用于研究早期哺乳动物心脏再生的顶端切除小鼠模型
2016年1月23日
本研究展示了一种心尖切除的逐步视频实验方案。心尖切除是近期哺乳动物心脏再生研究中备受关注的一种外科手术方法。本研究可能推动心尖切除作为心脏再生机制研究中的标准方法得以广泛应用。
本实验的总体目标是利用新生小鼠心尖切除术来研究早期哺乳动物心脏再生。该研究有助于回答心脏再生领域的一些关键科学问题，例如介导早期哺乳动物心脏再生的分子与细胞机制是什么。该技术的主要优势在于，心尖切除小鼠模型为研究早期哺乳动物心脏再生提供了一种相对简便且直接的方法。
开始操作前，将所有出生第一天的 C57 黑色六系幼鼠从哺乳母鼠身边转移到一个带有新鲜垫料和筑巢材料的清洁小鼠笼中。然后依次将每只新生幼鼠从冰床上转移到手术区域，并将其四肢和尾巴固定于仰卧位。用聚维酮碘消毒胸部，随后用 70% 酒精消毒棉片轻轻擦拭清洁。
现在，沿胸腔第四肋间内侧区域做一转移性皮肤切口。使用弹簧剪在心脏心尖处进行切开。为暴露心脏，先用弹簧剪在心脏心尖处做切口，随后钝性分离肋间内肌。
使用无菌的6-0缝线将肋骨和肌肉层一起缝合。使用皮肤粘合剂仔细闭合皮肤切口，并将新生幼鼠置于加热灯下恢复约三分钟。然后使用70%酒精消毒垫清理幼鼠身上残留的血液和粘合剂痕迹，并将其放回同窝幼仔中。
所有手术完成后，在将新生幼崽放回母鼠巢穴前，将其与母鼠的垫料和排泄物混合。术后第1天，统计假手术组和手术组幼崽的数量，以确定每组的存活率。在术后适当的时间点，依次对每只动物用70%乙醇清洁胸部，切开胸部正中皮肤和肌肉。
将整个心脏从胸腔中取出，并在室温下用 5 毫升 4% 多聚甲醛固定组织过夜。次日，将样品转移至 70% 乙醇中保存，时间不超过一周，然后进行石蜡包埋。对整个心室获取 5 µm 厚的石蜡切片后，分别采用苏木精-伊红及 Masson 三色染色法对样品进行染色，以观察切除心脏中的心肌替代情况及纤维化反应。
使用切片扫描仪，手动获取每个样本至少三个焦点区域。然后根据制造商的说明，使用扫描仪的默认参数，在40倍放大倍数下分析样本图像。成功进行心尖切除后，在心尖切除后一天内，会有效形成血凝块以封闭左心室。
随后可观察到血凝块逐渐被吸收以及早期心脏纤维化的现象，并逐渐被心肌组织所替代，直至术后21天心肌完全再生。事实上，术后三周时，通过形态学分析已无法观察到切除组与假手术组心脏之间的差异。在实施该操作时，必须注意保持无菌条件。
通过此操作，还可进行其他检测，如标记和线性测量，以回答有关心肌细胞增殖和心尖切除的更多问题。观看本视频后，您应能够很好地掌握如何在新生小鼠中进行心尖切除操作。
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概述
本研究展示了一种用于心尖切除的逐步视频实验方案，这是一种哺乳动物心脏再生研究中的外科手术方法。该技术旨在增进对心脏再生机制的理解。
关键研究组成部分
科学领域
- 心脏再生
- 新生小鼠外科手术技术
- 心脏修复的分子机制
背景
- 心脏再生是心脏病学研究中的关键领域。
- 心尖切除是一种研究心脏修复的新技术。
- 了解早期再生过程有助于指导治疗策略的制定。
- 本研究采用新生小鼠作为模式生物。
研究目的
- 研究心脏再生的细胞与分子机制。
- 建立心尖切除术作为研究中的标准方法。
- 提供一种简便的方法用于研究心脏再生。
使用的方法
- 将出生后第一天的C57黑六幼鼠转移至清洁笼盒中。
- 固定新生鼠以进行手术操作。
- 手术前对胸部区域进行消毒。
- 实施心尖切除以研究心脏再生。
主要结果
- 在新生小鼠中演示心尖切除技术。
- 为未来的研究应用提供清晰的实验方案。
- 揭示心脏再生早期阶段的机制。
- 有望在心脏再生研究中实现方法学的标准化。
结论
- 心尖切除是一种研究心脏再生的有价值技术。
- 本研究可能促进心脏修复机制的进一步研究。
- 该方法的标准化可提高研究的可重复性。
常见问题
行业重要性概述
建立可重复的早期哺乳动物心脏再生模型，解决了心血管研发领域的一个关键空白，该领域因再生能力有限而阻碍了治疗手段的开发。心尖切除小鼠模型可在临床前靶点验证期间，实现对心脏修复通路的机制性风险排除。这有助于更可靠地识别心肌细胞增殖和纤维化消退的调控因子。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：能够验证与心肌细胞增殖和瘢痕形成相关的治疗假设。
- 操作价值：提供一种直接的体内系统，用于对再生相关通路的功能性靶点进行验证。
- 预测价值：通过区分促进真正心肌再生与纤维化的化合物，支持项目组合的筛选决策。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成可量化的组织学终点指标（如心肌厚度、纤维化面积），用于化合物筛选。
- 操作价值：标准化的手术流程确保在不同实验室和时间点之间具有可重复性。
- 可扩展性：有助于制备经验证的组织切片，用于高内涵成像和分析工作流程。
转化与临床前研究
- 科学价值：模拟与发育心脏病学及先天性修复策略相关的早期出生后再生时间窗。
- 操作价值：支持从血凝块溶解至第21天心肌修复完成的组织修复过程的纵向评估。
- 转化一致性：支持生物标志物的发现（例如，细胞外基质动态），可应用于人类心脏损伤模型。
流程与工作流整合
顶端切除模型适用于从靶点假设验证到临床前有效性评估的发现连续过程，为机制性风险消除提供了一个与疾病相关的系统。
- Discovery Biology：检测损伤后心肌细胞更新和纤维化反应的通路特异性效应。
- Screening：提供定量组织学读数，实现再生化合物的剂量-反应和时间过程分析。
- Analytics：生成基于形态测量和染色（H&E、Masson三色染色）的结果，用于不同实验条件间的客观比较。
- Translational Research：通过明确的时间点和形态学里程碑，将早期再生机制与临床前验证相连接。
- Enterprise Reuse：建立标准化、可重复使用的手术平台，用于多个项目中心血管靶点的验证。
运营与企业影响
- 科学价值：通过明确的损伤与恢复时间线，减少心脏再生研究中的机制模糊性。
- 操作价值：通过标准化的麻醉、手术及术后操作流程，提高实验可重复性。
- 战略价值：通过明确候选因子是驱动再生还是仅抑制纤维化，优化“推进/终止”决策。
- 项目组合影响：基于候选靶点在哺乳动物系统中的再生潜力，实现基于风险调整的靶点优先排序。
实施注意事项
- 需要具备新生小鼠操作和显微外科技术的专业知识。
- 依赖无菌手术器械、缝合材料以及组织处理基础设施。
- 需要跨团队在麻醉、术后护理和组织学分析方面实现标准化。
- 应用于其他模型时，必须考虑物种特异的再生能力和手术可行性。
- 实际限制因素包括新生仔鼠的个体差异以及存活率对手术操作一致性的依赖。
