Misurazione della velocità di propagazione dell'impulso, distensiabilità e deformazione in un modello di topo abdominato di aneurisma aortico
Summary
Questo manoscritto descrive un protocollo dettagliato per l’utilizzo dell’imaging a ultrasuoni ad alta frequenza per misurare il diametro luminale, la velocità di propagazione degli impulsi, la distensibilità e la tensione radiale su un modello murino di aneurisma aortico addominale.
Abstract
Un aneurisma aortico addominale (AAA) è definito come una dilatazione localizzata dell’aorta addominale che supera il diametro intraluminale massimo (MILD) di 1,5 volte della sua dimensione originale. Studi clinici e sperimentali hanno dimostrato che piccoli aneurismi possono rompersi, mentre una sottopopolazione di grandi aneurismi può rimanere stabile. Così, oltre alla misurazione del diametro intraluminale dell’aorta, la conoscenza dei tratti strutturali della parete del vaso può fornire informazioni importanti per valutare la stabilità dell’AAA. L’irrigidimento aortico è recentemente emerso come uno strumento affidabile per determinare i primi cambiamenti nella parete vascolare. La velocità di propagazione dell’impulso (PPV) insieme alla distensibilità e al ceppo radiale sono metodi a base di ultrasuoni altamente utili rilevanti per valutare la rigidità aortica. Lo scopo principale di questo protocollo è quello di fornire una tecnica completa per l’uso del sistema di imaging a ultrasuoni per acquisire immagini e analizzare le proprietà strutturali e funzionali dell’aorta come determinato da MILD, PPV, distensibilità e deformazione radiale.
Introduction
Un aneurisma aortico addominale (AAA) rappresenta una significativa malattia cardiovascolare caratterizzata da una dilatazione localizzata permanente dell’aorta che supera il diametro originale del vaso di 1,5 volte1. AAA è tra le prime 13 cause di mortalità negli Stati Uniti2. La progressione dell’AAA è attribuita alla degenerazione della parete aortica e della frammentazione dell’elastina, portando infine alla rottura aortica. Questi cambiamenti nella parete aortica possono verificarsi senza un aumento significativo del diametro intraluminale massimo (MILD), suggerendo così che MILD da solo non è sufficiente per prevedere la gravità della malattia3. Pertanto, è necessario identificare ulteriori fattori per rilevare i cambiamenti iniziali nella parete aortica, che possono guidare le opzioni di trattamento precoce. L’obiettivo generale di questo protocollo è quello di fornire una guida pratica per valutare le proprietà funzionali aortiche utilizzando l’imaging aultraora come caratterizzato da misurazioni della velocità di propagazione degli impulsi (PPV), distendibilità e deformazione radiale.
Un modello sperimentale ben caratterizzato per studiare AAA, descritto per la prima volta da Daugherty e colleghi, comporta infusione sottocutanea di angiotensina II (AngII) tramite pompe osmotiche in Apoe-/- topi4. La misurazione precisa di MILD mediante imaging a ultrasuoni è stata determinante nella caratterizzazione dell’AAA in questo modello murino5. Anche se i cambiamenti istologici durante lo sviluppo di AAA sono stati ampiamente studiati, i cambiamenti nelle proprietà funzionali della parete del vaso come la rigidità aortica non sono stati ben caratterizzati. Questo protocollo enfatizza l’uso degli ultrasuoni ad alta frequenza in combinazione con le sofisticate analisi come potenti strumenti per studiare la progressione temporale dell’AAA. In particolare, questi approcci ci permettono di valutare le proprietà funzionali della parete del vaso misurate da PPV, distensibilità e deformazione radiale.
Recenti studi clinici su soggetti umani con AAA, così come nel modello AAA indotta da murasi elastasi, suggeriscono una correlazione positiva tra rigidità aortica e diametro aortico6,7. PPV, un indicatore di rigidità aortica, è accettato come un’ottima misura per quantificare i cambiamenti di rigidità nella parete del vaso6,8. Il PPV viene calcolato misurando il tempo di transito della forma d’onda dell’impulso in due siti lungo la vascolatura, fornendo così una valutazione regionale della rigidità aortica. Recentemente abbiamo dimostrato che una maggiore rigidità aortica misurata dal PPV, e a livello cellulare come determinato utilizzando la microscopia a forza atomica, è positivamente correlata allo sviluppo dell’aneurisma9. Inoltre, la letteratura suggerisce che la rigidità aortica può precedere la dilatazione aneurismica e quindi può fornire informazioni utili sulle proprietà intrinseche regionali della parete del vaso durante lo sviluppo di AAA10. Allo stesso modo, le misure di distensibilità e deformazione sono gli strumenti di quantificazione per misurare i precedenti cambiamenti della forma fisica arteriosa. Le arterie sane sono flessibili ed elastiche, mentre con una maggiore rigidità e meno elasticità, la distensibilità e lo sforzo diminuiscono. Qui, forniamo una guida pratica e un protocollo passo dopo passo per l’uso di un sistema ad ultrasuoni ad alta frequenza per misurare MILD, PPV, distensibilità e deformazione radiale nei topi. Il protocollo fornisce approcci tecnici che dovrebbero essere utilizzati in combinazione con le informazioni di base fornite dai manuali per specifici strumenti di imaging ad ultrasuoni e il video tutorial di accompagnamento. È importante sottolineare che nelle nostre mani il protocollo di imaging descritto fornisce dati riproducibili e accurati che appaiono preziosi nello studio dello sviluppo e della progressione dell’AAA sperimentale.
Per dimostrare ulteriormente l’utilità dell’imaging a ultrasuoni, forniamo immagini di esempio e misurazioni prese dai nostri studi volti a utilizzare approcci farmacologici per prevenire l’AAA11sperimentale. In particolare, la segnalazione della tacca è stata proposta per essere coinvolta in molteplici aspetti dello sviluppo vascolare e dell’infiammazione12. Utilizzando aploinsufficienza genica e approcci farmacologici, abbiamo dimostrato in precedenza che l’inibizione di Notch riduce lo sviluppo di AAA nei topi prevenendo l’infiltrazione dei macrofagi nel sito della lesione vascolare13,14,15. Per l’articolo corrente, utilizzando l’approccio farmacologico per l’inibizione di Notch ci concentriamo sulla relazione tra rigidità aortica e fattori relativi all’AAA. Questi studi dimostrano che l’inibizione di Notch riduce la rigidità aortica, che è una misura della progressione AAA11.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’imaging ad ultrasuoni fornisce una potente tecnica per determinare le proprietà funzionali dell’aorta attraverso misurazioni di PPV, distensibilità e deformazione radiale. Queste misurazioni sono particolarmente istruttive per lo studio dei modelli murini di AAA e l’approccio in vivo consente la raccolta di dati longitudinali potenzialmente importanti per comprendere lo sviluppo temporale della patologia aortica. In particolare, le misurazioni della rigidità aortica in vivo sono determinate localmente nell’aorta add…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da R01HL124155 (CPH) e finanziamenti dal Research Institute presso l’Università del Missouri alla CPH.
Materials
| Angiotensin II | Sigma | A9525 | |
| Apoe-/- mice | The Jackon lab |  |
|
| Clippers | WAHL | 1854 | |
| Cotton swab | Q-tips | ||
| DAPT | Sigma | D5942 | |
| Depilatory cream | Nair | LL9038 | |
| Electrode cream | Sigma | 17-05 | |
| Gel warmer | Thermasonic (Parker) | 82-03 (LED) | |
| Heating pad | Stryker | T/pump professional | |
| Isoflurane | VetOne | Fluriso TM | |
| Isoflurane vaporizer | Visualsonics | VS4244 | |
| Lubricating ophthalmic ointment | Lacri-lube | ||
| Osmotic pumps | Alzet | Model 2004 | |
| Oxygen tank | Air gas | ||
| Tranducer | Visualsonics | MS-400 or MS550D | |
| Ultrasonic gel | Parker | Aquasonic clear | |
| Ultrasound Imaging System | Visualsonics | Vevo 2100 | |
| Vevo Vasc Software | Visualsonics |
Referências
- Wanhainen, A. How to Define an Abdominal Aortic Aneurysm — Influence on Epidemiology and Clinical Practice. Scandinavian Journal of Surgery. 97, 105-109 (2008).
- Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics—2018 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 137, 67 (2018).
- Xu, J., Shi, G. -. P. Vascular wall extracellular matrix proteins and vascular diseases. Biochimica et biophysica acta. 1842, 2106-2119 (2014).
- Daugherty, A., Manning, M. W., Cassis, L. A. Angiotensin II promotes atherosclerotic lesions and aneurysms in apolipoprotein E-deficient mice. Journal of Clinical Investigation. 105, 1605-1612 (2000).
- Au – Sawada, H., et al. Ultrasound Imaging of the Thoracic and Abdominal Aorta in Mice to Determine Aneurysm Dimensions. Journal of Visualized Experiments. , 59013 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- van Disseldorp, E. M. J., et al. Influence of limited field-of-view on wall stress analysis in abdominal aortic aneurysms. Journal of Biomechanics. 49, 2405-2412 (2016).
- Miyatani, M., et al. Pulse wave velocity for assessment of arterial stiffness among people with spinal cord injury: a pilot study. Journal of Spinal Cord Medicine. 32, 72-78 (2009).
- Sharma, N., et al. Deficiency of IL12p40 (Interleukin 12 p40) Promotes Ang II (Angiotensin II)-Induced Abdominal Aortic Aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 39, 212-223 (2019).
- Raaz, U., et al. Segmental Aortic Stiffening Contributes to Experimental Abdominal Aortic Aneurysm Development. Circulation. 131, 1783-1795 (2015).
- Sharma, N., et al. Pharmacological inhibition of Notch signaling regresses pre-established abdominal aortic aneurysm. Scientific Reports. , (2019).
- Bray, S. J. Notch signalling: a simple pathway becomes complex. Nature Reviews Molecular and Cell Biology. 7, 678-689 (2006).
- Hans, C. P., et al. Inhibition of Notch1 signaling reduces abdominal aortic aneurysm in mice by attenuating macrophage-mediated inflammation. Arteriosclerosis, Thrombosis and Vascular Biology. 32, 3012-3023 (2012).
- Cheng, J., Koenig, S. N., Kuivaniemi, H. S., Garg, V., Hans, C. P. Pharmacological inhibitor of notch signaling stabilizes the progression of small abdominal aortic aneurysm in a mouse model. Journal of American Heart Association. 3, 001064 (2014).
- Hans, C. P., et al. Transcriptomics analysis reveals new insights into the roles of Notch1 signaling on macrophage polarization. The Journal of Immunology. 200, (2018).
- Paraskevas, K. I., et al. Evaluation of aortic stiffness (aortic pulse-wave velocity) before and after elective abdominal aortic aneurysm repair procedures: a pilot study. Open Cardiovascular Medicine Journal. 3, 173-175 (2009).
- Fortier, C., Desjardins, M. P., Agharazii, M. Aortic-Brachial Pulse Wave Velocity Ratio: A Measure of Arterial Stiffness Gradient Not Affected by Mean Arterial Pressure. Pulse. 5, 117-124 (2017).
- Golledge, J. Abdominal aortic aneurysm: update on pathogenesis and medical treatments. Nature Reviews Cardiology. 16 (4), 225-242 (2019).
- Choksy, S. A., Wilmink, A. B., Quick, C. R. Ruptured abdominal aortic aneurysm in the Huntingdon district: a 10-year experience. Annals of the Royal College of Surgeons of England. 81, 27-31 (1999).
- Luo, F., Zhou, X. -. L., Li, J. -. J., Hui, R. -. T. Inflammatory response is associated with aortic dissection. Ageing Research Reviews. 8, 31-35 (2009).
