En intakt perikardium iskæmisk gnavermodel
Summary
Denne protokol skitserer trinene til inducering af myokardieinfarkt hos mus, samtidig med at perikardiet og dets indhold bevares.
Abstract
Denne protokol har vist, at perikardiet og dets indhold spiller en væsentlig antifibrotisk rolle i den iskæmiske gnavermodel (koronar ligering for at fremkalde myokardieskade). De fleste prækliniske modeller af myokardieinfarkt kræver forstyrrelse af perikardial integritet med tab af det homeostatiske cellulære miljø. Men for nylig er der udviklet en metode af os til at fremkalde myokardieinfarkt, hvilket minimerer perikardieskader og bevarer hjertets bosiddende immuncellepopulation. En forbedret hjertefunktionel genopretning hos mus med et intakt perikardierum efter koronar ligering er blevet observeret. Denne metode giver mulighed for at studere inflammatoriske reaktioner i perikardierummet efter myokardieinfarkt. Yderligere udvikling af mærkningsteknikkerne kan kombineres med denne model for at forstå skæbnen og funktionen af perikardiale immunceller til regulering af de inflammatoriske mekanismer, der driver ombygning i hjertet, herunder fibrose.
Introduction
Den dag i dag anerkendes hjerte-kar-sygdomme (CVD) som den største dødsårsag globalt, hvilket resulterer i en betydelig økonomisk byrde og reduktion i patientens livskvalitet1. Koronararteriesygdom (CAD) er en undertype af CVD og spiller en væsentlig rolle i udviklingen af myokardieinfarkt (MI), som er en hovedbidragyder til dødeligheden. Per definition skyldes MI irreversibel skade på myokardievævet på grund af langvarige tilstande af iskæmi og hypoxi. Myokardievæv mangler regenereringskapacitet, så skader er permanente og resulterer i udskiftning af hjertemusklen med et fibrotisk ar, der oprindeligt kan være beskyttende, men i sidste ende bidrager til negativ hjerteombygning og eventuel hjertesvigt2.
Selvom behandlingen af patienter med CAD er dramatisk forbedret i løbet af de sidste par årtier, påvirker kronisk hjertesvigt (CHF) sekundært til iskæmi mange patienter over hele verden. For at forebygge og håndtere denne epidemi er det nødvendigt at forstå de underliggende mekanismer mere omfattende og udvikle nye terapeutiske tilgange. Desuden fremhæver tidligere resultater begrænsningerne ved systemisk terapi og nødvendigheden af at udvikle præcise alternativer. Da undersøgelse af de molekylære følgevirkninger af MI hos mennesker påvirkes af evnen til at få adgang til infarktvæv, er dyremodeller, der rekapitulerer karakteristika og udvikling af humant MI og CHF relateret til CVD, uundværlige.
Da ideelle dyremodeller ligner en menneskelig lidelse for strukturelle og funktionelle egenskaber, bør sygdomsætiologi styre deres opfattelse. I CAD er det den kroniske aterosklerotiske stenose af koronararterier eller akut trombotisk okklusion. Forskellige metoder er blevet udviklet og anvendt i forskellige arter af forsøgsdyr til at inducere koronararterieindsnævring eller okklusion. Sådanne strategier kan bredt klassificeres i to grupper: (1) mekanisk manipulation af en koronararterie for at inducere et MI og (2) fremskynde aterosklerose for at lette koronar indsnævring, der fører til et MI. Den første strategi involverer normalt enten ligering af en koronararterie eller placering af en stent i arterien. Den anden tilgang har tendens til at stole på at ændre dyrets kost til at omfatte højt fedtindhold / kolesterol mad. Nogle af begrænsningerne ved sidstnævnte tilgang omfatter manglen på kontrol på tidspunktet og stedet for koronar okklusioner.
I modsætning hertil har den kirurgiske induktion af MI eller iskæmi i en dyremodel flere fordele, såsom placering, præcis timing og omfang af koronar begivenhed, hvilket fører til mere reproducerbare resultater. Den mest anvendte metode er kirurgisk ligering af venstre forreste nedadgående koronararterie (LAD). Sådanne modeller rekapitulerer menneskelige reaktioner på akut iskæmisk skade såvel som progressionen til CHF3. Oprindeligt udviklet til større dyr, LAD kirurgi på små dyr som gnavere er blevet mere gennemførlig med fremskridt inden for teknologi4. Ved etablering af sådanne modeller er mus blevet begunstiget af forskellige årsager, herunder deres relative tilgængelighed, lave omkostninger i boliger og deres kapacitet til genetisk manipulation.
Moderne kirurgiske modeller af iskæmisk hjertesygdom ved hjælp af LAD-okklusion kræver, at forskeren åbner perikardiet for midlertidigt eller permanent at ligere arterien5. Sådanne strategier resulterer i forstyrrelse af perikardierummet, som spiller en i det væsentlige mekanisk og smørende funktion for at sikre korrekt hjertefunktion. En anden ulempe ved at åbne perikardiet er at miste dyrets oprindelige perikardievæske med dets forskellige cellulære og proteinkomponenter 6,7. Som svar blev en metode til at inducere MI, mens vi holdt perikardiet intakt, udviklet af os. Ud over at minimere forstyrrelsen af dette homeostatiske miljø giver denne tilgang mulighed for mærkning og sporing af specifikke celler efter at have forårsaget et MI. Desuden repræsenterer denne tilgang bedre myokardieiskæmisk skade i den menneskelige indstilling.
Protocol
Representative Results
Discussion
Inducering af et MI i et lukket perikardium hos gnavere er unikt og kan have potentielt betydelige anvendelser. Proceduren er stærkt afhængig af kirurgens fortrolighed med gnavermodellen og gnaverens hjerteanatomi. Succes afhænger også af den pleje, der gives i tre kritiske trin: interkostalt muskelsnit og ribbentilbagetrækning (trin 1.11-1.13), oprettelse af infarkt (trin 1.17 ) og dyregenopretning (trin 1.22-1.24).
Thoracotomi skal udføres flittigt for at undgå punktering eller lacera…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ingen.
Materials
| Steri-350 Bead Sterilizer | Inotech | NC9449759 | |
| 10% Formalin | Millipore Sigma | HT501128-4L | |
| 40 µm Cell strainer | VWR | CA21008-949 | Falcon, 352340 |
| 70 µm Cell strainer | VWR | CA21008-952 | Falcon, 352350 |
| ACK Lysis Buffer | Thermo Fisher | A1049201 | |
| BD Insyte-W Catheter Needle 24 G X 3/4" | CDMV Inc | 108778 | |
| Betadine (10% povidone-iodine topical solution) | CDMV Inc | 104826 | |
| Blunt Forceps | Fine Science Tools | FST 11000-12 | |
| BNP Ophthalmic Ointment | CDMV Inc | 17909 | |
| Castroviejo Needle Driver | Fine Science Tools | FST 12061-01 | |
| Centrifuge 5810R | Eppendorf | 22625101 | |
| Collagenase I | Millipore Sigma | SCR103 | |
| Collagenase XI | Millipore Sigma | C7657 | |
| Covidien 5-0 Polysorb Suture – CV-11 taper needle | Medtronic Canada | GL-890 | |
| Covidien 5-0 Polysorb Suture – PC-13 cutting needle | Medtronic Canada | SL-1659 | |
| Curved Blunt Forceps | Fine Science Tools | FST 11009-13 | |
| Dako Mounting Medium | Agilen | CS70330-2 | |
| DNase I | Millipore Sigma | 11284932001 | |
| Ethanol, 100% | Millipore Sigma | MFCD00003568 | |
| Ethicon 8-0 Ethilon Suture – BV-130-4 taper needle | Johnson & Johnson Inc. | 2815G | |
| Fiber-Optic Light | Nikon | 2208502 | |
| Fine Forceps | Fine Science Tools | FST 11150-10 | |
| Fluoresbrite® YG Carboxylate Microspheres 1.00 µm | Polysciences, Inc. | 15702 | |
| Geiger Thermal Cautery Unit | World Precision Instruments | 501293 | Model 150-ST |
| Hyaluronidase | Millipore Sigma | H4272 | |
| Isofluorane Vaporizer | Harvard Apparatus | 75-0951 | |
| Isoflurane USP, 250 mL | CDMV Inc | 108737 | |
| Magnetic Fixator Retraction System | Fine Science Tools | 18200-20 | |
| MX550D- 40 MHz probe | Fujifilm- Visual Sonics | ||
| Needle Driver | Fine Science Tools | FST 12002-12 | |
| PE-10 Tubing | Braintree Scienctific, Inc. | PE10 50 FT | |
| Scissors | Fine Science Tools | FST 14184-09 | |
| SMZ-1B Stereo Microscope | Nikon | SMZ1-PS | |
| VentElite Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus | 55-7040 | |
| Vetergesic (10 mL, 0.3mg/mL buprenorphine)) | CDMV Inc | 124918 | controlled drug |
| Vevo 2100 Software | Fujifilm-Visual Sonics |
References
- Virani, S. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141, 139 (2020).
- Iismaa, S. E., et al. Comparative regenerative mechanisms across different mammalian tissues. NPJ Regenerative Medicine. 3 (6), (2018).
- Bayat, H., et al. Progressive heart failure after myocardial infarction in mice. Basic Research in Cardiology. 97 (3), 206-213 (2002).
- Virag, J. A., Lust, R. M. Coronary artery ligation and intramyocardial injection in a murine model of infarction. Journal of Visualized Experiments. 52, 2581 (2011).
- De Villiers, C., Riley, P. R. Mouse models of myocardial infarction: comparing permanent ligation and ischaemia-reperfusion. Disease Models & Mechanisms. 13 (11), (2020).
- Borlaug, B. A., Reddy, Y. N. V. The role of the pericardium in heart failure: Implications for pathophysiology and treatment. JACC Heart Failure. 7 (7), 574-585 (2019).
- Pfaller, M. R., et al. The importance of the pericardium for cardiac biomechanics: from physiology to computational modeling. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 18 (2), 503-529 (2019).
- Deniset, J. F., et al. Gata6(+) Pericardial Cavity Macrophages Relocate to the Injured Heart and Prevent Cardiac Fibrosis. Immunity. 51 (1), 131-140 (2019).
- Weber, G. F. Immune targeting of the pleural space by intercostal approach. BMC Pulmonary Medicine. 15, 14 (2015).
- Nakatani, T., Shinohara, H., Fukuo, Y., Morisawa, S., Matsuda, T. Pericardium of rodents: pores connect the pericardial and pleural cavities. The Anatomical Record. 220, 132-137 (1988).
- Tyberg, J. V., et al. The relationship between pericardial pressure and right atrial pressure: an intraoperative study. Circulation. 73, 428-432 (1986).
- Hamilton, D. R., Sas, R., Semlacher, R. A., Kieser Prieur, T. M., Tyberg, J. V. The relationship between left and right pericardial pressures in humans: an intraoperative study. The Canadian Journal of Cardiology. 27, 346-350 (2011).
- Park, D. S. J., et al. Human pericardial proteoglycan 4 (lubricin): Implications for postcardiotomy intrathoracic adhesion formation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 156 (4), 1598-1608 (2018).
