Verschlimmerung der Myokardischämie bei Feinstaubexposition im Atherosklerose-Tiermodell
Summary
Dieses Protokoll beschreibt ein zusammengesetztes Tiermodell mit Exposition gegenüber Feinstaub (PM), das die Myokardischämie mit Atherosklerose verschlimmert.
Abstract
Die durch Luftverschmutzung verursachten Gesundheitsprobleme (insbesondere Feinstaubbelastung) erhalten immer mehr Aufmerksamkeit, insbesondere bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen, was komplizierte Erkrankungen verschlimmert und eine schlechte Prognose verursacht. Das einfache Expositionsmodell für Myokardischämie (MI) oder Feinstaub (PM) ist für solche Studien von Krankheiten mit mehreren Ursachen ungeeignet. Hier wurde eine Methode zum Aufbau eines zusammengesetzten Modells beschrieben, das PM-Exposition, Atherosklerose und Myokardischämie kombiniert. ApoE−/− Mäuse wurden 16 Wochen lang mit einer fettreichen Diät gefüttert, um Atherosklerose zu entwickeln, eine tracheale Instillation von PM-Standardsuspension wurde durchgeführt, um die pulmonale Exposition von PM zu simulieren, und die linke vordere absteigende Koronararterie wurde eine Woche nach der letzten Exposition ligiert. Die Trachealinstillation von PM kann eine akute Lungenexposition simulieren und gleichzeitig die Kosten des Experiments erheblich senken. Die klassische linke vordere absteigende Arterienligatur mit nichtinvasiver Trachealintubation und einer neuen Hilfsexpansionsvorrichtung kann die Überlebensrate des Tieres sicherstellen und die Schwierigkeit der Operation reduzieren. Dieses Tiermodell kann die pathologischen Veränderungen des Myokardinfarkts des Patienten, die durch Luftverschmutzung verschlimmert werden, vernünftig simulieren und eine Referenz für die Konstruktion von Tiermodellen im Zusammenhang mit Studien mit Krankheiten mit mehreren Ursachen liefern.
Introduction
Luftverschmutzung wurde mit einer hohen Gesamtmortalität in Verbindung gebracht und trug zu einer signifikanten Krankheitslast bei, die mehr war als die Summe aus Wasserverschmutzung, Bodenverschmutzung und beruflicher Exposition1. Ein Bericht der WHO ergab, dass die Luftverschmutzung im Freien im Jahr 2016 weltweit 4,2 Millionen vorzeitige Todesfälle in Städten und ländlichen Gebieten verursachte2. 91% der Menschen weltweit leben an Orten, an denen die Luftqualität die WHO-Richtwerteüberschreitet 2. Darüber hinaus gilt der Feinstaub (PM) (≤2,5 μm Durchmesser, PM2,5) als die bedeutendste Bedrohung der Luftverschmutzung für die globale öffentliche Gesundheit3, insbesondere für die Menschen, die in Städten von Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen leben.
Die negativen Auswirkungen der Luftverschmutzung auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen verdienen mehr Aufmerksamkeit. Frühere Studien haben gezeigt, dass Feinstaub zu einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs) führt)4. Die Exposition gegenüber hohen Konzentrationen ultrafeiner Partikel über mehrere Stunden kann zu einer erhöhten Myokardinfarktmortalität führen. Bei Menschen mit einem Myokardinfarkt in der Vorgeschichte kann die Exposition gegenüber ultrafeinen Partikeln das Risiko eines erneuten Auftretens signifikant erhöhen5. Darüber hinaus ist allgemein anerkannt, dass die PM-Exposition das Fortschreiten der Atherosklerose beschleunigt6.
Für die medizinische Forschung ist es entscheidend, ein geeignetes Tiermodell auszuwählen. Einfache Atherosklerose-Tiermodelle7, Myokardischämie-Tiermodelle8 und PM-Expositions-Tiermodelle9 existieren bereits. ApoE−/− (Apolipoprotein E knocked out) Maus ist ein traditionelles Mausmodell, das in Atherosklerose-Studien verwendet wird. Die Fähigkeit, Plasma-Lipoproteine in ApoE−/−-Mäusen zu entfernen, ist stark beeinträchtigt. Die fettreiche Fütterung würde eine schwere Atherosklerose verursachen, ähnlich der Ernährungsabhängigkeit von atherosklerotischen Herzerkrankungen, die beim Menschen beobachtet werden7. Die Ligatur der linken vorderen absteigenden Koronararterie (LAD) ist eine klassische Methode zur Induktion des ischämischen Ereignisses 8,10. Die Trachealinfusion wurde in vielen Forschungen verwendet und unterscheidet sich von den Expositionsmodellen11,12 durch ihre bessere Simulation und niedrigere Kosten.
Tiermodelle einzelner Krankheiten haben jedoch erhebliche Einschränkungen in der wissenschaftlichen Forschung. Die allein durch die LAD-Ligatur induzierte Myokardischämie wird in der realen Situation nicht simuliert. Im natürlichen Zustand wird Myokardischämie in der Regel durch Plaqueruptur und blockierte Koronararterien verursacht13. Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie haben in der Regel atherosklerotische Grundläsionen13. Es gibt auch einen abnormalen Fettstoffwechsel und entzündliche Reaktionen im Körper14. Daher hat Ischämie, die durch physikalische Faktoren oder unter natürlichen Bedingungen verursacht wird, unterschiedliche pathologische Manifestationen. Bestehende Studien haben gezeigt, dass der Infarkt und die Entzündung in Myokardischämiemodellen mit Atherosklerose schwerer sind15,16. Die PM-Exposition kann Atherosklerose und Myokardischämie weiter verschlimmern, indem sie Entzündungen und oxidativen Stress induziert1. Im natürlichen Zustand koexistieren normalerweise drei Faktoren, so dass die tatsächliche Situation mit einem zusammengesetzten Modell besser simuliert werden könnte.
Dieses Protokoll beschreibt die Entwicklung eines Tiermodells für Myokardischämie (MI), das Atherosklerose (AS) und akute PM-Exposition kombiniert. ApoE−/− Mäuse wurden mit einer fettreichen Diät gefüttert, um Atherosklerose zu induzieren. Die pulmonale Exposition von PM wurde durch Tropfen von PM-Suspension durch die Luftröhre imitiert. Die Ligation des LAD bei Mäusen wurde verwendet, um eine Myokardischämie zu induzieren. Diese Methoden wurden kombiniert und optimiert, um den Krankheitszustand besser zu simulieren und die Überlebensrate von Tieren zu verbessern. Es ist keine große Belichtungseinheit oder Gasanästhesiemaschine erforderlich, wodurch das Experiment einfach durchzuführen ist. Dieses Modell kann verwendet werden, um die Auswirkungen der PM-Exposition bei der Luftverschmutzung auf Atherosklerose und ischämische Kardiomyopathie zu untersuchen und an neuen Medikamenten zu forschen, die zur Behandlung von Krankheiten mit solch komplexen Faktoren entwickelt wurden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Erstellung eines zusammengesetzten Tiermodells unterscheidet sich geringfügig vom Modell mit einer einzelnen MI. Die Aufrechterhaltung einer hohen Überlebensrate ist eine Herausforderung bei der Entwicklung des Verbundmodells. Der Schweregrad der Atherosklerose bei ApoE−/− -Mäusen wird mit der Verlängerung der fettreichen Fütterungszeitschwerer 7, und die Schwäche von Mäusen führt zu einer erhöhten Mortalität. Daher ist es notwendig, den Zustand der Mäuse während des…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dieses Modell wurde mit Unterstützung der National Natural Science Foundation of China (Nr. 81673640, 81841001 und 81803814) und des Major National Science and Technology Program of China for Innovative Drug (2017ZX09301012002 und 2017ZX09101002001-001-3) entwickelt.
Materials
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| 75% alcohol disinfectant | |||
| Animal ventilator | Shanghai Alcott Biotech | ALC-V8S | |
| Cotton swabs | Sterile | ||
| Cotton swabs for babies | Sterile , Approximately 3 mm in diameter | ||
| Culture Dish | Corning | 430597 | 150 mm x 25 mm |
| Diesel Particulate Matter | National Institute of Standards Technology | 1650b | |
| Dissection board | About 25 x 17 cm. The dissecting board can be replaced with a wooden board of the same size | ||
| High-fat diet for mice | Prescription: egg yolk powder 10%, lard 10%, sterol 1%, maintenance feed 79% | ||
| Iodophor disinfectant | |||
| LED spotlight | 5 V, 3 W,with hoses and clamps | ||
| Medical silk yarn ball | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 0-0 |
| Medical tape | 3M | 1527C-0 | |
| Micro Vascular Hemostatic Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | W40350 | |
| Needle Holders | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JC32010 | |
| Normal saline | |||
| Ophthalmic Scissors | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | Y00040 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with hooks | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1080 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with teeth | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1060 | |
| Pipet Tips | Axygen | T-200-Y-R-S | 0-200 μL |
| Pipette | eppendorf | 3121000074 | 100 uL |
| Safety pin | Approximately 4.5 cm in length , for making chest opening tools | ||
| Small Animal I.V. Cannulas | Baayen healthcare suzhou | BAAN-322025 | I.V CATHETER 22FG x 25 MM |
| Suture needle with thread | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 6-0,Nylon line |
| Suture needle with thread | JinHuan Medical | F503 | 5-0 |
| Syringe | 1 mL | ||
| Tert-amyl alcohol | |||
| Zoom-stereo microscope | Mshot | MZ62 |
Referências
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