Обострение ишемии миокарда при воздействии твердых частиц на атеросклероз животной модели
Summary
Этот протокол описывает композитную модель животных с воздействием твердых частиц (ТЧ), которые усугубляют ишемию миокарда атеросклерозом.
Abstract
Проблемам со здоровьем, вызванным загрязнением воздуха (особенно загрязнением твердыми частицами), уделяется все больше внимания, особенно среди пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, что усугубляет сложные расстройства и вызывает плохой прогноз. Простая модель воздействия ишемии миокарда (ИМ) или твердых частиц (ТЧ) непригодна для таких исследований заболеваний с несколькими причинами. Здесь описан способ построения композитной модели, сочетающей воздействие ТЧ, атеросклероз и ишемию миокарда. Мышей ApoE−/− кормили диетой с высоким содержанием жиров в течение 16 недель для развития атеросклероза, трахеальную инстилляцию стандартной суспензии ТЧ проводили для имитации легочного воздействия ТЧ, а левую переднюю нисходящую коронарную артерию перевязывали через неделю после последнего воздействия. Трахеальная инстилляция ТЧ может имитировать острое воздействие легких при значительном снижении стоимости эксперимента; классическая перевязка левой передней нисходящей артерии с неинвазивной интубацией трахеи и новое вспомогательное расширительное устройство могут обеспечить выживаемость животного и снизить сложность операции. Эта животная модель может разумно имитировать патологические изменения инфаркта миокарда пациента, усугубленные загрязнением воздуха, и служить ориентиром для построения моделей животных, связанных с исследованиями, связанными с заболеваниями с несколькими причинами.
Introduction
Загрязнение воздуха было связано с высокой смертностью от всех причин и способствовало значительному бремени болезней больше, чем сумма загрязнения воды, загрязнения почвы и профессионального воздействия1. Доклад ВОЗ показал, что загрязнение наружного воздуха вызвало 4,2 миллиона преждевременных смертей как в городах, так и в сельских районах во всем мире в 2016году2. 91% людей во всем мире живут в местах, где качество воздуха превышает рекомендуемые ВОЗ пределы2. Кроме того, тонкодисперсные твердые частицы (ТЧ) (диаметр ≤2,5 мкм, ТЧ2,5) признаны наиболее значительной угрозой загрязнения воздуха для глобального общественногоздравоохранения3, особенно для людей, проживающих в городах стран с низким и средним уровнем дохода.
Неблагоприятное воздействие загрязнения воздуха на сердечно-сосудистые заболевания заслуживает большего внимания. Предыдущие исследования показали, что ТЧ приводит к повышенному риску сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ)4. Воздействие высоких концентраций ультрадисперсных частиц в течение нескольких часов может привести к повышению смертности от инфаркта миокарда. Для людей с инфарктом миокарда в анамнезе воздействие ультрадисперсных частиц может значительно увеличить риск рецидива5. Кроме того, общепризнано, что воздействие ТЧ ускоряет прогрессирование атеросклероза6.
Для медицинских исследований крайне важно выбрать подходящую модель животного. Простой атеросклероз животных модели7, ишемия миокарда животных модели8 и воздействие ТЧ на животных модели9 уже существуют. Мышь ApoE−/− (выбитый аполипопротеин Е) является традиционной моделью мыши, используемой в исследованиях атеросклероза. Способность очищать липопротеины плазмы у мышей ApoE−/− сильно нарушена. Диета с высоким содержанием жиров вызовет тяжелый атеросклероз, напоминающий диетическую зависимость от атеросклеротической болезни сердца, наблюдаемую у людей7. Перевязка левой передней нисходящей коронарной артерии (LAD) является классическим методом индуцирования ишемического события 8,10. Инфузия трахеи использовалась во многих исследованиях и выделяется из моделей воздействия11,12 из-за ее лучшего моделирования и более низкой стоимости.
Тем не менее, животные модели одного заболевания имеют значительные ограничения в научных исследованиях. Ишемия миокарда, вызванная просто лигированием LAD, не моделируется в реальной ситуации. В естественном состоянии ишемия миокарда обычно вызвана разрывом бляшек и закупоркой коронарных артерий13. Пациенты с ишемической кардиомиопатией обычно имеют атеросклеротические основные поражения13. Существуют также нарушения липидного обмена и воспалительные реакции в организме14. Поэтому ишемия, вызванная физическими факторами или в естественных условиях, имеет разные патологические проявления. Существующие исследования показали, что инфаркт и воспаление в моделях ишемии миокарда при атеросклерозе более тяжелые15,16. Воздействие ПМ может еще больше усугубить атеросклероз и ишемию миокарда, вызывая воспаление и окислительный стресс1. Три фактора обычно сосуществуют в естественном состоянии, поэтому фактическую ситуацию можно лучше смоделировать с помощью сложной модели.
Этот протокол описывает разработку животной модели ишемии миокарда (ИМ), сочетающей атеросклероз (АС) и острое воздействие ТЧ. Мышей ApoE−/− кормили диетой с высоким содержанием жиров, чтобы вызвать атеросклероз. Легочное воздействие ТЧ имитировалось капанием суспензии ТЧ через трахею. Лигирование LAD у мышей использовалось для индуцирования ишемии миокарда. Эти методы были объединены и оптимизированы для лучшего моделирования болезненного состояния и улучшения выживаемости животных. Не требуется большой экспозиционный блок или аппарат для газовой анестезии, что делает эксперимент простым в выполнении. Эта модель может быть использована для изучения влияния воздействия ТЧ в загрязнении воздуха на атеросклероз и ишемическую кардиомиопатию и проведения исследований новых препаратов, разработанных для лечения заболеваний с такими сложными факторами.
Protocol
Representative Results
Discussion
Создание составной животной модели несколько отличается от модели одного ИМ. Поддержание высокой выживаемости является сложной задачей при разработке композитной модели. Тяжесть атеросклероза у мышей ApoE−/− станет более тяжелой с продлением времени кормления с высоким содержа…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта модель была разработана при поддержке Национального фонда естественных наук Китая (Nos. 81673640, 81841001 и 81803814) и Главной национальной научно-технической программы Китая по инновационным лекарственным средствам (2017ZX09301012002 и 2017ZX09101002001-001-3).
Materials
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| 75% alcohol disinfectant | |||
| Animal ventilator | Shanghai Alcott Biotech | ALC-V8S | |
| Cotton swabs | Sterile | ||
| Cotton swabs for babies | Sterile , Approximately 3 mm in diameter | ||
| Culture Dish | Corning | 430597 | 150 mm x 25 mm |
| Diesel Particulate Matter | National Institute of Standards Technology | 1650b | |
| Dissection board | About 25 x 17 cm. The dissecting board can be replaced with a wooden board of the same size | ||
| High-fat diet for mice | Prescription: egg yolk powder 10%, lard 10%, sterol 1%, maintenance feed 79% | ||
| Iodophor disinfectant | |||
| LED spotlight | 5 V, 3 W,with hoses and clamps | ||
| Medical silk yarn ball | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 0-0 |
| Medical tape | 3M | 1527C-0 | |
| Micro Vascular Hemostatic Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | W40350 | |
| Needle Holders | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JC32010 | |
| Normal saline | |||
| Ophthalmic Scissors | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | Y00040 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with hooks | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1080 | |
| Ophthalmic tweezer, 10cm, curved, with teeth | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Surgical Instruments Factory | JD1060 | |
| Pipet Tips | Axygen | T-200-Y-R-S | 0-200 μL |
| Pipette | eppendorf | 3121000074 | 100 uL |
| Safety pin | Approximately 4.5 cm in length , for making chest opening tools | ||
| Small Animal I.V. Cannulas | Baayen healthcare suzhou | BAAN-322025 | I.V CATHETER 22FG x 25 MM |
| Suture needle with thread | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | – | 6-0,Nylon line |
| Suture needle with thread | JinHuan Medical | F503 | 5-0 |
| Syringe | 1 mL | ||
| Tert-amyl alcohol | |||
| Zoom-stereo microscope | Mshot | MZ62 |
References
- Al-Kindi, S. G., Brook, R. D., Biswal, S., Rajagopalan, S. Environmental determinants of cardiovascular disease: lessons learned from air pollution. Nature Reviews: Cardiology. 17 (10), 656-672 (2020).
- Ambient (outdoor) Air Pollution. WHO Available from: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ambient-(outdoor) (2021)
- Kim, K. H., Kabir, E., Kabir, S. A review on the human health impact of airborne particulate matter. Environment International. 74, 136-143 (2015).
- Rajagopalan, S., Al-Kindi, S. G., Brook, R. D. Air pollution and cardiovascular disease: JACC State-of-the-Art Review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (17), 2054-2070 (2018).
- Wolf, K., et al. Associations between short-term exposure to particulate matter and ultrafine particles and myocardial infarction in Augsburg, Germany. International Journal of Hygiene and Environmental Health. 218 (6), 535-542 (2015).
- Sun, Q., Hong, X., Wold, L. E. Cardiovascular effects of ambient particulate air pollution exposure. Circulation. 121 (25), 2755-2765 (2010).
- Emini Veseli, B., et al. Animal models of atherosclerosis. European Journal of Pharmacology. 816, 3-13 (2017).
- Reichert, K., et al. Murine Left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: An improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (122), e55353 (2017).
- Lei, J., et al. The acute effect of diesel exhaust particles and different fractions exposure on blood coagulation function in mice. International Journal of Environmental Research and Public Health. 18 (8), 4136 (2021).
- Gao, E., et al. A novel and efficient model of coronary artery ligation and myocardial infarction in the mouse. Circulation Research. 107 (12), 1445-1453 (2010).
- Pei, Y. H., et al. LncRNA PEAMIR inhibits apoptosis and inflammatory response in PM2.5 exposure aggravated myocardial ischemia/reperfusion injury as a competing endogenous RNA of miR-29b-3p. Nanotoxicology. 14 (5), 638-653 (2020).
- Jia, H., et al. PM2.5-induced pulmonary inflammation via activating of the NLRP3/caspase-1 signaling pathway. Environmental Toxicology. 36 (3), 298-307 (2021).
- Vogel, B., et al. ST-segment elevation myocardial infarction. Nature Reviews Disease Primers. 5 (1), 39 (2019).
- Libby, P. The changing landscape of atherosclerosis. Nature. 592 (7855), 524-533 (2021).
- Zhou, Z., et al. Excessive neutrophil extracellular trap formation aggravates acute myocardial infarction injury in Apolipoprotein E deficiency mice via the ROS-dependent pathway. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2019, 1209307 (2019).
- Pluijmert, N. J., Bart, C. I., Bax, W. H., Quax, P. H. A., Atsma, D. E. Effects on cardiac function, remodeling and inflammation following myocardial ischemia-reperfusion injury or unreperfused myocardial infarction in hypercholesterolemic APOE*3-Leiden mice. Scientific Reports. 10 (1), 16601 (2020).
- Centa, M., Ketelhuth, D. F. J., Malin, S., Gistera, A. Quantification of atherosclerosis in mice. Journal of Visualized Experiments. (148), e59828 (2019).
- Benedek, A., et al. Use of TTC staining for the evaluation of tissue injury in the early phases of reperfusion after focal cerebral ischemia in rats. Brain Research. 1116 (1), 159-165 (2006).
- Mehlem, A., Hagberg, C. E., Muhl, L., Eriksson, U., Falkevall, A. Imaging of neutral lipids by oil red O for analyzing the metabolic status in health and disease. Nature Protocols. 8 (6), 1149-1154 (2013).
- Nelson, A. M., Nolan, K. E., Davis, I. C. Repeated orotracheal intubation in mice. Journal of Visualized Experiments. (157), e60844 (2020).
- Zheng, Z., et al. Exposure to fine airborne particulate matters induces hepatic fibrosis in murine models. Journal of Hepatology. 63 (6), 1397-1404 (2015).
- Bai, N., van Eeden, S. F. Systemic and vascular effects of circulating diesel exhaust particulate matter. Inhalation Toxicology. 25 (13), 725-734 (2013).
- Furuyama, A., Kanno, S., Kobayashi, T., Hirano, S. Extrapulmonary translocation of intratracheally instilled fine and ultrafine particles via direct and alveolar macrophage-associated routes. Archives of Toxicology. 83 (5), 429-437 (2009).
- Brunekreef, B., Holgate, S. T. Air pollution and health. Lancet. 360 (9341), 1233-1242 (2002).
