Mus abdominal aortaaneurysm modell inducerad av perivaskulär applicering av elastas
Summary
Det föreliggande protokollet beskriver en standardiserad kirurgisk metod för den elastasinducerade AAA-modellen genom direkt applicering av elastas på adventitia av infrarenal abdominal aorta hos möss.
Abstract
Abdominal aortaaneurysm (AAA), även om den främst är asymptomatisk, är potentiellt livshotande eftersom bristningen av AAA vanligtvis har ett förödande resultat. För närvarande finns det flera distinkta experimentella modeller av AAA, var och en betonar en annan aspekt i patogenesen av AAA. Den elasasinducerade AAA-modellen är den näst mest använda AAA-modellen för gnagare. Denna modell innefattar direkt infusion eller applicering av svin bukspottkörtelelastas (PPE) till det infrarenala segmentet av aortan. På grund av tekniska utmaningar utförs de flesta elastasinducerade AAA-modeller idag med den externa applikationen snarare än en intraluminal infusion av personlig skyddsutrustning. Infiltrationen av elastas kommer att orsaka nedbrytning av elastiska lameller i de mediala skikten, vilket resulterar i förlust av aortaväggsintegritet och efterföljande utvidgning av bukaortan. En nackdel med den elastasinducerade AAA-modellen är dock den oundvikliga variationen i hur operationen utförs. Specifikt kan den kirurgiska tekniken för att isolera det infrarenala segmentet av aortan, materialet som används för aortaförpackning och PPE-inkubation, den enzymatiska aktiviteten hos PPE och tidslängden för PPE-applicering alla vara viktiga determinanter som påverkar den eventuella AAA-bildningshastigheten och aneurysmdiametern. I synnerhet kan skillnaden i dessa faktorer från olika studier om AAA leda till reproducerbarhetsproblem. Denna artikel beskriver en detaljerad kirurgisk process av den elastasinducerade AAA-modellen genom direkt applicering av personlig skyddsutrustning på adventitia av den infrarenala bukaortan i musen. Efter denna procedur kan en stabil AAA-bildningshastighet på cirka 80% hos manliga och kvinnliga möss uppnås. Konsistensen och reproducerbarheten av AAA-studier med hjälp av en elastasinducerad AAA-modell kan förbättras avsevärt genom att upprätta ett standardkirurgiskt ingrepp.
Introduction
Abdominal aortaaneurysm (AAA) definieras som en segmentell dilatation av bukaortan med minst 50% ökning av kärlets diameter1. AAA är potentiellt dödligt, eftersom brottet kan resultera i en extremt hög dödlighet, även med intervention 2,3,4. Det har rapporterats att AAA är ansvarig för cirka 13 000 dödsfall årligen i USA, vilket gör det till den 10: e ledande dödsorsaken 1,5.
Patogenesen av AAA är ännu inte helt förstådd 6,7,8. För att undersöka den molekylära mekanismen för AAA och testa potentiella terapeutiska mål har flera experimentella AAA-modeller fastställts 9,10. Gnagaremodeller av AAA inkluderar elastas, kalciumklorid, angiotensin II och xenograftmodeller, bland vilka den elastasinducerade AAA-modellen är den näst mest använda modellen 10,11,12,13,14,15,16,17. Denna modell innefattar direkt infusion eller applicering av svin bukspottkörtelelastas (PPE) till det infrarenala segmentet av aortan. Penetreringen av elastas i det mediala skiktet av aortan kommer att orsaka nedbrytning av elastiska lameller och infiltration av inflammatoriska celler, vilket leder till förlust av aortaväggsintegritet och efterföljande utvidgning av bukaorta 7,18. Den elastasinducerade AAA-modellen rapporterades först av Anidjar et al. 1990 med råttor, där ett isolerat segment av aortan perfusionerades medelastas 17. Senare under 2012 rapporterades en modifierad modell med periadventitiell applicering av personlig skyddsutrustning av Bhamidipati et al.19. Numera är de flesta operationer för den elastasinducerade AAA-modellen inspirerade av Bhamidipatis grupp och utförs med extern applikation snarare än intraluminal perfusion av PPE. Även om den externa applikationen har mindre krav på fina kirurgiska färdigheter, är incidensen av AAA relativt lägre och storleken något mindre än för intraluminal perfusion11,19.
Även om den används i stor utsträckning i AAA-studier, har den elastasinducerade AAA-modellen vissa begränsningar. En varning i denna modell är de oundvikliga variationerna i hur operationen utförs, vilket kan leda till frågan om reproducerbarhet. Till exempel kan skillnaden finnas i det kirurgiska ingreppet angående hur det infrarenala segmentet av aortan isoleras och vilken del av segmentet som väljs för PPE-applikation bland olika laboratorier. Den enzymatiska aktiviteten hos personlig skyddsutrustning och varaktigheten för inkubation av personlig skyddsutrustning kan också variera. Dessa är emellertid alla väsentliga determinanter som påverkar den slutliga AAA-bildningshastigheten och aneurysmdiametern. Variationen av dessa kritiska determinanter gör datajämförelse av AAA-studier från olika grupper som använder denna modell mycket svår. Därför behövs ett standardiserat kirurgiskt ingrepp som ett verktyg för att få jämförbara resultat från olika institutioner.
Denna artikel beskriver ett standardiserat kirurgiskt protokoll för den elastasinducerade AAA-modellen genom direkt applicering av personlig skyddsutrustning på adventitia av infrarenal abdominal aorta hos möss. Detaljer om kirurgiskt material och procedurer som är nödvändiga för framgångsrik och robust generering av AAA hos möss med hjälp av denna modell kommer också att diskuteras.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den elastasinducerade AAA-modellen rapporterades först av Anidjar et al. med råttor 199017. En mängd olika modifierade versioner har introducerats under de senaste trettio åren, tillsammans med betydande förbättringar av de kirurgiska teknikerna 19,20,21,22. Hundratals institut använder elastasinducerade AAA-modeller som den näst mest använda experimentella gnag…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar enheten för laboratoriedjurmedicin vid University of Michigan för deras hjälp med djurfoder och avel. Denna studie stöds av NIH RO1 HL138139, NIH RO1 HL153710 till J. Zhang, NIH RO1 HL109946, RO1 HL134569 till Y.E. Chen och American Heart Association grant 20POST35110064 till 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).
