Ferngesteuerter LAD-Verschluss mit einem Ballonkatheter bei spontan atmenden Mäusen

Zusammenfassung

In diesem Artikel wird eine einzigartige Technik mit geschlossener Brust zur Induktion einer myokardialen Ischämie-Reperfusionsverletzung (IRI) bei Mäusen vorgestellt. Die vorgestellte Methode ermöglicht es Mäusen, spontan zu atmen, während sie aus der Ferne eine myokardiale Ischämie induzieren. Dies ermöglicht den Zugang zum Tier, um die dynamischen Prozesse von Ischämie und Reperfusion in situ und in Echtzeit mittels nichtinvasiver Bildgebung zu untersuchen.

Zusammenfassung

Der akute Myokardinfarkt (AMI) ist eine weit verbreitete und hochmortale Herz-Kreislauf-Erkrankung. Trotz Fortschritten bei den Revaskularisierungsstrategien für AMI führt sie häufig zu einer myokardialen Ischämie-Reperfusions-Schädigung (IRI), die die Herzschädigung verstärkt. Mausmodelle dienen als wichtige Werkzeuge für die Untersuchung sowohl akuter Verletzungen als auch chronischer myokardialer Remodeling in vivo. Diese Studie stellt eine einzigartige Closed-Chest-Technik zur Ferninduktion von myokardialer IRI bei Mäusen vor, die es ermöglicht, die sehr frühe Phase von Okklusion und Reperfusion mit Hilfe von in-vivo-Bildgebung wie MRT oder PET zu untersuchen. Das Protokoll verwendet eine Remote-Okklusionsmethode, die eine präzise Kontrolle über die Initiierung der Ischämie nach dem Verschluss des Brustkorbs ermöglicht. Es reduziert chirurgische Traumata, ermöglicht die spontane Atmung und verbessert die experimentelle Konsistenz. Das Besondere an dieser Technik ist ihr Potenzial für die gleichzeitige nicht-invasive Bildgebung, einschließlich Ultraschall und Magnetresonanztomographie (MRT), bei Okklusions- und Reperfusionsereignissen. Es bietet eine einzigartige Möglichkeit, Gewebereaktionen nahezu in Echtzeit zu analysieren und so wichtige Einblicke in die Prozesse während der Ischämie und Reperfusion zu erhalten. Es wurden umfangreiche systematische Tests dieses innovativen Ansatzes durchgeführt, wobei Herznekrosemarker für einen Infarkt gemessen, der Risikobereich mittels kontrastmittelverstärkter MRT beurteilt und Infarkte im Stadium der Narbenreifung gefärbt wurden. Durch diese Untersuchungen wurde der Wert des vorgeschlagenen Instruments bei der Weiterentwicklung von Forschungsansätzen bei myokardialer Ischämie-Reperfusionsverletzung und der Beschleunigung der Entwicklung gezielter Interventionen hervorgehoben. Vorläufige Ergebnisse, die die Machbarkeit der Kombination des vorgeschlagenen innovativen experimentellen Protokolls mit nicht-invasiven Bildgebungsverfahren demonstrieren, werden hierin vorgestellt. Diese ersten Ergebnisse unterstreichen den Vorteil der Verwendung der speziell angefertigten Tierwiege zur Ferninduktion von Myokardischämie bei gleichzeitiger Durchführung von MRT-Scans.

Einleitung

Der akute Myokardinfarkt (AMI), eine weltweit weit verbreitete kardiovaskuläre Erkrankung, ist mit hohen Mortalitätsraten und Morbidität verbunden¹. Trotz technologischer Fortschritte, die frühe und effektive Revaskularisierungsstrategien für AMI-Patienten ermöglichten, kommt es bei Patienten nach diesen Eingriffen immer noch zu einer myokardialen Ischämie-Reperfusions-Schädigung (IRI)². Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die grundlegenden Mechanismen zu verstehen und Ansätze zur Eindämmung von IRI zu formulieren. IRI stellt einen komplexen pathophysiologischen Zustand dar, der eine Vielzahl komplexer biologischer Prozesse umfasst. Dazu gehören regulierter Zelltod, oxidative Stressreaktionen, Entzündungen, Wundheilung, Fibrose und ventrikulärer Umbau. Tiermodelle, wie z.B. Mäuse, waren für die IRI-Forschung von großer Bedeutung und werden aufgrund ihrer Kosteneffizienz, der schnellen Züchtung und der Fülle an mechanistischen Informationen aus transgenen Modellen ausgiebig eingesetzt³.

Dieses Protokoll stellt eine innovative Technik dar, um IRI bei spontan atmenden Mäusen mit geschlossener Brust aus der Ferne zu induzieren und die menschliche Pathologie besser nachzuahmen. Der Fernverschluss wurde durch die Verwendung eines Ballonkatheters erreicht, der in einiger Entfernung vom Myokard positioniert war, um die linke vordere absteigende Arterie (LAD) zu verschließen. Dieser Ansatz bietet einen kontinuierlichen Zugang zum schlagenden Herzen genau zu den Zeitpunkten der Okklusion und Reperfusion und ermöglicht gleichzeitige Bildgebungsmodalitäten, einschließlich Ultraschall oder Magnetresonanztomographie (MRT). Diese nicht-invasiven Methoden könnten entscheidende Einblicke in die Gewebereaktionen vor, während und nach Okklusions- und Reperfusionsereignissen liefern.

Es gibt verschiedene chirurgische Techniken, um IRI in Mausmodellen zu induzieren. Ein chirurgisches Trauma, das von einer Thorakotomie in offenen Thoraxmodellen der Koronarligatur herrührt, löst eine Immunantwort aus, die verschiedene Mechanismen beeinflusst, die mit Ischämie und Reperfusion verbunden sind. Die Aktivierung des angeborenen Immunsystems birgt das Potenzial, das Ausmaß des Myokardinfarkts^{zu beeinflussen 4}. Die vorgeschlagene angepasste Technik bietet einen potenziellen Ansatz zur Erforschung der myokardialen Prä- und Postkonditionierung und möglicherweise zur Verringerung der Auswirkungen der angeborenen Immunantwort auf chirurgische Traumata in murinen IRI-Studien, indem der Zeitrahmen des offenen Thorax auf maximal 5 Minuten minimiert wird. Darüber hinaus könnte die neu entwickelte Technik auch dazu beitragen, die proinflammatorischen Folgeerscheinungen zu reduzieren, die durch beatmungsinduzierte Lungenschäden verursacht werden⁵. Die kombinierten Effekte dieser neuen Methode des geschlossenen Brustkorbs müssten jedoch noch eingehender untersucht werden.

Die vorgeschlagene Technik wurde gründlich validiert, indem sie mit der traditionellen Methode verglichen wurde, bei der das LAD durch chirurgische Thoraxdissektion und ligaturinduzierten Verschluss für 30 Minuten freigelegt wird. Die Ergebnisse beider Techniken wurden verglichen, darunter Troponinmessungen, die die Größe des Herzinfarkts widerspiegeln, Bewertungen des Risikobereichs mittels MRT mit Gadolinium-Kontrastverstärkung, histologische Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC)-Färbung und die Bestimmung der endgültigen Narbengrößen durch Sirius-Rot (SR)-Färbung. Das Ergebnis zeigt die Robustheit und Wirksamkeit des vorgeschlagenen Ansatzes zur Untersuchung von Ischämie-Reperfusionsschäden in Mausmodellen.

Protokoll

Dieses Tierprotokoll wurde von der Ethikkommission für Tierversuche (ECD) an der Katholischen Universität Leuven genehmigt und steht in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Vorschriften, die von dieser festgelegt wurden. Alle Richtlinien, die von der lokalen ECD entwickelt werden, folgen den Vorschriften der Europäischen Union zum Wohlergehen von Labortieren, wie sie in der Richtlinie 2010/63/EU festgelegt sind. Alle unten beschriebenen Tests wurden an 8-12 Wochen alten (Körpergewicht = 20-23 g) männlichen C57BL/6-Mäusen durchgeführt. Bei den Akutversuchen handelt es sich um Tiere, die unmittelbar nach der Operation getötet wurden. Die Überlebensexperimente stellten eine vierwöchige Nachbeobachtung dar, einschließlich Troponinmessung, MRT und SR-Färbung.

1. Anästhesie und endotracheale Intubation

1. Verabreichen Sie Medikamente vor der Anästhesie mit einer Mischung aus Ketamin (7,5 mg/kg; Nimatek 100 mg/ml), Xylazin (1 mg/kg; Rompun, 20 mg/ml) und Acepromazin (0,1 mg/kg; Placivet, 10 mg/mL) (KXA) (siehe Materialtabelle) mit 0,9 % Kochsalzlösung intraperitoneal. Dies ermöglicht eine reibungslosere und weniger invasive Intubation.
2. Platzieren Sie die Maus in einer Induktionskammer (siehe Materialtabelle) und rufen Sie eine Anästhesie mit 2,5 % Isofluran in reinem Sauerstoff mit einer Flussrate von 1 l/min aus, bis der Aufrichtungs- und Zehenquetschreflex verloren geht.
3. Bringen Sie das Tier auf ein beheiztes Kissen (±38 °C) und positionieren Sie es in Rückenlage mit dem Kopf in Richtung des Chirurgen. Fixiere den Schwanz und die Vorderpfoten mit Klebeband auf dem Ballen. Achten Sie darauf, dass die vorderen Gliedmaßen nicht überdehnt sind, da dies die Atmung beeinträchtigen kann.
4. Legen Sie eine 2-0 Seidennaht (siehe Materialtabelle) um die oberen Schneidezähne und kleben Sie die Naht am Rand des Polsters fest, um die Maus straff zu ziehen. Bringen Sie bei Bedarf einen Nadelhalter an, um die Spannung auf der Naht zu halten. Halten Sie das Tier mit 2 % Isofluran in 100 % Sauerstoff mit einem Fluss von 1 l/min mit einem Nasenkonus anästhesiert.
5. Platzieren Sie eine Lichtquelle direkt rostral des Brustbeins, entfernen Sie den Nasenkonus und platzieren Sie die Isofluranversorgung am Beatmungsgerät. Intubieren Sie die Maus mit einer Pinzette, indem Sie die Zunge nach oben heben und ein selbstgebautes Laryngoskop halten, um den basalen Teil der Zunge weiter anzuheben und die Stimmbänder sichtbar zu machen.
6. Legen Sie einen selbstgemachten Trachealtubus mit einem 18 G Katheter auf eine stumpfe Nadel zwischen den Stimmbändern. Schieben Sie den Katheter nach oben, ziehen Sie die stumpfe Nadel heraus und verbinden Sie den Schlauch mit dem Mausbeatmungsgerät (siehe Materialtabelle).
7. Verwenden Sie einen modifizierten Y-förmigen Anschluss (siehe Materialtabelle), um den Intubationsschlauch mit dem Beatmungsgerät zu verbinden. Die korrekte Positionierung des Trachealtubus kann durch die Beurteilung der symmetrischen Thoraxerweiterung bestätigt werden.
8. Stellen Sie das Atemzugvolumen (ml) auf das Körpergewicht (BW) (g) x 7 und die Beatmungsrate auf 53,5 x (BW (g)^-0,26) Hübe pro Minute ein und passen Sie es bei Bedarf an das Körpergewicht einer bestimmten Maus^{an 6} (z. B. für eine 25 g Maus beträgt das Atemzugvolumen 175 ml bei 140 Hüben pro Minute).
9. Reduzieren Sie das Isofluran auf 1% in 100% Sauerstoff, da das Tier durch die Prämedikation narkotisiert bleibt. Beurteilen Sie jedoch regelmäßig die Tiefe der Anästhesie, indem Sie eine Zehenkneifung durchführen. Passen Sie die Isoflurankonzentration basierend auf der Anästhesietiefe an.
10. Tragen Sie einen Tropfen Augensalbe auf, um Trockenheit während der Narkose zu verhindern.

2. Installation des IRI-Tools

HINWEIS: Entfernen Sie alle Klebebänder und legen Sie das Tier auf die Grundplatte des speziell angefertigten IRI-Werkzeugs. Details zu den Eigenschaften des IRI-Tools sind in der Zusatzdatei 1 aufgeführt.

1. Fixieren Sie die Grundplatte des speziell angefertigten ferngesteuerten IRI-Werkzeugs in einer seitlichen Position vor dem Chirurgen. Fixiere den Schwanz und die Pfoten mit Klebeband. Fixieren Sie den Kopf mit der 2-0-Seidennaht um die oberen Schneidezähne, um versehentliche Bewegungen zu verhindern (Abbildung 1).
2. Führen Sie die rektale Wärmesonde (siehe Materialtabelle) ein, um die Körpertemperatur zu überwachen, und verwenden Sie eine Infrarot-Heizlampe über dem Tier, um die Temperatur um 37 °C zu halten. Achten Sie auf ausreichend Abstand zwischen Tier und Lampe, um eine Überhitzung zu vermeiden.
3. Positionieren Sie die EKG-Nadelelektroden in allen vier Pfoten, um die Herzfrequenz und die EKG-Wellenform zu beobachten und aufzuzeichnen. Befestigen Sie die Rektumsonde und die EKG-Elektroden mit Klebeband an der Plattform.
4. Tragen Sie Haarentfernungscreme auf die linke Seite des Brustkorbs auf, um Haare zu entfernen und ein klares Operationsfeld zu schaffen.
   HINWEIS: Begrenzen Sie die Einwirkzeit und achten Sie auf die vollständige Entfernung der Creme, um Verätzungen zu vermeiden.

3. Thorakotomie

1. Führen Sie eine aseptische Vorbereitung der Haut mit Betadine-Lösung durch und legen Sie anschließend ein chirurgisches Abdecktuch auf den linken Thorax, um eine sterile Umgebung zu gewährleisten. Verwenden Sie sterilisierte Geräte, um den Eingriff durchzuführen. Machen Sie einen vertikalen Hautschnitt am mittleren Teil des Brustmuskels, der etwa 1 cm lang und 2 mm vom linken Brustbeinrand entfernt ist.
2. Spucken Sie den Brustmuskel aus, um die darunter liegenden Rippen freizulegen. Vermeiden Sie versehentliche Verletzungen des Gefäßes. Wenn Blutungen auftreten, verwenden Sie Baumwollapplikatoren, um die Blutung zu stoppen.
3. Visualisieren Sie die Rippen und identifizieren Sie die Interkostalräume, indem Sie die aufblähende Lunge durch die dünne, halbtransparente Brustwand beobachten. Öffnen Sie die Brusthöhle mit einer chirurgischen Schere, indem Sie einen Schnitt von 6-8 mm im dritten Interkostalraum vornehmen. Stellen Sie sicher, dass der Schnitt mindestens 2 mm von der sternalen Grenze entfernt ist, an der sich die Arteria thoracica interna befindet.
4. Führen Sie ein kleines Rattenaugenspekulum (siehe Materialtabelle) in den Interkostalraum ein. Dieser fungiert als Rippenaufroller (Abbildung 1A).
5. Heben Sie das Perikard vorsichtig mit einer gebogenen Pinzette an und ziehen Sie es auseinander.
6. Legen Sie ein kleines Stück Watte auf die Lunge und drücken Sie es sanft nach unten.

4. LAD Vorbereitung

1. Der LAD erscheint hellrot und verläuft von der Aorta unter der linken Ohrmuschel in Richtung Spitze. Die ideale Positionierung der Ligatur liegt ca. 2 mm tiefer als die Spitze der linken Ohrmuschel. Verwenden Sie den Lungenstamm als Marker, um die linke Ohrmuschel zu identifizieren und die LAD-Visualisierung anhand des Lichteinfalls zu optimieren (Abbildung 2).
2. Verwenden Sie eine konische Nadel, um eine 7-0 Polypropylen-Naht um den LAD herum zu führen. Platzieren Sie die Nadel nicht zu tief, da sie in den linken Ventrikel eindringen kann, und auch nicht zu flach, da sie den LAD beschädigen kann.
3. Entfernen Sie das kleine Stück Watte und prüfen Sie, ob die linke Lunge noch beatmet ist.
4. Entfernen Sie den Rippenaufroller.
5. Stellen Sie sicher, dass die Naht an beiden Enden eine Mindestlänge von 15 cm hat. Schneide die Nadel ab.
6. Legen Sie ein Stück 1 mm PE-50 Schlauch über ein Stück 15 mm PE-10 Schlauch (siehe Materialtabelle). Führen Sie beide Enden der Naht durch den PE-10-Schlauch und schieben Sie den PE-Schlauch mit seinem dickeren Ende gegen das Herz.

5. Brustverschluss und Extubation

1. Tragen Sie etwas Fusidinsäure-Gel auf den offenen Interkostalraum auf und lassen Sie die verbleibende intrathorakale Luft sanft entweichen, indem Sie den Abfluss des Beatmungsgeräts kurzzeitig behindern. Zusätzliches Fusidinsäure-Gel kann dem äußeren Teil des PE-Rohrs zugesetzt werden, um das Eindringen von Luft in den Thorax zu verhindern.
2. Verschließen Sie den Brustmuskel mit einem 5-0 Polypropylen-X-Stich über und unter dem Niveau des PE-Schlauchs und stellen Sie sicher, dass sich der verdickte Teil des PE-Schlauchs unter dem Niveau des Muskels befindet.
3. Verschließen Sie die Haut mit zwei 5-0 Polypropylen X-Stichen über und zwei unter dem PE-Schlauch (Abbildung 1B und Abbildung 3).
4. Bei geschlossener Brust kann das Tier spontan wieder atmen. Entwöhnen Sie das Tier vom Beatmungsgerät, indem Sie das Atemzugvolumen und die Atemfrequenz langsam reduzieren. Wenn das Tier zu atmen beginnt, trennen Sie den Beatmungsschlauch von selbst vorsichtig, aber lassen Sie ihn an Ort und Stelle, bis ein stabiles Atemmuster beobachtet wird.
5. Verbinden Sie die Isofluranversorgung mit einem Nasenkonus, der über die Nase des Tieres gelegt und auf der Grundplatte fixiert wird.

6. Montage des Remote-IR-Tools

1. Platzieren Sie das vertikale Seitenteil in der Grundplatte, indem Sie es in die Schlitze einsetzen.
2. Ziehen Sie die beiden Nahtenden mit einem feinen Haken heraus und ziehen Sie sie durch das mittlere Loch im Seitenteil hinter dem Ballon (siehe Materialtabelle).
3. Führen Sie eines der Nahtenden über und um den Ballon herum. Fahren Sie mit dem anderen Nahtende unter und um den Ballon herum durch. Tragen Sie Fusidinsäure-Gel auf, um die Naht glatter zu führen.
4. Führen Sie die Nahtanden durch die Schlitze oben am Seitenteil. Tragen Sie auf den distalen Teil der Naht ein Gewicht von 2,1 g auf, um jedes Nahtende an Ort und Stelle zu halten (Abbildung 1C und Abbildung 4).
   HINWEIS: Die Konfiguration der entsprechenden Gewichte kann sich ändern und muss vorher getestet werden. Weitere Informationen finden Sie in der ergänzenden Abbildung 1 und in der ergänzenden Datei 1 . Das Design des Remote-IRI-Tools ist in der ergänzenden Abbildung 2 dargestellt.

7. Induktion von Ischämie und Reperfusion

1. Induzieren Sie Ischämie, indem Sie den Ballon sofort mit der Gefäßballonpumpe auf bis zu 2 bar aufblasen. Verriegeln Sie die Pumpe. Überprüfen Sie visuell, ob der Ballon aufgeblasen und die Gewichte angehoben sind (Abbildung 4).
2. Bestätigen Sie die Ischämie, indem Sie die Veränderung der EKG-Spur beobachten.
3. Lassen Sie den Ballon für die festgelegte Zeit gemäß dem spezifischen Studienprotokoll (30 Minuten in den vorgestellten Experimenten) aufgeblasen.
4. Stoppen Sie die Okklusion, indem Sie einfach die Pumpe entriegeln. Lassen Sie die Luft aus dem Ballon vorsichtig ab. Überprüfen Sie visuell, ob der Ballon entleert und die Gewichte abgesenkt sind.

8. Demontage des Remote-IR-Tools

1. Schneiden Sie die Naht und den Schlauch zwischen dem Tier und dem Seitenteil ab und entfernen Sie vorsichtig das Seitenteil.
2. Tragen Sie Fusidinsäure-Gel an der Einführstelle des Schlauchs in den Thorax auf. Drücke die Haut mit einer gebogenen Pinzette sanft gegen den Schlauch und verwende eine weitere Pinzette, um den Schlauch herauszuziehen. Schneiden Sie alle verbleibenden Nähte in der Nähe der Haut ab.
3. Legen Sie eine zusätzliche Naht aus 5-0 Polypropylen, um die Austrittsstelle des Schlauchs zu verschließen und das Risiko eines Lufteintritts in den Thorax zu minimieren.

9. Ende der Betäubungsmittel und Wiedereinziehung

1. Stoppen Sie die Isofluranzufuhr und lassen Sie das Tier in einer ruhigen, warmen und sauerstoffreichen Umgebung aufwachen.
2. Vergewissern Sie sich, dass die Maus keine Atemnot hat, indem Sie sie bis zur vollständigen Genesung beobachten. Stellen Sie 0,3 ml sterile Kochsalzlösung (bei Körpertemperatur) durch intraperitoneale Injektion bereit, um eine Dehydrierung zu verhindern.
3. Bei postoperativer Analgesie ist ein Opioid-Analgetikum (Buprenorphin, 0,1 mg/kg) subkutan zu verabreichen, bevor das Tier gehfähig wird. Überprüfen Sie die Mäuse alle 4-6 Stunden für die nächsten 24-48 Stunden, wenn Buprenorphin verabreicht wird, um sicherzustellen, dass die Mäuse auf Schmerzmittel ansprechen und um festzustellen, ob zusätzliche Schmerzmittel erforderlich sind. Zusätzliche Unterstützung sollte eine standardmäßig empfohlene unterstützende Pflege, ein Diätgel oder einen Brei umfassen, der postoperativ auf den Käfigboden gelegt wird.

Ergebnisse

Die Validierung der Fähigkeit, eine Ischämie zu induzieren, wurde durch vier Tests durchgeführt: Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) und Sirius Red (SR)-Färbung, kardiale Troponin-I-Messung und MRT-Bildgebung mit spätem Gadolinium-Enhancement (LGE). Die statistische Signifikanz wurde mit dem nichtparametrischen Mann-Whitney-Test unter Berücksichtigung der begrenzten Stichprobengrößen bewertet. Die statistische Signifikanz wurde p < 0,05 zugeschrieben.

Akute Versuche (TTC-Färbung, n = 15) wiesen keinen technischen Fehler auf, und alle Tiere wurden eingeschlossen. Diese akuten Experimente umfassten unmittelbare Folgeexperimente (kardiales Troponin I, LGE MRT, Sirius-Rotfärbung, n = 12) und hatten eine Überlebensrate von 85 % bzw. 80 % für die Fern- bzw. Standard-Okklusionstechniken über einen Zeitraum von 4 Wochen.

Färbung von Triphenyltetrazoliumchlorid
Die TTC-Färbung (Triphenyltetrazoliumchlorid) in einem Mausmodell für Ischämie-Reperfusionsschäden im Herzen misst makroskopisch das Phänomen der Lebensfähigkeit des Myokards, indem sie den Funktionsverlust des Dehydrogenase-Enzyms zeigt. Diese Färbemethode hilft bei der Unterscheidung zwischen den Bereichen des Herzens, die noch lebensfähig (lebendig) sind, und denen, die aufgrund einer Ischämie nicht lebensfähig geworden sind. Das lebensfähige Myokard färbt sich mit TTC rot, während der ischämische Bereich blass oder ungefärbt bleibt, da das Enzym Dehydrogenase nicht mehr funktionsfähig ist. Dies liefert wichtige Informationen über das Ausmaß der Gewebeschädigung früh nach dem Auftreten einer Ischämie. Die Färbung wurde für die Standard-IRI- (n = 7) und Fern-IRI-Gruppen (n = 8) unmittelbar nach 30 min Ischämie durchgeführt. Abbildung 5 zeigt repräsentative gefärbte Scheiben für ein Tier, wobei die Gewebeschnitte von der Basis zur Spitze verlaufen. Die Ergebnisse der TTC-Färbung sind in Abbildung 6 dargestellt und zeigen keinen signifikanten Unterschied zwischen den beiden IRI-Techniken. Die TTC-Färbung wurde wie von Fishbein et ^al.7 beschrieben durchgeführt.

MRT zur späten Gadolinium-Anreicherung
Um das Ausmaß des ischämischen Bereichs nichtinvasiv zu messen, wurde die LGE-MRT 24 Stunden nach der Okklusion für die Standard-IRI- (n = 5) und Fern-IRI-Gruppen (n = 5) eingesetzt. Detaillierte Einzelheiten zur Akquisition sind in der Zusatzdatei 1 enthalten. Der Risikobereich wird gemessen als der prozentuale Anteil des Gewebes des linken Ventrikels in den drei apikalsten Schnitten, der die in der Zusatzdatei 1 beschriebenen Schwellenwerte überschreitet. Die grafische Darstellung in Abbildung 7 zeigt, dass bei der Beurteilung des Risikobereichs keine signifikanten Unterschiede zwischen der neu vorgeschlagenen Fernokklusionstechnik und der herkömmlichen Methode des offenen Brustkorbs beobachtet wurden.

Sirius Red Färbung
Ein Myokardinfarkt, eine Folge der Myokardischämie, stellt ein ernstes Problem für Menschen mit Ischämie dar, da er zu einer Verringerung der kontraktilen Masse des Herzens führt und seine Fähigkeit, Blut effizient zu pumpen, beeinträchtigt. Abbildung 8 erläutert die Befunde weiter, indem die Sirius Red-Färbung 4 Wochen nach dem Verschluss verwendet wird, um den Ort der Narbenbildung basierend auf dem von der LGE-MRT dargestellten Risikobereich zu bestätigen und das Ausmaß des Narbengewebes zu messen. Die Färbung wurde für Standard-IRI- (n = 5) und Fern-IRI-Gruppen (n = 5) durchgeführt. Hellrote Bereiche markieren den nekrotischen Kern des Infarkts, während die orangefarbenen Teile das lebensfähige Gewebe markieren. Schließlich zeigt Abbildung 9 die endgültigen Narbengrößen, die mit der Sirius Red-Färbung bei beiden Techniken gemessen wurden. Die Narbengröße wird berechnet als die Fläche des gefärbten Infarkts dividiert durch die Gesamtfläche der linken ventrikulären freien Wand in der apikalen Gewebeschnittplatte mit einer Dicke von 2,4 mm. Die Sirius Red-Färbung wurde nach Rittié⁸ durchgeführt.

Kardiales Troponin I
Neben bildgebenden und Färbetechniken wurden in der Studie auch Herzschäden mit kardialem Troponin I als Marker bewertet. Die Blutproben wurden 24 Stunden nach der Operation für die Standard-IRI- (n = 8) und die Fern-IRI-Gruppe (n = 8) entnommen. Abbildung 10 zeigt den kardialen Troponin-I-Wert, der keine signifikanten Unterschiede zeigt, wenn man die neue Fernokklusionstechnik mit der Standard-IRI-Technik vergleicht.

Um die Machbarkeit des vorgeschlagenen Konzepts zu demonstrieren, werden auch vorläufige Ergebnisse zur Induktion von Ischämie von einem entfernten Ort mit gleichzeitiger nichtinvasiver Bildgebung vorgelegt. Dies wurde durch den Einsatz des speziell angefertigten Fernokklusionswerkzeugs erreicht, das in der MRT-Tierwiege platziert und in der Mitte des MRT-Scanners positioniert wurde. Die in Abbildung 11 gezeigten Ergebnisse zeigen Unterschiede im Bildkontrast (Helligkeitsstufen) zwischen den infarzierten und nicht infarzierten Regionen. In Abbildung 12B ist eine EKG-Spur mit typischer ST-Hebung als Marker dargestellt, der den erfolgreichen Verschluss des LAD bestätigt, während das Tier im MRT-Scanner positioniert ist, während Abbildung 12A die EKG-Spur vor der Okklusion zeigt.

Dieser umfassende Ansatz ermöglicht ein detailliertes Verständnis der Auswirkungen der neu vorgeschlagenen Fernokklusionstechnik auf Ischämie, Nekrose und Herzschädigung im experimentellen Modell im Vergleich zur konventionellen Methode des offenen Brustkorbs.

Abbildung 1: Repräsentative Bilder, die die Vorbereitung des Tieres zeigen, wie im Protokoll beschrieben. (A) Thorakotomie mit Einsetzen eines Rippenretraktors. (B) Verschluss des Brustkorbs mit einem PE-10-Schlauch, der aus dem Thorax austritt und die Naht um den LAD herum führt. (C) Positionieren des Tieres innerhalb des zusammengebauten ferngesteuerten IRI-Werkzeugs. Beachten Sie die beiden 2,1-g-Gewichte, die an jedem Ende der Naht klemmen und am Seitenteil der ferngesteuerten IRI-Halterung ruhen. Das Seitenteil wird durch die Aussparungen in der Grundplatte des Werkzeugs positioniert und fixiert. Der Gefäßballonkatheter wird entleert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Ex-vivo-Visualisierung des LAD (weißer Pfeil) und der linken Ohrmuschel (schwarzer Pfeil). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 3: Schematische Draufsicht auf den Versuchsaufbau, die die Position des für die Fernokklusion verwendeten Werkzeugs veranschaulicht. Erstellt mit BioRender.com. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Schematische Darstellung der Verwendung des Werkzeugs für die Fernokklusion aus der Seitenansicht. (A) Von Beginn der Operation an wird das Tier auf den unteren Teil gelegt. Nach dem Schließen der Truhe wird das Seitenteil an Ort und Stelle eingesetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist der Ballon noch entleert und die Gewichte ruhen auf dem unteren Teil. (B) Durch das Aufblasen des Ballonkatheters werden die Gewichte (mit Pfeilen markiert) angehoben und es kommt zu einem Verschluss des LAD mit anschließender Ischämie am Myokard. Eine erfolgreiche Okklusion zeigt sich in den Veränderungen der EKG-Spur. Durch das Entleeren des Ballons wird der Blutfluss durch den LAD wiederhergestellt. Erstellt mit BioRender.com. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Repräsentative Bilder von Herzschnitten von Mäusen, die mit Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) gefärbt wurden. Die Schnitte verlaufen von der Basis zur Spitze von links nach rechts, beginnend in der oberen Reihe. (A) Standard-IRI. (B) Fern-IRI. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 6: Ergebnisse der TTC-Färbung. Die TTC-Färbung wurde 24 h nach dem Verschluss durchgeführt, um die Infarktgröße zu messen. Die Datenpunkte werden als Mittelwerte mit SEM von Standard-IRI- (n = 7) und Remote-IRI-Gruppen (n = 8) dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 7: MRT mit später Gadolinium-Anreicherung. Risikobereich 24 Stunden nach der Okklusion, wie er auf den drei apikalsten Schnitten (ohne den Apex selbst) dargestellt ist, die mit der LGE-MRT aufgenommen wurden. Die Datenpunkte werden als Mittelwerte mit SEM von Standard-IRI- (n = 5) und entfernten IRI-Gruppen (n = 5) dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 8: Validierung des Fernokklusionsgeräts mittels MRT nach dem Ischämie-/Reperfusionsverfahren. Repräsentativer Vergleich zwischen dem Risikobereich, wie er in den LGE-MRT-Bildern 1 Tag nach der Okklusion dargestellt ist, und dem definitiven Narbengewebe, das 4 Wochen nach der Okklusion mit Sirius Red gefärbt wurde. (A-B) Kurze Achsenschnitte eines Tieres mit Fern- bzw. Bankokklusion. Der Pfeil markiert den abgegrenzten gefährdeten Bereich. (C-D) Histologische Schnitte, die mit Sirius Red gefärbt wurden, von denselben Tieren bestätigen, dass die endgültige Narbenbildung mit der Abgrenzung des Risikobereichs mit der MRT 24 Stunden nach der Okklusion übereinstimmt. LV = linker Ventrikel. Maßstabsleiste = 200 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 9: Ergebnisse der Sirius Red-Färbung. Die Sirius Red-Färbung wurde 4 Wochen nach der Okklusion durchgeführt, um das Ausmaß der Narbenbildung zu messen. Die Datenpunkte werden als Mittelwerte mit SEM von Standard-IRI- (n = 5) und entfernten IRI-Gruppen (n = 5) dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 10: Quantifizierung der kardialen Troponin-I-Konzentration im Mausserum, das 24 Stunden nach der Okklusion erhalten wurde. Die Datenpunkte von cTnI werden als Mittelwerte mit SEM von Standard-IRI- (n = 8) und Remote-IRI-Gruppen (n = 8) dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 11: Vorläufige Ergebnisse, die unter Verwendung des vorgeschlagenen Fernokklusionswerkzeugs in Kombination mit gleichzeitiger MRT-Aufnahme erzielt wurden, sind dargestellt. Derselbe mittelventrikuläre Schnitt in der Kurzachsenausrichtung eines Tieres vor, zum Zeitpunkt und kurz nach der Okklusion wird präsentiert. Auf der linken Seite zeigt die repräsentative Bildschicht die Myokardränder zu Beginn des Experiments (vor dem Auslösen der IRI). In der Mitte ist derselbe kurzachsige Schnitt nach 30 min ferninduzierter Ischämie zu sehen. Manganchlorid (MnCl) wurde als Kontrastmittel verwendet, um die Infarktregion hervorzuheben (gelb markiert). Die Helligkeit wurde manuell angepasst und gesättigt, um die verschiedenen Geweberegionen hervorzuheben. Beachten Sie den Helligkeitsunterschied zwischen dem Septal und der seitlichen freien Wand (gelb markiert). Auf der rechten Seite wird mit den gleichen Helligkeitseinstellungen wie zuvor derselbe kurzachsige Ausschnitt 20 Minuten nach der Okklusion (Reperfusionsstadium) gezeigt. Der Pfeil zeigt den Bereich mit erhöhter Helligkeit im Vergleich zum Zeitpunkt der Okklusion an und gibt die Aufnahme des Kontrastmittels im Reperfusionsstadium und die Schrumpfung des anfänglichen hypointensen Bereichs an, wie zum Zeitpunkt der Okklusion beschrieben. LV = linker Ventrikel. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 12: EKG-Spur, die mit dem MRT-Überwachungssystem aufgenommen wurde, um den Beginn der Ischämie zu bestätigen. (A) Normaler EKG-Verlauf, der vor dem Fernverschluss aufgenommen wurde. (B) EKG-Spur, die kurz nach dem Aufblasen des Ballons bei demselben Tier aufgenommen wurde. Der Pfeil zeigt die Erhöhung im ST-Segment, das typischerweise als Marker für einen erfolgreichen Beginn der Ischämie gilt. Neben einer Abnahme der Signalamplitude wird auch eine Zunahme der Herz- und Atemfrequenz beobachtet. Das Tier wird in der Mitte des MRT-Scanners in der Okklusions- und Reperfusionsphase positioniert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergänzende Abbildung 1: Konfiguration der Gewichte. Plot aller Gewichte in Abhängigkeit von der Dynamometer-Verschiebung mit dem Balloon-Remote-System (blau) vs. Das originale Flaschenzugsystem (orange). Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 2: Design von Remote-IRI-Tools. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzende Datei 1: Einzelheiten zu den Eigenschaften des IRI-Tools und der Bildaufnahme- und Analysetechniken. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Diskussion

Die in dieser Studie vorgestellte neuartige Fernokklusionstechnik bietet eine einzigartige Plattform, um die Forschung auf dem Gebiet der Modellierung von Ischämie-Reperfusions-Verletzungen voranzutreiben, indem sie die Notwendigkeit einer direkten Gefäßmanipulation während der Erstoperation vermeidet und eine gleichzeitige multimodale Bildgebung des früh reperfundierten Myokards ermöglicht. Eine umfassende Charakterisierung, einschließlich Troponin-I-Messungen, LGE-Kontrast-MRT, TTC und SR-Färbung, zeigt, dass die vorgeschlagene Technik dem aktuellen goldenen Standard (d. h. offene LAD-Ligatur in der Brust) ^entspricht9.

Die vorgeschlagene Technik hat mehrere Vorteile gegenüber dem traditionellen "offenen" LAD-Ligationsansatz. In erster Linie reduziert es die Zeit einer offenen Brust während der Operation auf nur 15 Minuten, im Gegensatz zu der Okklusionszeit (30-60 Minuten) plus Operationszeit (15 Minuten), die beim traditionellen Ansatz erforderlich ist. Diese minimierte Operation am offenen Herzen kann Gewebeschäden und Entzündungen mildern, müsste aber weiter untersucht werden. Darüber hinaus ermöglicht der frühe Thorakotomieverschluss die Entwöhnung des Beatmungsgeräts und damit die spontane Atmung unter Isofluran während Ischämie-Reperfusionsexperimenten. Dies hat das Potenzial, die durch Beatmungsgeräte induzierte Lungenschädigung und die damit verbundenen Entzündungen zu verringern und gleichzeitig eine physiologisch genauere Reaktion auf Myokardischämie und Reperfusion zu ermöglichen¹⁰.

Darüber hinaus bietet die Remote-Okklusionstechnik eine verbesserte Kontrolle über den genauen Zeitpunkt der Ischämie-Induktion. Als Proof of Concept wurden die Machbarkeit und die vorläufigen Ergebnisse der Ferninduktion und -kontrolle der Myokardischämie demonstriert, während das Tier in der Mitte des MRT-Scanners positioniert wurde. Die Fähigkeit, eine Ischämie nach dem Verschluss des Brustkorbs präzise einzuleiten, ermöglicht es den Forschern, therapeutische Eingriffe oder zusätzliche Untersuchungen zeitlich zu planen und den ischämischen Insult bei den Versuchspersonen zu synchronisieren. Diese erhöhte Kontrolle kann zu einer genaueren und konsistenteren Induktion der IRI führen, was für mechanistische und therapeutische Studien von entscheidender Bedeutung ist. Nichtsdestotrotz könnte die marginale Verlängerung der Isofluran-Inhalation während des kardialen MRT-Aufbaus eine Einschränkung für diese Studie darstellen. Eine längere Exposition gegenüber Isofluran könnte nämlich zusätzliche kardioprotektive Wirkungen haben, wie in Mausstudien gezeigt wurde, und müsste für das vorgeschlagene Modell weiter untersucht werden¹¹.

Die Variation des Ausmaßes der induzierten Verletzung ist eine häufige Herausforderung in IRI-Modellen, die sich häufig aus Unterschieden in der chirurgischen Ausführung oder variabler Anatomie ergibt¹². Wichtig ist, dass eine angemessene Ausbildung des Chirurgen die Sterblichkeitsraten in diesem Modell über andere anerkannte Variablen wie LAD-Platzierung, Versuchsdauer, Mausstämme und genetische Hintergründe hinaus beeinflusst¹³. Auch die Wahl der Anästhetika und Analgetika kann die Ergebnisse beeinflussen. Erfahrungsgemäß weist dieses Modell eine Gesamtsterblichkeitsrate von fast 15 % auf. Die Implementierung eines rigorosen Schmerzmanagements und einer aufmerksamen Tierüberwachung kann die Sterblichkeit noch weiter senken.

Eine der überzeugenden Richtungen, die durch diese Arbeit aufgezeigt werden, ist die mögliche Anwendung der Fernokklusionstechnik bei der Bewertung therapeutischer Interventionen in den frühen Phasen der Okklusion oder Reperfusion.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Remote-Okklusionstechnik einen vielversprechenden Fortschritt in der IRI-Modellierung darstellt, mechanistische Studien möglicherweise verfeinert und zielgerichtete Therapien beschleunigt. Seine Fähigkeit, chirurgische Traumata zu reduzieren, die Kontrolle über den Zeitpunkt der Ischämie zu verbessern und die experimentelle Konsistenz zu verbessern, unterstreicht seine Bedeutung. Durch die weitere Erforschung der Anpassungsfähigkeit der Technik können die Forscher ihr volles Potenzial ausschöpfen und zu einem genaueren Verständnis der frühen Phasen der Ischämie-Induktion, der Reperfusion und der damit einhergehenden Ischämie-Reperfusionsverletzung beitragen. Auch die Wirkung verschiedener Behandlungsstrategien kann nun in diesen Anfangsstadien beobachtet werden.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
2-0 Seidennaht	Sharpoint Products	DC-2515N
5-0 Polypropylen-Naht	Ethicon	8710H
7-0 Polypropylen-Naht	Ethicon	8206H
ACCLARENT Ballon-Aufblasgerät	Johnson& Johnson MedTech	BID30
Acepromazin	Kela
BD Vialon 18 g	BD	381347
BD Vialon 20 g	BD	381334
Betadin-Lösung	Purdue Pharma	25655-41-8
Buprenorphin (Buprenex injizierbar)	Reckitt Benkiser Healthcare	NDC 12496-0757-1
Carp Zoom Styl Knijplood 2.1 g (Blei Angelgewichte)	Visdeal.nl
Dumont #3 Pinzetten	Fine Science Tools	11231-30
Dumont #5 Pinzetten	Fine Science Tools	11251-30
Feine Schere	Fine Science Tools	14040-10
Fucidin Gel	Leo Pharma
Isofluran	Abbott	NDC 5260-04-05
KD Maus-/Rattenaugenspekulum	World Precision Instruments	501897
KD Maus-/Rattenaugenspekulum	World Precision Instruments	501897
Ketamin	Dechra
Lichtquelle	Zeiss	KL 1500 LCD
MRT-System	Bruker BioSpin, Ettlingen, Deutschland	BioSpec 70/30
NatriumChlorid 0,9%	Baxter
Nacht-Infrarot-Wärmelampe	Zoo Med Laboratories, Inc.	RS-75
ParaVision Software	Bruker BioSpin	Version 6.0.1
Polyethylen-Schlauch PE-10	SAI Infusionstechnologien	PE-10
Polyethylen-Schlauch PE-50	SAI Infusion Technologies	PE-50
Remote IRI Tool (PMMA)	selbstgemachter
chirurgischer Monitor für Nagetiere	Indus Instrumente
Segment v4.0	Medviso, segment.heiberg.se	R12067
Selbstgesteuerte Gradienten-Echo-Sequenz	Bruker BioSpin, Ettlingen, Deutschland	IntraGate, ParaVision 6.0.1
Schlanker, länglicher Nadelhalter	Fine Science Tools	12005-15
Sure-Seal Maus/Ratten-Induktionskammer	World Precision Instruments	EZ-178
Schlauchverbinder, Poly, Y-Form	Westlab	072025-0001
Ultraverse 035 PTA-Dilatationskatheter: 5 mm x 40 mm, 17 ATM RBP-Ballon auf 130 cm langem Katheter	Bard Peripheral Vascular, Inc.
Veet (Enthaarungscreme)	Reckitt Benkiser Beatmungsgerät für das Gesundheitswesen
, MiniVent Modell 845	Hugo Sachs	73-0043
Vidisic	BAUSCH & LOMB PHARMA	685313
Xylazin	Bayer

00801741092671