiment. (112), e54101 (2016).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Platt, M. J., Huber, J. S., Romanova, N., Brunt, K. R., Simpson, J. A. Pathophysiological Mapping of Experimental Heart Failure: Left and Right Ventricular Remodeling in Transverse Aortic Constriction Is Temporally, Kinetically and Structurally Distinct. Frontiers in Physiology. 9, 472 (2018).
- Garcia-Menendez, L., Karamanlidis, G., Kolwicz, S., Tian, R. Substrain specific response to cardiac pressure overload in C57BL/6 mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 305 (3), 397-402 (2013).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Li, Y. H., et al. Effect of age on peripheral vascular response to transverse aortic banding in mice. The Journal of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 58 (10), 895-899 (2003).
- Ruppert, M., et al. Myocardial reverse remodeling after pressure unloading is associated with maintained cardiac mechanoenergetics in a rat model of left ventricular hypertrophy. American Journal of Physiology-Heart and Circulation Physiology. 311 (3), 592-603 (2016).
- Treibel, T. A., et al. Reverse Myocardial Remodeling Following Valve Replacement in Patients With Aortic Stenosis. Journal of the American College of Cardiology. 71 (8), 860-871 (2018).
- Dadson, K., et al. Cellular, structural and functional cardiac remodelling following pressure overload and unloading. International Journal of Cardiology. 216, 32-42 (2016).
- Krayenbuehl, H. P., et al. Left ventricular myocardial structure in aortic valve disease before, intermediate, and late after aortic valve replacement. Circulation. 79 (4), 744-755 (1989).
- McCann, G. P., Singh, A. Revisiting Reverse Remodeling After Aortic Valve Replacement for Aortic Stenosis. Journal of the American College of Cardiology. 71 (8), 872-874 (2018).
- Miranda-Silva, D., et al. Characterization of biventricular alterations in myocardial (reverse) remodelling in aortic banding-induced chronic pressure overload. Science Reports. 9 (1), 2956 (2019).
