Etablierung und Evaluierung eines Porcine Vent Graft Disease Modells

Summary

In diesem Protokoll wurde eine neuartige Schweinevenen-Bypass-Transplantation durch einen kleinen Schnitt in der linken Brustwand ohne kardiopulmonalen Bypass durchgeführt. Es wurde eine postoperative pathologische Studie durchgeführt, die eine Verdickung der Intima zeigte.

Abstract

Die venöse Transplantaterkrankung (VGD) ist die Hauptursache für das Versagen des Koronararterien-Bypass-Transplantats (CABG). Großtiermodelle von CABG-VGD werden für die Untersuchung von Krankheitsmechanismen und die Entwicklung therapeutischer Strategien benötigt.

Um die Operation durchzuführen, betreten wir die Herzkammer durch den dritten Interkostalraum und präparieren sorgfältig die innere Brustvene und tauchen sie in normale Kochsalzlösung. Die rechte Hauptkoronararterie wird dann wegen Ischämie behandelt. Das Zielgefäß wird eingeschnitten, ein Shunt-Plug platziert und das distale Ende der Transplantatvene anastomosiert. Die aufsteigende Aorta ist teilweise blockiert und das proximale Ende der Transplantatvene wird nach der Perforation anastomosiert. Die Transplantatvene wird auf Durchgängigkeit geprüft und die proximale rechte Koronararterie wird ligiert.

Die CABG-Operation wird bei Minischweinen durchgeführt, um die linke innere Brustvene für ihre Verwendung als Gefäßtransplantat zu entnehmen. Biochemische Serumtests werden verwendet, um den physiologischen Status der Tiere nach der Operation zu bewerten. Die Ultraschalluntersuchung zeigt, dass das proximale, mittlere und distale Ende des Transplantatgefäßes frei sind. Im chirurgischen Modell wird bei der histologischen Untersuchung nach der CABG-Operation ein turbulenter Blutfluss im Transplantat beobachtet, und im Transplantat wird eine venöse Transplantatstenose in Verbindung mit einer Intimahyperplasie beobachtet. Die vorliegende Studie liefert detaillierte chirurgische Verfahren zur Etablierung eines wiederholbaren CABG-induzierten VGD-Modells.

Introduction

Obwohl die Sterblichkeit durch koronare Herzkrankheiten in den letzten Jahren deutlich zurückgegangen ist, entwickelt die Hälfte der Erwachsenen mittleren Alters in den Vereinigten Staaten jedes Jahr ischämische Herzsymptome, und ein Drittel der älteren Erwachsenen stirbt an koronarer Herzkrankheit¹. Die Koronararterien-Bypass-Transplantation (CABG) ist eine wirksame chirurgische Modalität zur Verbesserung der Myokardischämie und, was noch wichtiger ist, eine unersetzliche chirurgische Modalität für die Behandlung der koronaren Herzkrankheit mit mehreren Gefäßen². Im Laufe der Zeit entwickeln Gefäßtransplantate jedoch Entzündungen, Intimahyperplasie und fortschreitende Atherosklerose, von denen bekannt ist, dass sie zu einem Versagen des Venentransplantats oder einer Venentransplantaterkrankung (VGD⁾ führen3. Bei Patienten nach CABG kann bei einer Restenose in einigen Fällen nur das erkrankte Blutgefäß ersetzt werden². Ältere Patienten und zusätzliche Komorbiditäten machen die Wiederherstellung der Koronararterien-Bypass-Transplantation zu einer ziemlichen Herausforderung. Die Verzögerung oder Kontrolle der pathologischen Probleme, die mit transplantierten Blutgefäßen verbunden sind, ist ein dringendes Problem, das gelöst werden muss. Großtiermodelle von CABG-VGD werden für die Untersuchung von Krankheitsmechanismen und die Entwicklung therapeutischer Strategien benötigt. Forscher haben erfolgreich Tier-VGD-Modelle bei kleinen und großen Tieren wie Mäusen⁴, Ratten⁵, Kaninchen⁶ und Schweinen⁷ etabliert. Im Vergleich zu Kleintieren haben große Tiere wie Schweine ähnliche anatomische Strukturen und physiologische Eigenschaften wie Menschen und haben eine längere Lebensdauer ^8,9. Daher eignen sich große Tiere besser für die Erforschung langfristiger pathologischer Veränderungen bei venösen Transplantaterkrankungen und für die präklinische Prüfung von Medikamenten oder Geräten. Wir und unser kooperierendes Team haben erfolgreich chirurgische Techniken angewendet, um ein Modell der Schweineherzinsuffizienz zu etablieren und die kardialen pathologischen Veränderungen in diesem Modell^{zu beschreiben 10}.

Die CABG-Chirurgie wurde in der klinischen Praxis standardisiert, aber wenn sie auf die Etablierung von VGD-Tiermodellen angewendet wird, sind die Unterschiede zwischen den Arten, die Anschaffung von Tiergeräten und -einrichtungen, tierchirurgische Eingriffe sowie Tierfütterung und -pflege große Herausforderungen für die Forscher. Wie in der klinischen Praxis umfassen die Ansätze für die CABG-Chirurgie, die zur Etablierung von VGD-Tiermodellen verwendet werden, die Mittellinien-Sternotomie¹¹ und die linke laterale Thorakotomie¹². Die Mittellinien-Sternotomie wird häufiger angewendet^13,14. Dieser Ansatz birgt jedoch hohe Risiken für Mensch und Tier. In der von Thankam et al. berichteten Studie starben zwei der sechs Schweine, die für die Modellierung verwendet wurden, während der Operation¹⁵. Eine hohe Modellmortalität erhöht die Studienkosten und beeinträchtigt die Genauigkeit der Ergebnisse. Eine Studie hatte zuvor gezeigt, dass ein Schnitt in der linken Brustwand möglich war, um eine CABG-induzierte VGD bei Schweinen zu etablieren¹¹. Ziel dieser Studie ist es, ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zu beschreiben, um eine reproduzierbare Operation für ein CABG-induziertes VGD-Modell bei Minischweinen zu etablieren und den Phänotyp dieses Modells zu bewerten. Das experimentelle Protokoll wurde gemeinsam von den Herzchirurgie- und Anästhesieteams entwickelt. Der chirurgische Zugang für den linken dritten Interkostalraum wurde gemäß den Leichen anderer Minischweine im Labor vor der Operation bestimmt, und die Anästhesiemethode wurde gemäß der im Zentrum¹⁶ verwendeten Methode durchgeführt. Biochemische Bluttests, Ultraschalluntersuchungen und histologische Untersuchungen wurden durchgeführt, um Tiermodelle zu bewerten.

Protocol

Die Verfahren für die Pflege und Verwendung von Labortieren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee des Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute genehmigt. Alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Versuchstieren (8. Aufl., 2011, National Research Council, USA) durchgeführt. Der chirurgische Ablauf ist in Abbildung 1 dargestellt. 1. Präoperative Vorbereitung der Tiere<…

Representative Results

BMI und biochemische SerumindizesDer BMI zwischen der Schein- und der VGD-Gruppe unterschied sich nicht signifikant (Schein- vs. VGD, 22,05 kg/cm2 ± 0,46 kg/cm2vs. 21,14 kg/cm2± 0,39 kg/cm2, p =0,46). Die biochemischen Ergebnisse des Serums sind in Tabelle 1 aufgeführt. Statistisch signifikante Veränderungen zwischen den Gruppen wurden in vier biochemischen Indizes gefunden, darunter Aspartat-Aminotransferase (AST, Schein-VGD, …

Discussion

In dieser Studie haben wir das Protokoll für die Tierauswahl, die Instrumentenvorbereitung, die chirurgischen Eingriffe und die postoperative Bewertung bei der Entwicklung eines CABG-induzierten VGD-Modells detailliert beschrieben. Wir führten eine Ultraschalluntersuchung des Venentransplantats vor und nach der CABG-Operation und eine histologische Untersuchung des Transplantats 30 Tage nach der Operation durch. Der Blutfluss in der inneren Brustvene war vor der CABG-Operation normal, während im Transplantat der inner…

Materials

Aortic Punch	Medtronic Inc. , America	3.0mm, 3.5mm, 4.0mm	Used for proximal coronary bridge anastomosis
Automatic biochemical analyzer	IDEXX Laboratories, Inc. America	Catalyst One
Cardiac coronary artery bypass grafting instrument kit	LANDANGER, France
Cardiogram monitor	Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co, Ltd	MEC-1000
Coronary Shunt	AXIUS	OF-1500, OF-2500, OF-3000	The product temporarily blocks the coronary artery during arteriotomy to reduce the amount of bleeding in the surgical field and provide blood flow to the distal end during anastomosis.  The Axius shunt plug is not an implant and should be removed prior to completion of the anastomosis.
Defibrillator	MEDIANA	Mediana D500
Diazepam	Nanguo pharmaceutical Co. LTD, Guangdong, China	H37023039	Narcotic inducer
Disposable manual electric knife	Covidien, America	E2516H
Electric negative pressure suction machine	Shanghai Baojia Medical Instrument Co, Ltd	YX932D
Esmolol	Guangzhou Wanzheng Pharmaceutical Co. LTD	H20055990	Emergency drugs
Ice machine	Local suppliers, Guangzhou, China
Lidocaine	Chengdu First Pharmaceutical Co. LTD	H51021662	Emergency drugs
Luxtec headlight system	Luxtec, America	AX-1375-BIF	Used for lighting fine parts during operation
Medical operation magnifier (glasses)	Germany Lista co, LTD	SuperVu Galilean 3.5×	Used for fine site operation during operation
Multi-function high-frequency electrotome	Shanghai Hutong Electronics Co, Ltd	GD350-B
Nitrogen canister	Local suppliers, Guangzhou, China
Nonabsorbable surgical suture (polypropylene suture)	Johnson & Johnson, America	6-0, 7-0	Used to suture blood vessels.
Nonabsorbable suture (cotton thread)	Covidien, America	1-0	Used for skin and muscle tissue tugging
Open heart surgery instrument kit	Shanghai Medical Instrument (Group) Co., LTD
Propofol injection	Xi 'an Libang Pharmaceutical Co. LTD	H19990282	Anesthetic sedative
Refrigerator	Local suppliers, Guangzhou, China
Respiratory anesthesia machine for animal	Shenzhen Reward Life Technology Co, Ltd, China	R620-S1
Semi-occlusion clamp	Xinhua Surgical Instrument Co., Ltd.	ZL1701RB	Temporarily cut off the aortic flow
vecuronium bromide	Richter, Hungary	JX20090127	Muscle relaxant
Veterinary ultrasound system	Royal Philips, Netherlands	CX50
Zoletil	Virbac, France	Zoletil 50	Animal narcotic