Implantatie van coronaire stents op mensenmaat in rat abdominale aorta met behulp van een trans-femorale toegang
Summary
Dit protocol beschrijft de implantatie van menselijke coronaire stents in de abdominale aorta van ratten met een apoE-/- achtergrond met behulp van een trans-femurtoegang. In vergelijking met andere diermodellen hebben murinemodellen de voordelen van een hoge doorvoer, reproduceerbaarheid, gebruiksgemak en huisvesting en een brede beschikbaarheid van moleculaire markers.
Abstract
Percutane coronaire interventie (PCI), gecombineerd met de inzet van een coronaire stent, vertegenwoordigt de gouden standaard in interventionele behandeling van coronaire hartziekte. In-stent restenosis (ISR) wordt bepaald door een overmatige proliferatie van neointimaal weefsel in de stent en beperkt het succes van stents op lange termijn. Een verscheidenheid van dierlijke modellen zijn gebruikt om pathofysiologische processen te verduidelijken die ten grondslag liggen aan in-stent restenosis (ISR), waarbij de varkenskransslagader en de konijnen-iliacale slagadermodellen het meest worden gebruikt. Murine-modellen bieden de voordelen van een hoge doorvoer, gebruiksgemak en behuizing, reproduceerbaarheid en een brede beschikbaarheid van moleculaire markers. Het apolipoproteïne E-deficiënte (apoE-/- ) muismodel is veel gebruikt om hart- en vaatziekten te bestuderen. Stents moeten echter worden geminiaturiseerd om in muizen te worden geïmplanteerd, met belangrijke veranderingen van hun mechanische en (potentieel) biologische eigenschappen. Het gebruik van apoE-/- ratten kunnen deze tekortkomingen als apoE overwinnen-/- ratten maken de evaluatie van coronaire stents van menselijke grootte mogelijk en bieden tegelijkertijd een atherogene fenotype. Dit maakt ze een uitstekend en betrouwbaar model om ISR te onderzoeken na stentimplantatie. Hier beschrijven we in detail de implantatie van commercieel beschikbare menselijke coronaire stents in de abdominale aorta van ratten met een apoE-/- achtergrond met behulp van een trans-femurtoegang.
Introduction
Percutane coronaire interventie (PCI), gecombineerd met de inzet van een coronaire stent, vertegenwoordigt de gouden standaard in interventionele behandeling van coronaire hartziekte1. Het succes op lange termijn van stents kan echter worden beperkt door het optreden van in-stent restenosis (ISR) dat wordt bepaald door een overmatige proliferatie van neointimaal weefsel in de stent2,3. ISR kan een herinterventie vereisen, hetzij met coronaire bypass of re-PCI. Er zijn verschillende diermodellen voorgesteld voor de studie van ISR, elk met voordelen en tekortkomingen. De belangrijkste nadelen van de meest gebruikte varkenskransslagader- en konijnen-iliacale slagadermodellen, hoewel het ontwikkelen van laesies die duidelijk vergelijkbaar zijn met mensen na stentimplantatie4,5, zijn grote dier- en huisvestingskosten die logistieke problemen veroorzaken, vooral in langetermijnstudies, evenals beperkingen in behandeling en apparatuur. Bovendien is de beschikbaarheid van antilichamen tegen cellulaire eiwitten van varkens en konijnen beperkt. Aan de andere kant bieden murinemodellen de belangrijkste voordelen van hoge doorvoer en reproduceerbaarheid, evenals gebruiksgemak, behuizing en dus kosteneffectiviteit. Bovendien zijn er een hoger aantal antilichamen beschikbaar. Hoewel apolipoproteïne E-deficiënte (apoE-/-) muizen breed zijn gebruikt voor de studie van atherosclerose6,7,8, zijn ze ongeschikt voor de studie van ISR omdat stents moeten worden geminiaturiseerd om in muizen te worden geïmplanteerd, waardoor de mechanische eigenschappen van de stents mogelijk veranderen. Bovendien meet de aortawand van muizen tussen 50 μm bij jonge muizen en 85 μm bij oude muizen9, en stents moeten worden ingezet met drukniveaus van slechts 2 atm, wat kan leiden tot malappositie van de stent10. Ratten maken echter de implantatie van in de handel verkrijgbare menselijke coronaire stents mogelijk en vertonen een vasculaire genezingscursus vergelijkbaar met grotere dieren na aorta-stentimplantatie, voor het eerst gerapporteerd door Langeveld et al.11. Deze techniek vereiste oorspronkelijk een trans-abdominale toegang, die een fysieke vernauwing van de aorta noodzakelijk maakte om een tijdelijke onderbreking van de bloedstroom te bereiken. Om de mogelijk geassocieerde vaatletsels en ontstekingsreacties te voorkomen, werd de techniek later verfijnd door de introductie van een trans-iliacale toegang, wat bovendien resulteerde in een hogere overlevingskans van de dieren12.
Omdat wildtype ratten geen atherosclerotische laesies ontwikkelen13, zijn apoE-/- ratten gegenereerd met behulp van nucleasetechnieken zoals Transcription Activator-Like Effector Nuclease (TALEN)14, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9)15, en Zinc Finger (ZF)16. ApoE-/- ratten zijn sinds 2011 in de handel verkrijgbaar. ApoE-/- ratten bieden een atherogene achtergrond en zorgen voor een meer realistische evaluatie van coronaire stents van menselijke grootte, vooral met betrekking tot ISR.
Hierin beschrijven we de methode via de transfemorale toegangsroute en met behulp van een in de handel verkrijgbare dun-strut kobalt-chroom-eluting stent (DES), maar het kan ook worden toegepast voor de studie van andere stenttypes, zoals bare metal stents (BMS) of biologisch afbreekbare stents.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol beschrijft de implantatie van coronaire stents ter grootte van een mens in de abdominale aorta van apoE-/- ratten. Verschillende technische punten zijn de moeite waard om te benadrukken. Ten eerste moet een mismatch tussen de grootte van de stent en de grootte van de aorta worden vermeden. Het plaatsen van een te kleine stent kan leiden tot stent malappositie, terwijl implantatie van een stent die te groot is voor de aorta kan leiden tot overstrekken, scheuren en letsel van het vat. Daarom raden w…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen mevrouw Angela Freund bedanken voor haar onschatbare technische hulp bij het inbedden en produceren van dia’s. We willen ook de heer Tadeusz Stopinski van het Institute for Laboratory Animal Science &experimental Surgery bedanken voor zijn inzichtelijke hulp bij het veterinaire werk.
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).
