Перевязка левой коронарной артерии: хирургическая мышиная модель инфаркта миокарда
Summary
Здесь представлена хирургическая процедура перманентной перевязки левой коронарной артерии у мышей. Эта модель может быть использована для исследования патофизиологии и связанной с ней воспалительной реакции после инфаркта миокарда.
Abstract
Ишемическая болезнь сердца и последующий инфаркт миокарда (ИМ) является одной из ведущих причин смертности в Соединенных Штатах и во всем мире. Для изучения патофизиологических изменений после инфаркта миокарда и разработки будущих методов лечения необходимы исследовательские модели ИМ. Постоянная перевязка левой коронарной артерии (LCA) у мышей является популярной моделью для исследования сердечной функции и ремоделирования желудочков после ИМ. Здесь мы описываем менее инвазивную, надежную и воспроизводимую хирургическую модель инфаркта миокарда мыши путем постоянного перевязки LCA. Наша хирургическая модель состоит из легко обратимой общей анестезии, эндотрахеальной интубации, не требующей трахеотомии, и торакотомии. Электрокардиография и измерение тропонина должны быть выполнены для обеспечения инфаркта миокарда. Эхокардиография на 28-й день после инфаркта миокарда позволит определить функцию сердца и параметры сердечной недостаточности. Степень фиброза сердца можно оценить с помощью трихромного окрашивания Массона и МРТ сердца. Эта модель инфаркта миокарда полезна для изучения патофизиологических и иммунологических изменений после инфаркта миокарда.
Introduction
Сердечно-сосудистые заболевания являются одной из основных проблем общественного здравоохранения, которая ежегодно уносит 17,9 миллиона жизней, что составляет 31 процент глобальнойсмертности1. Наиболее распространенным типом сердечно-сосудистой аномалии является ишемическая болезнь сердца, а инфаркт миокарда (ИМ) является одним из основных проявлений ишемической болезни сердца2. ИМ обычно вызывается тромботической окклюзией коронарной артерии из-за разрыва уязвимой бляшки3. Возникающая в результате ишемия вызывает глубокие ионные и метаболические изменения в пораженном миокарде, а также быстрое снижение систолической функции. Инфаркт миокарда приводит к гибели кардиомиоцитов, что в дальнейшем может привести к дисфункции желудочков и сердечной недостаточности4.
Исследования ИМ у пациентов ограничены из-за дефицита тканей, полученных от пациентов с ИМ5. Таким образом, мышиные модели инфаркта миокарда полезны как для изучения механизмов заболевания, так и для разработки потенциальных терапевтических мишеней. Доступные в настоящее время мышиные модели инфаркта миокарда включают модели необратимой ишемии (LCA и методы абляции) и модели реперфузии (ишемия/реперфузия, I/R)6. Постоянное перевязка левой коронарной артерии (LCA) у мышей является наиболее часто используемым методом и имитирует патофизиологию и иммунологию ИМ у пациентов 7,8,9. Постоянный инфаркт миокарда также может быть вызван методами абляции, которые связаны с электрическим повреждением или криотравмой. Методы абляции способны генерировать инфаркт одинакового размера в точном месте10. С другой стороны, образование рубцов, морфология инфаркта и молекулярные сигнальные механизмы могут варьироваться в зависимости от методов абляции10,11. Метод I/R у мышей является еще одной важной моделью ИМ, поскольку он представляет собой клинический сценарий реперфузионной терапии12. Модель I/R связана с такими проблемами, как переменный размер инфаркта, трудности в различении реакций первоначальной травмы и реперфузия6.
Несмотря на широкое распространение, методы лигирования LCA связаны с низкой выживаемостью и послеоперационной болью13. Этот протокол демонстрирует мышиную хирургическую модель ИМ лигирования LCA, которая включает подготовку и интубацию мышей, лигирование LCA, послеоперационный уход и валидацию MI. Вместо использования инвазивной трахеотомии14 в этом методе используется эндотрахеальная интубация. Животное интубируют, освещая ротоглотку с помощью ларингоскопа, что делает процедуру проще, безопаснее и менее травматичной15. Мышь находится на аппарате искусственной вентиляции легких и под изофлурановой анестезией на протяжении всей процедуры. Кроме того, эхокардиография и трихромное окрашивание Массона выполняются для оценки функции сердца и фиброза сердца после ИМ соответственно. В целом, этот метод обеспечивает надежную и воспроизводимую хирургическую мышиную модель ИМ, которая может быть использована для изучения патофизиологии и воспаления после ИМ.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мышиная модель инфаркта миокарда набирает популярность в сердечно-сосудистых исследовательских лабораториях, и в этом исследовании описывается воспроизводимая и клинически значимая модель инфаркта миокарда. Этот протокол улучшает процесс лигирования LCA несколькими способами. Начн?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантами Национального института здравоохранения (R01HL143967, R01HL142629, R01AG069399 и R01DK129339), премией AHA за трансформационный проект (19TPA34910142), премией за инновационный проект AHA (19IPLOI34760566) и премией за инновационный проект ALA (IA-629694) (в PD).
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 |
References
- Virani, S. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2021 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 143 (8), 254 (2021).
- Mendis, S., et al. World Health Organization definition of myocardial infarction: 2008-09 revision. International Journal of Epidemiology. 40 (1), 139-146 (2011).
- Frangogiannis, N. G. Pathophysiology of myocardial infarction. Comprehensive Physiology. 5 (4), 1841-1875 (2011).
- Smit, M., Coetzee, A., Lochner, A. The pathophysiology of myocardial ischemia and perioperative myocardial infarction. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 34 (9), 2501-2512 (2020).
- Johny, E., et al. Platelet mediated inflammation in coronary artery disease with Type 2 Diabetes patients. Journal of Inflammation Research. 14, 5131 (2021).
- Martin, T. P., et al. Preclinical models of myocardial infarction: from mechanism to translation. British Journal of Pharmacology. 179 (5), 770-791 (2022).
- De Villiers, C., Riley, P. R. Mouse models of myocardial infarction: comparing permanent ligation and ischaemia-reperfusion. Disease Models & Mechanisms. 13 (11), (2020).
- Vasamsetti, S. B., et al. Apoptosis of hematopoietic progenitor-derived adipose tissue-resident macrophages contributes to insulin resistance after myocardial infarction. Science Translational Medicine. 12 (553), (2020).
- Fernandez, B., et al. The coronary arteries of the C57BL/6 mouse strains: implications for comparison with mutant models. Journal of Anatomy. 212 (1), 12-18 (2008).
- van Amerongen, M. J., Harmsen, M. C., Petersen, A. H., Popa, E. R., van Luyn, M. J. Cryoinjury: a model of myocardial regeneration. Cardiovascular Pathology. 17 (1), 23-31 (2008).
- Lam, N. T., Sadek, H. A. Neonatal heart regeneration: comprehensive literature review. Circulation. 138 (4), 412-423 (2018).
- Heusch, G., Gersh, B. J. The pathophysiology of acute myocardial infarction and strategies of protection beyond reperfusion: a continual challenge. European Heart Journal. 38 (11), 774-784 (2017).
- Srikanth, G., Prakash, P., Tripathy, N., Dikshit, M., Nityanand, S. Establishment of a rat model of myocardial infarction with a high survival rate: A suitable model for evaluation of efficacy of stem cell therapy. Journal of Stem Cells & Regenerative Medicine. 5 (1), 30-36 (2009).
- Lugrin, J., Parapanov, R., Krueger, T., Liaudet, L. Murine myocardial infarction model using permanent ligation of left anterior descending coronary artery. Journal of Visualized Experiments. (150), e59591 (2019).
- Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: a model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206 (2014).
- Pistner, A., Belmonte, S., Coulthard, T., Blaxall, B. C. Murine echocardiography and ultrasound imaging. Journal of Visualized Experiments. (42), e2100 (2010).
- 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).
- Vasamsetti, S. B., et al. Sympathetic neuronal activation triggers myeloid progenitor proliferation and differentiation. Immunity. 49 (1), 93-106 (2018).
- Reichert, K., et al. Murine left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: an improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (122), e55353 (2017).
- Alwardt, C. M., Redford, D., Larson, D. F. General anesthesia in cardiac surgery: a review of drugs and practices. The Journal of Extra-Corporeal Technology. 37 (2), 227-235 (2005).
- Kolk, M. V., et al. LAD-ligation: a murine model of myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (32), e1438 (2009).
- Wu, Y., Yin, X., Wijaya, C., Huang, M. -. H., McConnell, B. K. Acute myocardial infarction in rats. Journal of Visualized Experiments. (48), e2464 (2011).
- Kalogeris, T., Baines, C., Krenz, M., Korthuis, R. Chapter six-cell biology of ischemia/reperfusion injury. International Review of Cell and Molecular Biology. , 229-317 (2012).
- Scofield, S. L., Singh, K. Confirmation of myocardial ischemia and reperfusion injury in mice using surface pad electrocardiography. Journal of Visualized Experiments. (117), e54814 (2016).
- Yan, X., et al. Temporal dynamics of cardiac immune cell accumulation following acute myocardial infarction. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 62, 24-35 (2013).
- Xu, Q., et al. Protective effects of fentanyl preconditioning on cardiomyocyte apoptosis induced by ischemia-reperfusion in rats. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 50 (2), 5286 (2017).
- Leuschner, F., et al. Rapid monocyte kinetics in acute myocardial infarction are sustained by extramedullary monocytopoiesis. Journal of Experimental Medicine. 209 (1), 123-137 (2012).
- Leuschner, F., et al. Silencing of CCR2 in myocarditis. European Heart Journal. 36 (23), 1478-1488 (2015).
- Dutta, P., et al. E-selectin inhibition mitigates splenic HSC activation and myelopoiesis in hypercholesterolemic mice with myocardial infarction. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 36 (9), 1802-1808 (2016).
- Jiang, C., et al. A modified simple method for induction of myocardial infarction in mice. Journal of Visualized Experiments. (178), e63042 (2021).
