RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
يقدم هذا العمل نموذجا حيوانيا للتليف الناجم عن الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة ، كما يظهر في عيوب القلب الخلقية مثل تضيق الأبهر الحرج أو متلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج ، مما يسمح بإجراء تقييم مفصل للأنسجة النسيجية ، وتحديد مسارات الإشارات التنظيمية ، واختبار خيارات العلاج.
الداء الليفي الشغفي (EFE) ، الذي يحدده تراكم الأنسجة تحت الشغاف ، له تأثيرات كبيرة على تطور البطين الأيسر (LV) ويمنع المرضى الذين يعانون من تضيق الأبهر الحرج الخلقي ومتلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج (HLHS) من الإصلاح الجراحي التشريحي الشافي للبطينين. الاستئصال الجراحي هو الخيار العلاجي الوحيد المتاح حاليا ، ولكن غالبا ما يتكرر EFE ، وأحيانا مع نمط نمو أكثر تسلل إلى عضلة القلب المجاورة.
لفهم الآليات الأساسية ل EFE بشكل أفضل واستكشاف الاستراتيجيات العلاجية ، تم تطوير نموذج حيواني مناسب للاختبار قبل السريري. يأخذ النموذج الحيواني في الاعتبار أن EFE هو مرض يصيب القلب غير الناضج ويرتبط باضطرابات التدفق ، كما تدعمه الملاحظات السريرية. وبالتالي ، فإن زرع القلب غير المتجانس لقلوب المتبرعين بالفئران حديثي الولادة هو الأساس لهذا النموذج.
يتم زرع قلب فأر حديث الولادة في بطن فأر مراهق وتوصيله بالشريان الأورطي تحت الكلوي للمتلقي والوريد الأجوف السفلي. في حين أن تروية الشرايين التاجية تحافظ على صلاحية قلب المتبرع ، فإن ركود التدفق داخل LV يحفز نمو EFE في القلب غير الناضج للغاية. الآلية الأساسية لتشكيل EFE هي انتقال الخلايا البطانية الشغاف إلى خلايا اللحمة المتوسطة (EndMT) ، وهي آلية موصوفة جيدا للتطور الجنيني المبكر للصمامات والحاجز ولكن أيضا السبب الرئيسي للتليف في قصور القلب. يمكن ملاحظة تكوين EFE مجهريا في غضون أيام بعد الزرع. يستخدم تخطيط صدى القلب عبر البطن لمراقبة صلاحية الكسب غير المشروع ، والانقباض ، وسالكية المفاغرة. بعد القتل الرحيم ، يتم حصاد أنسجة EFE ، وتظهر نفس الخصائص النسيجية المرضية مثل أنسجة EFE البشرية من مرضى HLHS.
يسمح هذا النموذج في الجسم الحي بدراسة آليات تطور EFE في القلب واختبار خيارات العلاج لمنع تكوين الأنسجة المرضية هذا ويوفر الفرصة لإجراء فحص أكثر عمومية للتليف الناجم عن EndMT.
داء ليفي الشغاف (EFE) ، الذي يحدده تراكم الكولاجين والألياف المرنة في الأنسجة تحت الشغاف ، يظهر على شكل شغاف سميك لؤلؤي أو معتم. يخضع EFE للنمو الأكثر نشاطا خلال فترة الجنين والطفولة المبكرة1. في دراسة تشريح الجثة ، ارتبطت 70٪ من حالات متلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج (HLHS) بوجود EFE2.
الخلايا التي تعبر عن علامات الخلايا الليفية هي مجموعة الخلايا الرئيسية في EFE ، ولكن هذه الخلايا تعبر أيضا بشكل متزامن عن علامات بطانة الشغاف ، وهو مؤشر على أصل خلايا EFE هذه. أثبتت مجموعتنا سابقا أن الآلية الأساسية لتشكيل EFE تتضمن تغييرا ظاهريا للخلايا البطانية الشغاف إلى الخلايا الليفية من خلال الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة (EndMT) 3. يمكن الكشف عن EndMT باستخدام تلطيخ مزدوج كيميائي مناعي لعلامات البطانة مثل مجموعة التمايز (CD) 31 أو بطانة الأوعية الدموية (VE) - كادرين (CD144) وعلامات الخلايا الليفية (على سبيل المثال ، أكتين العضلات الملساء ألفا ، α-SMA). علاوة على ذلك ، أنشأنا سابقا الدور التنظيمي لمسار TGF-ß في هذه العملية مع تنشيط عوامل النسخ SLUG و SNAIL و TWIST3.
EndMT هي عملية فسيولوجية تحدث أثناء نمو القلب الجنيني وتؤدي إلى تكوين الحاجز والصمامات من وسائد الشغاف4 ، ولكنها تسبب أيضا تليف الأعضاء في قصور القلب أو التليف الكلوي أو السرطان وتلعب دورا رئيسيا في تصلب الشرايين الوعائية5،6،7،8. يتم تنظيم EndMT في التليف القلبي بشكل أساسي من خلال مسار TGF-β ، حيث أبلغنا نحن وآخرونعن 3,9. تم وصف محفزات مختلفة للحث على EndMT: الالتهاب 10 ، نقص الأكسجة 11 ، التعديلات الميكانيكية 12 ، واضطرابات التدفق ، بما في ذلك تغيرات تدفق الدم داخل الأجواف 13 ، وقد يكون EndMT أيضا نتيجة لمرض وراثي 14.
تم تطوير هذا النموذج الحيواني باستخدام المكونات الرئيسية لتطوير EFE للقلب ، وهي عدم النضج والتغيرات في تدفق الدم داخل الأجواف ، وتحديدا ركود التدفق. تم تحقيق عدم النضج باستخدام قلوب الفئران حديثي الولادة كمتبرعين ، حيث من المعروف أن الفئران الوليدية غير ناضجة من الناحية التنموية بعد الولادة مباشرة. عرضت زراعة القلب غير المتجانسة توفير تقييد التدفق داخل التجويف15.
من وجهة نظر سريرية ، يسمح هذا النموذج الحيواني بالتحقيق بشكل أفضل في تأثير EndMT على البطين الأيسر المتنامي (LV). إن تقييد النمو المفروض على قلب الجنين وحديثي الولادة من خلال تكوين EFE الناجم عن EndMT16 يمنع المرضى الذين يعانون من انسداد مجرى تدفق البطين الأيسر (LVOTO) مثل تضيق الأبهر الخلقي الحرج ومتلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج (HLHS) من الإصلاح الجراحي التشريحي الشافيللبطينين 17. يسهل هذا النموذج الحيواني دراسة الآليات الخلوية وتنظيم تكوين الأنسجة من خلال EndMT ويسمح باختبار خيارات العلاج الدوائي 3,18.
يستخدم تخطيط صدى القلب عبر البطن لمراقبة صلاحية الكسب غير المشروع ، والانقباض ، وسالكية المفاغرة. بعد القتل الرحيم ، يمكن ملاحظة تكوين EFE مجهريا في غضون 3 أيام بعد الزرع. تظهر أنسجة EFE نفس الخصائص النسيجية المرضية مثل أنسجة EFE البشرية من المرضى الذين يعانون من LVOTO.
ومن ثم ، يمكن تطبيق هذا النموذج الحيواني ، على الرغم من تطويره لاستخدام الأطفال في طيف HLHS ، عند دراسة الأمراض المختلفة بناء على الآلية الجزيئية ل EndMT.
تم إجراء جميع الإجراءات الحيوانية وفقا للمجلس القومي للبحوث. 2011. دليل لرعاية واستخدام المختبر: الطبعة الثامنة. تمت مراجعة بروتوكولات والموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام في مستشفى بوسطن للأطفال.
قبل الجراحة ، يتم تعقيم جميع الأدوات الجراحية بالبخار ، ويتم تحضير المخزن المؤقت Krebs-Henseleit المعدل ، بتركيز نهائي يبلغ 22 مليمول / لتر KCl ، كمحلول لشلل القلب (الجدول 1). يتم تعقيم المحلول بالفلتر وتخزينه عند 4 درجات مئوية طوال الليل. مطلوب مجهر جراحي (12.5x) لإجراء عملية زرع قلب الفئران حديثي الولادة غير المتجانسة.
1. التحضير والتخدير
2. التحضير الجراحي والزرع غير المتجانس لقلب المتبرع الوليدي في الفئران المتلقية
3. حصاد قلب المتبرع حديث الولادة
4. استعادة المتلقي ومراقبة الكسب غير المشروع
جدوى الكسب غير المشروع والضرب
في هذا العمل ، تم تقييم صلاحية الكسب غير المشروع بصريا بعد إزالة جميع المشابك ، وسمح بوقت تقريبي للتروية من 10-15 دقيقة مع بطن مفتوح لمراقبة الكسب غير المشروع. تم استخدام نفس نظام التسجيل للتحقق بشكل موضوعي من جدوى الكسب غير المشروع للتقييم البصري في نهاية الجراحة ولتخطيط صدى القلب على POD 1 و POD 7 و POD 14.
0 = لا وظيفة الجهاز ؛ 1 = (الراحة) وظيفة الجهاز ، فقط الحد الأدنى من الانكماش ؛ 2 = وظيفة عضو ضعيفة أو جزئية ؛ 3 = انخفاض معدل أو شدة الانقباض ، ولكن وظيفة الجهاز متجانسة ؛ 4 = الأذين الأمثل وتقلص البطين (120-160 نبضة / دقيقة). تم تصنيف النتيجة 3 أو 4 على أنها ناجحة. تم استخدام التقييم الجسي للكسب غير المشروع من متبرع بالبطن لمراقبة صلاحية الكسب غير المشروع بين النقاط الزمنية لتقييم تخطيط صدى القلب.
معدل نجاح الوفيات وجدوى الكسب غير المشروع
تم تقديم الإجراء إلى فريق جراحي جديد في مركز الدراسة بين أكتوبر 2022 وديسمبر 2022 ، وتم إجراء 19 عملية زرع قلب فئران غير متجانسة لحديثي الولادة في مركز الدراسة خلال هذه الفترة. كان معدل البقاء على قيد الحياة على الفور 79 ٪ ، وكان معدل نجاح الكسب غير المشروع (عرض قلب متبرع نابض ونابض) 84 ٪. يتم عرض خصائص الإجراء في الجدول 3.
من بين ال 12 الباقية على قيد الحياة ، تطلب 2 القتل الرحيم قبل نقطة نهاية الدراسة لمدة أسبوعين ، و 1 بسبب العلوص (ن = 1) ، والآخر بسبب الألم غير المخفف بمسكنات الألم (ن = 1) ، و 2 تم القتل الرحيم عن طريق التصميم بعد أسبوع واحد من الجراحة.
في ثلاثة فئران ، زادت درجة ستانفورد المعدلة المطبقة من 3 إلى 4 بين التصنيف البصري الفوري بعد الجراحة وتقييم تخطيط صدى القلب على POD 1. من بين الفئران الثمانية الباقية على قيد الحياة في نقطة النهاية لمدة 14 يوما ، كانت درجات ستانفورد المعدلة في تخطيط صدى القلب أربعة لسبعة وثلاثة لحيوان واحد. كان السبب الأكثر شيوعا للوفاة في هذه السلسلة هو فشل الدورة الدموية بسبب فقدان الدم المفرط نتيجة للقلب غير الناضج للغاية ، وبالتالي الأوعية المانحة الهشة للمفاغرة أو أوقات التخدير الطويلة.
التقييم النسيجي لأنسجة EFE
بعد القتل الرحيم CO2 للفأر المتلقي ، تم إجراء إعادة فتح البطن تحت إعداد معقم. تم استئصال الكسب غير المشروع للمتبرع ووضعه على الفور في محلول ملحي فسيولوجي على الجليد لمزيد من المعالجة. تم استئصال شريحة أفقية على مستوى منتصف البطين من البطين الأيمن والأيسر ، ووضعها في وسط تضمين درجة حرارة القطع المثلى (OCT) ، وتجميدها في النيتروجين السائل (الشكل 4 أ). تم تجميد جميع الأنسجة الأخرى باستخدام النيتروجين السائل وتخزينها في مجمد -80 درجة مئوية لمزيد من التحليل. تم الحصول على الصور باستخدام مجهر مقلوب (الشكل 4B-D).
تم إجراء التلوين الكيميائي المناعي كمعيار ذهبي لتحديد EndMT باستخدام 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) (أزرق) ، VE-Cadherin كعلامة بطانية (أحمر) ، و α-SMA كعلامة للخلايا الليفية (أخضر). كما تم تلطيخ بروتينات SMAD المفسفرة وعامل النسخ SLUG / SNAIL في أنسجة EFE (الشكل 5A-E) 3،20.

الشكل 1: رف مائل للتنبيب. يتم وضع الجرذ على ظهره ، مع تثبيت الأسنان الأمامية بخيط والرأس متجها نحو الجراح. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: منظر طويل المحور لتخطيط صدى القلب للجهد المنخفض (أ) قلب الجرذ الأصلي يشير إلى امتلاء طبيعي أثناء الانبساط. (ب) الكسب غير المشروع المانح مع ركود التدفق داخل الجهد المنخفض. انخفاض حجم التحميل أثناء الانبساط. الاختصارات: LV = البطين الأيسر. MV = الصمام التاجي ؛ LVOT = مجرى تدفق البطين الأيسر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: مفاغرة وتقييم EFE. (أ) دراسة دوبلر ملونة لتخطيط صدى القلب تشير إلى مفاغرة شريانية (سهم أحمر) ووريدي (سهم أزرق). (B ، C): سطح شغاف ساطع بالصدى داخل تجويف LV يدل على EFE (الأسهم البيضاء). الاختصارات: LV = البطين الأيسر. EFE = داء ليفي شغافي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: تقييم الأنسجة العيانية والمجهرية . (أ) المقطع العرضي للبطين الأوسط من خلال الجهد المنخفض و RV. تشير الأسهم البيضاء نحو نسيج EFE. ب: الهيماتوكسيلين-يوزين، ج: ثلاثي الألوان لماسون (MTS)، د: تلطيخ الإيلاستين فان جيسون. يشير التكبير الكبير إلى أن نسيج EFE (الأسهم السوداء) يحتوي على كميات عالية من الكولاجين المنظم (الأزرق في MTS) وألياف الإيلاستين (الأسود في EVG). الاختصارات: LV = البطين الأيسر. RV = البطين الأيمن. EFE = داء ليفي شغافي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: مقارنة بين الصور النسيجية والمناعية. أ: تلطيخ الهيماتوكسيلين-يوزين. (ب-ه) تلطيخ مناعي كيميائي. أنسجة EFE مزدوجة اللون ل (B ، C) VE-Cadherin و α-SMA ، (D) CD31 و phospho-SMAD2 / SMAD3 (موضعية مع النوى الملطخة ب DAPI باللون الأزرق) ، و (E) CD31 و SLUG / SNAIL (موضعية مع النوى الملطخة ب DAPI باللون الأزرق) ، تدل على EndMT ، كما هو موضح في الأسهم البيضاء. الاختصارات: LV = البطين الأيسر. EFE = داء ليفي شغافي ؛ EndMT = الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| 1 لتر من الماء المقطر المعقم | |
| كلوريد الصوديوم | 118 ملليمول/لتر |
| ككل | 22 ملليمول/لتر |
| KH2PO4 | 1.2 ملليمول/لتر |
| مغسو 4 | 1.2 ملليمول/لتر |
| هيدروكسي الصوديوم 3 | 25 ملليمول/لتر |
| الجلوكوز | 11 ملليمول/لتر |
| CaCl2 | 2.5 ملليمول/لتر |
الجدول 1: تكوين المخزن المؤقت Krebs-Henseleit المعدل. يتم تحضير محلول شلل القلب عالي البوتاسيوم (22 مليمول / لتر KCl) وتعقيمه بالفلتر وتخزينه عند 4 درجات مئوية طوال الليل.
| حالات الفشل الشائعة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها | |
| لا يبدأ الكسب غير المشروع في النبض / لا تمتلئ الشرايين التاجية بعد تحرير المشابك | تحقق من تكوين الخثرة في مفاغرة الشرايين |
| تحقق من وقت نقص التروية (= إجمالي وقت الاعتقال) (يجب ألا يتجاوز 100 دقيقة) | |
| وقت الاستيقاظ الطويل أو الفئران لا تستيقظ بعد الجراحة | مراقبة قوة النبض وتكراره أثناء الجراحة وتقليل استنشاق الأيزوفلوران ، إذا كانت ديناميكا الدم ضعيفة |
| الأمعاء الحية أو الميتة بعد العملية الجراحية مباشرة مشبوهة لانخفاض ديناميكا الدم أثناء العملية غالبا بسبب وقت التخدير الطويل | |
| ضعف ديناميكا الدم مباشرة بعد بضع البطن | ضبط تدفق الأيزوفلوران للتخدير |
| تقييم التنبيب وحركة الصدر المناسبة: التنبيب من جانب واحد ، استرواح الصدر ، تجويف القصبة الهوائية المسدود هي حالات فشل شائعة في البداية. | |
| يستيقظ الجرذ لكنه يموت في أول 24 ساعة | فقدان الدم على نطاق واسع أثناء الجراحة |
| إذا تم العثور على كمية متزايدة من الدم عند تشريح الجثة في البطن ، فمن المرجح أن يكون ذلك بسبب فشل مفاغرة |
الجدول 2: حالات الفشل الشائعة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. تعد المراقبة الشاملة وإعادة تقييم الإجراءات غير الناجحة أمرا بالغ الأهمية لتحقيق معدل بقاء مرتفع في هذا النموذج.
| وزن الفئران المتلقي بالجرام ، المتوسط [IQR] | 150 [50] |
| عمر المتبرع بالأيام، المتوسط [IQR] | 3 [1] |
| وزن المتبرع بالجرام، المتوسط [IQR] | 9 [2] |
| وقت نقص تروية الكسب غير المشروع بالدقائق ، الوسيط [IQR] | 100 [25] |
| معدل نجاح ما بعد الجراحة ، ن | 16/19 (= 84٪) |
الجدول 3: خصائص الإجراء. اختيار المتلقي والمتبرع ، ووقت نقص تروية الكسب غير المشروع ، ومعدل البقاء على قيد الحياة. الاختصار: IQR = المدى الربيعي.
اي.
يقدم هذا العمل نموذجا حيوانيا للتليف الناجم عن الانتقال البطاني إلى اللحمة المتوسطة ، كما يظهر في عيوب القلب الخلقية مثل تضيق الأبهر الحرج أو متلازمة القلب الأيسر الناقص التنسج ، مما يسمح بإجراء تقييم مفصل للأنسجة النسيجية ، وتحديد مسارات الإشارات التنظيمية ، واختبار خيارات العلاج.
تم تمويل هذا البحث من قبل مشاريع إضافية - صندوق أبحاث البطين الواحد (SVRF) وصندوق توسيع البطين الواحد (إلى I.F.) ومنحة ماريتا بلاو من OeAD-GmbH من الأموال المقدمة من الوزارة الفيدرالية النمساوية للتعليم والعلوم والبحوث BMBWFC (إلى G.G.).
| نظام التنفس الصناعي المتقدم للقوارض ، SAR-1000 | CWE، Inc. | 12-03100 | جهاز التنفس الصناعي للحيوانات الصغيرة |
| aSMA | Sigma | A2547 | الجسم المضاد للكيمياء المناعية |
| Axio المراقب Z1 & nbsp ؛ | كارل زايس | مجهر مقلوب | |
| Betadine الحل: | أفريو هيلث إل بي | 367618150092 | |
| CD31 | Invitrogen | MA1-80069 | الجسم المضاد للكيمياء المناعية |
| DAPI | Invitrogen | D1306 | الجسم المضاد للكيمياء المناعية |
| DemeLON النايلون الأسود 10-0 | DemeTECH | NL76100065F0P | 10-0 خياطة النايلون |
| ETFE IV القسطرة ، 18 جم × 2 | TERUMO SURFLO | SR-OX1851CA | قنية التنبيب |
| الصغيرة مشبك 8 مم | شركة روبوز للأدوات الجراحية | RS-6471 | مشابك الأوعية الدموية |
| الدقيقة خيوط أحادية من النايلون الأسود 11-0 | SURGICAL SPECIALTIES CORP | AA0130 | 11-0 Nylon |
| O.C.T. الأنسجة المركبة | Tek | 4583 | وسيط التضمين لعينة الأنسجة المجمدة |
| p-SMAD2 / 3 | Invitrogen | PA5-110155 | الجسم المضاد للكيمياء المناعية |
| القوارض ، إمالة WorkStand | Hallowell EMC. | 000A3467 | رف مائل للتنبيب |
| خيوط الحرير ، غير قابلة للامتصاص ، 7-0 | برينتري | NC9201231 | خياطة الحرير |
| سبيكة / حلزون | Abcam | ab180714 | أجسام مضادة للكيمياء المناعية |
| فيكريل مطلي غير مصبوغ 5-0 P-3 18 " | Ethicon | J493G | 5-0 Vicryl |
| غير مصبوغ Vicryl 6-0 P-3 18 " | Ethicon | J492G | 6-0 Vicryl |
| VE-Cadherin | Abcam | ab231227 | الجسم المضاد للكيمياء المناعية |
| Zeiss OPMI 6-SFR | Zeiss | المجهر الجراحي | |
| Zen ، الطبعة الزرقاء ، 3.6 | Zen & nbsp ؛ | برنامج المجهر المقلوب |