Mus Abdominal Aortic Aneurysm Modell Indusert av Perivascular Anvendelse av Elastase
Summary
Den nåværende protokollen beskriver en standardisert kirurgisk metode for den elastaseinduserte AAA-modellen gjennom direkte påføring av elastase til adventitia av infrarenal abdominal aorta hos mus.
Abstract
Abdominal aorta aneurisme (AAA), men først og fremst asymptomatisk, er potensielt livstruende da bruddet på AAA vanligvis har et ødeleggende utfall. For tiden er det flere forskjellige eksperimentelle modeller av AAA, som hver understreker et annet aspekt i patogenesen til AAA. Den elastaseinduserte AAA-modellen er den nest mest brukte gnageren AAA-modellen. Denne modellen innebærer direkte infusjon eller påføring av svinepankreaselastase (PVU) til det infrarenale segmentet av aorta. På grunn av tekniske utfordringer utføres de fleste elastaseinduserte AAA-modellen i dag med den eksterne applikasjonen i stedet for en intraluminal infusjon av PVU. Infiltrasjonen av elastase vil forårsake nedbrytning av elastisk lamell i mediallagene, noe som resulterer i tap av aortaveggintegritet og etterfølgende utvidelse av bukaorta. Imidlertid er en ulempe ved den elastaseinduserte AAA-modellen den uunngåelige variasjonen av hvordan operasjonen utføres. Spesielt den kirurgiske teknikken for å isolere det infrarenale segmentet av aorta, materialet som brukes til aortainnpakning og PPE-inkubasjon, den enzymatiske aktiviteten til PVU, og varigheten av PPE-applikasjonen kan alle være viktige determinanter som påvirker den endelige AAA-formasjonshastigheten og aneurismediameteren. Spesielt kan forskjellen i disse faktorene fra forskjellige studier på AAA føre til reproduserbarhetsproblemer. Denne artikkelen beskriver en detaljert kirurgisk prosess av den elastaseinduserte AAA-modellen gjennom direkte påføring av PVU til adventitia av den infrarenale abdominal aorta i musen. Etter denne prosedyren er en stabil AAA-formasjonshastighet på rundt 80% hos mannlige og kvinnelige mus oppnåelig. Konsistensen og reproduserbarheten til AAA-studier ved hjelp av en elastaseindusert AAA-modell kan forbedres betydelig ved å etablere en standard kirurgisk prosedyre.
Introduction
Abdominal aorta aneurisme (AAA) er definert som en segmental dilatasjon av abdominal aorta med minst 50% økning av kardiameter1. AAA er potensielt dødelig, da bruddet kan resultere i en ekstremt høy dødelighet, selv med intervensjon 2,3,4. Det har blitt rapportert at AAA er ansvarlig for omtrent 13.000 dødsfall årlig i USA, noe som gjør det til dentiende ledende dødsårsaken 1,5.
Patogenesen til AAA er ennå ikke helt forstått 6,7,8. For å undersøke den molekylære mekanismen til AAA og teste potensielle terapeutiske mål, er flere eksperimentelle AAA-modeller etablert 9,10. Gnagermodeller av AAA inkluderer elastase, kalsiumklorid, angiotensin II og xenograftmodeller, blant annet den elastaseinduserte AAA-modellen er den nest mest brukte modellen 10,11,12,13,14,15,16,17. Denne modellen innebærer direkte infusjon eller påføring av svinepankreaselastase (PVU) til det infrarenale segmentet av aorta. Penetrasjonen av elastase i det mediale laget av aorta vil forårsake nedbrytning av elastisk lamell og infiltrasjon av inflammatoriske celler, noe som fører til tap av aortaveggintegritet og etterfølgende utvidelse av abdominal aorta 7,18. Den elastaseinduserte AAA-modellen ble først rapportert av Anidjar et al. i 1990 ved hjelp av rotter, der et isolert segment av aorta ble perfundert med elastase17. Senere i 2012 ble en modifisert modell ved hjelp av en periadventitial anvendelse av PVU rapportert av Bhamidipati et al.19. I dag er de fleste operasjoner for den elastaseinduserte AAA-modellen inspirert av Bhamidipatis gruppe og utføres med den eksterne applikasjonen i stedet for intraluminal perfusjon av PVU. Selv om den eksterne applikasjonen har mindre krav til fine kirurgiske ferdigheter, er forekomsten av AAA relativt lavere og størrelsen noe mindre enn for intraluminal perfusjon11,19.
Selv om den er mye brukt i AAA-studier, har den elastaseinduserte AAA-modellen visse begrensninger. En advarsel til denne modellen er de uunngåelige variasjonene av hvordan operasjonen utføres, noe som kan føre til spørsmålet om reproduserbarhet. For eksempel kan forskjellen eksistere i den kirurgiske prosedyren om hvordan det infrarenale segmentet av aorta er isolert og hvilken del av segmentet som er valgt for PPE-applikasjon blant forskjellige laboratorier. Den enzymatiske aktiviteten til PVU og varigheten av PPE-inkubasjon kan også variere. Disse er imidlertid alle essensielle determinanter som påvirker den endelige AAA-formasjonshastigheten og aneurismediameteren. Variasjonen av disse kritiske determinantene gjør datasammenligning av AAA-studier fra forskjellige grupper som bruker denne modellen svært vanskelig. Derfor er det nødvendig med en standardisert kirurgisk prosedyre som et verktøy for å få sammenlignbare resultater fra ulike institusjoner.
Denne artikkelen beskriver en standardisert kirurgisk protokoll for den elastaseinduserte AAA-modellen gjennom direkte påføring av PVU til adventitia av infrarenal abdominal aorta hos mus. Detaljer om kirurgisk materiale og prosedyrer som er avgjørende for vellykket og robust generering av AAA hos mus som bruker denne modellen, vil også bli diskutert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den elastaseinduserte AAA-modellen ble først rapportert av Anidjar et al. ved hjelp av rotter i 199017. En rekke modifiserte versjoner har blitt introdusert de siste tretti årene, sammen med betydelig forbedring i kirurgiske teknikker 19,20,21,22. Hundrevis av institutter bruker elastaseinduserte AAA-modeller som den nest mest brukte gnager eksperimentelle modellen for…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Enheten for laboratoriedyrmedisin ved University of Michigan for deres hjelp med dyrefôring og avl. Denne studien støttes av NIH RO1 HL138139, NIH RO1 HL153710 til J. Zhang, NIH RO1 HL109946, RO1 HL134569 til Y.E. Chen, og American Heart Association gir 20POST35110064 til 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).
