Venstre koronararterieligering: En kirurgisk murinmodell av hjerteinfarkt

Summary

Presentert her er en kirurgisk prosedyre for permanent ligering av venstre koronararterie hos mus. Denne modellen kan brukes til å undersøke patofysiologien og tilhørende inflammatorisk respons etter hjerteinfarkt.

Abstract

Iskemisk hjertesykdom og påfølgende hjerteinfarkt (MI) er en av de viktigste årsakene til dødelighet i USA og rundt om i verden. For å utforske de patofysiologiske endringene etter hjerteinfarkt og designe fremtidige behandlinger, er det nødvendig med forskningsmodeller av MI. Permanent ligering av venstre koronararterie (LCA) hos mus er en populær modell for å undersøke hjertefunksjon og ventrikulær remodellering etter MI. Her beskriver vi en mindre invasiv, pålitelig og reproduserbar kirurgisk murine MI-modell ved permanent ligering av LCA. Vår kirurgiske modell består av en lett reversibel narkose, endotrakeal intubasjon som ikke krever trakeotomi og torakotomi. Elektrokardiografi og troponinmåling bør utføres for å sikre MI. Ekkokardiografi på dag 28 etter MI vil skjelne hjertefunksjon og hjertesviktparametere. Graden av hjertefibrose kan evalueres ved Massons trikrome farging og hjerte-MR. Denne MI-modellen er nyttig for å studere de patofysiologiske og immunologiske endringene etter MI.

Introduction

Kardiovaskulær sykdom er et stort folkehelseproblem som krever 17,9 millioner liv hvert år, og står for 31 prosent av global dødelighet¹. Den mest utbredte typen kardiovaskulær anomali er koronar hjertesykdom, og hjerteinfarkt (MI) er en av de viktigste manifestasjonene av koronar hjertesykdom². MI skyldes vanligvis trombotisk okklusjon av en koronararterie på grunn av ruptur av et sårbart plakk³. Den resulterende iskemi forårsaker dype ioniske og metabolske forandringer i det berørte myokardiet, samt en rask reduksjon i systolisk funksjon. MI resulterer i død av kardiomyocytter, noe som ytterligere kan føre til ventrikulær dysfunksjon og hjertesvikt⁴.

Forskning på MI hos pasienter er begrenset på grunn av mangel på vev oppnådd fra pasienter med MI⁵. Som sådan er murine modeller av MI nyttige både for å studere sykdomsmekanismer så vel som å utvikle potensielle terapeutiske mål. For tiden tilgjengelige murinmodeller av MI inkludererirreversible iskemimodeller (LCA og ablasjonsmetoder) og reperfusjonsmodeller (iskemi/reperfusjon, I/R)⁶. Permanent ligering av venstre koronararterie (LCA) hos mus er den mest brukte metoden, og den imiterer patofysiologien og immunologien til MI hos pasienter ^7,8,9. Permanent hjerteinfarkt kan også induseres ved ablasjonsmetoder, som involverer elektrisk skade eller kryoskade. Ablasjonsmetoder er i stand til å generere ensartet infarkt på den nøyaktige plasseringen¹⁰. På den annen side kan arrdannelse, infarktmorfologi og molekylære signalmekanismer variere mellom ablasjonsmetodene^10,11. Murine I/R-metoden er en annen viktig MI-modell, da den representerer det kliniske scenariet for reperfusjonsbehandling¹². I/R-modellen er assosiert med utfordringer som variabel infarktstørrelse, vansker med å skille responser ved initial skade og reperfusjon⁶.

Selv om det er mye brukt, er LCA-ligeringsmetoder forbundet med lave overlevelsesrater og postoperativ smerte¹³. Denne protokollen demonstrerer murine kirurgisk MI-modell av LCA-ligering som involverer fremstilling og intubering av mus, LCA-ligering, postoperativ behandling og validering av MI. I stedet for å bruke en invasiv trakeotomi¹⁴, benytter denne metoden endotrakeal intubasjon. Dyret intuberes ved å belyse oropharynx ved hjelp av et laryngoskop, noe som gjør prosedyren enklere, sikrere og mindre traumatisk¹⁵. Musen holdes på respiratorstøtte og under isoflurananestesi gjennom hele prosedyren. Videre utføres ekkokardiografi og Massons trikrome farging for å evaluere henholdsvis hjertefunksjon og hjertefibrose etter MI. Samlet sett gir denne metoden en pålitelig og reproduserbar kirurgisk murinmodell av MI som kan brukes til å studere patofysiologi og inflammasjon etter MI.

Protocol

Den nåværende studieprotokollen ble gjennomgått og godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved University of Pittsburgh. Åtte (sham n = 4 og MI n = 4) 1 år gamle kvinnelige C57BL/6J mus som veier 24-30 g ble brukt til disse forsøkene. Omtrent 100% og minst 80% av musene overlevde i henholdsvis de første 24 timene og 28 dagene. 1. Forberedelse og endotrakeal intubasjon av musene Forvarm en perlesterilisator (se materialfortegnels…

Representative Results

Figur 1 viser representative aktive EKG- og respirasjonssignaler under ekkokardiografisk evaluering av simulering (figur 1A) og MI (figur 1B) mus. Verifikasjon av aktivt EKG og respirasjonssignaler er viktig før innhenting av ekkokardiografiske data. Figur 2 viser ekkokardiografisk måling av hjertefunksjonsparametere etter 28 dager etter LCA-ligering. Figur 2</st…

Discussion

MURINE modellen av MI blir stadig mer populær i kardiovaskulære forskningslaboratorier, og denne studien beskriver en reproduserbar og klinisk relevant MI-modell. Denne protokollen forbedrer LCA-ligeringsprosessen på flere måter. Til å begynne med unngås bruk av injiserbare preoperative anestetika som xylazin / ketamin eller natriumpentobarbital^14,15. Bare isoflurananestesi ble brukt, noe som bidrar til å forbedre dyreoverlevelsen (>80% overlevelse 28 dage…

Materials

22 G catheter needle	Exel INT	26741	Thoracentesis
24 G catheter needle	Exel INT	26746	Endotracheal intubation
4-0 nylon suture	Covetrus	29263	Suturing of muscles and skin
8-0 nylon suture	S&T	3192	Ligation of LAD
Anesthetic Vaporizers	Vet equip	VE-6047	Anesthetic support
Animal physiology monitor	Fujifilm	VEVO 3100	Monitor heart rate,respiration rate and body temperature
Betadine solution	PBS animal health	11205	Antispetic
Buprenorphine	Covetrus	55175	Analgesic
Disecting microscope	OMANO	OM2300S-V7	Binocular
Electric razor	Wahl	79300-1001M	Shaving
Electrode gel	Parker Laboratories	W60698L	Electrically conductive gel
Ethanol	Decon Laboratories	22-032-601	Disinfectant
Forceps	FST	11065-07	Stainless Steel
Gauze	Curity	CAR-6339-PK	Sterile
Heat lamp	Satco	S4998	Post surgery care
Heating pad	Kent scientific	Surgi-M	Temperature control
Hot Bead sterilizer	Germinator 500	11503	Sterilization of surgical instrument
Isoflurane	Covetrus	29405	Anesthesia
Masson’s trichrome staining kit	Thermoscientific	87019	Measurement of cardiac Fibrosis
Micro Needle Holder	FST	12500-12	Stainless Steel
Micro scissors	FST	15000-02	Stainless Steel
Ophthalmic ointment	Dechra	Puralube Vet	Sterile occular lubricant
Scanning Gel	Parker Laboratories	Aquasonic 100	Aqueous ultrasound transmission gel
Scissors	FST	14060-11	Stainless Steel
Small Animal Laryngoscope	Penn-Century	Model LS-2-M	Illuminating the oropharynx
Small animal ventilator	Harvard apparatus	557058	Ventilator support
Surgical light	Cole parmer	41723	Illuminator Width (in): 7
Vevo 3100 preclinical imaging platform	Fujifilm	VEVO 3100	Echocardiography
VevoLAB software	Fujifilm	VevoLAB 3.2.6	Echocardiography data analysis