שאיבת דם דינמית רציפה מלב חולדה באמצעות טכניקת מיקרודיאליזה לא פולשנית
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה פשוטה ויעילה לאיסוף בזמן אמת ודינמי של דם לב חולדה באמצעות טכניקת המיקרודיאליזה.
Abstract
לניתוח דינמי של מרכיבי הדם חשיבות רבה בהבנת מחלות לב וכלי דם והמחלות הקשורות אליהן, כגון אוטם שריר הלב, הפרעות קצב, טרשת עורקים, בצקת ריאות קרדיוגנית, תסחיף ריאתי ותסחיף מוחי. יחד עם זאת, דחוף לפרוץ את טכניקת דגימת הדם המתמשכת בלב בחולדות חיות כדי להעריך את היעילות של טיפול ייחודי ברפואה אתנית. במחקר זה הושתלה בדיקת מיקרודיאליזה בדם בווריד הצוואר הימני של חולדות בהליך כירורגי מדויק ולא פולשני. דגימות דם לבביות נאספו בקצב של 2.87 nL/min עד 2.98 mL/min על ידי חיבור למערכת מקוונת לאיסוף דגימות מיקרודיאליזה. חשוב מכך, דגימות הדם שנרכשו יכולות להיות מאוחסנות באופן זמני במיכלי מיקרודיאליזה ב -4 מעלות צלזיוס. תוכנית איסוף הדם הרציפה המקוונת מבוססת המיקרודיזה מלב חולדה הבטיחה מאוד את איכות דגימות הדם, קידמה והמריצה את הרציונליות המדעית של המחקר על מחלות לב וכלי דם מערכתיות והערכת טיפול אתנו-רפואי מנקודת מבט של המטולוגיה.
Introduction
עם האצת קצב החיים ועליית הלחץ הפסיכולוגי, מחלות לב וכלי דם (CVD) נוטות להתרחש אצל צעירים, בגיל העמידה וקשישים 1,2. התחלואה והתמותה של מחלות לב וכלי דם גבוהות, עם מאפיינים של התפרצות חריפה, התקדמות מהירה ומהלך ארוך של המחלה, המשפיעים קשות על בטיחות החולים3. המופע של CVD עשוי להיות קשור קשר הדוק לשינויים בחלק מרכיבי הדם, כגון כולסטרול, שומנים בסרום, גלוקוז בדם, אנזימי שריר הלב וחלבון קינאז K 4,5,6. ניתן לנהל את המצב הרלוונטי של המטופל במהירות הרבה ביותר על ידי ניתוח פריטי בדיקת דם שגרתיים. לפיכך, איכות דגימות הדם קובעת את דיוק תוצאות הבדיקה. עם זאת, לשיטות קונבנציונליות לאיסוף דם יש כמה חסרונות בלתי נמנעים, המשפיעים באופן חמור על תוצאות הניסוי, כגון שטח טראומה גדול, נפח איסוף דם קטן, דרישות גבוהות למפעילים, חוסר יכולת לשקף שינויים בתרופות בזמן אמת, טיפול מקדים מסורבל בדגימות דם, צריכה גדולה של חיות ניסוי ואי עמידה בדרישות אתיות של בעלי חיים 7,8,9 . עם התקדמות מתמשכת בטכנולוגיה רפואית, איכות איסוף הדם הציבה גם דרישות גבוהות יותר. לכן, דחוף לפתח טכנולוגיית דגימת דם חדשה כדי להתגבר על החסרונות לעיל.
מיקרודיאליזה היא טכניקת דגימה in vivo המבוססת על עקרונות הדיאליזה10. בתנאים שאינם שווי משקל, התרכובות הנמדדות מפוזרות ומחוררות מהרקמה לאורך שיפוע הריכוז אל תוך בדיקת המיקרודיאליזה המוטמעת ברקמה לתוך הדיאליזה, אשר מוסרת ברציפות יחד עם הדיאליזה, ומשיגה את מטרת הדגימה מהרקמה החיה11,12. בהשוואה לשיטות הדגימה המסורתיות, לטכניקת המיקרודיאליזה יתרונות נפלאים בהיבטים הבאים13,14,15: מעקב רציף בזמן אמת אחר שינויים של תרכובות שונות בדם; הדגימה אינה דורשת עיבוד מקדים מייגע ויכולה לייצג באמת את ריכוז תרכובת המטרה באתר הדגימה; בדיקות ניתן להשתיל בחלקים שונים של הגוף כדי לחקור את הספיגה, ההפצה, חילוף החומרים, ההפרשה והרעילות של תרכובות המטרה; הדגימה שנרכשה אינה מכילה מקרומולקולות ביולוגיות (>20 kD). לכן, דגימות הדם האיכותיות יותר מבטיחות פרשנות טובה יותר של CVD והמנגנון המטופל על ידי הרפואה האתנית.
מערכות דיגום מיקרודיאליזה מורכבות בדרך כלל ממשאבות מיקרו-הזרקה, צינורות חיבור, מיכלי תנועה ללא בעלי חיים, בדיקות מיקרודיאליזה ואוספי דגימות16. כחלק הקריטי ביותר במכשיר של מערכת המיקרודיאליזה, בדיקות מיקרודיאליזה נפוצות כוללות בדיקות קונצנטריות, בדיקות גמישות, בדיקות ליניאריות ובדיקות שאנט17. בין אלה, בדיקות גמישות הן בדיקות רכות ולא מתכתיות, המשמשות בעיקר לאיסוף דגימות מכלי דם ורקמות היקפיות כגון לב, שרירים, עור ושומן של בעלי חיים ערים ונעים בחופשיות או מורדמים13. כאשר במגע עם כלי דם או רקמות, הבדיקה יכולה להיות כפופה גמישה, ובכך למנוע נזק בלתי הפיך לבדיקה או לאתר הדגימה. עם ההתפתחות המתמשכת של טכנולוגיית הגשוש, מעמיק גם היישום של טכנולוגיית מיקרודיאליזה בתחומים שונים. במאמר זה, דם לב החולדה נרכש באופן דינמי ורציף על ידי טכנולוגיית המיקרודיאליזה הלא פולשנית באמצעות בדיקה גמישה המיועדת לאיסוף דם.
Protocol
Representative Results
Discussion
CVD היא מחלה כרונית נפוצה במרפאות עם שכיחות עולה בהדרגה בסין, וגיל ההתחלה נוטה להיות צעיר יותר, מה שגורם לדאגה ובהלה של רוב החולים20,21. להיות הגורם המוביל למוות בעולם, CVDs יכול לגרום אוטם מוחי ומחלות תמותה גבוהה אחרות, איום רציני על החיים הבריאים של חולים<sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82104533), הקרן למדע פוסט-דוקטורט בסין (2020M683273), מחלקת המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ’ואן (2021YJ0175) ופרויקט המו”פ המרכזי של תוכנית המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ’ואן (2022YFS0438). בינתיים, המחברים רוצים להודות למר יונצ’נג הונג, מהנדס ציוד בכיר ב-TRI-ANGELS D&H TRADING PTE. LTD. (סינגפור סיטי, סינגפור), למתן שירותים טכניים לטכניקות מיקרודיאליזה.
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).
