생쥐의 횡방향 대동맥 수축에 대한 수정된 기술
Summary
본 프로토콜은 자체 제작 견인기를 사용하여 최소 침습적 횡 대동맥 수축(TAC) 절차를 사용하여 수정되고 단순화된 기술을 설명합니다. 이 절차는 인공 호흡기 또는 현미경없이 수행 할 수 있으며 압력 과부하를 유발하여 결국 심장 비대 또는 심부전으로 이어집니다.
Abstract
횡방향 대동맥 수축(TAC)은 마우스 모델에서 압력 과부하의 형성을 기반으로 하는 심부전 및 심장 비대에 관한 연구에서 자주 사용되는 수술입니다. 이 절차의 주요 과제는 횡 대동맥 궁을 명확하게 시각화하고 대상 혈관을 정확하게 밴드하는 것입니다. 고전적인 접근법은 횡 대동맥 궁을 노출시키기 위해 부분 개흉술을 수행합니다. 그러나 다소 큰 외과적 외상을 유발하고 수술 중 인공호흡기가 필요한 개방형 흉부 모델입니다. 불필요한 외상을 예방하고 수술 절차를 단순화하기 위해 대동맥 궁은 흉골의 근위 비율을 통해 접근하여 올가미가 포함 된 작은 자체 제작 견인기를 사용하여 대상 혈관에 도달하고 결합합니다. 이 절차는 흉막에 들어 가지 않고 수행 할 수 있으며 인공 호흡기 또는 미세 외과 수술이 필요하지 않으므로 마우스에 생리적 호흡 패턴이 생기고 절차가 간단하며 수술 시간이 크게 단축됩니다. 덜 침습적인 접근 방식과 더 적은 수술 시간으로 인해 마우스는 스트레스 반응을 덜 겪고 빠르게 회복할 수 있습니다.
Introduction
심부전은 심실을 채우거나 혈액을 분출하는 구조와 기능의 손상으로 인해 발생하는 복잡한 임상 증상이다1. 질병 단계는 주로 증상의 중증도와 신체 활동에 기초한 뉴욕 심장 협회 기능 분류를 통해 정의된다2. 박출률이 50% 이상인 환자의 경우 구조적 및/또는 기능적 이상이 나트륨 이뇨 펩티드를 증가시켜 박출률이 보존된 심부전(HFpEF)2 진단을 지원합니다. 허혈성 심장 질환은 심부전의 여러 원인 중 주요 원인입니다. 따라서, 심근 경색 모델(예: 영구 관상동맥 결찰술)은 종종 심장 저관류 또는 허혈-재관류 손상 후 병태생리학을 연구하는 데 사용된다 3,4. 급성 심근 손상 외에도 고혈압, 당뇨병, 비만 및 심근 병증의 가족력과 같은 다른 위험 요소도 심부전 발병에 기여합니다. 환자가 A기(심부전 위험)를 통과하고 B기(심부전 전)에 진입한 후 구조적 변형이 발생합니다1. 예를 들어, 고혈압 환자는 먼저 적응성 좌심실 비대를 겪은 다음 점차 부적응성 심장 비대로 발전하고 병리학적 리모델링을 통해 심부전으로 전이된다5.
다양한 심혈관 질환의 말기 단계인 만성 심부전은 수십 년 동안 연구되어 왔다6. 약물 주입(안지오텐신 II), 대사 장애(당뇨병 또는 고칼로리 식이), 대동맥 수축 등 여러 마우스 모델이 심부전 연구에 널리 사용되어 왔다7. 이들 모델 중에서, 안지오텐신 II 관류는 신장과 같은 다양한 장기 부작용을 동반한다7. 대사 장애를 유발하는 데는 일반적으로 다소 오랜 시간이 필요합니다. 상행 대동맥 수축은 인간 질병과 제한된 관련성을 갖는 것으로 간주되어 왔다7.
TAC는 후부하를 증가시키고 심부전뿐만 아니라 심장 비대를 유발하는 신뢰할 수 있는 모델이다8. Open-chest TAC 모델은 Rockman et al.에 의해 처음 기술되었으며 전 세계의 수많은 실험실에서 사용되었습니다9. 그러나, 이러한 고전적인 TAC 시술은 생쥐에게 다소 큰 외상을 입히고 그들의 정상적인 행동을 변화시키는데, 이는 회복 시간이 오래 걸리고 추가 치료를 방해할 수 있다10. 다른 수정된 폐쇄 흉부 TAC 절차는 일부 침습적 단계를 감소시켰지만 미세 수술 기술이나 기계적 환기가 필요했습니다10,11.
본 프로토콜은 흉골 위쪽 가장자리의 3mm 정중선 절개를 통해 자체 제작 견인기를 사용하여 대동맥궁에 대한 최소 침습적 접근을 통한 단계별 방법을 자세히 설명합니다. 이 모델은 미세 수술 기술, 기계적 환기 또는 갈비뼈 절단이 필요하지 않으므로 TAC 수술을 수행하기 위한 신속하고 외과적 외상이 제한적이며 복잡하지 않고 저렴한 방법을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
지속적인 압력 과부하의 유도는 점차적으로 심장 비대와 심부전을 유발할 수 있습니다. 이 모델은 전 세계의 수많은 실험실에서 사용되었습니다14,15,16. 이 프로토콜은 미세 수술 기술이나 기계적 환기가 필요하지 않은 개선된 TAC 방법을 제공했습니다.
이 프로토콜에서 가장 중요한 단계는 대동맥궁 아래?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (NSFC 81822002)의 자금 지원을 받았습니다. 이 일에 참여해주신 모든 회원님들께 감사드립니다.
Materials
| 4-0 nonabsorbable suture | Jinhuan | HM403 | Used for suturing the skin |
| 5 mL syringe | Haifuda Technology Co., Ltd. | BD-309628 | Used for making snare containing retractor |
| 7-0 nonabsorbable suture | Jinhuan | HM701 | Used for aorta ligation |
| Animal temperature monitor | Kaerwen | FT3400 | Used for monitoring body temperature |
| Buprenorphine | Sigma | B-044 | Used for post-surgical pain treatment |
| Depilatory cream | Veet | N/A | Used for remove body hair from the surgical area |
| Heating Pad | Xiaochuangxin | N/A | Used for maintaining body temperature |
| Ibuprofen | MCE | HY-78131 | Used for post-surgical pain treatment |
| Iron wire (0.5 mm) | Qing Yuan | Iron wire #26 | Used for making snare containing retractor |
| Microscopic tweezers | RWD | F12006-10 | Used for penetrating and separating the tissue to open operation space |
| Needle holder | RWD | F12005-10 | Used for pinching off the tip of gauge needle and blunting it |
| Ophthalmic forceps | RWD | F14012-10 | Used for holding skin and other tissues |
| Ophthalmic scissors | RWD | S11001-08 | Used for making sking incision of mouse |
| Pentobarbital sodium | Sigma | P3761 | Used for mouse anesthesia |
| Sterile operating mat | Hale & hearty | 211002 | Used for placing animal during surgery |
| Ultra-sound imaging system | Fujifilm visualsonics | vevo1100 | Used for measure the blood flow velocity, left ventricular wall thickness and ejection fraction, https://www.visualsonics.com/product/imaging-systems/vevo-1100 |
References
- Heidenreich, P. A., et al. AHA/ACC/HFSA Guideline for the Management of Heart Failure: A Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Joint Committee on Clinical Practice Guidelines. Circulation. 145 (18), 895 (2022).
- McDonagh, T. A., et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure. European Heart Journal. 42 (36), 3599 (2021).
- Lv, B., et al. Induction of myocardial infarction and myocardial ischemia-reperfusion injury in mice. Journal of Visualized Experiments. (179), e63257 (2022).
- Curaj, A., Simsekyilmaz, S., Staudt, M., Liehn, E. Minimal invasive surgical procedure of inducing myocardial infarction in mice. Journal of Visualized Experiments. (99), e52197 (2015).
- Nakamura, M., Sadoshima, J. Mechanisms of physiological and pathological cardiac hypertrophy. Nature Reviews Cardiology. 15 (7), 387-407 (2018).
- Wang, H., et al. Bibliometric analysis on the progress of chronic heart failure. Current Problems in Cardiology. 47 (9), 101213 (2022).
- Riehle, C., Bauersachs, J. Small animal models of heart failure. Cardiovascular Research. 115 (13), 1838-1849 (2019).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Rockman, H. A., Wachhorst, S. P., Mao, L., Ross, J. ANG II receptor blockade prevents ventricular hypertrophy and ANF gene expression with pressure overload in mice. The American Journal of Physiology. 266, 2468-2475 (1994).
- Eichhorn, L., et al. A closed-chest model to induce transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiments. (134), e57397 (2018).
- Tavakoli, R., Nemska, S., Jamshidi, P., Gassmann, M., Frossard, N. Technique of minimally invasive transverse aortic constriction in mice for induction of left ventricular hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. (127), e56231 (2017).
- Lang, R. M., et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. Journal of the American Society of Echocardiography. 28 (1), 1-39 (2015).
- Li, L., et al. Assessment of cardiac morphological and functional changes in mouse model of transverse aortic constriction by echocardiographic imaging. Journal of Visualized Experiments. (112), e54101 (2016).
- Wang, X., et al. ATF4 protects the heart from failure by antagonizing oxidative stress. Circulation Research. 131 (1), 91-105 (2022).
- Li, J., et al. GCN5-mediated regulation of pathological cardiac hypertrophy via activation of the TAK1-JNK/p38 signaling pathway. Cell Death & Disease. 13 (4), 421 (2022).
- Syed, A. M., et al. Up-regulation of Nrf2/HO-1 and inhibition of TGF-beta1/Smad2/3 signaling axis by daphnetin alleviates transverse aortic constriction-induced cardiac remodeling in mice. Free Radical Biology and Medicine. 186, 17-30 (2022).
- Zaw, A. M., Williams, C. M., Law, H. K., Chow, B. K. Minimally invasive transverse aortic constriction in mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55293 (2017).
- Lao, Y., et al. Operating transverse aortic constriction with absorbable suture to obtain transient myocardial hypertrophy. Journal of Visualized Experiments. (163), e61686 (2020).
- Veldhuizen, R. A., Slutsky, A. S., Joseph, M., McCaig, L. Effects of mechanical ventilation of isolated mouse lungs on surfactant and inflammatory cytokines. European Respiratory Journal. 17 (3), 488-494 (2001).
- Withaar, C., Lam, C. S. P., Schiattarella, G. G., de Boer, R. A., Meems, L. M. G. Heart failure with preserved ejection fraction in humans and mice: embracing clinical complexity in mouse models. European Heart Journal. 42 (43), 4420-4430 (2021).
