Крыса сонной артерии Давление контролируемых сегментальных воздушный шар травмы с Периавентициального терапевтического применения
Summary
Травма воздушного шара сонной артерии крыс имитирует клиническую процедуру ангиопластики, выполняемую для восстановления кровотока в атеросклеротических сосудах. Эта модель индуцирует реакцию артериальной травмы, разбавляя артериальную стенку, и опротестов интимальный слой эндотелиальных клеток, в конечном счете вызывая ремоделирование и интимальный гиперпластический ответ.
Abstract
Сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной смерти и инвалидности во всем мире, отчасти из-за атеросклероза. Атеросклеротический налет сужает область светимой поверхности артерий, тем самым уменьшая достаточный приток крови к органам и дистальным тканям. Клинически, процедуры реваскуляризации, такие как ангиопластика воздушного шара с или без размещения стента, направлены на восстановление кровотока. Хотя эти процедуры восстановить кровоток за счет уменьшения бремени бляшек, они повреждают стенку сосуда, который инициирует артериальный ответ исцеления. Длительное заживление ответ вызывает артериальный ререноз, или повторное сужение, в конечном счете, ограничивая долгосрочный успех этих процедур реваскуляризации. Таким образом, доклинические модели животных являются неотъемлемой частью для анализа патофизиологических механизмов вождения ререноза, и дают возможность проверить новые терапевтические стратегии. Модели Murine дешевле и проще в эксплуатации, чем крупные модели животных. Воздушный шар или проволоки травмы являются два общепринятых методов травмы, используемые в моделях murine. Модели травмы воздушного шара, в частности, имитируют клиническую процедуру ангиопластики и наносят адекватный ущерб артерии для развития ререноза. В этом мы описываем хирургические детали для выполнения и гистограммологически анализа модифицированной, контролируемой давлением крысы сонной артерии модели повреждения воздушного шара. Кроме того, этот протокол подчеркивает, как местное периавентиционное применение терапевтических средств может быть использовано для ингибирования неоинтимальной гиперплазии. Наконец, мы представляем флуоресцентную микроскопию светового листа как новый подход к визуализации и визуализации артериальной травмы в трех измерениях.
Introduction
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) остается основной причиной смерти во всеммире 1. Атеросклероз является основной причиной большинства связанных с ССЗ заболеваемости и смертности. Атеросклероз является накопление бляшек внутри артерий, что приводит к сужению люмена, препятствуя надлежащей перфузии крови к органам и дистальныхтканей 2. Клинические вмешательства для лечения тяжелого атеросклероза включают воздушный шар ангиопластики с или без стентирования размещения. Это вмешательство включает в себя продвижение воздушного шара катетер к месту налета, и надувание воздушного шара для сжатия налета к артериальной стенке, расширение области светимости. Эта процедура повреждает артерию, однако, инициируя реакцию артериальнойтравмы 3. Длительная активация этой реакции травмы приводит к артериальному реренозу, или повторному сужению, вторичной по отношению к неоинтимальной гиперплазии и ремоделирования сосудов. Во время ангиопластики интимальный слой оголается эндотелиальных клеток, что приводит к немедленному набору тромбоцитов и локальному воспалению. Локальная сигнализация вызывает фенотипические изменения в сосудистых гладких мышечных клетках (VSMC) и адвентитиальных фибробластах. Это приводит к миграции и распространению VSMC и фибробластов внутрь люмена, что приводит к неоинтимальнойгиперплазии 4,5. Циркулирующие клетки-предшественники и иммунные клетки также способствуют общему объему ререноза6. Там, где это применимо, лекарственно-элутные стенты (DES) являются действующим стандартом для ингибирования ререноза7. DES ингибировать артериальной ре-эндотелиализации, однако, создавая тем самым про-тромботической среде, что может привести к позднему тромбозустента 8. Таким образом, модели животных являются неотъемлемой частью как для понимания патофизиологии ререноза, так и для разработки более эффективных терапевтических стратегий для продления эффективности процедур реваскуляризации.
Несколько больших и малых животныхмоделей 9 используются для изучения этой патологии. К ним относятсявоздушный шар травмы 3,10 илипроволоки травмы 11 светимой стороне артерии, а такжечастичная перевязка 12 илиманжеты размещения 13 вокруг артерии. Воздушный шар и проволоки травмы как denude эндотелиальный слой артерии, имитируя то, что происходит клинически после ангиопластики. В частности, модели травм воздушных шаров используют те же инструменты, что и в клинических условиях (т.е. воздушный шар катетер). Травма воздушного шара лучше всего выполняется в крысиных моделях, так как крысиные артерии являются подходящим размером для коммерчески доступных катетеров воздушного шара. В этом мы описываем управляемой давлением сегментальной артериальной травмы, устоявшейся, модифицированной версии травмы воздушного шара сонной артерии крысы. Этот подход, контролируемый давлением, тесно имитирует клиническую процедуру ангиопластики и позволяет воспроизвести образование неоинтимальной гиперплазии черездве недели после травмы 14,15. Кроме того, это давление контролируемых артериальных травм приводит к полному восстановлению эндотелиального слоя на 2 недели после операции16. Это прямо контрастирует с оригинальной моделью повреждения воздушного шара, описанной Clowes, где эндотелиальный слой никогда не возвращается к полному охвату3.
После операции, терапии могут быть применены к или направлены на поврежденную артерию через несколько подходов. Метод, описанный в этом, использует периавентитное применение небольшой молекулы, встроенной в раствор плуронического геля. В частности, мы применяем раствор 100 МКм циннамического альдегида в 25% гель Pluronic-F127 к артерии сразу после травмы, чтобы ингибировать образование неоинтимальной гиперплазии15. Pluronic-F127 является нетоксичным, термо-реверсивный гель, способный поставлять наркотики локально контролируемым образом17. Между тем, артериальная травма является локальной, поэтому местная администрация позволяет проверить активный принцип при минимизации внецелегового воздействия. Тем не менее, эффективная доставка терапевтических с помощью этого метода будет зависеть от химии небольшой молекулы или биологических используется.
Protocol
Representative Results
Discussion
Травма воздушного шара сонной артерии крыс является одним из наиболее широко используемых и изученных моделей ререноза животных. Оба оригинальных модели травмывоздушного шара 3 и модифицированного давления контролируемыхсегментальных травм вариации 10 сообщил…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
N.E.B. была поддержана грантом на обучение от Национального института наук об охране окружающей среды (5T32ES007126-35, 2018), и допретантной стипендией Американской ассоциации сердца (20PRE35120321). Е.С.M.B. был ученым KL2, частично поддерживаемым Программой ученых-ученых КООН по клинической и трансляционной науке (KL2TR002490, 2018) и Национальным институтом сердца, легких и крови (K01HL145354). Авторы благодарят д-ра Пабло Ариэля из Лаборатории микроскопии КООН за помощь в работе с LSFM. Микроскопия светового листа флуоресценции была проведена в Лаборатории микроскопии. Лаборатория микроскопии, Кафедра патологии и лабораторной медицины, частично поддерживается P30 CA016086 Онкологический центр Основной грант поддержки КООН Lineberger Всеобъемлющий онкологический центр.
Materials
| 1 mL Syringe | Fisher | 14955450 | |
| 1 mL Syringe with needle | BD | 309626 | |
| 2 French Fogarty Balloon Embolectomy Catheter | Edwards LifeSciences | 120602F | |
| 4-0 Ethilon (Nylon) Suture | Ethicon Inc | 662H | |
| 4-0 Vicryl Suture | Ethicon Inc | J214H | |
| 7-0 Prolene Suture | Ethicon Inc | 8800H | |
| 70% ethyl alcohol | |||
| Anti-Rabbit Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A21245 | |
| Atropine Sulfate | Vedco Inc | for veterinary use | |
| Cotton Swabs | Puritan | 806-WC | |
| Curved Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Fine Curved Forceps | Fine Science Tools | 11203-25 | |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
| Gauze | Covidien | 2252 | |
| IHC-Tek Diluent (pH 7.4) | IHC World | IW-1000 | |
| Insufflator | Merit Medical | IN4130 | |
| Iodine solution | |||
| Lubricating Eye Ointment | Dechra | for veterinary use | |
| Mayo Scissors | Fine Science Tools | 14010-15 | |
| Micro Serrefines | Fine Science Tools | 18055-05 | |
| Microdissection Scissors | Fine Science Tools | 15004-08 | |
| Micro-Serrefine Clamp Applying Forceps | Fine Science Tools | 18057-14 | |
| Needle Holder | Fine Science Tools | 12003-15 | |
| Pluronic-127 (diluted in sterile water) | Sigma-Aldrich | P2443 | 25% prepared |
| Rabbit Anti-CD31 | Abcam | ab28364 | |
| Retractor | Bent paper clips work well | ||
| Rimadyl (Carprofen) | Zoetis Inc | for veterinary use | |
| Saline solution | |||
| Standard Forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Sterile Drape | Dynarex | 4410 | |
| T-Pins |
References
- American Heart Association. Cardiovascular Disease: A Costly Burden for America, Projections Through 2035. American Heart Association CVD Burden Report. , (2017).
- Singh, R. B., Mengi, S. A., Xu, Y. J., Arneja, A. S., Dhalla, N. S. Pathogenesis of atherosclerosis: A multifactorial process. Experimental and Clinical Cardiology. 7 (1), 40-53 (2002).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Mechanisms of stenosis after arterial injury. Laboratory Investigation. 49 (2), 208-215 (1983).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Kinetics of cellular proliferation after arterial injury. I. Smooth muscle growth in the absence of endothelium. Laboratory Investigation. 49 (3), 327-333 (1983).
- Sartore, S., et al. Contribution of adventitial fibroblasts to neointima formation and vascular remodeling: from innocent bystander to active participant. Circulation Research. 89 (12), 1111-1121 (2001).
- Tanaka, K., et al. Circulating progenitor cells contribute to neointimal formation in nonirradiated chimeric mice. The FASEB Journal. 22 (2), 428-436 (2008).
- Henry, M., et al. Carotid angioplasty and stenting under protection. Techniques, results and limitations. The Journal of Cardiovascular Surgery. 47 (5), 519-546 (2006).
- Kounis, N. G., et al. Thrombotic responses to coronary stents, bioresorbable scaffolds and the Kounis hypersensitivity-associated acute thrombotic syndrome. Journal of Thoracic Disease. 9 (4), 1155-1164 (2017).
- Jackson, C. L. Animal models of restenosis. Trends in Cardiovascular Medicine. 4 (3), 122-130 (1994).
- Shears, L. L., et al. Efficient inhibition of intimal hyperplasia by adenovirus-mediated inducible nitric oxide synthase gene transfer to rats and pigs in vivo. Journal of the American College of Surgeons. 187 (3), 295-306 (1998).
- Takayama, T., et al. A murine model of arterial restenosis: technical aspects of femoral wire injury. Journal of Visualized Experiments. (97), (2015).
- Zhang, L. N., Parkinson, J. F., Haskell, C., Wang, Y. X. Mechanisms of intimal hyperplasia learned from a murine carotid artery ligation model. Current Vascular Pharmacology. 6 (1), 37-43 (2008).
- Jahnke, T., et al. Characterization of a new double-injury restenosis model in the rat aorta. Journal of Endovascular Therapy. 12 (3), 318-331 (2005).
- Gregory, E. K., et al. Periadventitial atRA citrate-based polyester membranes reduce neointimal hyperplasia and restenosis after carotid injury in rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 307 (10), 1419-1429 (2014).
- Buglak, N. E., Jiang, W., Bahnson, E. S. M. Cinnamic aldehyde inhibits vascular smooth muscle cell proliferation and neointimal hyperplasia in Zucker Diabetic Fatty rats. Redox Biology. 19, 166-178 (2018).
- Bahnson, E. S., et al. Long-term effect of PROLI/NO on cellular proliferation and phenotype after arterial injury. Free Radical Biology and Medicine. 90, 272-286 (2016).
- Gilbert, J. C. W., Davies, M. C., Hadgraft, J. The behaviour of Pluronic F127 in aqueous solution studied using fluorescent probes. International Journal of Pharmaceutics. 40 (1-2), 93-99 (1987).
- Tulis, D. A. Histological and morphometric analyses for rat carotid balloon injury model. Methods in Molecular Medicine. 139, 31-66 (2007).
- Buglak, N. E., et al. Light Sheet Fluorescence Microscopy as a New Method for Unbiased Three-Dimensional Analysis of Vascular Injury. Cardiovascular Research. , (2020).
- Renier, N., et al. iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging. Cell. 159 (4), 896-910 (2014).
- Ariel, P. . UltraMicroscope II – A User Guide. , (2018).
- Touchard, A. G., Schwartz, R. S. Preclinical restenosis models: challenges and successes. Toxicologic Pathology. 34 (1), 11-18 (2006).
- Xiangdong, L., et al. Animal models for the atherosclerosis research: a review. Protein Cell. 2 (3), 189-201 (2011).
- Chen, H., Li, D., Liu, M. Novel Rat Models for Atherosclerosis. Journal of Cardiology and Cardiovascular Sceinces. 2 (2), 29-33 (2018).
- Xing, D., Nozell, S., Chen, Y. F., Hage, F., Oparil, S. Estrogen and mechanisms of vascular protection. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 29 (3), 289-295 (2009).
- Tulis, D. A. Rat carotid artery balloon injury model. Methods in Molecular Medicine. 139, 1-30 (2007).
- Pellet-Many, C., et al. Neuropilins 1 and 2 mediate neointimal hyperplasia and re-endothelialization following arterial injury. Cardiovascular Research. 108 (2), 288-298 (2015).
- Wu, B., et al. Perivascular delivery of resolvin D1 inhibits neointimal hyperplasia in a rat model of arterial injury. Journal of Vascular Surgery. 65 (1), 207-217 (2017).
- Tan, J., Yang, L., Liu, C., Yan, Z. MicroRNA-26a targets MAPK6 to inhibit smooth muscle cell proliferation and vein graft neointimal hyperplasia. Scientific Reports. 7, 46602 (2017).
- Pearce, C. G., et al. Beneficial effect of a short-acting NO donor for the prevention of neointimal hyperplasia. Free Radical Biology and Medicine. 44 (1), 73-81 (2008).
- Cao, T., et al. S100B promotes injury-induced vascular remodeling through modulating smooth muscle phenotype. Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Basis of Disease. 1863 (11), 2772-2782 (2017).
- Madigan, M., Entabi, F., Zuckerbraun, B., Loughran, P., Tzeng, E. Delayed inhaled carbon monoxide mediates the regression of established neointimal lesions. Journal of Vascular Surgery. 61 (4), 1026-1033 (2015).
- Khurana, R., et al. Angiogenesis-dependent and independent phases of intimal hyperplasia. Circulation. 110 (16), 2436-2443 (2004).
- Tsihlis, N. D., Vavra, A. K., Martinez, J., Lee, V. R., Kibbe, M. R. Nitric oxide is less effective at inhibiting neointimal hyperplasia in spontaneously hypertensive rats. Nitric Oxide. 35, 165-174 (2013).
- Chen, J., et al. Inhibition of neointimal hyperplasia in the rat carotid artery injury model by a HMGB1 inhibitor. Atherosclerosis. 224 (2), 332-339 (2012).
- Mano, T., Luo, Z., Malendowicz, S. L., Evans, T., Walsh, K. Reversal of GATA-6 downregulation promotes smooth muscle differentiation and inhibits intimal hyperplasia in balloon-injured rat carotid artery. Circulation Research. 84 (6), 647-654 (1999).
- Becher, T., et al. Three-Dimensional Imaging Provides Detailed Atherosclerotic Plaque Morphology and Reveals Angiogenesis after Carotid Artery Ligation. Circulation Research. 126 (5), 619-632 (2020).
