En intakt perikardium iskemisk gnagermodell
Summary
Denne protokollen skisserer trinnene for å indusere hjerteinfarkt hos mus samtidig som perikardiet og innholdet opprettholdes.
Abstract
Denne protokollen har vist at perikardiet og dets innhold spiller en viktig antifibrotisk rolle i den iskemiske gnagermodellen (koronar ligering for å indusere myokardskade). De fleste prekliniske myokardinfarktmodeller krever forstyrrelse av perikardintegritet med tap av det homeostatiske cellulære miljøet. Imidlertid har vi nylig utviklet en metodikk for å indusere hjerteinfarkt, noe som minimerer perikardskader og beholder hjertets bosatte immuncellepopulasjon. En forbedret hjertefunksjonell restitusjon hos mus med intakt perikardialrom etter koronar ligering er observert. Denne metoden gir en mulighet til å studere inflammatoriske responser i perikardialrommet etter hjerteinfarkt. Videreutvikling av merkingsteknikkene kan kombineres med denne modellen for å forstå skjebnen og funksjonen til perikardiale immunceller i regulering av de inflammatoriske mekanismene som driver ombygging i hjertet, inkludert fibrose.
Introduction
Den dag i dag er kardiovaskulær sykdom (CVD) anerkjent som den ledende dødsårsaken globalt, noe som resulterer i en betydelig økonomisk byrde og reduksjon i pasientens livskvalitet1. Koronarsykdom (CAD) er en sub-type CVD og spiller en viktig rolle i utviklingen av hjerteinfarkt (MI), som er en hovedbidragsyter til dødelighet. Per definisjon skyldes MI irreversibel skade på myokardvevet på grunn av langvarige tilstander av iskemi og hypoksi. Myokardvev mangler regenereringskapasitet, så skader er permanente og resulterer i erstatning av hjertemuskelen med et fibrotisk arr som i utgangspunktet kan være beskyttende, men til slutt bidrar til ugunstig hjerteoppussing og eventuell hjertesvikt2.
Selv om behandlingen av pasienter med CAD har blitt dramatisk forbedret de siste tiårene, påvirker kronisk hjertesvikt (CHF) sekundært til iskemi mange pasienter over hele verden. For å forebygge og håndtere denne epidemien er det nødvendig å forstå de underliggende mekanismene mer omfattende og utvikle nye terapeutiske tilnærminger. Videre fremhever tidligere funn begrensningene ved systemisk terapi og nødvendigheten av å utvikle presise alternativer. Gitt å undersøke molekylære følger av MI hos mennesker påvirkes av evnen til å få tilgang til infarkt vev, er dyremodeller som rekapitulerer egenskapene og utviklingen av human MI og CHF relatert til CVD uunnværlige.
Ettersom ideelle dyremodeller ligner en menneskelig lidelse for strukturelle og funksjonelle egenskaper, bør sykdomsetiologi veilede deres oppfatning. I CAD er det kronisk aterosklerotisk stenose av koronararterier eller akutt trombotisk okklusjon. Ulike metoder har blitt utviklet og anvendt i ulike arter av laboratoriedyr for å indusere koronararterie innsnevring eller okklusjon. Slike strategier kan grovt klassifiseres i to grupper: (1) mekanisk manipulering av en koronararterie for å indusere en MI og (2) fremskynde aterosklerose for å lette koronar innsnevring som fører til en MI. Den første strategien innebærer vanligvis enten ligering av en koronararterie eller plassering av en stent i arterien. Den andre tilnærmingen har en tendens til å stole på å endre dyrets diett for å inkludere høyt fett / kolesterol mat. Noen av begrensningene i denne sistnevnte tilnærmingen inkluderer mangel på kontroll på tidspunktet og stedet for koronar okklusjoner.
I motsetning til dette har kirurgisk induksjon av MI eller iskemi i en dyremodell flere fordeler, for eksempel plassering, presis timing og omfang av koronarhendelsen, noe som fører til mer reproduserbare resultater. Den mest brukte metoden er kirurgisk ligering av venstre fremre nedadgående koronararterie (LAD). Slike modeller rekapitulerer menneskelige responser på akutt iskemisk skade, samt progresjonen til CHF3. Opprinnelig utviklet i større dyr, har LAD-kirurgi på små dyr som gnagere blitt mer gjennomførbart med fremskritt innen teknologi4. Ved å etablere slike modeller har mus blitt favorisert av ulike årsaker, inkludert deres relative tilgjengelighet, lave utgifter i boliger og deres evne til genetisk manipulasjon.
Moderne kirurgiske modeller av iskemisk hjertesykdom ved bruk av LAD-okklusjon krever at forskeren åpner perikardiet for midlertidig eller permanent å ligere arterien5. Slike strategier resulterer i forstyrrelse av perikardialrommet, som spiller en i hovedsak mekanisk og smørende funksjon for å sikre riktig hjertefunksjon. En annen ulempe ved å åpne perikardiet er å miste dyrets opprinnelige perikardvæske med sine forskjellige cellulære og proteinkomponenter 6,7. Som svar ble en metode for å indusere MI mens perikardiet holdes intakt utviklet av oss. I tillegg til å minimere forstyrrelsen av dette homeostatiske miljøet, tillater denne tilnærmingen merking og sporing av bestemte celler etter å ha forårsaket en MI. I tillegg representerer denne tilnærmingen bedre myokardisk iskemisk skade i den menneskelige innstillingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Å indusere en MI i et lukket perikardium hos gnagere er unikt og kan ha potensielt betydelige anvendelser. Prosedyren er avhengig av kirurgens kjennskap til gnagermodellen og gnagerens hjerteanatomi. Suksess er også avhengig av omsorgen gitt i tre kritiske trinn: intercostal muskelinnsnitt og ribberetraksjon (trinn 1.11-1.13), skape infarkt (trinn 1.17) og dyregjenoppretting (trinn 1.22-1.24).
Toraktomien må gjøres flittig for å unngå punktering eller lacerating perikardiet. Det mest avg…
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).
