Ligatie van de linker kransslagader: een chirurgisch muizenmodel van myocardinfarct
Summary
Hier wordt een chirurgische procedure gepresenteerd voor permanente ligatie van de linker kransslagader bij muizen. Dit model kan worden gebruikt om de pathofysiologie en bijbehorende ontstekingsreactie na een hartinfarct te onderzoeken.
Abstract
Ischemische hartziekte en het daaropvolgende myocardinfarct (MI) is een van de belangrijkste oorzaken van sterfte in de Verenigde Staten en over de hele wereld. Om de pathofysiologische veranderingen na een hartinfarct te onderzoeken en toekomstige behandelingen te ontwerpen, zijn onderzoeksmodellen van MI vereist. Permanente ligatie van de linker kransslagader (LCA) bij muizen is een populair model om de hartfunctie en ventriculaire remodellering na MI te onderzoeken. Hier beschrijven we een minder invasief, betrouwbaar en reproduceerbaar chirurgisch murine MI-model door permanente ligatie van de LCA. Ons chirurgisch model bestaat uit een gemakkelijk omkeerbare algemene anesthesie, endotracheale intubatie waarvoor geen tracheotomie nodig is en een thoracotomie. Elektrocardiografie en troponinemeting moeten worden uitgevoerd om MI te garanderen. Echocardiografie op dag 28 na MI zal hartfunctie- en hartfalenparameters onderscheiden. De mate van hartfibrose kan worden geëvalueerd door Masson’s trichrome kleuring en cardiale MRI. Dit MI-model is nuttig voor het bestuderen van de pathofysiologische en immunologische veranderingen na MI.
Introduction
Hart- en vaatziekten zijn een groot probleem voor de volksgezondheid dat elk jaar 17,9 miljoen levens eist, goed voor 31 procent van de wereldwijde sterfte1. Het meest voorkomende type cardiovasculaire anomalie is coronaire hartziekte en myocardinfarct (MI) is een van de belangrijkste manifestaties van coronaire hartziekten2. MI wordt meestal veroorzaakt door trombotische occlusie van een kransslagader als gevolg van het scheuren van een kwetsbare plaque3. De resulterende ischemie veroorzaakt diepgaande ionische en metabole veranderingen in het aangetaste myocardium, evenals een snelle afname van de systolische functie. MI resulteert in de dood van cardiomyocyten, wat verder kan leiden tot ventriculaire disfunctie en hartfalen4.
Onderzoek naar MI bij patiënten is beperkt vanwege de schaarste aan weefsels verkregen van patiënten met MI5. Als zodanig zijn muizenmodellen van MI nuttig bij zowel het bestuderen van ziektemechanismen als het ontwikkelen van potentiële therapeutische doelen. Momenteel beschikbare muizenmodellen van MI omvatten irreversibele ischemiemodellen (LCA en ablatiemethoden) en reperfusiemodellen (ischemie/reperfusie, I/R)6. Permanente ligatie van de linker kransslagader (LCA) bij muizen is de meest gebruikte methode en imiteert de pathofysiologie en immunologie van MI bij patiënten 7,8,9. Permanente MI kan ook worden geïnduceerd door ablatiemethoden, waarbij elektrische schade of cryoletsel met zich meebrengt. Ablatiemethoden zijn in staat om een infarct van uniforme grootte te genereren op de exacte locatie10. Aan de andere kant kunnen littekenvorming, infarctmorfologie en moleculaire signaleringsmechanismen variëren tussen de ablatiemethoden10,11. De murine I/R-methode is een ander belangrijk MI-model omdat het het klinische scenario van reperfusietherapievertegenwoordigt 12. Het I/R-model wordt geassocieerd met uitdagingen zoals een variabele infarctgrootte, moeilijkheid bij het onderscheiden van reacties van initieel letsel en reperfusie6.
Hoewel veel gebruikt, worden LCA-ligatiemethoden geassocieerd met lage overlevingskansen en postoperatieve pijn13. Dit protocol demonstreert het murine chirurgische MI-model van LCA-ligatie dat de voorbereiding en intubatie van muizen, LCA-ligatie, postoperatieve zorg en validatie van MI omvat. In plaats van een invasieve tracheotomie14 te gebruiken, maakt deze methode gebruik van endotracheale intubatie. Het dier wordt geïntubeerd door de orofarynx te verlichten met behulp van een laryngoscoop, waardoor de procedure gemakkelijker, veiliger en minder traumatisch wordt15. De muis wordt gedurende de hele procedure op beademingsondersteuning en onder isofluraananesthesie gehouden. Verder worden echocardiografie en Masson’s trichrome kleuring uitgevoerd om respectievelijk de hartfunctie en hartfibrose na MI te evalueren. Over het algemeen biedt deze methode een betrouwbaar en reproduceerbaar chirurgisch muizenmodel van MI dat kan worden gebruikt om pathofysiologie en ontsteking na MI te bestuderen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het muizenmodel van MI wint aan populariteit in cardiovasculaire onderzoekslaboratoria en deze studie beschrijft een reproduceerbaar en klinisch relevant MI-model. Dit protocol verbetert het LCA-ligatieproces op verschillende manieren. Om te beginnen wordt het gebruik van injecteerbare preoperatieve anesthetica zoals xylazine/ketamine of natriumpentobarbital14,15 vermeden. Alleen isofluraananesthesie werd gebruikt, wat helpt de overlevingskansen van dieren te ver…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door subsidies van het National Institute of Health (R01HL143967, R01HL142629, R01AG069399 en R01DK129339), AHA Transformational Project Award (19TPA34910142), AHA Innovative Project Award (19IPLOI34760566) en ALA Innovation Project Award (IA-629694) (aan PD).
Materials
| 22 G catheter needle | Exel INT | 26741 | Thoracentesis |
| 24 G catheter needle | Exel INT | 26746 | Endotracheal intubation |
| 4-0 nylon suture | Covetrus | 29263 | Suturing of muscles and skin |
| 8-0 nylon suture | S&T | 3192 | Ligation of LAD |
| Anesthetic Vaporizers | Vet equip | VE-6047 | Anesthetic support |
| Animal physiology monitor | Fujifilm | VEVO 3100 | Monitor heart rate,respiration rate and body temperature |
| Betadine solution | PBS animal health | 11205 | Antispetic |
| Buprenorphine | Covetrus | 55175 | Analgesic |
| Disecting microscope | OMANO | OM2300S-V7 | Binocular |
| Electric razor | Wahl | 79300-1001M | Shaving |
| Electrode gel | Parker Laboratories | W60698L | Electrically conductive gel |
| Ethanol | Decon Laboratories | 22-032-601 | Disinfectant |
| Forceps | FST | 11065-07 | Stainless Steel |
| Gauze | Curity | CAR-6339-PK | Sterile |
| Heat lamp | Satco | S4998 | Post surgery care |
| Heating pad | Kent scientific | Surgi-M | Temperature control |
| Hot Bead sterilizer | Germinator 500 | 11503 | Sterilization of surgical instrument |
| Isoflurane | Covetrus | 29405 | Anesthesia |
| Masson’s trichrome staining kit | Thermoscientific | 87019 | Measurement of cardiac Fibrosis |
| Micro Needle Holder | FST | 12500-12 | Stainless Steel |
| Micro scissors | FST | 15000-02 | Stainless Steel |
| Ophthalmic ointment | Dechra | Puralube Vet | Sterile occular lubricant |
| Scanning Gel | Parker Laboratories | Aquasonic 100 | Aqueous ultrasound transmission gel |
| Scissors | FST | 14060-11 | Stainless Steel |
| Small Animal Laryngoscope | Penn-Century | Model LS-2-M | Illuminating the oropharynx |
| Small animal ventilator | Harvard apparatus | 557058 | Ventilator support |
| Surgical light | Cole parmer | 41723 | Illuminator Width (in): 7 |
| Vevo 3100 preclinical imaging platform | Fujifilm | VEVO 3100 | Echocardiography |
| VevoLAB software | Fujifilm | VevoLAB 3.2.6 | Echocardiography data analysis |
Referências
- Virani, S. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2021 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 143 (8), 254 (2021).
- Mendis, S., et al. World Health Organization definition of myocardial infarction: 2008-09 revision. International Journal of Epidemiology. 40 (1), 139-146 (2011).
- Frangogiannis, N. G. Pathophysiology of myocardial infarction. Comprehensive Physiology. 5 (4), 1841-1875 (2011).
- Smit, M., Coetzee, A., Lochner, A. The pathophysiology of myocardial ischemia and perioperative myocardial infarction. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 34 (9), 2501-2512 (2020).
- Johny, E., et al. Platelet mediated inflammation in coronary artery disease with Type 2 Diabetes patients. Journal of Inflammation Research. 14, 5131 (2021).
- Martin, T. P., et al. Preclinical models of myocardial infarction: from mechanism to translation. British Journal of Pharmacology. 179 (5), 770-791 (2022).
- De Villiers, C., Riley, P. R. Mouse models of myocardial infarction: comparing permanent ligation and ischaemia-reperfusion. Disease Models & Mechanisms. 13 (11), (2020).
- Vasamsetti, S. B., et al. Apoptosis of hematopoietic progenitor-derived adipose tissue-resident macrophages contributes to insulin resistance after myocardial infarction. Science Translational Medicine. 12 (553), (2020).
- Fernandez, B., et al. The coronary arteries of the C57BL/6 mouse strains: implications for comparison with mutant models. Journal of Anatomy. 212 (1), 12-18 (2008).
- van Amerongen, M. J., Harmsen, M. C., Petersen, A. H., Popa, E. R., van Luyn, M. J. Cryoinjury: a model of myocardial regeneration. Cardiovascular Pathology. 17 (1), 23-31 (2008).
- Lam, N. T., Sadek, H. A. Neonatal heart regeneration: comprehensive literature review. Circulation. 138 (4), 412-423 (2018).
- Heusch, G., Gersh, B. J. The pathophysiology of acute myocardial infarction and strategies of protection beyond reperfusion: a continual challenge. European Heart Journal. 38 (11), 774-784 (2017).
- Srikanth, G., Prakash, P., Tripathy, N., Dikshit, M., Nityanand, S. Establishment of a rat model of myocardial infarction with a high survival rate: A suitable model for evaluation of efficacy of stem cell therapy. Journal of Stem Cells & Regenerative Medicine. 5 (1), 30-36 (2009).
- Lugrin, J., Parapanov, R., Krueger, T., Liaudet, L. Murine myocardial infarction model using permanent ligation of left anterior descending coronary artery. Journal of Visualized Experiments. (150), e59591 (2019).
- Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: a model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206 (2014).
- Pistner, A., Belmonte, S., Coulthard, T., Blaxall, B. C. Murine echocardiography and ultrasound imaging. Journal of Visualized Experiments. (42), e2100 (2010).
- Li, L., et al. Assessment of cardiac morphological and functional changes in mouse model of transverse aortic constriction by echocardiographic imaging. Journal of Visualized Experiments. (112), e54101 (2016).
- Vasamsetti, S. B., et al. Sympathetic neuronal activation triggers myeloid progenitor proliferation and differentiation. Immunity. 49 (1), 93-106 (2018).
- Reichert, K., et al. Murine left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: an improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (122), e55353 (2017).
- Alwardt, C. M., Redford, D., Larson, D. F. General anesthesia in cardiac surgery: a review of drugs and practices. The Journal of Extra-Corporeal Technology. 37 (2), 227-235 (2005).
- Kolk, M. V., et al. LAD-ligation: a murine model of myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (32), e1438 (2009).
- Wu, Y., Yin, X., Wijaya, C., Huang, M. -. H., McConnell, B. K. Acute myocardial infarction in rats. Journal of Visualized Experiments. (48), e2464 (2011).
- Kalogeris, T., Baines, C., Krenz, M., Korthuis, R. Chapter six-cell biology of ischemia/reperfusion injury. International Review of Cell and Molecular Biology. , 229-317 (2012).
- Scofield, S. L., Singh, K. Confirmation of myocardial ischemia and reperfusion injury in mice using surface pad electrocardiography. Journal of Visualized Experiments. (117), e54814 (2016).
- Yan, X., et al. Temporal dynamics of cardiac immune cell accumulation following acute myocardial infarction. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 62, 24-35 (2013).
- Xu, Q., et al. Protective effects of fentanyl preconditioning on cardiomyocyte apoptosis induced by ischemia-reperfusion in rats. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 50 (2), 5286 (2017).
- Leuschner, F., et al. Rapid monocyte kinetics in acute myocardial infarction are sustained by extramedullary monocytopoiesis. Journal of Experimental Medicine. 209 (1), 123-137 (2012).
- Leuschner, F., et al. Silencing of CCR2 in myocarditis. European Heart Journal. 36 (23), 1478-1488 (2015).
- Dutta, P., et al. E-selectin inhibition mitigates splenic HSC activation and myelopoiesis in hypercholesterolemic mice with myocardial infarction. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 36 (9), 1802-1808 (2016).
- Jiang, C., et al. A modified simple method for induction of myocardial infarction in mice. Journal of Visualized Experiments. (178), e63042 (2021).
