Inductie van rechter ventrikel falen door longslagader vernauwing en evaluatie van rechter ventriculaire functie bij muizen
Summary
Hier bieden we een nuttige aanpak voor het bestuderen van het mechanisme van rechter ventriculaire mislukking. Een handiger en efficiënter aanpak van de longslagader vernauwing wordt vastgesteld met behulp van chirurgische instrumenten gemaakt inhouse. Bovendien worden methoden voor het evalueren van de kwaliteit van deze aanpak door echocardiografie en catheterisatie geleverd.
Abstract
Het mechanisme van rechter ventrikel falen (RVF) vereist verduidelijking als gevolg van de uniciteit, hoge morbiditeit, hoge sterfte en vuurvaste aard van RVF. Vorige rat modellen imiteren RVF progressie zijn beschreven. Vergeleken met ratten zijn muizen toegankelijker, economischer en op grote schaal gebruikt in dierproeven. We ontwikkelden een longslagader vernauwing (PAC) benadering die bestaat uit het banding van de pulmonale romp in muizen voor het opwekken van rechter ventriculaire (RV) hypertrofie. Een speciale chirurgische klink naald is ontworpen die zorgt voor een gemakkelijkere scheiding van de aorta en de pulmonale romp. In onze experimenten, het gebruik van deze gefabriceerde klink naald verminderd het risico van arteriorrhexis en verbeterde de chirurgische slagingspercentage tot 90%. We gebruikten verschillende opvulling naald diameters nauwkeurig maken kwantitatieve vernauwing, die kan leiden tot verschillende graden van RV hypertrofie. We hebben de mate van vernauwing gekwantificeerd door de bloedstroomsnelheid van de PA te evalueren, die werd gemeten door niet-invasieve transthoracische echocardiografie. RV functie werd precies geëvalueerd door juiste hartkatheterisatie op 8 weken na de operatie. De chirurgische instrumenten gemaakt inhouse waren samengesteld uit gemeenschappelijke materialen met behulp van een eenvoudig proces dat gemakkelijk te beheersen is. Daarom is de PAC-aanpak die hier wordt beschreven gemakkelijk te imiteren met behulp van instrumenten die zijn gemaakt in het lab en kan op grote schaal worden gebruikt in andere Labs. Deze studie presenteert een gemodificeerde PAC aanpak die een hoger succespercentage dan andere modellen en een 8 weken durende postsurgery overlevingspercentage van 97,8% heeft. Deze PAC-aanpak biedt een nuttige techniek voor het bestuderen van het mechanisme van RVF en zal een beter begrip van RVF mogelijk maken.
Introduction
RV dysfunctie (RVD), hier gedefinieerd als bewijs van een abnormale RV structuur of functie, wordt geassocieerd met slechte klinische uitkomsten. RVF, als eindstadium van de RV-functie, is een klinisch syndroom met tekenen en symptomen van hartfalen dat het gevolg is van progressieve RVD1. Met verschillen in structuur en fysiologische functie, linker ventriculaire (LV) falen en RVF hebben verschillende pathofysiologische mechanismen. Een paar onafhankelijke pathofysiologische mechanismen in RVF zijn gemeld, inclusief overexpressie van β2-adrenerge receptor signalering2, ontsteking3, dwarse tubulus remodellering, en CA2 + handling dysfunctie4 .
RVF kan worden veroorzaakt door volume of druk overbelasting van de RV. Eerdere diermodellen hebben SU5416 (een krachtige en selectieve remmer van de vasculaire endotheliale groeifactor receptor) gebruikt in combinatie met hypoxie (suhx)5,6 of monocrotaline7 voor het opwekken van pulmonale hypertensie, die resultaten in RVF secundair aan pulmonale vasculaire ziekte2. De onderzoekers die deze studies uitvoeren concentreerden zich op de vasculatuur in plaats van de pathologische progressie van RVF. Bovendien heeft monocrotaline extra cardiale effecten die niet precies een cardiogene aandoening kunnen vertegenwoordigen. Andere modellen hebben gebruikt Arterioveneuze shunts te induceren volumeoverbelasting en RVF8. Echter, deze operatie is moeilijk uit te voeren en ongeschikt voor muizen, die vereisen lange inductie perioden voor de productie van RVF.
Rat Pac modellen met behulp van banding clips bestaan ook9,10. Vergeleken met ratten hebben muizen vele voordelen als diermodellen van hartziekten, zoals eenvoudigere reproductie, meer wijdverbreid gebruik, lagere kosten en toegang tot genmodificatie11. De diameters van de banding clips variëren echter meestal van 0,5 mm tot 1,0 mm, die te groot zijn voor muizen9. Bovendien is de banding-clip moeilijk te produceren, imiteren en populariseren in andere Labs.
We bieden een protocol om een gemodificeerd reproductief RVF-muismodel te ontwikkelen op basis van gerapporteerde studies, die Pac gebruiken om de tetralogie van Fallot en Noonan syndroom of andere pulmonale arteriële hypertensieve ziekten te nabootsen12,13, 14,15,16,17,18,19. Deze PAC aanpak wordt gemaakt door het ligeren van de pulmonaire stam van muizen met behulp van een klink en opvulling naald gemaakt inhouse om de mate van vernauwing te beheersen. De klink naald is gemaakt van een 90 ° gebogen injectiespuit met een gevlochten zijde hechtdraad door de spuit. De naald is gemaakt van gemeenschappelijke materialen met behulp van een proces dat gemakkelijk te beheersen is. De opvulling naald is gebogen 120 ° van de naald van de meter. De vulling naalden met verschillende diameters (0,6-0,8 mm) worden gebruikt, afhankelijk van het gewicht van de muis (20-35 g). Daarnaast stellen we een evaluatiecriterium op om de stabiliteit en kwaliteit van het RVF-model te bepalen door echocardiografie en rechterhart katheterisatie. We gebruiken muizen als model dier vanwege hun wijdverbreide gebruik in andere experimenten. De naalden gemaakt in het lab zijn gemakkelijk te reproduceren en kunnen op grote schaal worden gebruikt in andere laboratoria. Deze studie biedt een goede aanpak voor onderzoekers om het mechanisme van RVF onderzoeken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Pathologische verhogingen in RV vuldruk resulteren in een leftward verschuiving van het septum, die de LV Geometry21kan veranderen. Deze veranderingen dragen bij tot een verminderde cardiale output en de LV ejectiefractie (LVEF), wat kan leiden tot een hemodynamische stoornis van de bloedsomloop22. Daarom is een efficiënt, stabiel en voordelig model voor het bestuderen van het mechanisme van RVF waardevol.
We ontwikkelden een effectievere en zee…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door subsidies van de National Natural Science Foundation of China (81570464, 81770271; naar Dr. Liao) en de gemeentelijke plannings projecten van de wetenschappelijke technologie van Guangzhou (201804020083) (naar Dr. Liao).
Materials
| ALC-V8S ventilator | SHANGHAI ALCOTT BIOTECH CO | ALC-V8S | Assist ventilation |
| Animal Mini Ventilator | Haverd | Type 845 | Assist ventilation |
| Animal ultrasound system VEVO2100 | Visual Sonic | VEVO2100 | Echocardiography |
| Cold light illuminator | Olympus | ILD-2 | Light |
| Heat pad- thermostatic surgical system (ALC-HTP-S1) | SHANGHAI ALCOTT BIOTECH CO | ALC-HTP-S1 | Heating |
| Isoflurane | RWD life science | R510-22 | Inhalant anaesthesia |
| Matrx VIP 3000 Isofurane Vaporizer | Midmark Corporation | VIP 3000 | Anesthetization |
| Medical braided silk suture (6-0) | Shanghai Pudong Jinhuan Medical Supplies Co. | 6-0 | Ligation |
| Medical nylon suture (5-0) | Ningbo Medical Needle Co. | 5-0 | Suture |
| Millar Catheter (1.0 F) | AD instruments | 1.0F | For right heart catheterization |
| Pentobarbital sodium salt | Merck | 25MG | Anesthetization |
| PowerLab multi-Directional physiological Recording System | AD instruments | 4/35 | Record the result of right heart catheterization |
| Precision electronic balance | Denver Instrument | TB-114 | Weighing sensor |
| Self-made latch needle | Separate the aorta and pulmonary trunk | ||
| Self-made padding needle | Constriction | ||
| Self-made tracheal intubation | Tracheal intubation | ||
| Small animal microsurgery equipment | Napox | MA-65 | Surgical instruments |
| Transmission Gel | Guang Gong pai | 250ML | Echocardiography |
| Veet hair removal cream | Reckitt Benchiser | RQ/B 33 Type 2 | Remove hair of mice |
| Vertical automatic electrothermal pressure steam sterilizer | Hefei Huatai Medical Equipment Co. | LX-B50L | Auto clean the surgical instruments |
| Vertical small animal surgery microscope | Yihua Optical Instrument | Y-HX-4A | For right heart catheterization |
References
- Mehra, M. R., et al. Right heart failure: toward a common language. The Journal of Heart and Lung Transplantation: The Official Publication of the International Society for Heart Transplantation. 33, 123-126 (2014).
- Sun, F., et al. Stagedependent changes of beta2adrenergic receptor signaling in right ventricular remodeling in monocrotalineinduced pulmonary arterial hypertension. International Journal of Molecular Medicine. 41, 2493-2504 (2018).
- Sun, X. Q., Abbate, A., Bogaard, H. J. Role of cardiac inflammation in right ventricular failure. Cardiovascular Research. 113, 1441-1452 (2017).
- Xie, Y. P., et al. Sildenafil prevents and reverses transverse-tubule remodeling and Ca(2+) handling dysfunction in right ventricle failure induced by pulmonary artery hypertension. Hypertension. 59, 355-362 (2012).
- de Raaf, M. A., et al. SuHx rat model: partly reversible pulmonary hypertension and progressive intima obstruction. European Respiratory Journal. 44, 160-168 (2014).
- Abe, K., et al. Haemodynamic unloading reverses occlusive vascular lesions in severe pulmonary hypertension. Cardiovascular Research. 111, 16-25 (2016).
- Gomez-Arroyo, J. G., et al. The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 302, L363-L369 (2012).
- van der Feen, D. E., et al. Shunt Surgery, Right Heart Catheterization, and Vascular Morphometry in a Rat Model for Flow-induced Pulmonary Arterial Hypertension. Journal of Visualized Experiments. (120), e55065 (2017).
- Andersen, S., et al. A Pulmonary Trunk Banding Model of Pressure Overload Induced Right Ventricular Hypertrophy and Failure. Journal of Visualized Experiments. (141), e58050 (2018).
- Hirata, M., et al. Novel Model of Pulmonary Artery Banding Leading to Right Heart Failure in Rats. BioMed Research International. 2015, 753210 (2015).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally Invasive Transverse Aortic Constriction in Mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55293 (2017).
- Rockman, H. A., et al. Molecular and physiological alterations in murine ventricular dysfunction. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 2694-2698 (1994).
- Reddy, S., et al. miR-21 is associated with fibrosis and right ventricular failure. JCI Insight. 2, (2017).
- Kusakari, Y., et al. Impairment of Excitation-Contraction Coupling in Right Ventricular Hypertrophied Muscle with Fibrosis Induced by Pulmonary Artery Banding. PLoS ONE. 12, e0169564 (2017).
- Hu, J., Sharifi-Sanjani, M., Tofovic, S. P. Nitrite Prevents Right Ventricular Failure and Remodeling Induced by Pulmonary Artery Banding. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 69, 93-100 (2017).
- Hemnes, A. R., et al. Testosterone negatively regulates right ventricular load stress responses in mice. Pulmonary Circulation. 2, 352-358 (2012).
- Mendes-Ferreira, P., et al. Distinct right ventricle remodeling in response to pressure overload in the rat. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 311, H85-H95 (2016).
- Razavi, H., et al. Chronic effects of pulmonary artery stenosis on hemodynamic and structural development of the lungs. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 304, L17-L28 (2013).
- Tarnavski, O., et al. Mouse cardiac surgery: comprehensive techniques for the generation of mouse models of human diseases and their application for genomic studies. Physiological Genomics. 16, 349-360 (2004).
- Jessen, L., Christensen, S., Bjerrum, O. J. The antinociceptive efficacy of buprenorphine administered through the drinking water of rats. Laboratory Animals. 41, 185-196 (2007).
- Haddad, F., Doyle, R., Murphy, D. J., Hunt, S. A. Right ventricular function in cardiovascular disease, part II: pathophysiology, clinical importance, and management of right ventricular failure. Circulation. 117, 1717-1731 (2008).
- Bosch, L., et al. Right ventricular dysfunction in left-sided heart failure with preserved versus reduced ejection fraction. European Journal of Heart Failure. 19, 1664-1671 (2017).
- Sianos, G., et al. Recanalisation of chronic total coronary occlusions: 2012 consensus document from the EuroCTO club. EuroIntervention: Journal of EuroPCR in Collaboration with the Working Group on Interventional Cardiology of the European Society of Cardiology. 8, 139-145 (2012).
- Bardaji, A., Rodriguez-Lopez, J., Torres-Sanchez, M. Chronic total occlusion: To treat or not to treat. World Journal of Cardiology. 6, 621-629 (2014).
- Choi, J. H., et al. Noninvasive Discrimination of Coronary Chronic Total Occlusion and Subtotal Occlusion by Coronary Computed Tomography Angiography. JACC. Cardiovascular Interventions. 8, 1143-1153 (2015).
- Danek, B. A., et al. Effect of Lesion Age on Outcomes of Chronic Total Occlusion Percutaneous Coronary Intervention: Insights From a Contemporary US Multicenter Registry. The Canadian Journal of Cardiology. 32, 1433-1439 (2016).
- Savai, R., et al. Pro-proliferative and inflammatory signaling converge on FoxO1 transcription factor in pulmonary hypertension. Nature Medicine. 20, 1289-1300 (2014).
- Zhiyu Dai, P., et al. Endothelial and Smooth Muscle Cell Interaction via FoxM1 Signaling Mediates Vascular Remodeling and Pulmonary Hypertension. American Journal of Respiratory and Critical. 198, 788-802 (2018).
- Hill, M. R., et al. Structural and mechanical adaptations of right ventricle free wall myocardium to pressure overload. Annals of Biomedical Engineering. 42, 2451-2465 (2014).
- Poirier, N. C., Mee, R. B. Left ventricular reconditioning and anatomical correction for systemic right ventricular dysfunction. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. Pediatric Cardiac Surgery Annual. 3, 198-215 (2000).
- Wei, X., et al. Myocardial Hypertrophic Preconditioning Attenuates Cardiomyocyte Hypertrophy and Slows Progression to Heart Failure Through Upregulation of S100A8/A9. Circulation. 131, 1506-1517 (2015).
- Zakliczynski, M., et al. Mechanical circulatory support is effective to treat pulmonary hypertension in heart transplant candidates disqualified due to unacceptable pulmonary vascular resistance. Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska (Polish Journal of Cardio-Thoracic Surgery). 15, 23-26 (2018).
- De Santo, L. S., et al. Pulmonary artery hypertension in heart transplant recipients: how much is too much?. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery: Official Journal of the European Association for Cardio-Thoracic Surgery. 42, 864-870 (2012).
- Cheng, X. L., et al. Prognostic Value of Pulmonary Artery Compliance in Patients with Pulmonary Arterial Hypertension Associated with Adult Congenital Heart Disease. International Heart Journal. 58, 731-738 (2017).
- Egemnazarov, B., et al. Pressure Overload Creates Right Ventricular Diastolic Dysfunction in a Mouse Model: Assessment by Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 28, 828-843 (2015).
- Jang, S., et al. Biomechanical and Hemodynamic Measures of Right Ventricular Diastolic Function: Translating Tissue Biomechanics to Clinical Relevance. Journal of the American Heart Association. 6 (9), e006084 (2017).
