Mausmodell für das abdominale Aortenaneurysma, das durch die perivaskuläre Anwendung der Elastase induziert wird
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt eine standardisierte chirurgische Methode für das Elastase-induzierte AAA-Modell durch die direkte Anwendung von Elastase auf die Adventitia der infrarenalen abdominalen Aorta bei Mäusen.
Abstract
Abdominales Aortenaneurysma (AAA), obwohl in erster Linie asymptomatisch, ist potenziell lebensbedrohlich, da der Bruch von AAA in der Regel ein verheerendes Ergebnis hat. Derzeit gibt es mehrere verschiedene experimentelle Modelle von AAA, die jeweils einen anderen Aspekt in der Pathogenese von AAA betonen. Das Elastase-induzierte AAA-Modell ist das am zweithäufigsten verwendete Nagetier-AAA-Modell. Dieses Modell beinhaltet eine direkte Infusion oder Anwendung der porcinen Pankreaselastase (PPE) auf das infrarenale Segment der Aorta. Aufgrund technischer Herausforderungen werden die meisten Elastase-induzierten AAA-Modelle heutzutage mit der externen Anwendung und nicht mit einer intraluminalen Infusion von PSA durchgeführt. Die Infiltration der Elastase führt zu einem Abbau elastischer Lamellen in den medialen Schichten, was zum Verlust der Integrität der Aortenwand und zur anschließenden Erweiterung der Bauchaorta führt. Ein Nachteil des Elastase-induzierten AAA-Modells ist jedoch die unvermeidliche Variation der Art und Weise, wie die Operation durchgeführt wird. Insbesondere die chirurgische Technik der Isolierung des infrarenalen Segments der Aorta, das Material, das für die Aortenwicklung und die PSA-Inkubation verwendet wird, die enzymatische Aktivität von PSA und die zeitliche Dauer der PSA-Anwendung können wichtige Determinanten sein, die die eventuelle AAA-Bildungsrate und den Aneurysmadurchmesser beeinflussen. Insbesondere der Unterschied in diesen Faktoren aus verschiedenen Studien zu AAA kann zu Reproduzierbarkeitsproblemen führen. Dieser Artikel beschreibt einen detaillierten chirurgischen Ablauf des Elastase-induzierten AAA-Modells durch direkte Anwendung von PSA auf die Adventitia der infrarenalen Bauchaorta in der Maus. Nach diesem Verfahren ist eine stabile AAA-Bildungsrate von etwa 80% bei männlichen und weiblichen Mäusen erreichbar. Die Konsistenz und Reproduzierbarkeit von AAA-Studien unter Verwendung eines Elastase-induzierten AAA-Modells kann durch die Etablierung eines chirurgischen Standardverfahrens erheblich verbessert werden.
Introduction
Das Abdominalaortenaneurysma (AAA) ist definiert als eine segmentale Erweiterung der Bauchaorta mit einer Zunahme des Gefäßdurchmessers1 um mindestens 50%. AAA ist potenziell tödlich, da der Bruch zu einer extrem hohen Sterblichkeitsrate führen kann, selbst beiIntervention 2,3,4. Es wurde berichtet, dass AAA in den USA jährlich für etwa 13.000 Todesfälle verantwortlich ist, was sie zur 10. häufigsten Todesursache von 1,5 macht.
Die Pathogenese von AAA ist noch nicht vollständig verstanden 6,7,8. Um den molekularen Mechanismus von AAA zu untersuchen und potenzielle therapeutische Ziele zu testen, wurden mehrere experimentelle AAA-Modelle erstellt 9,10. Nagetiermodelle von AAA umfassen Elastase-, Calciumchlorid-, Angiotensin-II– und Xenograft-Modelle, unter denen das Elastase-induzierte AAA-Modell das am zweithäufigsten verwendete Modell 10,11,12,13,14,15,16,17 ist. Dieses Modell beinhaltet eine direkte Infusion oder Anwendung der porcinen Pankreaselastase (PPE) auf das infrarenale Segment der Aorta. Das Eindringen von Elastase in die mediale Schicht der Aorta führt zum Abbau elastischer Lamellen und zur Infiltration von Entzündungszellen, was zum Verlust der Integrität der Aortenwand und zur anschließenden Erweiterung der Bauchaortaführt 7,18. Das Elastase-induzierte AAA-Modell wurde erstmals 1990 von Anidjar et al. an Ratten berichtet, bei denen ein isoliertes Segment der Aorta mit Elastase17 durchblutet wurde. Später im Jahr 2012 wurde ein modifiziertes Modell mit einer periadventitiellen Anwendung von PSA von Bhamidipati et al.19 berichtet. Heutzutage sind die meisten Operationen für das Elastase-induzierte AAA-Modell von Bhamidipatis Gruppe inspiriert und werden mit der externen Anwendung und nicht mit intraluminaler Perfusion von PSA durchgeführt. Obwohl die externe Anwendung weniger Anforderungen an feine chirurgische Fähigkeiten stellt, ist die Inzidenzrate von AAA relativ niedriger und die Größe etwas kleiner als die der intraluminalen Perfusion11,19.
Obwohl das Elastase-induzierte AAA-Modell in AAA-Studien weit verbreitet ist, weist es bestimmte Einschränkungen auf. Ein Vorbehalt dieses Modells sind die unvermeidlichen Variationen der Art und Weise, wie die Operation durchgeführt wird, was zu dem Problem der Reproduzierbarkeit führen kann. Zum Beispiel kann der Unterschied im chirurgischen Verfahren bestehen, wie das infrarenale Segment der Aorta isoliert wird und welcher Teil des Segments für die PSA-Anwendung in verschiedenen Labors ausgewählt wird. Die enzymatische Aktivität von PSA und die Zeitdauer der PSA-Inkubation können ebenfalls variieren. Dies sind jedoch alles wesentliche Determinanten, die die eventuelle AAA-Bildungsrate und den Aneurysmadurchmesser beeinflussen. Die Variation dieser kritischen Determinanten macht den Datenvergleich von AAA-Studien aus verschiedenen Gruppen mit diesem Modell sehr schwierig. Daher ist ein standardisierter chirurgischer Eingriff als Werkzeug erforderlich, um vergleichbare Ergebnisse von verschiedenen Institutionen zu erhalten.
Dieser Artikel beschreibt ein standardisiertes chirurgisches Protokoll für das Elastase-induzierte AAA-Modell durch direkte Anwendung von PSA auf die Adventitia der infrarenalen Bauchaorta bei Mäusen. Details über chirurgisches Material und Verfahren, die für eine erfolgreiche und robuste Erzeugung von AAA bei Mäusen mit diesem Modell unerlässlich sind, werden ebenfalls diskutiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Elastase-induzierte AAA-Modell wurde erstmals 1990 von Anidjar et al. mit Ratten berichtet17. In den letzten dreißig Jahren wurde eine Vielzahl von modifizierten Versionen eingeführt, zusammen mit einer signifikanten Verbesserung der chirurgischen Techniken 19,20,21,22. Hunderte von Instituten verwenden Elastase-induzierte AAA-Modelle als das am zweithäufigsten ve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken der Abteilung für Labortiermedizin der University of Michigan für ihre Hilfe bei der Tierfütterung und -zucht. Diese Studie wird von NIH RO1 HL138139, NIH RO1 HL153710 an J. Zhang, NIH RO1 HL109946, RO1 HL134569 an Y.E. Chen und dem American Heart Association Grant 20POST35110064 an G. Zhao unterstützt.
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).
