Dynamisk kontinuerlig blodextraktion från råtthjärta via icke-invasiv mikrodialysteknik
Summary
Detta protokoll beskriver en enkel och effektiv metod för realtids- och dynamisk insamling av råtthjärtblod med hjälp av mikrodialystekniken.
Abstract
Dynamisk analys av blodkomponenter är av stor betydelse för att förstå hjärt-kärlsjukdomar och deras relaterade sjukdomar, såsom hjärtinfarkt, arytmi, åderförkalkning, kardiogent lungödem, lungemboli och cerebral emboli. Samtidigt är det angeläget att bryta igenom den kontinuerliga hjärtblodprovtagningstekniken hos levande råttor för att utvärdera effektiviteten av distinkt etnisk medicinterapi. I denna studie implanterades en blodmikrodialyssond i den högra halsvenen hos råttor i ett exakt och icke-invasivt kirurgiskt ingrepp. Hjärtblodprover samlades sedan in med en hastighet av 2,87 nl / min till 2,98 ml / min genom att ansluta till ett online mikrodialysprovinsamlingssystem. Ännu mer betydelsefullt är att de förvärvade blodproverna tillfälligt kan förvaras i mikrodialysbehållare vid 4 °C. Det mikrodialysbaserade kontinuerliga blodinsamlingsprogrammet online från råtthjärta har i hög grad garanterat kvaliteten på blodproverna, främjat och stärkt den vetenskapliga rationaliteten i forskningen om systemiska hjärt-kärlsjukdomar och utvärderat etnomedicinsk terapi ur hematologins perspektiv.
Introduction
Med accelerationen av livets takt och ökningen av psykologiskt tryck tenderar hjärt-kärlsjukdomar (CVD) att förekomma hos unga, medelålders och äldre 1,2. Sjukligheten och dödligheten hos hjärt-kärlsjukdomar är hög, med egenskaperna akut debut, snabb progression och en lång sjukdomsförlopp, vilket allvarligt påverkar patienternas säkerhet3. Förekomsten av CVD kan vara nära relaterad till förändringarna i vissa blodkomponenter, såsom kolesterol, serumlipider, blodsocker, myokardiella enzymer och proteinkinas K 4,5,6. Patientens relevanta situation kan hanteras snabbast genom att analysera rutinmässiga blodundersökningsobjekt. Därför bestämmer kvaliteten på blodproverna testresultatens noggrannhet. Konventionella metoder för blodinsamling har emellertid några oundvikliga nackdelar, som allvarligt påverkar experimentresultaten, såsom stort traumaområde, liten blodinsamlingsvolym, höga krav på operatörer, oförmåga att återspegla läkemedelsförändringar i realtid, besvärlig blodprovförbehandling, stor konsumtion av försöksdjur och underlåtenhet att uppfylla djuretiska krav 7,8,9 . Med kontinuerliga framsteg inom medicinsk teknik har kvaliteten på blodinsamlingen också ställt högre krav. Därför är det angeläget att utveckla en ny blodprovtagningsteknik för att övervinna ovanstående brister.
Mikrodialys är en in vivo-provtagningsteknik baserad på dialysprinciper10. Under icke-jämviktsförhållanden diffunderas och perfuseras de föreningar som ska mätas från vävnaden längs koncentrationsgradienten till mikrodialyssonden inbäddad i vävnaden i dialysatet, som kontinuerligt avlägsnas tillsammans med dialysatet, vilket uppnår syftet med provtagning från den levande vävnaden11,12. Jämfört med traditionella provtagningsmetoder har mikrodialystekniken fantastiska fördelar i följande aspekter13,14,15: kontinuerlig realtidsspårning av förändringarna av olika föreningar i blod; Provtagningen kräver ingen omständlig förbehandling och kan verkligen representera koncentrationen av målföreningen på provtagningsstället. sonder kan implanteras i olika delar av kroppen för att undersöka absorbera, distribuera, metabolism, utsöndring och toxicitet hos målföreningarna; det förvärvade provet innehåller inga biologiska makromolekyler (>20 kD). Därför säkerställer blodprover av högre kvalitet en bättre tolkning av hjärt-kärlsjukdomar och den mekanism som behandlas med etnisk medicin.
Mikrodialysprovtagningssystem består i allmänhet av mikroinjektionspumpar, anslutningsrör, djurfria rörelsetankar, mikrodialyssonder och provuppsamlare16. Som den mest kritiska delen av enheten i mikrodialyssystemet består vanliga mikrodialyssonder av koncentriska sonder, flexibla sonder, linjära sonder och shuntsond17. Bland dessa är flexibla sonder mjuka och icke-metalliska sonder, som huvudsakligen används för att samla prover från blodkärl och perifera vävnader som hjärta, muskler, hud och fett från vakna och fritt rörliga eller bedövade djur13. Vid kontakt med blodkärl eller vävnader kan sonden böjas flexibelt och därigenom undvika irreversibel skada på sonden eller provtagningsstället. Med den kontinuerliga utvecklingen av sondteknik fördjupas också tillämpningen av mikrodialysteknik inom olika områden. I detta dokument förvärvades råtthjärtblodet dynamiskt och kontinuerligt av den icke-invasiva mikrodialystekniken genom den flexibla sonden utformad för blodinsamling.
Protocol
Representative Results
Discussion
CVD är en vanlig kronisk sjukdom i kliniker med gradvis ökande förekomst i Kina, och debutåldern tenderar att vara yngre, vilket orsakar oro och panik hos de flesta patienter20,21. Som den främsta dödsorsaken i världen kan CVD inducera hjärninfarkt och andra sjukdomar med hög dödlighet, vilket allvarligt hotar patienternas hälsosamma liv22. CVD, inklusive ischemisk hjärtsjukdom, kardiomyopati, åderförkalkning, högt blodtryck…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av National Natural Science Foundation of China (82104533), China Postdoctoral Science Foundation (2020M683273), Science & Technology Department of Sichuan-provinsen (2021YJ0175) och Key R&D project of Sichuan Provincial Science and Technology Plan (2022YFS0438). Under tiden vill författarna tacka Yuncheng Hong, en senior utrustningsingenjör vid TRI-ANGELS D&H TRADING PTE. LTD. (Singapore city, Singapore), för tillhandahållande av tekniska tjänster för mikrodialystekniker.
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).
