血管周围应用弹性蛋白酶诱导的小鼠腹主动脉瘤模型
Summary
本方案描述了一种标准化的手术方法，通过弹性蛋白酶直接应用于小鼠红外腹主动脉的外来，用于弹性蛋白酶诱导的AAA模型。
Abstract
腹主动脉瘤 （AAA） 虽然主要无症状，但可能危及生命，因为 AAA 破裂通常具有毁灭性后果。目前，AAA有几种不同的实验模型，每种模型都强调AAA发病机制的不同方面。弹性蛋白酶诱导的AAA模型是第二常用的啮齿动物AAA模型。该模型涉及直接输注或应用猪胰腺弹性蛋白酶（PPE）到主动脉的红外线段。由于技术挑战，现在大多数弹性蛋白酶诱导的AAA模型都是通过外部应用而不是腔内输注PPE进行的。弹性蛋白酶的浸润会导致内侧层弹性薄片的降解，导致主动脉壁完整性的丧失和随后的腹主动脉扩张。然而，弹性蛋白酶诱导的AAA模型的一个缺点是手术方式的不可避免的变化。具体而言，分离主动脉红外段的手术技术、用于主动脉包裹和PPE孵育的材料、PPE的酶活性以及PPE应用的持续时间都是影响最终AAA形成速率和动脉瘤直径的重要决定因素。值得注意的是，这些因素与AAA不同研究的差异可能导致可重复性问题。本文描述了弹性蛋白酶诱导的AAA模型的详细手术过程，方法是将PPE直接应用于小鼠红外腹主动脉的外膜。按照这一程序，雄性和雌性小鼠的稳定AAA形成率约为80%是可以实现的。通过建立标准外科手术，使用弹性蛋白酶诱导的AAA模型的AAA研究的一致性和可重复性可以显着提高。
Introduction
腹主动脉瘤 （AAA） 定义为腹主动脉节段性扩张，血管直径至少增加 50%1。AAA可能是致命的，因为破裂可导致极高的死亡率，即使有干预2，3，4。据报道，AAA每年在美国造成约13，000人死亡，这使其成为第 10大死因1，5。
AAA的发病机制尚未完全了解6，7，8。为了研究AAA的分子机制并测试潜在的治疗靶点，已经建立了几个实验AAA模型9，10。AAA的啮齿动物模型包括弹性蛋白酶、氯化钙、血管紧张素II和异种移植物模型，其中弹性蛋白酶诱导的AAA模型是第二常用的模型10、11、12、13、14、15、16、17。该模型涉及直接输注或应用猪胰腺弹性蛋白酶（PPE）到主动脉的红外线段。弹性蛋白酶渗透到主动脉的内侧层将导致弹性薄片的降解和炎性细胞的浸润，导致主动脉壁完整性的丧失和随后腹主动脉7，18的扩张。弹性蛋白酶诱导的AAA模型于1990年由Anidjar等人使用大鼠首次报道，其中分离的主动脉部分灌注弹性蛋白酶17。2012年晚些时候，Bhamidipati等人报告了使用个人防护装备的腹膜应用的改进模型。如今，弹性蛋白酶诱导的AAA模型的大多数手术都受到Bhamidipati组的启发，并且通过外部应用而不是PPE的腔内灌注进行。虽然外用对精细手术技能的要求较低，但AAA的发生率相对较低，且尺寸略小于腔内灌注11，19。
虽然在AAA研究中广泛使用，但弹性蛋白酶诱导的AAA模型具有一定的局限性。该模型的一个警告是手术方式的不可避免的变化，这可能导致可重复性的问题。例如，在如何分离主动脉的红外线段以及选择该段的哪个部分用于不同实验室的PPE应用方面，外科手术中可能存在差异。PPE的酶活性和PPE孵育的持续时间也可能不同。然而，这些都是影响最终AAA形成率和动脉瘤直径的基本决定因素。这些关键决定因素的变化使得使用该模型的不同组的AAA研究的数据比较非常困难。因此，需要标准化的外科手术程序作为从各种机构获得可比结果的工具。
本文描述了弹性蛋白酶诱导的AAA模型的标准化手术方案，方法是将PPE直接应用于小鼠红外腹主动脉的外膜。还将讨论有关使用此模型在小鼠中成功和稳健地生成AAA所必需的手术材料和程序的详细信息。
Protocol
Representative Results
Discussion
弹性蛋白酶诱导的AAA模型首先由Anidjar等人于1990年使用大鼠报道17。在过去的三十年中，已经引入了各种改进版本，同时在手术技术方面有显着改进19，20，21，22。数百个研究所使用弹性蛋白酶诱导的AAA模型作为AAA研究的第二常用啮齿动物实验模型12。很自然，不同?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们感谢密歇根大学实验动物医学部在动物饲养和繁殖方面的帮助。本研究由NIH RO1 HL138139，NIH RO1 HL153710至J. Zhang，NIH RO1 HL109946，RO1 HL134569至Y.E. Chen，以及美国心脏协会资助20POST35110064至G. Zhao。
Materials
| 6-0 non-absorbable monofilament suture | Pro Advantage | P420697 | |
| Carprofen | Zoetis Inc. | NDC: 54771-8507 | |
| Chow Diet | LabDiet | 3005659-220 | PicoLab 5L0D |
| Cotton Applicator | Dynarex | 4303 | |
| Cotton Pad | Rael | UPC: 810027130969 | |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Software Inc. | Version 8.4.3 | |
| Grarfe Forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | |
| Halsted Mosquito Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Ketamine | Par Pharmaceutical | NDC: 42023-0115-10 | |
| Nitrile gloves | Fisherbrand | 19-130-1597 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140122 | |
| Porcine pancreatic elastase | Sigma-Aldrich | E1250-100MG | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | |
| Sterile 0.9% saline solution | Baxter | 2B1324X | |
| Xylazine | Akorn | NDC: 59399-110-20 |
References
- Kent, K. C. Clinical practice: Abdominal aortic aneurysms. The New England Journal of Medicine. 371 (22), 2101-2108 (2014).
- Karthikesalingam, A., et al. Mortality from ruptured abdominal aortic aneurysms: Clinical lessons from a comparison of outcomes in England and the USA. Lancet. 383 (9921), 963-969 (2014).
- Noel, A. A., et al. Ruptured abdominal aortic aneurysms: The excessive mortality rate of conventional repair. Journal of Vascular Surgery. 34 (1), 41-46 (2001).
- Lederle, F. A., et al. Rupture rate of large abdominal aortic aneurysms in patients refusing or unfit for elective repair. JAMA. 287 (22), 2968-2972 (2002).
- Kochanek, K. D., Xu, J., Murphy, S. L., Minino, A. M., Kung, H. C. Deaths: Final data for 2009. National Vital Statistics Reports. 60 (3), 1 (2011).
- Daugherty, A., Cassis, L. A. Mechanisms of abdominal aortic aneurysm formation. Current Atherosclerosis Reports. 4 (3), 222-227 (2002).
- Quintana, R. A., Taylor, W. R. Cellular mechanisms of aortic aneurysm formation. Circulation Research. 124 (4), 607-618 (2019).
- Kuivaniemi, H., Ryer, E. J., Elmore, J. R., Tromp, G. Understanding the pathogenesis of abdominal aortic aneurysms. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 13 (9), 975-987 (2015).
- Trollope, A., Moxon, J. V., Moran, C. S., Golledge, J. Animal models of abdominal aortic aneurysm and their role in furthering management of human disease. Cardiovascular Pathology. 20 (2), 114-123 (2011).
- Patelis, N., et al. Animal models in the research of abdominal aortic aneurysms development. Physiological Research. 66 (6), 899-915 (2017).
- Senemaud, J., et al. Translational relevance and recent advances of animal models of abdominal aortic aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 37 (3), 401-410 (2017).
- Lysgaard Poulsen, J., Stubbe, J., Lindholt, J. S. Animal models used to explore abdominal aortic aneurysms: A systematic review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 52 (4), 487-499 (2016).
- Tsui, J. C. Experimental models of abdominal aortic aneurysms. Open Cardiovascular Medicine Journal. 4, 221-230 (2010).
- Manning, M. W., Cassi, L. A., Huang, J., Szilvassy, S. J., Daugherty, A. Abdominal aortic aneurysms: Fresh insights from a novel animal model of the disease. Vascular Medicine. 7 (1), 45-54 (2002).
- Chiou, A. C., Chiu, B., Pearce, W. H. Murine aortic aneurysm produced by periarterial application of calcium chloride. Journal of Surgical Research. 99 (2), 371-376 (2001).
- Allaire, E., Guettier, C., Bruneval, P., Plissonnier, D., Michel, J. B. Cell-free arterial grafts: Morphologic characteristics of aortic isografts, allografts, and xenografts in rats. Journal of Vascular Surgery. 19 (3), 446-456 (1994).
- Anidjar, S., et al. Elastase-induced experimental aneurysms in rats. Circulation. 82 (3), 973-981 (1990).
- Sun, J., et al. Mast cells modulate the pathogenesis of elastase-induced abdominal aortic aneurysms in mice. Journal of Clinical Investigation. 117 (11), 3359-3368 (2007).
- Bhamidipati, C. M., et al. Development of a novel murine model of aortic aneurysms using peri-adventitial elastase. Surgery. 152 (2), 238-246 (2012).
- Pyo, R., et al. Targeted gene disruption of matrix metalloproteinase-9 (gelatinase B) suppresses development of experimental abdominal aortic aneurysms. Journal of Clinical Investigation. 105 (11), 1641-1649 (2000).
- Tanaka, A., Hasegawa, T., Chen, Z., Okita, Y., Okada, K. A novel rat model of abdominal aortic aneurysm using a combination of intraluminal elastase infusion and extraluminal calcium chloride exposure. Journal of Vascular Surgery. 50 (6), 1423-1432 (2009).
- Busch, A., et al. Four surgical modifications to the classic elastase perfusion aneurysm model enable haemodynamic alterations and extended elastase perfusion. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 56 (1), 102-109 (2018).
- Liang, W., et al. KLF11 protects against venous thrombosis via suppressing tissue factor expression. Thrombosis and Haemostasis. , (2021).
- Marinov, G. R., et al. Can the infusion of elastase in the abdominal aorta of the Yucatan miniature swine consistently produce experimental aneurysms. Journal of Investigative Surgery. 10 (3), 129-150 (1997).
- Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments. (153), e60169 (2019).
