Implantation von menschengroßen koronaren Stents in Ratte Abdominal Aorta mit einem transfemoralen Zugang
Summary
Dieses Protokoll beschreibt die Implantation menschlicher koronarer Stents in die Bauchaorta von Ratten mit einemApoE-/- Hintergrund unter Verwendung eines transfemoralen Zugangs. Im Vergleich zu anderen Tiermodellen bieten murine Modelle die Vorteile eines hohen Durchsatzes, der Reproduzierbarkeit, der einfachen Handhabung und des Gehäuses sowie einer breiten Verfügbarkeit molekularer Marker.
Abstract
Perkutane koronare Intervention (PCI), kombiniert mit dem Einsatz eines koronaren Stents, stellt den Goldstandard in der interventionellen Behandlung von koronaren Herzerkrankungen dar. In-stent Restenose (ISR) wird durch eine übermäßige Proliferation von Neointimgewebe innerhalb des Stents bestimmt und begrenzt den langfristigen Erfolg von Stents. Eine Vielzahl von Tiermodellen wurden verwendet, um pathophysiologische Prozesse zu klären, die der In-Stent-Restenose (ISR) zugrunde liegen, wobei die Schweinekoronare und die Kaninchen-Iliasarterienmodelle am häufigsten verwendet werden. Murine-Modelle bieten die Vorteile eines hohen Durchsatzes, einfacher Handhabung und Gehäuse, Reproduzierbarkeit und einer breiten Verfügbarkeit molekularer Marker. Das Apolipoprotein E-Mangel (ApoE-/- ) Mausmodell wurde häufig verwendet, um Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu studieren. Stents müssen jedoch miniaturisiert werden, um mäusen implantiert zu werden, was wichtige Veränderungen ihrer mechanischen und (potenziell) biologischen Eigenschaften mit sich bringen muss. Die Verwendung von ApoE-/- Ratten können diese Unzulänglichkeiten als ApoE überwinden-/- Ratten ermöglichen die Bewertung von koronaren Stents in menschlicher Größe und liefern gleichzeitig einen atherogen Phänotyp. Dies macht sie zu einem ausgezeichneten und zuverlässigen Modell, um ISR nach der Stent-Implantation zu untersuchen. Hier beschreiben wir detailliert die Implantation kommerziell erhältlicher menschlicher Koronarstents in die Bauchaorta von Ratten mit einemapoE-/- Hintergrund unter Verwendung eines transfemoralen Zugangs.
Introduction
Perkutane koronare Intervention (PCI), kombiniert mit dem Einsatz eines koronaren Stents, stellt den Goldstandard in der interventionellen Behandlung der koronaren Herzkrankheit1dar. Der langfristige Erfolg von Stents kann jedoch durch das Auftreten von In-Stent-Restenose (ISR) begrenzt werden, die durch eine übermäßige Proliferation von Neointimgewebe im Stent bestimmt wird2,3. ISR kann eine erneute Intervention entweder mit koronaren Arterienbypass oder re-PCI erfordern. Für die Untersuchung von ISR wurden verschiedene Tiermodelle vorgeschlagen, von denen jedes Vorteile und Mängel aufweist. Die Hauptnachteile der am häufigsten verwendeten Schweinekoronar- und Kaninchen-Iliac-Arterienmodelle, obwohl sie lästig sind, sind nach der Stent-Implantation4,5, große Tier- und Wohnkosten, die vor allem in Langzeitstudien logistische Schwierigkeiten mit sich bringen, sowie Einschränkungen bei der Handhabung und Ausrüstung. Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit von Antikörpern gegen zelluläre Proteine von Schweinen und Kaninchen begrenzt. Auf der anderen Seite bieten murine Modelle die großen Vorteile eines hohen Durchsatzes und der Reproduzierbarkeit sowie der einfachen Handhabung, des Gehäuses und damit der Wirtschaftlichkeit. Darüber hinaus ist eine höhere Anzahl von Antikörpern verfügbar. Obwohl Apolipoprotein E-deficient (apoE-/-) Mäuse weit verbreitet für die Untersuchung von Arteriosklerose6,7,8verwendet wurden, sind sie für die Untersuchung von ISR ungeeignet, da Stents miniaturisiert werden müssen, um in Mäuse implantiert zu werden, was die mechanischen Eigenschaften der Stents verändern könnte. Darüber hinaus misst die Aortenwand von Mäusen bei jungen Mäusen zwischen 50 und bei alten Mäusen9, und Stents müssen mit Druckpegeln von bis zu 2 atm eingesetzt werden, was zu einer Fehlstellung des Stents10führen kann. Ratten erlauben jedoch die Implantation kommerziell erhältlicher menschlicher koronare Stents und zeigen einen vaskulären Heilungsverlauf ähnlich wie größere Tiere nach aortenstents Implantation, zuerst berichtet von Langeveld et al.11. Diese Technik erforderte ursprünglich einen transabdominalen Zugang, der eine physische Verengung der Aorta erforderte, um eine vorübergehende Unterbrechung des Blutflusses zu erreichen. Um die potenziell damit verbundenen Gefäßverletzungen und Entzündungsreaktionen zu vermeiden, wurde die Technik später durch die Einführung eines transiliac Zugangs verfeinert, was zusätzlich zu einer höheren Überlebensrate der Tiereführte 12.
Da Wildtypratten keine atherosklerotischen Läsionen entwickeln13, wurden ApoE-/- Ratten mit Nuklease-Techniken wie Transkription Activator-Like Effector Nuclease (TALEN)14, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9)15und Zinkfinger (ZF)16erzeugt. ApoE-/- Ratten sind seit 2011 im Handel erhältlich. ApoE-/- Ratten mit einem atherogen Hintergrund ermöglichen eine realistischere Bewertung von koronaren Stents in menschlicher Größe, insbesondere in Bezug auf ISR.
Dabei beschreiben wir die Methode über den transfemoralen Zugangsweg und unter Verwendung eines handelsüblichen Dünnstrut-Kobalt-Chrom-Eluing-Stents (DES), kann aber auch für die Untersuchung anderer Stenttypen wie Bare Metal Stents (BMS) oder biologisch abbaubarer Stents eingesetzt werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt die Implantation von koronaren Stents in menschliche Größe in die Bauchaorta von ApoE-/- Ratten. Mehrere technische Punkte sind hervorzuheben. Zunächst sollte eine Diskrepanz zwischen der Stentgröße und der Größe der Aorta vermieden werden. Das Platzieren eines zu kleinen Stents kann zu Stent-Malapposition führen, während die Implantation eines Stents, der zu groß für die Aorta ist, zu Überdehnung, Reißen und Verletzungen des Gefäßes führen kann. Daher empfehlen wir …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Frau Angela Freund für ihre unschätzbare technische Unterstützung bei der Einbettung und Folienproduktion. Wir danken auch Herrn Tadeusz Stopinski vom Institut für Labortierkunde & Experimentalchirurgie für seine aufschlussreiche Hilfe bei der tierärztlichen Arbeit.
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).
