Динамическая непрерывная экстракция крови из сердца крысы с помощью неинвазивного метода микродиализа
Summary
Настоящий протокол описывает простой и эффективный метод динамического сбора крови сердца крысы в режиме реального времени с использованием метода микродиализа.
Abstract
Динамический анализ компонентов крови имеет большое значение для понимания сердечно-сосудистых заболеваний и связанных с ними заболеваний, таких как инфаркт миокарда, аритмия, атеросклероз, кардиогенный отек легких, тромбоэмболия легочной артерии и церебральная эмболия. В то же время необходимо срочно прорваться через метод непрерывного забора сердечной крови у живых крыс, чтобы оценить эффективность терапии отличительной этнической медицины. В этом исследовании зонд для микродиализа крови был имплантирован в правую яремную вену крыс в точной и неинвазивной хирургической процедуре. Затем образцы сердечной крови собирали со скоростью от 2,87 нл/мин до 2,98 мл/мин путем подключения к онлайн-системе сбора образцов микродиализа. Еще важнее то, что полученные образцы крови могут временно храниться в контейнерах для микродиализа при температуре 4 °C. Основанная на микродиализе онлайн-программа непрерывного сбора крови из сердца крысы в значительной степени гарантировала качество образцов крови, продвигая и укрепляя научную рациональность исследований системных сердечно-сосудистых заболеваний и оценивая этномедицинскую терапию с точки зрения гематологии.
Introduction
С ускорением темпа жизни и повышением психологического давления сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), как правило, возникают у молодых, средних и пожилых людей 1,2. Заболеваемость и смертность от ССЗ высокие, с особенностями острого начала, быстрого прогрессирования и длительного течения заболевания, что серьезно влияет на безопасность пациентов3. Возникновение сердечно-сосудистых заболеваний может быть тесно связано с изменениями некоторых компонентов крови, таких как холестерин, липиды сыворотки крови, глюкоза крови, ферменты миокарда и протеинкиназыК4,5,6. Соответствующая ситуация пациента может быть решена наиболее быстро, проанализировав обычные пункты анализа крови. Следовательно, качество образцов крови определяет точность результатов теста. Однако традиционные методы забора крови имеют некоторые неизбежные недостатки, которые серьезно влияют на результаты эксперимента, такие как большая площадь травмы, малый объем забора крови, высокие требования к операторам, неспособность отражать изменения лекарств в режиме реального времени, громоздкая предварительная обработка образцов крови, большое потребление экспериментальных животных и несоблюдение этических требований животных 7,8,9 . Благодаря постоянному прогрессу в области медицинских технологий качество сбора крови также выдвигает более высокие требования. Поэтому необходимо срочно разработать новую технологию забора крови для преодоления вышеуказанных недостатков.
Микродиализ – это метод отбора проб in vivo, основанный на принципах диализа10. В неравновесных условиях измеряемые соединения диффундируют и перфузируются из ткани вдоль градиента концентрации в микродиализный зонд, встроенный в ткань, в диализат, который непрерывно удаляется вместе с диализатом, достигая цели отбора проб из живой ткани11,12. По сравнению с традиционными методами отбора проб метод микродиализа имеет великолепные преимущества в следующих аспектах13,14,15: непрерывное отслеживание изменений различных соединений в крови в режиме реального времени; отбор проб не требует утомительной предварительной обработки и может реально отражать концентрацию целевого соединения в месте отбора проб; зонды могут быть имплантированы в различные части тела для исследования поглощения, распределения, метаболизма, экскреции и токсичности целевых соединений; полученный образец не содержит биологических макромолекул (>20 кДа). Таким образом, более качественные образцы крови обеспечивают лучшую интерпретацию сердечно-сосудистых заболеваний и механизма, который лечится этнической медициной.
Микродиализные пробоотборные системы обычно состоят из микроинжекционных насосов, соединительных трубок, резервуаров для перемещения животных, микродиализных зондов и пробоотборников16. Являясь наиболее важной частью устройства системы микродиализа, обычные микродиализные зонды включают концентрические зонды, гибкие зонды, линейные зонды и шунтирующий зонд17. Среди них гибкие зонды представляют собой мягкие и неметаллические зонды, которые в основном используются для сбора образцов из кровеносных сосудов и периферических тканей, таких как сердце, мышцы, кожа и жир, бодрствующих и свободно движущихся или анестезированных животных13. При контакте с кровеносными сосудами или тканями зонд можно гибко согнуть, что позволяет избежать необратимого повреждения зонда или места отбора проб. С непрерывным развитием зондовых технологий применение технологии микродиализа в различных областях также углубляется. В этой статье кровь сердца крысы была динамически и непрерывно получена с помощью технологии неинвазивного микродиализа с помощью гибкого зонда, предназначенного для сбора крови.
Protocol
Representative Results
Discussion
ССЗ являются распространенным хроническим заболеванием в клиниках с постепенно растущей заболеваемостью в Китае, а возраст начала имеет тенденцию быть моложе, вызывая беспокойство и панику у большинства пациентов20,21. Будучи основной причиной смерти в ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (82104533), Китайским фондом постдокторантуры (2020M683273), Департаментом науки и технологий провинции Сычуань (2021YJ0175) и ключевым научно-исследовательским проектом Научно-технического плана провинции Сычуань (2022YFS0438). Между тем, авторы хотели бы поблагодарить г-на Юньчэн Хонга, старшего инженера по оборудованию в TRI-ANGELS D&H TRADING PTE. LTD. (г. Сингапур, Сингапур), за предоставление технических услуг по методам микродиализа.
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).
