Modello di aneurisma dell'aorta addominale del topo indotto dall'applicazione perivascolare dell'elastasi
Summary
Il presente protocollo descrive un metodo chirurgico standardizzato per il modello AAA indotto da elastasi attraverso l’applicazione diretta di elastasi all’avventizia dell’aorta addominale infrarenale nei topi.
Abstract
L’aneurisma dell’aorta addominale (AAA), sebbene principalmente asintomatico, è potenzialmente pericoloso per la vita in quanto la rottura di AAA di solito ha un esito devastante. Attualmente, ci sono diversi modelli sperimentali distinti di AAA, ognuno dei quali enfatizza un aspetto diverso nella patogenesi di AAA. Il modello AAA indotto da elastasi è il secondo modello AAA di roditore più utilizzato. Questo modello prevede l’infusione diretta o l’applicazione di elastasi pancreatica suina (PPE) al segmento infrarenale dell’aorta. A causa di sfide tecniche, la maggior parte dei modelli AAA indotti da elastasi al giorno d’oggi viene eseguita con l’applicazione esterna piuttosto che con un’infusione intraluminale di DPI. L’infiltrazione di elastasi causerà la degradazione delle lamelle elastiche negli strati mediali, con conseguente perdita dell’integrità della parete aortica e successiva dilatazione dell’aorta addominale. Tuttavia, uno svantaggio del modello AAA indotto da elastasi è l’inevitabile variazione di come viene eseguito l’intervento chirurgico. In particolare, la tecnica chirurgica di isolamento del segmento infrarenale dell’aorta, il materiale utilizzato per l’avvolgimento dell’aorta e l’incubazione dei DPI, l’attività enzimatica dei DPI e la durata temporale dell’applicazione dei DPI possono essere tutti determinanti importanti che influenzano l’eventuale tasso di formazione dell’AAA e il diametro dell’aneurisma. In particolare, la differenza in questi fattori da diversi studi sull’AAA può portare a problemi di riproducibilità. Questo articolo descrive un processo chirurgico dettagliato del modello AAA indotto da elastasi attraverso l’applicazione diretta di DPI all’avventizia dell’aorta addominale infrarenale nel topo. Seguendo questa procedura, è possibile ottenere un tasso di formazione AAA stabile di circa l’80% nei topi maschi e femmine. La coerenza e la riproducibilità degli studi AAA che utilizzano un modello AAA indotto dall’elastasi possono essere significativamente migliorate stabilendo una procedura chirurgica standard.
Introduction
L’aneurisma dell’aorta addominale (AAA) è definito come una dilatazione segmentale dell’aorta addominale con un aumento di almeno il 50% del diametro del vaso1. L’AAA è potenzialmente fatale, in quanto la rottura può comportare un tasso di mortalità estremamente elevato, anche con l’intervento 2,3,4. È stato riferito che aAA è responsabile di circa 13.000 morti all’anno negli Stati Uniti, il che lo rende la10a causa di morte 1,5.
La patogenesi dell’AAA non è ancora del tutto compresa 6,7,8. Per studiare il meccanismo molecolare dell’AAA e testare potenziali bersagli terapeutici, sono stati stabiliti diversi modelli sperimentali di AAA 9,10. I modelli di roditori di AAA includono modelli di elastasi, cloruro di calcio, angiotensina II e xenotrapianto, tra i quali il modello AAA indotto da elastasi è il secondo modello più utilizzato 10,11,12,13,14,15,16,17. Questo modello prevede l’infusione diretta o l’applicazione di elastasi pancreatica suina (PPE) al segmento infrarenale dell’aorta. La penetrazione dell’elastasi nello strato mediale dell’aorta causerà la degradazione delle lamelle elastiche e l’infiltrazione delle cellule infiammatorie, portando alla perdita dell’integrità della parete aortica e alla successiva dilatazione dell’aorta addominale 7,18. Il modello AAA indotto da elastasi è stato riportato per la prima volta da Anidjar et al. nel 1990 utilizzando ratti, in cui un segmento isolato dell’aorta è stato perfuso con elastasi17. Più tardi, nel 2012, un modello modificato che utilizza un’applicazione periavventiziale di DPI è stato riportato da Bhamidipati et al.19. Al giorno d’oggi, la maggior parte degli interventi chirurgici per il modello AAA indotto da elastasi sono ispirati al gruppo di Bhamidipati e vengono eseguiti con l’applicazione esterna piuttosto che con la perfusione intraluminale di DPI. Sebbene l’applicazione esterna abbia meno requisiti sulle abilità chirurgiche fini, il tasso di incidenza di AAA è relativamente più basso e le dimensioni leggermente inferiori a quelle della perfusione intraluminale11,19.
Sebbene ampiamente utilizzato negli studi AAA, il modello AAA indotto dall’elastasi presenta alcune limitazioni. Un avvertimento di questo modello sono le inevitabili variazioni di come viene eseguito l’intervento chirurgico, che può portare al problema della riproducibilità. Ad esempio, la differenza può esistere nella procedura chirurgica per quanto riguarda il modo in cui il segmento infrarenale dell’aorta è isolato e quale parte del segmento è selezionata per l’applicazione di DPI tra diversi laboratori. Anche l’attività enzimatica dei DPI e la durata dell’incubazione dei DPI possono variare. Questi, tuttavia, sono tutti determinanti essenziali che influenzano l’eventuale tasso di formazione AAA e il diametro dell’aneurisma. La variazione di questi determinanti critici rende molto difficile il confronto dei dati degli studi AAA di diversi gruppi che utilizzano questo modello. Pertanto, è necessaria una procedura chirurgica standardizzata come strumento per ottenere risultati comparabili da varie istituzioni.
Questo articolo descrive un protocollo chirurgico standardizzato per il modello AAA indotto da elastasi attraverso l’applicazione diretta di DPI all’avventizia dell’aorta addominale infrarenale nei topi. Saranno inoltre discussi i dettagli sul materiale chirurgico e le procedure essenziali per una generazione efficace e robusta di AAA nei topi che utilizzano questo modello.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il modello AAA indotto da elastasi è stato riportato per la prima volta da Anidjar et al. usando ratti nel 199017. Una varietà di versioni modificate sono state introdotte negli ultimi trent’anni, insieme a un significativo miglioramento delle tecniche chirurgiche 19,20,21,22. Centinaia di istituti utilizzano modelli AAA indotti da elastasi come secondo modello sperime…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo l’Unità per la Medicina Animale da Laboratorio dell’Università del Michigan per il loro aiuto con l’alimentazione e l’allevamento degli animali. Questo studio è supportato da NIH RO1 HL138139, NIH RO1 HL153710 a J. Zhang, NIH RO1 HL109946, RO1 HL134569 a Y.E. Chen e l’American Heart Association concede 20POST35110064 a G. Zhao.
Materials
| 6-0 non-absorbable monofilament suture | Pro Advantage | P420697 | |
| Carprofen | Zoetis Inc. | NDC: 54771-8507 | |
| Chow Diet | LabDiet | 3005659-220 | PicoLab 5L0D |
| Cotton Applicator | Dynarex | 4303 | |
| Cotton Pad | Rael | UPC: 810027130969 | |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Software Inc. | Version 8.4.3 | |
| Grarfe Forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | |
| Halsted Mosquito Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Ketamine | Par Pharmaceutical | NDC: 42023-0115-10 | |
| Nitrile gloves | Fisherbrand | 19-130-1597 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140122 | |
| Porcine pancreatic elastase | Sigma-Aldrich | E1250-100MG | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | |
| Sterile 0.9% saline solution | Baxter | 2B1324X | |
| Xylazine | Akorn | NDC: 59399-110-20 |
Referências
- Kent, K. C. Clinical practice: Abdominal aortic aneurysms. The New England Journal of Medicine. 371 (22), 2101-2108 (2014).
- Karthikesalingam, A., et al. Mortality from ruptured abdominal aortic aneurysms: Clinical lessons from a comparison of outcomes in England and the USA. Lancet. 383 (9921), 963-969 (2014).
- Noel, A. A., et al. Ruptured abdominal aortic aneurysms: The excessive mortality rate of conventional repair. Journal of Vascular Surgery. 34 (1), 41-46 (2001).
- Lederle, F. A., et al. Rupture rate of large abdominal aortic aneurysms in patients refusing or unfit for elective repair. JAMA. 287 (22), 2968-2972 (2002).
- Kochanek, K. D., Xu, J., Murphy, S. L., Minino, A. M., Kung, H. C. Deaths: Final data for 2009. National Vital Statistics Reports. 60 (3), 1 (2011).
- Daugherty, A., Cassis, L. A. Mechanisms of abdominal aortic aneurysm formation. Current Atherosclerosis Reports. 4 (3), 222-227 (2002).
- Quintana, R. A., Taylor, W. R. Cellular mechanisms of aortic aneurysm formation. Circulation Research. 124 (4), 607-618 (2019).
- Kuivaniemi, H., Ryer, E. J., Elmore, J. R., Tromp, G. Understanding the pathogenesis of abdominal aortic aneurysms. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 13 (9), 975-987 (2015).
- Trollope, A., Moxon, J. V., Moran, C. S., Golledge, J. Animal models of abdominal aortic aneurysm and their role in furthering management of human disease. Cardiovascular Pathology. 20 (2), 114-123 (2011).
- Patelis, N., et al. Animal models in the research of abdominal aortic aneurysms development. Physiological Research. 66 (6), 899-915 (2017).
- Senemaud, J., et al. Translational relevance and recent advances of animal models of abdominal aortic aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 37 (3), 401-410 (2017).
- Lysgaard Poulsen, J., Stubbe, J., Lindholt, J. S. Animal models used to explore abdominal aortic aneurysms: A systematic review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 52 (4), 487-499 (2016).
- Tsui, J. C. Experimental models of abdominal aortic aneurysms. Open Cardiovascular Medicine Journal. 4, 221-230 (2010).
- Manning, M. W., Cassi, L. A., Huang, J., Szilvassy, S. J., Daugherty, A. Abdominal aortic aneurysms: Fresh insights from a novel animal model of the disease. Vascular Medicine. 7 (1), 45-54 (2002).
- Chiou, A. C., Chiu, B., Pearce, W. H. Murine aortic aneurysm produced by periarterial application of calcium chloride. Journal of Surgical Research. 99 (2), 371-376 (2001).
- Allaire, E., Guettier, C., Bruneval, P., Plissonnier, D., Michel, J. B. Cell-free arterial grafts: Morphologic characteristics of aortic isografts, allografts, and xenografts in rats. Journal of Vascular Surgery. 19 (3), 446-456 (1994).
- Anidjar, S., et al. Elastase-induced experimental aneurysms in rats. Circulation. 82 (3), 973-981 (1990).
- Sun, J., et al. Mast cells modulate the pathogenesis of elastase-induced abdominal aortic aneurysms in mice. Journal of Clinical Investigation. 117 (11), 3359-3368 (2007).
- Bhamidipati, C. M., et al. Development of a novel murine model of aortic aneurysms using peri-adventitial elastase. Surgery. 152 (2), 238-246 (2012).
- Pyo, R., et al. Targeted gene disruption of matrix metalloproteinase-9 (gelatinase B) suppresses development of experimental abdominal aortic aneurysms. Journal of Clinical Investigation. 105 (11), 1641-1649 (2000).
- Tanaka, A., Hasegawa, T., Chen, Z., Okita, Y., Okada, K. A novel rat model of abdominal aortic aneurysm using a combination of intraluminal elastase infusion and extraluminal calcium chloride exposure. Journal of Vascular Surgery. 50 (6), 1423-1432 (2009).
- Busch, A., et al. Four surgical modifications to the classic elastase perfusion aneurysm model enable haemodynamic alterations and extended elastase perfusion. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 56 (1), 102-109 (2018).
- Liang, W., et al. KLF11 protects against venous thrombosis via suppressing tissue factor expression. Thrombosis and Haemostasis. , (2021).
- Marinov, G. R., et al. Can the infusion of elastase in the abdominal aorta of the Yucatan miniature swine consistently produce experimental aneurysms. Journal of Investigative Surgery. 10 (3), 129-150 (1997).
- Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments. (153), e60169 (2019).
