Dynamisk kontinuerlig blodekstraktion fra rottehjerte via ikke-invasiv mikrodialyseteknik
Summary
Denne protokol beskriver en enkel og effektiv metode til realtid og dynamisk indsamling af rottehjerteblod ved hjælp af mikrodialyseteknikken.
Abstract
Dynamisk analyse af blodkomponenter er af stor betydning for forståelsen af hjerte-kar-sygdomme og deres relaterede sygdomme, såsom myokardieinfarkt, arytmi, aterosklerose, kardiogent lungeødem, lungeemboli og cerebral emboli. Samtidig er det presserende at bryde igennem den kontinuerlige hjerteblodprøvetagningsteknik hos levende rotter for at evaluere effektiviteten af karakteristisk etnisk medicinsk terapi. I denne undersøgelse blev en blodmikrodialysesonde implanteret i højre halsvene hos rotter i en præcis og ikke-invasiv kirurgisk procedure. Hjerteblodprøver blev derefter indsamlet med en hastighed på 2,87 nL / min til 2,98 ml / min ved at oprette forbindelse til et online mikrodialyseprøveindsamlingssystem. Endnu vigtigere er det, at de erhvervede blodprøver midlertidigt kan opbevares i mikrodialysebeholdere ved 4 °C. Det mikrodialysebaserede online kontinuerlige blodindsamlingsprogram fra rottehjerte har i høj grad garanteret kvaliteten af blodprøver, fremmet og styrket den videnskabelige rationalitet i forskningen om systemiske hjerte-kar-sygdomme og evalueret etnomedicinsk terapi ud fra hæmatologiens perspektiv.
Introduction
Med accelerationen af livets tempo og stigningen i psykologisk pres har hjerte-kar-sygdomme (CVD’er) tendens til at forekomme hos unge, midaldrende og ældre 1,2. Sygeligheden og dødeligheden af CVD’er er høj med karakteristika for akut debut, hurtig progression og et langt forløb af sygdommen, hvilket alvorligt påvirker patienternes sikkerhed3. Forekomsten af CVD’er kan være tæt forbundet med ændringerne i nogle blodkomponenter, såsom kolesterol, serumlipider, blodsukker, myokardieenzymer og proteinkinase K 4,5,6. Patientens relevante situation kan håndteres hurtigst ved at analysere rutinemæssige blodprøver. Derfor bestemmer kvaliteten af blodprøverne nøjagtigheden af testresultaterne. Imidlertid har konventionelle metoder til blodindsamling nogle uundgåelige ulemper, som alvorligt påvirker de eksperimentelle resultater, såsom stort traumeområde, lille blodindsamlingsvolumen, høje krav til operatører, manglende evne til at afspejle lægemiddelændringer i realtid, besværlig blodprøveforbehandling, stort forbrug af forsøgsdyr og manglende opfyldelse af dyreetiske krav 7,8,9 . Med løbende fremskridt inden for medicinsk teknologi har kvaliteten af blodindsamlingen også stillet højere krav. Derfor er det presserende at udvikle en ny blodprøvetagningsteknologi for at overvinde ovenstående mangler.
Mikrodialyse er en in vivo-prøvetagningsteknik baseret på dialyseprincipper10. Under ikke-ligevægtsbetingelser diffunderes og perfuseres de forbindelser, der skal måles, fra vævet langs koncentrationsgradienten til mikrodialysesonden, der er indlejret i vævet i dialysatet, som kontinuerligt fjernes sammen med dialysatet, hvorved formålet med prøveudtagning fra levende væv11,12 opnås. Sammenlignet med traditionelle prøveudtagningsmetoder har mikrodialyseteknikken fantastiske fordele i følgende aspekter13,14,15: kontinuerlig realtidssporing af ændringerne af forskellige forbindelser i blod; prøveudtagning kræver ingen kedelig forbehandling og kan virkelig repræsentere koncentrationen af målforbindelsen på prøveudtagningsstedet Sonder kan implanteres i forskellige dele af kroppen for at undersøge absorption, distribution, metabolisme, udskillelse og toksicitet af målforbindelserne; den erhvervede prøve indeholder ingen biologiske makromolekyler (>20 kD). Derfor sikrer blodprøver af højere kvalitet en bedre fortolkning af CVD’er og den mekanisme, der behandles af etnisk medicin.
Mikrodialyseprøvetagningssystemer består generelt af mikroinjektionspumper, forbindelsesrør, tanke til fri bevægelighed for dyr, mikrodialysesonder og prøvesamlere16. Som den mest kritiske del af enheden i mikrodialysesystemet omfatter almindelige mikrodialyseprober koncentriske sonder, fleksible sonder, lineære sonder og shuntsonde17. Blandt disse er fleksible sonder bløde og ikke-metalliske sonder, der hovedsageligt anvendes til at indsamle prøver fra blodkar og perifere væv såsom hjerte, muskler, hud og fedt fra vågne og frit bevægelige eller bedøvede dyr13. Ved kontakt med blodkar eller væv kan sonden bøjes fleksibelt og derved undgå irreversibel skade på sonden eller prøveudtagningsstedet. Med den kontinuerlige udvikling af sondeteknologi uddybes anvendelsen af mikrodialyseteknologi på forskellige områder også. I dette papir blev rottehjerteblodet dynamisk og kontinuerligt erhvervet af den ikke-invasive mikrodialyseteknologi gennem den fleksible sonde designet til blodindsamling.
Protocol
Representative Results
Discussion
CVD’er er en almindelig kronisk sygdom i klinikker med gradvist stigende forekomst i Kina, og debutalderen har tendens til at være yngre, hvilket forårsager bekymring og panik hos de fleste patienter20,21. Som den største dødsårsag i verden kan CVD’er fremkalde cerebral infarkt og andre sygdomme med høj dødelighed, hvilket alvorligt truer patienternes sunde liv22. CVD’er, herunder iskæmisk hjertesygdom, kardiomyopati, aterosklerose…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China (82104533), China Postdoctoral Science Foundation (2020M683273), Science & Technology Department of Sichuan-provinsen (2021YJ0175) og Key R&U-projektet i Sichuan Provincial Science and Technology Plan (2022YFS0438). I mellemtiden vil forfatterne gerne takke Mr. Yuncheng Hong, en senior udstyrsingeniør hos TRI-ANGELS D & H TRADING PTE. LTD. (Singapore by, Singapore), for at levere tekniske tjenester til mikrodialyseteknikker.
Materials
| Animal anesthesia system | Rayward Life Technology Co., Ltd | R500IE | |
| Animal temperature maintainer | Rayward Life Technology Co., Ltd | 69020 | |
| Blood microdialysis probe | CMA Microdialysis AB | T55347 | |
| Catheter | CMA Microdialysis AB | T55347 | |
| Citrate | Merck Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd | 251275 | |
| Electric shaver | Rayward Life Technology Co., Ltd | CP-5200 | |
| Fep tubing | CMA Microdialysis AB | 3409501 | |
| Free movement tank for animals | CMA Microdialysis AB | CMA120 | |
| Glucose | Merck Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd | G8270 | |
| Hemostatic forceps | Rayward Life Technology Co., Ltd | F21020-16 | |
| Isofluran | Rayward Life Technology Co., Ltd | R510-22 | |
| Micro scissors | Beyotime Biotechnology Co., Ltd | FS221 | |
| Microdialysis collection tube | CMA Microdialysis AB | 7431100 | |
| Microdialysis collector | CMA Microdialysis AB | CMA4004 | |
| Microdialysis in vitro stand | CMA Microdialysis AB | CMA130 | |
| Microdialysis microinjection pump | CMA Microdialysis AB | 788130 | |
| Microdialysis syringe (1.0 mL) | CMA Microdialysis AB | 8309020 | |
| Microdialysis tubing adapter | CMA Microdialysis AB | 3409500 | |
| Microporous filter membrane | Merck Millipore Ltd. | R0DB36622 | |
| Non-absorbable surgical sutures | Shanghai Tianqing Biological Materials Co., Ltd | S19004 | |
| Operating table | Yuyan Scientific Instrument Co., Ltd | 30153 | |
| Ophthalmic forceps | Rayward Life Technology Co., Ltd | F12016-15 | |
| Sodium citrate | Merck Chemical Technology (Shanghai) Co., Ltd | 1613859 | |
| Sprague Dawley (SD) rats | Chengdu Dossy Experimental Animals Co., Ltd | SYXK( )2019-049 |
|
| Surgical scissors | Rayward Life Technology Co., Ltd | S14014-15 | |
| Surgical scissors | Shanghai Bingyu Fluid technology Co., Ltd | BY-103 | |
| Syringe needle | CMA Microdialysis AB | T55347 | |
| Ultrasonic cleaner | Guangdong Goote Ultrasonic Co., Ltd | KMH1-240W8101 |
References
- van Rensburg, W. J. J. Post-mortem evidence of a diverse distribution pattern of atherosclerosis in the South African population. Scientific Reports. 12 (1), 11366 (2022).
- Katz, A. J., Chen, R. C., Usinger, D. S., Danus, S. M., Zullig, L. L. Cardiovascular disease prevention and management of pre-existent cardiovascular disease in a cohort of prostate cancer survivors. Journal of Cancer Survivorship. , (2022).
- Rødevand, L., Tesli, M., Andreassen, O. A. Cardiovascular disease risk in people with severe mental disorders: an update and call for action. Current Opinion in Psychiatry. 35 (4), 277-284 (2022).
- Izumi, Y., et al. Impact of circulating cathepsin K on the coronary calcification and the clinical outcome in chronic kidney disease patients. Heart and Vessels. 31 (1), 6-14 (2016).
- Wang, K., et al. Whey protein hydrolysate alleviated atherosclerosis and hepatic steatosis by regulating lipid metabolism in apoE-/- mice fed a Western diet. Food Research International. 157, 111419 (2022).
- Angelone, T., Rocca, C., Pasqua, T. Nesfatin-1 in cardiovascular orchestration: From bench to bedside. Pharmacological Research. 156, 104766 (2020).
- Bernardi, P. M., Barreto, F., Dalla Costa, T. Application of a LC-MS/MS method for evaluating lung penetration of tobramycin in rats by microdialysis. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 134, 340-345 (2017).
- Anderzhanova, E., Wotjak, C. T. Brain microdialysis and its applications in experimental neurochemistry. Cell and Tissue Research. 354 (1), 27-39 (2013).
- Joukhadar, C., Müller, M. Microdialysis: current applications in clinical pharmacokinetic studies and its potential role in the future. Clinical Pharmacokinetics. 44 (9), 895-913 (2005).
- Stangler, L. A., et al. Microdialysis and microperfusion electrodes in neurologic disease monitoring. Fluids and Barriers of the CNS. 18 (1), 52 (2021).
- Young, B., et al. Cerebral microdialysis. Critical Care Nursing Clinics of North America. 28 (1), 109-124 (2016).
- O’Connell, M. T., Krejci, J. Microdialysis techniques and microdialysis-based patient-near diagnostics. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 414 (10), 3165-3175 (2022).
- Hammarlund-Udenaes, M. Microdialysis as an important technique in systems pharmacology-a historical and methodological review. The AAPS Journal. 19 (5), 1294-1303 (2017).
- Stahl, M., Bouw, R., Jackson, A., Pay, V. Human microdialysis. Current Pharmaceutical Biotechnology. 3 (2), 165-178 (2002).
- Pierce, C. F., Kwasnicki, A., Lakka, S. S., Engelhard, H. H. Cerebral microdialysis as a tool for assessing the delivery of chemotherapy in brain tumor patients. World Neurosurgery. 145, 187-196 (2021).
- Sørensen, M., Jacobsen, S., Petersen, L. Microdialysis in equine research: a review of clinical and experimental findings. Veterinary Journal. 197 (3), 553-559 (2013).
- Dmitrieva, N., Rodríguez-Malaver, A. J., Pérez, J., Hernández, L. Differential release of neurotransmitters from superficial and deep layers of the dorsal horn in response to acute noxious stimulation and inflammation of the rat paw. European Journal of Pain. 8 (3), 245-252 (2004).
- Li, T., et al. Microdialysis sampling and HPLC-MS/MS quantification of sinomenine, ligustrazine, gabapentin, paracetamol, pregabalin and amitriptyline in rat blood and brain extracellular fluid. Acta Pharmaceutica Sinica. 55 (9), 2198-2206 (2020).
- Chauzy, A., Lamarche, I., Adier, C., Couet, W., Marchand, S. Microdialysis study of Aztreonam-Avibactam distribution in peritoneal fluid and muscle of rats with or without experimental peritonitis. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 62 (10), 01228 (2018).
- Fang, X. X., Ardehali, H., Min, J. X., Wang, F. D. The molecular and metabolic landscape of iron and ferroptosis in cardiovascular disease. Nature Reviews. Cardiology. , 1-17 (2022).
- Samson, R., Ennezat, P. V., Le Jemtel, T. H., Oparil, S. Cardiovascular disease risk reduction and body mass index. Current Hypertension Reports. , (2022).
- Kim, M. H., et al. School racial segregation and long-term cardiovascular health among Black adults in the US: A quasi-experimental study. PLoS Medicine. 19 (6), 1004031 (2022).
- Qin, Y. H., et al. Role of m6A RNA methylation in cardiovascular disease (Review). International Journal of Molecular Medicine. 46 (6), 1958-1972 (2020).
- Xu, C. M., Liu, C. J., Xiong, J. H., Yu, J. Cardiovascular aspects of the (pro)renin receptor: Function and significance. FASEB Journal. 36 (4), 22237 (2022).
- Guvenc-Bayram, G., Yalcin, M. The intermediary role of the central cyclooxygenase / lipoxygenase enzymes in intracerebroventricular injected nesfatin-1-evoked cardiovascular effects in rats. Neuroscience Letters. 756, 135961 (2021).
- Ahrens Kress, A. P., Zhang, Y. D., Kaiser-Vry, A. R., Sauer, M. B. A comparison of blood collection techniques in mice and their effects on welfare. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 61 (3), 287-295 (2022).
- Joshi, A., Patel, H., Joshi, A., Stagni, G. Pharmacokinetic applications of cutaneous microdialysis: Continuous+intermittent vs continuous-only sampling. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 83, 16-20 (2017).
- Reyes-Garcés, N., et al. In vivo brain sampling using a microextraction probe reveals metabolic changes in rodents after deep brain stimulation. Analytical Chemistry. 91 (15), 9875-9884 (2019).
- Kho, C. M., Enche Ab Rahim, S. K., Ahmad, Z. A., Abdullah, N. S. A review on microdialysis calibration methods: the theory and current related efforts. Molecular Neurobiology. 54 (5), 3506-3527 (2017).
- Zhuang, L. N., et al. Theory and application of microdialysis in pharmacokinetic studies. Current Drug Metabolism. 16 (10), 919-931 (2015).
- Zhang, Y. F., Huang, X. X., Zhu, L. X. Metabonomics research strategy based on microdialysis technique. China Journal of Chinese Materia Medica. 45 (1), 214-220 (2020).
- Carpenter, K. L., Young, A. M., Hutchinson, P. J. Advanced monitoring in traumatic brain injury: microdialysis. Current Opinion in Critical Care. 23 (2), 103-109 (2017).
- Brunner, M., Langer, O. Microdialysis versus other techniques for the clinical assessment of in vivo tissue drug distribution. The AAPS Journal. 8 (2), 263-271 (2006).
- Tettey-Amlalo, R. N., Kanfer, I., Skinner, M. F., Benfeldt, E., Verbeeck, R. K. Application of dermal microdialysis for the evaluation of bioequivalence of a ketoprofen topical gel. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 36 (2-3), 219-225 (2009).
- Dhanani, J. A., et al. Recovery rates of combination antibiotic therapy using in vitro microdialysis simulating in vivo conditions. Journal of Pharmaceutical Analysis. 8 (6), 407-412 (2018).
