通过肺动脉干缩窄建立压力超负荷诱导的小鼠右心室肥厚与衰竭模型
2024年6月14日
我们描述了一种通过肺动脉干缩窄诱导右心室压力超负荷的小鼠模型。本文包含了气管插管、手术操作以及通过超声心动图进行表型分析的详细实验方案。气管插管和手术过程中使用了自制的器械，可实现模型的快速建立且成本低廉。
该方法可用于研究右心室衰竭的潜在机制，识别新的药物靶点，并探究潜在治疗药物对右心室衰竭的治疗作用。肺动脉干弯曲模型面临的主要挑战是诱导出不同阶段的右心室病理变化，尤其是已有文献方案中常忽略右心室重构的早期阶段，即伴有轻度肥厚的阶段。肺动脉高压中右心室衰竭的潜在机制仍未能被充分阐明。
我们研究轻度右心室病变中最初的分子变化，这些变化可能比病变晚期具有更高的可逆性。该方法使我们能够独立于肺血管系统来评估右心室功能，从而可以直接研究新型治疗化合物对右心室的直接作用。这有助于加深我们对右心室衰竭发生过程中潜在分子通路的理解，并由此推动针对肺动脉高压患者右心室衰竭的新治疗策略的发现。
首先，使用22号静脉导管对麻醉小鼠进行气管插管。在手术显微镜和插管支架的辅助下，于直视条件下进行插管操作，以确保声带视野清晰可见。在气管导管连接完成之前，需通过鼻管持续输送吸入性麻醉剂。
以每分钟175次、每次潮气量300微升的参数对小鼠进行通气。手术开始前，皮下注射镇痛药以提供围手术期及术后镇痛，并给予生理盐水以补偿围手术期液体丢失。通过观察胸部是否对称运动来确认气管插管位置正确。
进行手术时，使用手术刀从胸骨角向左前腋线方向，在第二肋间隙上方的皮肤做10毫米切口。然后用镊子钝性分离胸大肌和胸小肌，辨认第二和第三肋骨。将定制的胸腔拉钩置于胸肌下方。
在第二肋间处切开肋间肌。将胸腔牵开器重新放置到肋间位置，以保持手术视野的可及性。旋转小鼠的下半身，以更好地暴露肺动脉干。
钝性分离胸腺以暴露心脏、肺动脉干和主动脉。使用显微镊子仔细去除血管间的结缔组织，将肺动脉干与升主动脉分离。将引导套管经肺动脉干后方的横位心包窦穿过后通过。
使用镊子夹住引导套管尖端的结，并将缝线穿过套管。在缝线仍环绕肺动脉干的情况下，小心移除引导套管。装载结扎夹施加器。
使用缝线引导肺动脉干进入结扎夹的夹口，并压紧结扎夹。放置结扎夹后立即松开缝线，观察肺动脉干的充盈情况。确保结扎夹位置正确。
在第二和第三肋骨周围放置6-0单丝可吸收缝线，关闭肋间间隙。在收紧缝线的同时，轻压胸部，尽可能排出胸腔内的空气。最后，使用6-0单丝可吸收缝线缝合胸肌和皮肤。
为确保充分的术后镇痛，应在饮用水中添加镇痛药物，并在术后前三天通过皮下注射给药。
概述
本文介绍了一种通过肺动脉干缩窄诱导右心室压力超负荷的小鼠模型。该方法包括气管插管、手术操作及超声心动图表型分析的详细实验方案。
关键研究组成部分
科学领域
- 心血管生理学
- 右心室衰竭的病理生理学
- 治疗干预
背景
- 右心室衰竭是一种常与肺动脉高压相关的危重病症。
- 现有模型对右心室重构早期阶段的描述尚不充分。
- 了解轻度右心室病变中的分子变化，对于开发有效治疗方法至关重要。
- 本研究旨在填补关于右心室衰竭机制的知识空白。
研究目的
- 研究轻度右心室病变中最初的分子变化。
- 独立于肺血管系统评估右心室功能。
- 识别治疗右心室衰竭的新药物靶点和治疗策略。
使用的方法
- 通过肺动脉干缩窄建立小鼠右心室压力超负荷模型。
- 用于插管和手术的定制器械。
- 采用超声心动图表型分析评估右心室功能。
- 评估治疗化合物对右心室的影响。
主要结果
- 成功诱导出右心室病理的不同阶段。
- 确定了参与早期右心室重构的分子通路。
- 揭示了轻度右心室病理的可逆性机制。
- 为靶向治疗右心室衰竭提供了潜在的新策略。
结论
- 该模型为研究右心室衰竭提供了一个有价值的工具。
- 了解早期分子变化可能带来更佳的治疗选择。
- 需要进一步研究以探索在此背景下的治疗干预措施。
常见问题
行业应用价值
由压力超负荷引起右心室（RV）衰竭在心血管药物研发中仍是一个重大的转化难题，其机制尚不明确，且缺乏经过验证的临床前模型。该小鼠肺动脉干缩窄（PTB）模型可实现对不同程度右心室病变的精确、可重复诱导，支持基于假设的靶点验证和机制层面的风险评估。该模型能够将右心室功能与肺血管系统的影响相分离，从而提高早期治疗评估和项目筛选的预测可靠性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够探究右心室肥厚和衰竭的分子通路机制。
- 通过分离右心室对压力超负荷的特异性反应，支持功能靶点的验证。
- 通过区分直接的心脏效应与血管混杂因素，促进机制层面的风险评估。
- 为评估早期右心室重构的可逆性提供了研究平台。
筛选与检测方法开发
- 采用操作者无关的钛夹结扎技术，实现标准化且可重复的右心室病理模型。
- 生成定量的超声心动图和血流动力学数据，用于可靠的化合物筛选。
- 支持针对右心室功能障碍治疗候选物的可扩展表型分析。
- 支持在临床前模型中针对心脏特异性终点指标的检测方法开发。
转化与临床前研究
- 与肺动脉高压和右心室衰竭中观察到的疾病相关机制相一致。
- 实现了从分子发现到治疗假设体内验证的连贯性。
- 基于右心室功能的直接结果，支持进行风险调整后的推进决策。
- 有助于识别与右心室病理进展相关的转化生物标志物。
流程与工作流整合
该PTB模型融入了从发现到临床前研究的连续过程，将早期的机制研究与针对RV疗法的体内验证相结合。
- 发现生物学：支持针对右心室特异性分子靶点和通路的零假设检验。
- 筛选：为化合物在右心室功能障碍中的有效性提供可重复、定量的读数。
- 分析：实现对不同病理程度及治疗组间右心室功能的统计学比较。
- 转化研究：促进临床前研究结果与临床右心室衰竭表型的对应。
- 企业级复用：提供一种标准化、可扩展的模型，用于跨项目的 cardiac 研究计划。
运营与企业影响
- 科学价值：提高右心室衰竭研究的预测可信度，减少机制上的不确定性。
- 操作价值：通过无需操作者干预的仪器，增强实验的可重复性和标准化程度。
- 战略价值：优化针对右心室治疗项目的决策流程及资本配置。
- 项目组合影响：基于可靠的体内验证结果，实现对候选项目的基于风险调整的优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备小鼠手术、超声心动图和心脏表型分析方面的专业知识。
- 需要使用定制的外科手术器械和成像基础设施。
- 要求团队间严格标准化，以确保可重复性和数据可比性。
- 若需应用于其他物种或疾病模型，可能需要优化实验方案。
- 严重程度分级和模型终点必须与特定研究目标保持一致。
