Implantation af human størrelse koronar stenter i Rat Abdominal Aorta Ved hjælp af en Trans-Femoral Access
Summary
Denne protokol beskriver implantationen af menneskelige koronar stenter i abdominal aorta af rotter med en apoE-/- baggrund ved hjælp af en trans-femoral adgang. Sammenlignet med andre dyremodeller bærer murinmodeller fordelene ved høj gennemløb, reproducerbarhed, nem håndtering og boliger og en bred tilgængelighed af molekylære markører.
Abstract
Perkutan koronar intervention (PCI), kombineret med indsættelsen af en koronar stent, repræsenterer guldstandarden i interventionel behandling af koronararteriesygdom. In-stent restenosis (ISR) bestemmes af en overdreven spredning af neointimalt væv i stenten og begrænser stenternes langsigtede succes. En række dyremodeller er blevet brugt til at belyse patofysiologiske processer, der ligger til grund for in-stent restenosis (ISR), hvor svin koronar og kanin iliac arterie modeller er de hyppigst anvendte. Murine modeller giver fordelene ved høj gennemløb, nem håndtering og boliger, reproducerbarhed, og en bred tilgængelighed af molekylære markører. Den apolipoprotein E mangelfuld (apoE-/- ) mus model er blevet udbredt til at studere hjerte-kar-sygdomme. Stents skal dog miniaturiseres for at blive implanteret i mus, hvilket indebærer vigtige ændringer af deres mekaniske og (potentielt) biologiske egenskaber. Brugen af apoE-/- rotter kan overvinde disse mangler, da apoE-/- rotter giver mulighed for evaluering af koronarstenter i menneskelig størrelse, samtidig med at de giver en aterogen fænotype. Dette gør dem til en fremragende og pålidelig model til at undersøge ISR efter stentimplantation. Her beskriver vi i detaljer implantationen af kommercielt tilgængelige menneskelige koronarstenter i abdominal aorta af rotter med en apoE-/- baggrund ved hjælp af en trans-femoral adgang.
Introduction
Perkutan koronar intervention (PCI), kombineret med indsættelsen af en koronar stent, repræsenterer guldstandarden i interventionel behandling af koronararteriesygdom1. Stenternes langsigtede succes kan dog begrænses af forekomsten af in-stent restenosis (ISR), der bestemmes af en overdreven spredning af neointimalt væv inden forstenten 2,3. ISR kan kræve en re-intervention enten med kranspulsåren bypass eller re-PCI. En række dyremodeller er blevet foreslået til undersøgelse af ISR, hver af dem med fordele og mangler. De største ulemper ved de mest almindeligt anvendte koronar- og kaninpulsåremodeller, omend udvikling af læsioner, der ligner mennesker markant efter stentimplantation4,5, er store dyre- og boligomkostninger, hvilket bringer logistiske vanskeligheder op, især i langsigtede undersøgelser samt begrænsninger i håndtering og udstyr. Desuden er tilgængeligheden af antistoffer mod cellulære proteiner af svin og kaniner begrænset. På den anden side giver murinemodeller de store fordele ved høj gennemløb og reproducerbarhed samt nem håndtering, boliger og derfor omkostningseffektivitet. Desuden er der et større antal antistoffer til rådighed. Men mens apolipoprotein E-mangelfulde (apoE-/-) mus er blevet bredt anvendt til undersøgelse af åreforkalkning6,7,8, de er uegnede til undersøgelse af ISR som stents skal miniaturiseres at blive implanteret i mus, potentielt ændre stents mekaniske egenskaber. Desuden måler musens aortavæg mellem 50 μm hos unge mus og 85 μm i gamle mus9, og stenter skal indsættes ved hjælp af trykniveauer så lavt som 2 atm, hvilket kan føre til malapposition afstenten 10. Rotter giver imidlertid mulighed for implantation af kommercielt tilgængelige menneskelige koronarstenter og demonstrerer et vaskulært helbredende kursus svarende til større dyr efter aorta stentimplantation, først rapporteret af Langeveld et al.11. Denne teknik krævede oprindeligt en trans-abdominal adgang, hvilket nødvendiggjorde en fysisk indsnævring af aorta for at opnå en midlertidig afbrydelse af blodgennemstrømningen. For at undgå den potentielt tilknyttede fartøjsskade og inflammatoriske reaktioner blev teknikken senere raffineret ved indførelsen af en trans-iliacaadgang, hvilket desuden resulterede i en højere overlevelsesrate for dyrene12.
Da wildtyperoro ikke udvikler aterosklerotiske læsioner13, er der genereret apoE-/- rotter ved hjælp af nukleaseteknikker som Transskription Activator-Like Effector Nuclease (TALEN)14, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9)15og Zinc Finger (ZF)16. ApoE-/- rotter har været kommercielt tilgængelige siden 2011. Med en aterogen baggrund giver apoE-/- rotter mulighed for en mere realistisk vurdering af koronarstents i menneskelig størrelse, især med hensyn til ISR.
Heri beskriver vi metoden via transfemoral adgangsvejen og ved hjælp af en kommercielt tilgængelig tyndstrut kobolt-chrom stof-eluting stent (DES), men det kan også anvendes til undersøgelse af andre stenttyper, såsom bare metalstents (BMS) eller bionedbrydelige stenter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol beskriver implantationen af koronarstenter i menneskestørrelse i aorta af apoE-/- rotter. Flere tekniske punkter er værd at understrege. For det første bør en uoverensstemmelse mellem stentstørrelsen og størrelsen af aorta undgås. Placering for lille en stank kan føre til stank malapposition, mens implantation af en stank, der er for stor til aorta kan forårsage overstretch, rive, og skade på fartøjet. Derfor anbefaler vi at bruge stenter mellem 2,0 og 2,5 mm i diameter og at holde im…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke fru Angela Freund for hendes uvurderlige tekniske bistand med indlejring og diasproduktion. Vi vil også gerne takke Mr. Tadeusz Stopinski på Institute for Laboratory Animal Science &experimental surgery for hans indsigtsfulde hjælp med veterinærarbejdet.
Materials
| Diet | |||
| SNIFF High Fat diet + Clopidogrel (15 mg/kg) | SNIFF Spezialdiäten GmbH, Soest | custom prepared | Western Diet |
| Drugs and Anesthetics | |||
| Buprenorphine | Essex Pharma | 997.00.00 | |
| ISOFLO (Isoflurane Vapor) vaporiser | Eickemeyer | 4802885 | |
| Isoflurane | Forene Abbott | B 506 | |
| Isotonic (0.9%) NaCl solution | DeltaSelect GmbH | PZN 00765145 | |
| Ringer's lactate solution | Baxter Deutschland GmbH | 3775380 | |
| (S)-ketamine | CEVA Germany | ||
| Xylazine | Medistar Germany | ||
| Consumable supplies | |||
| 10 mL syringes | BD Plastipak | 4606108V | |
| 2 mL syringes | BD Plastipak | 4606027V | |
| 6-0 prolene suture | ETHICON | N-2719K | |
| 4-0 silk suture | Seraflex | IC 158000 | |
| Bepanthen Eye and Nose Ointment | Bayer Vital GmbH | 6029009.00.00 | |
| Cotton Gauze swabs | Fuhrmann GmbH | 32014 | |
| Durapore silk tape | 3M | 1538-1 | |
| Poly-Alcohol Skin Desinfection Solution | Antiseptica GmbH | 72PAH200 | |
| Sterican needle 18 G | B. Braun | 304622 | |
| Sterican needle 27 3/4 G | B.Braun | 4657705 | |
| Tissue Paper | commercially available | ||
| Surgical instruments | |||
| Graefe forceps curved x1 | Fine Science Tools Inc. | 11151-10 | |
| Graefe forceps straight | Fine Science Tools Inc. | 11050-10 | |
| Needle holder Mathieu | Fine Science Tools Inc. | 12010-14 | |
| Scissors | Fine Science Tools Inc. | 14074-11 | |
| Semken forceps | Fine Science Tools Inc. | 11008-13 | |
| Small surgical scissors curved | Fine Science Tools Inc. | 14029-10 | |
| Small surgical scissors straight | Fine Science Tools Inc. | 14028-10 | |
| Standard pattern forceps | Fine Science Tools Inc. | 11000-12 | |
| Vannas spring scissors | Fine Science Tools Inc. | 15000-08 | |
| Equipment | |||
| Dissecting microscope | Leica MZ9 | ||
| Temperature controlled heating pad | Sygonix | 26857617 | |
| Equipment for stent implantation | |||
| Drug-eluting stent Xience 2,25mm x 8mm | Abbott Vascular USA | 1009544-18 | |
| Guide wire Fielder XT PTCA guide wire: 0.014" x 300cm | ASAHI INTECC CO., LTD Japan | AGP140302 | |
| Inflation syringe system | Abbott 20/30 Priority Pack | 1000186 | |
| Tissue processing and analysis | |||
| 30% H2O2 | Roth | 9681 | Histology |
| Ethanol | Roth | K928.1 | Histology |
| Giemsas Azur-Eosin-Methylenblau | Merck | 109204 | Histology |
| Graphic Drawing Tablet | WACOM Europe GmbH | CTL-6100WLK-S | |
| Roti Histofix, Formaldehyd 4% buffered | Roth | P087 | Histology |
| Technovit 9100 | Morphisto | 12225.K1000 | Histology |
References
- Patel, M. R., et al. ACC/AATS/AHA/ASE/ASNC/SCAI/SCCT/STS 2017 Appropriate Use Criteria for Coronary Revascularization in Patients With Stable Ischemic Heart Disease: A Report of the American College of Cardiology Appropriate Use Criteria Task Force, American Association for Thoracic Surgery, American Heart Association, American Society of Echocardiography, American Society of Nuclear Cardiology, Society for Cardiovasular Angiography and Interventions, Society of Cardiovascular Computed Tomography, and Society of Thoracic Surgeons. Journal of the American College of Cardiology. 69 (17), 2212-2241 (2017).
- Virmani, R., Farb, A. Pathology of in-stent restenosis. Current Opinion in Lipidology. 10 (6), 499-506 (1999).
- Buccheri, D., Piraino, D., Andolina, G., Cortese, B. Understanding and managing in-stent restenosis: a review of clinical data, from pathogenesis to treatment. Journal of Thoracic Disease. 8 (10), 1150-1162 (2016).
- Perkins, L. E. Preclinical models of restenosis and their application in the evaluation of drug-eluting stent systems. Veterinary Pathology. 47 (1), 58-76 (2010).
- Kim, W. H., et al. Histopathologic analysis of in-stent neointimal regression in a porcine coronary model. Coronary Artery Disease. 11 (3), 273-277 (2000).
- Plump, A. S., et al. Severe hypercholesterolemia and atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice created by homologous recombination in ES cells. Cell. 71 (2), 343-353 (1992).
- Breslow, J. L. Transgenic mouse models of lipoprotein metabolism and atherosclerosis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (18), 8314-8318 (1993).
- Knowles, J. W., Maeda, N. Genetic modifiers of atherosclerosis in mice. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 20 (11), 2336-2345 (2000).
- Wheeler, J. B., Mukherjee, R., Stroud, R. E., Jones, J. A., Ikonomidis, J. S. Relation of murine thoracic aortic structural and cellular changes with aging to passive and active mechanical properties. Journal of the American Heart Association. 4 (3), 001744 (2015).
- Rodriguez-Menocal, L., et al. A novel mouse model of in-stent restenosis. Atherosclerosis. 209 (2), 359-366 (2010).
- Langeveld, B., et al. Rat abdominal aorta stenting: a new and reliable small animal model for in-stent restenosis. Journal of Vascular Research. 41 (5), 377-386 (2004).
- Oyamada, S., et al. Trans-iliac rat aorta stenting: a novel high throughput preclinical stent model for restenosis and thrombosis. Journal of Surgical Research. 166 (1), 9 (2011).
- Touchard, A. G., Schwartz, R. S. Preclinical restenosis models: challenges and successes. Toxicologic Pathology. 34 (1), 11-18 (2006).
- Wei, S., et al. Apolipoprotein E-deficient rats develop atherosclerotic plaques in partially ligated carotid arteries. Atherosclerosis. 243 (2), 589-592 (2015).
- Zhao, Y., et al. Hyperlipidemia induces typical atherosclerosis development in Ldlr and Apoe deficient rats. Atherosclerosis. 271, 26-35 (2018).
- Ekuni, D., et al. Occlusal disharmony accelerates the initiation of atherosclerosis in apoE knockout rats. Lipids in Health and Disease. 13 (144), 13 (2014).
- Bhattacharya, D., Van Meir, E. G. A simple genotyping method to detect small CRISPR-Cas9 induced indels by agarose gel electrophoresis. Scientific Reports. 9 (1), 39950 (2019).
- Malik, N., et al. Intravascular stents: a new technique for tissue processing for histology, immunohistochemistry, and transmission electron microscopy. Heart. 80 (5), 509-516 (1998).
- Kumar, A. H., McCauley, S. D., Hynes, B. G., O’Dea, J., Caplice, N. M. Improved protocol for processing stented porcine coronary arteries for immunostaining. Journal of Molecular Histology. 42 (2), 187-193 (2011).
- Jiang, Z., et al. A novel vein graft model: adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), 18 (2004).
- Cornelissen, A., et al. Apolipoprotein E deficient rats generated via zinc-finger nucleases exhibit pronounced in-stent restenosis. Scientific Reports. 9 (1), 54541 (2019).
- Ritskes-Hoitinga, M. G. T., Jensen, T. L., Mikkelsen, L. F. . The Laboratory Mouse (Second Edition). , 567-599 (2012).
- Rune, I., et al. Long-term Western diet fed apolipoprotein E-deficient rats exhibit only modest early atherosclerotic characteristics. Scientific Reports. 8 (1), 23835 (2018).
- Daemen, J., et al. Early and late coronary stent thrombosis of sirolimus-eluting and paclitaxel-eluting stents in routine clinical practice: data from a large two-institutional cohort study. Lancet. 369 (9562), 667-678 (2007).
- Cornelissen, A., Vogt, F. J. The effects of stenting on coronary endothelium from a molecular biological view: Time for improvement. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 23 (1), 39-46 (2019).
- Mori, H., et al. Pathological mechanisms of left main stent failure. International Journal of Cardiology. 263, 9-16 (2018).
- Wolinsky, H., Glagov, S. Comparison of abdominal and thoracic aortic medial structure in mammals. Deviation of man from the usual pattern. Circulation Research. 25 (6), 677-686 (1969).
- Lowe, H. C., James, B., Khachigian, L. M. A novel model of in-stent restenosis: rat aortic stenting. Heart. 91 (3), 393-395 (2005).
- Unthank, J. L., Nixon, J. C., Lash, J. M. Early adaptations in collateral and microvascular resistances after ligation of the rat femoral artery. Journal of Applied Physiology. 79 (1), 73-82 (1985).
- Nevzati, E., et al. Biodegradable Magnesium Stent Treatment of Saccular Aneurysms in a Rat Model – Introduction of the Surgical Technique. Journal of Visualized Experiments. (128), e56359 (2017).
- Aquarius, R., Smits, D., Gounis, M. J., Leenders, W. P. J., de Vries, J. Flow diverter implantation in a rat model of sidewall aneurysm: a feasibility study. Journal of NeuroInterventional Surgery. 10 (1), 88-92 (2018).
