Murine Хирургическая модель Томатная Эластаза индуцированной спуск торакальной аортальной аневризмы
Summary
Мы описываем хирургический протокол, чтобы последовательно индуцировать надежные нисходящие аневризмы грудной аорты у мышей. Процедура включает в себя левую торакотомию, воздействие грудной аорты и размещение губки, пропитанной свиной эластазой поджелудочной железы на стенке аорты.
Abstract
По данным Центра по контролю заболеваний, аневризмы аорты (АА) считались основной причиной смерти во всех расах и обоих полов в 1999-2016 годах. Аневризма образуется в результате постепенного ослабления и возможного расширения аорты, которая может разрываться или разрываться, как только она достигает критического диаметра. Аневризмы нисходящей аорты в груди, называемые нисходящей аневризма миорфизма грудной аорты (dTAA), составляют большую долю случаев аневризмы в Соединенных Штатах. Несдержанный разрыв dTAA почти повсеместно летальный, и факультативное ремонт имеет высокий уровень заболеваемости и смертности. Целью нашей модели является изучение dTAA специально, чтобы выяснить патофизиологию dTAA и искать молекулярные цели, чтобы остановить рост или уменьшить размер dTAA. Имея модель мурин для изучения грудной патологии точно, целевые терапии могут быть разработаны специально для тестирования dTAA. Метод основан на размещении свиной поджелудочной эластаза (СИЗ) непосредственно на внешней стенке морины после хирургического воздействия. Это создает разрушительную и воспалительную реакцию, которая ослабляет стенку аорты и позволяет образование аневризмы в течение нескольких недель до нескольких месяцев. Хотя модели murine обладают ограничениями, наша модель dTAA производит надежные аневризмы предсказуемого размера. Кроме того, эта модель может быть использована для тестирования генетических и фармацевтических целей, которые могут остановить рост dTAA или предотвратить разрыв. У пациентов с людьми подобные вмешательства могут помочь избежать разрыва аневризмы и сложного хирургического вмешательства.
Introduction
Целью данного метода является изучение развития, патофизиологии и структурных изменений в моринической нисходящей грудной аорте во время формирования аневризмы аорты. Наша модель предлагает воспроизводимый и последовательный метод индуцирования аневризмы грудной аорты (dTAA) у мышей, что позволяет для тестирования различных генетических и фармакологических ингибиторов. Эта работа может помочь определить наркотики и генной терапии, которые могут быть переведены на жизнеспособную стратегию лечения для людей с болезнью dTAA.
dTAAs форме, когда стенка грудной аорты становится ослабленным и охватывает с течением времени до достижения критического диаметра, когда разрыв или разрыв может произойти. Клинически, dTAA может прогрессировать в тишине, увеличивая в размере до тех пор пока структура стены аорты не будет настолько искажена что она окончательно терпит неудачу, с катастрофическими последствиями. Что касается, симптомы обычно развиваются только тогда, когда аневризма достигла опасного размера (100-150% расширение) и находится на высоком риске для вскрытия или разрыв1,2. разрыв dTAA почти повсеместно смертельной3, и факультативного хирургического ремонта несет значительную заболеваемость4,5. Кроме того, большинство пациентов переносят диагноз аневризмы аортыв течение примерно 5 лет до хирургического ремонта 6,7. Это окно представляет собой подходящее время для вмешательства без хирургического вмешательства. Таким образом, медицинские методы лечения или медленного прогрессирования dTAA необходимы и будет представлять собой значительный прогресс в области исследований аневризмы. В настоящее время нет доступных медицинских процедур для dTAA, главным образом из-за неполного понимания патогенеза dTAA.
За последние 20 лет было разработано несколько моделей dTAA животных, но каждая из этих моделей отличалась от наших собственных и не производила надежных аневризм. Модель murine dTAA, наиболее похожая на нашу, быларазработана компанией Ikonomidis et al. 8, которая включает в себя прямое применение CaCl2 к адвенитии аорты. Хотя наша модель была адаптирована из многих методов, изложенных Ikonomidis, наша модель уникальна в трех отдельных направлениях. Во-первых, в нашей модели аорта подвергается воздействию актуальных эластаза в течение 3-5 минут, по сравнению с 15 минут CaCl2 воздействия. Во-вторых, расширение аорты происходит в 2 недели, по сравнению с 16 недель в модели CaCl 2. Наконец, наша модель последовательно производит аневризмы примерно 100% расширения, по сравнению с аорты расширения 20-30% производства CaCl2 приложения (которые не могут быть действительно считаются аневризмы, поскольку они определяются как увеличение аорты диаметра 50%). Существуют и другие нехирургические модерации образования аневризмы, такие как мышь Apo E knockout, которые образуют надежные аневризмы с настоем ангиотензина II. Тем не менее, эти мыши развиваются над-почечной или восходящей грудной аортальной аневризмы, а не аневризмы конкретно в нисходящей грудной аорты9,10.
Рациональным для этого протокола является простой, недорогой, и время подходящий способ изучения dTAA в модели мурин. Мышь модель предоставляет уникальную возможность использовать многие генетические и клеточных нокаутов, которые были найдены, чтобы быть impactful в других сосудистых заболеваний. Использование нашей конкретной модели TAA была хорошо принята и эксперименты с ее использованием были опубликованы в высокоэффективных журналах11,12. К этому моменту модель использовалась для исследования возможных генетических и фармакологических методов лечения, которые оказали значительное влияние на моделя брюшной аневризмы аорты (AAA); однако, поскольку наша лаборатория расширила использование модели dTAA, мы находим цели, уникальные для формирования dTAA, которые могут быть использованы в качестве целевой терапии у людей.
Эта модель наиболее подходит для лабораторий, которые имеют микрохирургические возможности мурина. Хотя это технически сложной задачей, она может быть выполнена последовательно даже исследователями без предварительного хирургического опыта. Для исследователя, не опыт работы с хирургическим опытом, модель может быть освоена примерно в 20 оперативных сеансах (или примерно в 50 мышах). Для исследователя с опытом работы с хирургическим вмешательством, модель может быть освоена в 5 оперативных сессий (примерно 20 мышей). Мы считаем, что с высококачественным видео, время для освоения может быть еще больше сокращена. После достижения квалификации, процедура может быть завершена в течение 35 минут для операции, и 20 минут для конечного урожая. Хирурги в нашей лаборатории могут выполнять 10-12 полных операций в день, с оперативной смертности 5-10%. Наиболее распространенной причиной смертности является повреждение легких при поступлении в грудь, анестетик токсичность или разрыв аорты во время вскрытия. В дополнение к исследованиям dTAA, эта модель также служит в качестве руководства для безопасного и легкого доступа к грудной аорты и легких hilum для исследователей, изучающих другие вмешательства в груди.
Protocol
Representative Results
Discussion
Торакальная и брюшная аорта клеточно и эмбрионально отличаются, что имеет отношение к аневризмальной болезни14,15,16. Поэтому необходима конкретная модель животных для изучения TAA. Хотя другие модели murine dTAA были опубликованы8,</su…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана AHA Scientist Development Grant 14SDG18730000 (M.S.), NIH K08 HL098560 (G.A.) и RO1 HL081629 (G.R.U.) грантами. Этот проект был поддержан Торакальной хирургии Фонд исследований и образования (TSFRE) научно-исследовательский грант (PI: Г. Ailawadi). Содержание является исключительно ответственностью авторов и не обязательно отражает мнение NHLBI или TSFRE. Мы благодарим Энтони Херринга и Синди Додсон за их знания и технический опыт.
Materials
| Angiocatheter (22G) | Used for ET Tube | ||
| Dumont Tweezers; Pattern #7 x2 | Roboz | RS-4982 | |
| Graefe Tissue Forceps | Roboz | RS-5158 | |
| Harms Forceps x2 | Roboz | RS-5097 | |
| Intracardiac Needle Holder; Extra Delicate; Carbide Jaws; 7" Length | Roboz | RS-7800 | |
| KL 1500 LED Light Source | Leica | 150-400 | |
| M205A Dissction Microscope | Leica | CH 94-35 | |
| Iris Scissors, 11cm, Tungsten Carbide | World Precision Instruments | 500216-G | |
| Metal Clip board | Use with the Mouse Retractor Set | ||
| Mouse Retractor Set | Kent | SURGI-5001 | Need 2 short and 1 tall fixators |
| Mouse Ventilator MiniVent Type 845, 115 V, Power Supply with US Connector | Harvard Apparatus | 73-0043 | MiniVent Ventilator for Mice (Model 845), Single Animal, Volume Controlled |
| Sigma Aldrich | Elastase from porcine pancreas | E0258-50MG | Can be purchased in various size bottles |
| Small Vessel Cauterizer Kit | Fine Science Tools | 18000-00 | Recommend using rechargable AA batteries |
| Spring Scissors, 10.5cm | World Precision Instruments | 14127 | |
| Steril Swabs (Sponges) | Sugi | 31603 | Can be cut to size |
| Surgi Suite Surgical Platform | Kent | Attach to clip board | |
| Tech IV Isoflurane Vap | Jorgensen Laboratories | J0561A | Anesthesia vaporizer |
References
- Coady, M. A., et al. What is the appropriate size criterion for resection of thoracic aortic aneurysms. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 113 (3), 489-491 (1997).
- Aggarwal, S., Qamar, A., Sharma, V., Sharma, A. Abdominal aortic aneurysm: A comprehensive review. Experimental and Clinical Cardiology. 16 (1), 11-15 (2011).
- Bickerstaff, L. K., et al. Thoracic aortic aneurysms: a population-based study. Surgery. 92 (6), 1103-1108 (1982).
- Cheng, D., et al. Endovascular aortic repair versus open surgical repair for descending thoracic aortic disease a systematic review and meta-analysis of comparative studies. Journal of the American College of Cardiology. 55 (10), 986-1001 (2010).
- Walsh, S. R., et al. Endovascular stenting versus open surgery for thoracic aortic disease: systematic review and meta-analysis of perioperative results. Journal of Vascular Surgery. 47 (5), 1094-1098 (2008).
- Absi, T. S., et al. Altered patterns of gene expression distinguishing ascending aortic aneurysms from abdominal aortic aneurysms: complementary DNA expression profiling in the molecular characterization of aortic disease. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 126 (2), 344-357 (2003).
- Ailawadi, G., Eliason, J. L., Upchurch, G. R. Current concepts in the pathogenesis of abdominal aortic aneurysm. Journal of Vascular Surgery. 38 (3), 584-588 (2003).
- Ikonomidis, J. S., et al. A murine model of thoracic aortic aneurysms. Journal of Surgical Research. 115 (1), 157-163 (2003).
- Daugherty, A., Manning, M. W., Cassis, L. A. Angiotensin II promotes atherosclerotic lesions and aneurysms in apolipoprotein E-deficient mice. Journal of Clinical Investigation. 105 (11), 1605-1612 (2000).
- Trachet, B., et al. Ascending Aortic Aneurysm in Angiotensin II-Infused Mice: Formation, Progression, and the Role of Focal Dissections. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 36 (4), 673-681 (2016).
- Johnston, W. F., et al. Inhibition of interleukin-1beta decreases aneurysm formation and progression in a novel model of thoracic aortic aneurysms. Circulation. 130 (11), 51-59 (2014).
- Pope, N. H., et al. Interleukin-6 Receptor Inhibition Prevents Descending Thoracic Aortic Aneurysm Formation. Annals of Thoracic Surgery. 100 (5), 1620-1626 (2015).
- Vandivort, T. C., An, D., Parks, W. C. An Improved Method for Rapid Intubation of the Trachea in Mice. Journal of Visualized Experiments. (108), e53771 (2016).
- Ailawadi, G., et al. A nonintrinsic regional basis for increased infrarenal aortic MMP-9 expression and activity. Journal of Vascular Surgery. 37 (5), 1059-1066 (2003).
- Ruddy, J. M., Jones, J. A., Spinale, F. G., Ikonomidis, J. S. Regional heterogeneity within the aorta: relevance to aneurysm disease. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 136 (5), 1123-1130 (2008).
- Trigueros-Motos, L., et al. Embryological-origin-dependent differences in homeobox expression in adult aorta: role in regional phenotypic variability and regulation of NF-kappaB activity. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 33 (6), 1248-1256 (2013).
- Lu, G. S. G., Davis, J. P., Schaheen, B., Downs, E., Roy, R. J., Ailawadi, G., Upchurch, G. R. A novel chronic advanced staged abdominal aortic aneurysm murine model. Journal of Vascular Surgery. 66 (1), 232-242 (2017).
