Implantasjon av menneskestore koronarstenter i Rat Abdominal Aorta ved hjelp av en trans-femoral tilgang
Summary
Denne protokollen beskriver implantasjon av menneskelige koronar stenter i abdominal aorta av rotter med en apoE-/- bakgrunn ved hjelp av en trans-femoral tilgang. Sammenlignet med andre dyremodeller bærer murine modeller fordelene med høy gjennomstrømning, reproduserbarhet, enkel håndtering og boliger, og en bred tilgjengelighet av molekylære markører.
Abstract
Perkutan koronarintervensjon (PCI), kombinert med utplassering av en koronarstent, representerer gullstandarden i intervensjonsbehandling av koronararteriesykdom. In-stent restenosis (ISR) bestemmes av en overdreven spredning av neointimalt vev i stenten og begrenser den langsiktige suksessen til stenter. En rekke dyremodeller har blitt brukt til å belyse patofysiologiske prosesser som ligger til grunn for in-stent restenosis (ISR), med porcin koronary og kanin iliac arterie modeller som den mest brukte. Murine modeller gir fordelene med høy gjennomstrømning, enkel håndtering og boliger, reproduserbarhet og en bred tilgjengelighet av molekylære markører. Den apolipoprotein E mangelfull (apoE-/- ) musemodell har blitt mye brukt til å studere kardiovaskulære sykdommer. Stenter må imidlertid miniatyriseres for å implanteres i mus, som involverer viktige endringer i deres mekaniske og (potensielt) biologiske egenskaper. Bruken av apoE-/- rotter kan overvinne disse manglene som apoE-/- rotter tillater evaluering av humane koronarstenter samtidig som de gir en aterogen fenotype. Dette gjør dem til en utmerket og pålitelig modell for å undersøke ISR etter stentimplantasjon. Her beskriver vi i detalj implantasjonen av kommersielt tilgjengelige menneskelige koronarstenter i abdominal aorta av rotter med apoE– / – bakgrunn ved hjelp av en trans-femoral tilgang.
Introduction
Perkutan koronarintervensjon (PCI), kombinert med utplassering av en koronarstent, representerer gullstandarden i intervensjonsbehandling av koronararteriesykdom1. Den langsiktige suksessen til stenter kan imidlertid begrenses av forekomsten av in-stent restenosis (ISR) som bestemmes av en overdreven spredning av neointimalt vev i stent2,3. ISR kan kreve en re-intervensjon enten med koronar arterie bypass eller re-PCI. En rekke dyremodeller har blitt foreslått for studiet av ISR, hver av dem med fordeler og mangler. De største ulempene ved de mest brukte porcine koronar- og kanin iliac arteriemodellene, om enn å utvikle lesjoner som er markert lik mennesker etter stentimplantasjon4,5, er store dyre- og boligkostnader som bringer opp logistiske vanskeligheter spesielt i langsiktige studier, samt begrensninger i håndtering og utstyr. Videre er tilgjengeligheten av antistoffer mot cellulære proteiner av svin og kaniner begrenset. På den annen side gir murine modeller de viktigste fordelene med høy gjennomstrømning og reproduserbarhet, samt enkel håndtering, boliger og derfor kostnadseffektivitet. Videre er et høyere antall antistoffer tilgjengelig. Men mens apolipoprotein E-deficient (apoE-/-) mus har blitt bredt brukt til studiet av aterosklerose6,7,8, er de uegnet til studiet av ISR, da stenter må miniatyriseres for å bli implantert i mus, og potensielt endre stentenes mekaniske egenskaper. Videre måler aortaveggen til mus mellom 50 μm hos unge mus og 85 μm i gamle mus9, og stenter må utplasseres ved hjelp av trykknivåer så lave som 2 atm, noe som kan føre til misbilleggelse av stent10. Rotter tillater imidlertid implantasjon av kommersielt tilgjengelige menneskelige koronarstenter, og demonstrerer et vaskulært helbredelseskurs som ligner større dyr etter aortastenlantlantasjon, først rapportert av Langeveld et al.11. Denne teknikken krevde opprinnelig en trans-abdominal tilgang, noe som nødvendiggjorde en fysisk innsnevring av aorta for å oppnå et midlertidig avbrudd i blodstrømmen. For å unngå potensielt assosiert karskade og inflammatoriske reaksjoner, ble teknikken senere raffinert ved innføring av en trans-iliac tilgang, noe som i tillegg resulterte i en høyere overlevelsesrate for dyrene12.
Fordi wildtype rotter ikke utvikler aterosklerotiske lesjoner13, har apoE-/- rotter blitt generert ved hjelp av nukleaseteknikker som Transkripsjon Activator-Lignende Effector Nuclease (TALEN)14, Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9)15, og Zinc Finger (ZF)16. ApoE-/- rotter har vært kommersielt tilgjengelige siden 2011. Ved å gi en aterogen bakgrunn gir apoE-/- rotter en mer realistisk evaluering av koronarstenter i menneskelig størrelse, spesielt med hensyn til ISR.
Her beskriver vi metoden via den transfemorale tilgangsruten og bruker en kommersielt tilgjengelig tynnstruet kobolt-krom-eluting stent (DES), men det kan også brukes til studiet av andre stenttyper, for eksempel nakne metallstenter (BMS) eller biologisk nedbrytbare stenter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokollen beskriver implantasjon av humane koronar stenter i abdominal aorta av apoE-/- rotter. Flere tekniske punkter er verdt å understreke. For det første bør en uoverensstemmelse mellom stentstørrelsen og størrelsen på aorta unngås. Å plassere for liten en stent kan føre til stent malapposition, mens implantasjon av en stent som er for stor for aorta kan forårsake overstretch, rive og skade på fartøyet. Derfor anbefaler vi å bruke stenter mellom 2,0 og 2,5 mm i diameter, og å holde im…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil takke fru Angela Freund for hennes uvurderlige tekniske assistanse med innebygging og lysbildeproduksjon. Vi vil også takke Mr. Tadeusz Stopinski ved Institute for Laboratory Animal Science &Experimental Surgery for hans innsiktsfulle hjelp med veterinærarbeidet.
Materials
| Diet | |||
| SNIFF High Fat diet + Clopidogrel (15 mg/kg) | SNIFF Spezialdiäten GmbH, Soest | custom prepared | Western Diet |
| Drugs and Anesthetics | |||
| Buprenorphine | Essex Pharma | 997.00.00 | |
| ISOFLO (Isoflurane Vapor) vaporiser | Eickemeyer | 4802885 | |
| Isoflurane | Forene Abbott | B 506 | |
| Isotonic (0.9%) NaCl solution | DeltaSelect GmbH | PZN 00765145 | |
| Ringer's lactate solution | Baxter Deutschland GmbH | 3775380 | |
| (S)-ketamine | CEVA Germany | ||
| Xylazine | Medistar Germany | ||
| Consumable supplies | |||
| 10 mL syringes | BD Plastipak | 4606108V | |
| 2 mL syringes | BD Plastipak | 4606027V | |
| 6-0 prolene suture | ETHICON | N-2719K | |
| 4-0 silk suture | Seraflex | IC 158000 | |
| Bepanthen Eye and Nose Ointment | Bayer Vital GmbH | 6029009.00.00 | |
| Cotton Gauze swabs | Fuhrmann GmbH | 32014 | |
| Durapore silk tape | 3M | 1538-1 | |
| Poly-Alcohol Skin Desinfection Solution | Antiseptica GmbH | 72PAH200 | |
| Sterican needle 18 G | B. Braun | 304622 | |
| Sterican needle 27 3/4 G | B.Braun | 4657705 | |
| Tissue Paper | commercially available | ||
| Surgical instruments | |||
| Graefe forceps curved x1 | Fine Science Tools Inc. | 11151-10 | |
| Graefe forceps straight | Fine Science Tools Inc. | 11050-10 | |
| Needle holder Mathieu | Fine Science Tools Inc. | 12010-14 | |
| Scissors | Fine Science Tools Inc. | 14074-11 | |
| Semken forceps | Fine Science Tools Inc. | 11008-13 | |
| Small surgical scissors curved | Fine Science Tools Inc. | 14029-10 | |
| Small surgical scissors straight | Fine Science Tools Inc. | 14028-10 | |
| Standard pattern forceps | Fine Science Tools Inc. | 11000-12 | |
| Vannas spring scissors | Fine Science Tools Inc. | 15000-08 | |
| Equipment | |||
| Dissecting microscope | Leica MZ9 | ||
| Temperature controlled heating pad | Sygonix | 26857617 | |
| Equipment for stent implantation | |||
| Drug-eluting stent Xience 2,25mm x 8mm | Abbott Vascular USA | 1009544-18 | |
| Guide wire Fielder XT PTCA guide wire: 0.014" x 300cm | ASAHI INTECC CO., LTD Japan | AGP140302 | |
| Inflation syringe system | Abbott 20/30 Priority Pack | 1000186 | |
| Tissue processing and analysis | |||
| 30% H2O2 | Roth | 9681 | Histology |
| Ethanol | Roth | K928.1 | Histology |
| Giemsas Azur-Eosin-Methylenblau | Merck | 109204 | Histology |
| Graphic Drawing Tablet | WACOM Europe GmbH | CTL-6100WLK-S | |
| Roti Histofix, Formaldehyd 4% buffered | Roth | P087 | Histology |
| Technovit 9100 | Morphisto | 12225.K1000 | Histology |
Referências
- Patel, M. R., et al. ACC/AATS/AHA/ASE/ASNC/SCAI/SCCT/STS 2017 Appropriate Use Criteria for Coronary Revascularization in Patients With Stable Ischemic Heart Disease: A Report of the American College of Cardiology Appropriate Use Criteria Task Force, American Association for Thoracic Surgery, American Heart Association, American Society of Echocardiography, American Society of Nuclear Cardiology, Society for Cardiovasular Angiography and Interventions, Society of Cardiovascular Computed Tomography, and Society of Thoracic Surgeons. Journal of the American College of Cardiology. 69 (17), 2212-2241 (2017).
- Virmani, R., Farb, A. Pathology of in-stent restenosis. Current Opinion in Lipidology. 10 (6), 499-506 (1999).
- Buccheri, D., Piraino, D., Andolina, G., Cortese, B. Understanding and managing in-stent restenosis: a review of clinical data, from pathogenesis to treatment. Journal of Thoracic Disease. 8 (10), 1150-1162 (2016).
- Perkins, L. E. Preclinical models of restenosis and their application in the evaluation of drug-eluting stent systems. Veterinary Pathology. 47 (1), 58-76 (2010).
- Kim, W. H., et al. Histopathologic analysis of in-stent neointimal regression in a porcine coronary model. Coronary Artery Disease. 11 (3), 273-277 (2000).
- Plump, A. S., et al. Severe hypercholesterolemia and atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice created by homologous recombination in ES cells. Cell. 71 (2), 343-353 (1992).
- Breslow, J. L. Transgenic mouse models of lipoprotein metabolism and atherosclerosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (18), 8314-8318 (1993).
- Knowles, J. W., Maeda, N. Genetic modifiers of atherosclerosis in mice. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 20 (11), 2336-2345 (2000).
- Wheeler, J. B., Mukherjee, R., Stroud, R. E., Jones, J. A., Ikonomidis, J. S. Relation of murine thoracic aortic structural and cellular changes with aging to passive and active mechanical properties. Journal of the American Heart Association. 4 (3), 001744 (2015).
- Rodriguez-Menocal, L., et al. A novel mouse model of in-stent restenosis. Atherosclerosis. 209 (2), 359-366 (2010).
- Langeveld, B., et al. Rat abdominal aorta stenting: a new and reliable small animal model for in-stent restenosis. Journal of Vascular Research. 41 (5), 377-386 (2004).
- Oyamada, S., et al. Trans-iliac rat aorta stenting: a novel high throughput preclinical stent model for restenosis and thrombosis. Journal of Surgical Research. 166 (1), 9 (2011).
- Touchard, A. G., Schwartz, R. S. Preclinical restenosis models: challenges and successes. Toxicologic Pathology. 34 (1), 11-18 (2006).
- Wei, S., et al. Apolipoprotein E-deficient rats develop atherosclerotic plaques in partially ligated carotid arteries. Atherosclerosis. 243 (2), 589-592 (2015).
- Zhao, Y., et al. Hyperlipidemia induces typical atherosclerosis development in Ldlr and Apoe deficient rats. Atherosclerosis. 271, 26-35 (2018).
- Ekuni, D., et al. Occlusal disharmony accelerates the initiation of atherosclerosis in apoE knockout rats. Lipids in Health and Disease. 13 (144), 13 (2014).
- Bhattacharya, D., Van Meir, E. G. A simple genotyping method to detect small CRISPR-Cas9 induced indels by agarose gel electrophoresis. Scientific Reports. 9 (1), 39950 (2019).
- Malik, N., et al. Intravascular stents: a new technique for tissue processing for histology, immunohistochemistry, and transmission electron microscopy. Heart. 80 (5), 509-516 (1998).
- Kumar, A. H., McCauley, S. D., Hynes, B. G., O’Dea, J., Caplice, N. M. Improved protocol for processing stented porcine coronary arteries for immunostaining. Journal of Molecular Histology. 42 (2), 187-193 (2011).
- Jiang, Z., et al. A novel vein graft model: adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), 18 (2004).
- Cornelissen, A., et al. Apolipoprotein E deficient rats generated via zinc-finger nucleases exhibit pronounced in-stent restenosis. Scientific Reports. 9 (1), 54541 (2019).
- Ritskes-Hoitinga, M. G. T., Jensen, T. L., Mikkelsen, L. F. . The Laboratory Mouse (Second Edition). , 567-599 (2012).
- Rune, I., et al. Long-term Western diet fed apolipoprotein E-deficient rats exhibit only modest early atherosclerotic characteristics. Scientific Reports. 8 (1), 23835 (2018).
- Daemen, J., et al. Early and late coronary stent thrombosis of sirolimus-eluting and paclitaxel-eluting stents in routine clinical practice: data from a large two-institutional cohort study. Lancet. 369 (9562), 667-678 (2007).
- Cornelissen, A., Vogt, F. J. The effects of stenting on coronary endothelium from a molecular biological view: Time for improvement. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 23 (1), 39-46 (2019).
- Mori, H., et al. Pathological mechanisms of left main stent failure. International Journal of Cardiology. 263, 9-16 (2018).
- Wolinsky, H., Glagov, S. Comparison of abdominal and thoracic aortic medial structure in mammals. Deviation of man from the usual pattern. Circulation Research. 25 (6), 677-686 (1969).
- Lowe, H. C., James, B., Khachigian, L. M. A novel model of in-stent restenosis: rat aortic stenting. Heart. 91 (3), 393-395 (2005).
- Unthank, J. L., Nixon, J. C., Lash, J. M. Early adaptations in collateral and microvascular resistances after ligation of the rat femoral artery. Journal of Applied Physiology. 79 (1), 73-82 (1985).
- Nevzati, E., et al. Biodegradable Magnesium Stent Treatment of Saccular Aneurysms in a Rat Model – Introduction of the Surgical Technique. Journal of Visualized Experiments. (128), e56359 (2017).
- Aquarius, R., Smits, D., Gounis, M. J., Leenders, W. P. J., de Vries, J. Flow diverter implantation in a rat model of sidewall aneurysm: a feasibility study. Journal of NeuroInterventional Surgery. 10 (1), 88-92 (2018).
