Methodenartikel

Ein chirurgisches Modell für die Transplantation von braunem Fettgewebe auf der Herzoberfläche bei Mäusen

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DOI:

10.3791/67289

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11. Juli 2025

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1Department of Cardiovascular Surgery, The Second Xiangya Hospital of Central South University, 2National Clinical Research Center for Metabolic Diseases, Hunan Provincial Key Laboratory of Metabolic Bone Diseases, and Department of Metabolism and Endocrinology, The Second Xiangya Hospital of Central South University, 3Department of Radiology, the Second Xiangya Hospital, Central South University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Es wurde ein einzigartiges chirurgisches Modell für die Transplantation von braunem Fettgewebe auf die Herzoberfläche bei Mäusen entwickelt. Dieses Modell kann das Verständnis der Auswirkungen von epikardialem Fettgewebe (EAT) auf Herzerkrankungen und die kardioprotektive Rolle der EAT-Bräunung verbessern.

Zusammenfassung

Es soll ein Mausmodell entwickelt werden, um die parakrinen Effekte der Bräunung des epikardialen Fettgewebes (EAT) auf die Herzkranzgefäße und das Myokard zu untersuchen. Aufgrund seiner besonderen anatomischen Lage und der direkten Verbindung zur Herzoberfläche gilt EAT nicht nur als Energiespeicherorgan, sondern auch als essentieller parakriner Regulator, der an mehreren Herz-Kreislauf-Erkrankungen beteiligt ist. Mehrere Studien haben gezeigt, dass die EAT-Bräunung ein vielversprechendes therapeutisches Potenzial für Herz-Kreislauf-Erkrankungen birgt, unter anderem durch den Übergang des entzündungshemmenden Phänotyps, die Freisetzung kardioprotektiver Faktoren und extrazelluläre Vesikel. Der angeborene Mangel an EAT in Nagetiermodellen schränkt die experimentelle Erforschung seiner Funktion bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen ein. In früheren Studien wurde die Fettgewebstransplantation genutzt, um die endokrine und parakrine Wechselwirkung zwischen Fettgewebe und anderen Organen zu untersuchen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, ein chirurgisches Modell für die Transplantation von braunem Fettgewebe (BAT) auf die Herzoberfläche von Mäusen zu entwickeln, um seine parakrine Wirkung auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu untersuchen und die potenziellen schützenden Vorteile der EAT-Bräunung zu untersuchen. In dieser Studie wird ein einzigartiges chirurgisches Verfahren zur Transplantation von braunem Fettgewebe auf die Herzoberfläche bei Mäusen etabliert und das Überleben des Transplantats und die Lebensfähigkeit des Empfängers vier Wochen nach der Operation bewertet. Dieses Modell kann in zukünftigen Experimenten zur Untersuchung der EAT-Bräunung angewendet werden.

Einleitung

Epikardiales Fettgewebe (EAT) ist ein heterogenes und multifunktionales Fettdepot, das sich auf der Oberfläche des Herzens befindet, direkt am Myokard anliegt und die Hauptkoronararterien umgibt, ohne dass zwischen ihnen Bindegewebe vorhanden ist1. Aufgrund seiner anatomischen Nähe zum Myokard und den Koronararterien kann EAT aktiv reichlich vorhandene und vielfältige Biofaktoren parakrinabhängig sezernieren, um Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Vorhofflimmern, Arteriosklerose und Herzinsuffizienz zu regulieren 2,3,4. EAT könnte ein Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen sein, und es wird angenommen, dass EAT ein neuartiges therapeutisches Ziel für kardiometabolische Medikamente werden kann5.

Anders als beim Menschen gibt es auf der Herzoberfläche der Maus jedoch fast keine spürbare EAT. Tatsächlich wurden die meisten Experimente mit EAT in vitro durchgeführt, da es kein experimentelles Tiermodell gab, um die Funktion von EAT in vivo zu beobachten 6. Daher können Wissenschaftler EAT-Sekretome nur in vitro reinigen und analysieren, und es gibt kein anwendbares experimentelles Modell, um die tatsächlichen Funktionen von EAT in vivo vollständig zu beobachten. Die Etablierung eines Mausmodells mit EAT wird daher von Vorteil sein, um zu klären, wie EAT seine einzigartigen Wirkungen auf das proximale Myokard und die Koronararterien ausübt.

Braunes Fettgewebe (BAT) besitzt eine inhärente thermogene Kapazität und verbessert den Glukosestoffwechsel7. Kürzlich haben Forscher herausgefunden, dass BAT als kardioprotektives Gewebe bei Herzerkrankungen fungieren kann. Kleine extrazelluläre Vesikel, die von BAT sezerniert werden, sind an der belastungsinduzierten Kardioprotektion beteiligt, indem sie kardioprotektive miRNAs an das Herz abgeben8. BAT kann 12,13-diHOME und NOS1 freisetzen, um die Herzfunktion durch die Regulierung des Kalziumkreislaufszu verbessern 9. FGF21 aus braunem Fettgewebe schwächt den hypertensiven kardialen Umbau ab, indem es denA2A-Rezeptor10 aktiviert. Darüber hinaus kann BAT BMP3b freisetzen, das die Myokardschädigung bei Ischämie-Reperfusions-Verletzungen (I/R) verringert11.

Diese Studien deuten darauf hin, dass die BVT durch endokrine Mechanismen eine kardioprotektive Rolle bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen spielt. Es gibt auch Hinweise darauf, dass erfolgreiche BAT-Transplantationsmodelle, bei denen BAT von einer normalen Maus in die interscapulare Region einer fettreichen Diätmaus transplantiert wird, beobachtet wurden, um den Glukosestoffwechsel und die Insulinsensitivität zu verbessern, die Fettmasse zu reduzieren und die Adipositas bei der Empfängermaus zu verbessern. Die BVT-Transplantation kann ihre positiven Wirkungen durch verschiedene Mechanismen entfalten, darunter die endokrine Freisetzung von BAT-assoziierten Zytokinen, die Aktivierung des sympathischen Nervensystems, die erhöhte BAT-Aufnahme von Triglyceriden und die verbesserte Glukosetoleranz und Insulinresistenz bei adipösen Mäusen12,13. Die BAT-Transplantation kann daher als potenzieller Therapieansatz für Herzerkrankungen dienen.

Aufgrund von Unterschieden zwischen den Spezies fehlt Mäusen jedoch EAT am Herzen, was die parakrine Wirkung von BAT auf das Herz unklar macht. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob die In-situ-Transplantation von BAT auf die Herzoberfläche im Vergleich zu anderen Strategien einen überlegenen Nutzen bietet.

Um die Funktion von BAT auf das Herz zu evaluieren und seine parakrine Wirkung auf Kardiomyozyten und Koronararterien aufzuklären, möchte unser Team ein schrittweises Verfahren zur Etablierung eines mikrochirurgischen Modells für die in situ BAT-Transplantation auf das Herz der Maus beschreiben. Im Gegensatz zur subkutanen Transplantation, die nur die endokrinen Einflüsse der BAT simulieren kann, ermöglicht dieser Ansatz die Untersuchung direkter parakriner Wechselwirkungen. Routinemäßige postoperative Beobachtungsindikatoren werden verwendet, um die erfolgreiche Besiedlung und das Überleben von BAT-Transplantaten durch die Etablierung einer Blutversorgung von der Herzoberfläche der Maus zu bestätigen.

Protokoll

Experimentelle Protokolle zur Gewinnung von Fettgewebe wurden vom Central South University Institutional Review Board überprüft und genehmigt. Das unten aufgeführte Tierverwendungsprotokoll wurde vom Institutional Animal Care and Use Committee (Genehmigung Nr. 20230188) am Second Xiangya Hospital, Central South University, China, gemäß Protokoll Nr. 2024054 überprüft und genehmigt. Alle Versuche wurden unter strikter Einhaltung der Richtlinien für Tiersicherheit und humane Pflege durchgeführt. Für diese Studie wurden drei bis acht Wochen alte männliche C57/BL6-Wildtyp-Mäuse mit einem Gewicht von 12-25 g verwendet. Die Empfängertiere erhielten 1 h vor der Operation eine präventive Anästhesie mit Buprenorphin in einer Dosis von 0,1 mg/kg subkutan. Bei Empfängertieren wurde Buprenorphin nach der Transplantation in der gleichen Dosis erneut verabreicht und bei Bedarf innerhalb der ersten 48 Stunden nach der Operation erneut verabreicht. Einzelheiten zu den verwendeten Reagenzien und Geräten sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Entnahme von braunem Fettgewebe (BAT) von Spendern

  1. Betäuben Sie die 3 bis 8 Wochen alte Spendermaus, indem Sie sie in eine Induktionskammer legen, die mit 2 % Isofluran gemischt mit 0,5-1,0 l/min 100 % O2 gefüllt ist. Um die richtige Anästhesietiefe zu überprüfen, üben Sie Druck auf das Nagelbett der Maus aus oder führen Sie einen Zehenkneifreflextest durch.
  2. Legen Sie die Maus in Bauchlage auf ein Heizkissen und befestigen Sie ihre Gliedmaßen mit Klebeband.
  3. Identifizieren Sie die Fossa scapularis, indem Sie sich etwa 1 cm entlang der Mittellinie von der Halshaut nach unten bewegen, um eine Vertiefung zu lokalisieren.
  4. Rasieren Sie an dieser Stelle die Haare und desinfizieren Sie die Haut dreimal mit Povidon-Jod.
  5. Machen Sie einen Längsschnitt von ca. 1 cm, um das Fettgewebe in der Schulterblattgrube freizulegen. Trennen Sie vorsichtig das oberflächliche weiße Fettgewebe und die Muskelschicht, um die darunter liegende BAT freizulegen, die auf einer Seite bräunlich-rot erscheint. Entnehmen Sie 30 mg BAT für die Transplantation.
  6. Waschen Sie die BAT, um Blut und Ablagerungen mit einer sterilen Kochsalzlösung zu entfernen.
  7. Schneiden Sie die BVT mit einer Augenschere in kleine Stücke (5 × 5 mm, ca. 20 mg) und bewahren Sie sie in einem vollständigen Medium für die Gewebekultur bei 37 °C auf, während Sie die Empfängermaus vorbereiten.

2. Vorbereitung auf die Transplantation

  1. Sterilisieren Sie die mikrochirurgischen Instrumente mit einem Autoklav-Sterilisator und tragen Sie sterile Handschuhe.
    HINWEIS: Folgende chirurgische Instrumente sind erforderlich: stumpfe Schere, Mikroschere, Mikrozange, grob gebogene Pinzette (×2), feine 45° abgewinkelte Pinzette (×2), abgewinkelte Federschere, Brustretraktor, 2-0 resorbierbare Nähte, 7/0 Prolene-Nähte und ein Nadelhalter.
  2. Desinfizieren Sie das Operationsfeld mit 75%igem Isopropylalkohol.
  3. Halten Sie während der Operation eine normale Körpertemperatur und eine stabile Herzfrequenz mit einem Heizkissen aufrecht, das auf 37 °C ± 1 °C eingestellt ist.
  4. Bereiten Sie die Baumwollapplikatoren für den Fall von Blutungen vor.

3. Vorbereitung und Intubation der Maus

  1. Entfernen Sie das Fell vom Dekolleté bis zur Mitte der Brust der Empfängermaus mit Haarentfernungscreme.
  2. Betäuben Sie die Maus, indem Sie sie in eine Induktionskammer legen, die mit 2 % Isofluran gemischt mit 0,5-1,0 l/min 100 % O2 gefüllt ist. Nach ausreichender Sedierung ist die Anästhesie mit 1,7 % Isofluran gemischt mit 0,7 l/min 100 % O2 aufrechtzuerhalten.
  3. Legen Sie die Maus in Rückenlage auf ein Heizkissen und sichern Sie ihre Gliedmaßen mit Klebeband.
  4. Desinfizieren Sie das Operationsfeld mit komplexer Jodlösung, gefolgt von 70% Alkohol. Wiederholen Sie diesen Vorgang dreimal.
  5. Decken Sie die Maus mit einem sterilen Tuch ab und legen Sie nur das Operationsfeld frei, um eine Kontamination zu vermeiden.
  6. Verwenden Sie für jede einzelne Maus einen neuen Satz steriler Handschuhe.
  7. Lege ein Gummiband über die Vorderzähne, um den Hals zu dehnen. Bewegen Sie die Zunge mit einer gebogenen Pinzette in einer Hand sanft zur Seite, während Sie mit der anderen Hand einen PE-90-Endotrachealtubus einführen. Stellen Sie sicher, dass sich der Kopf der Maus auf gleicher Höhe mit dem Rohr befindet, um die richtige Platzierung zu gewährleisten.
  8. Vergewissern Sie sich, dass der Schlauch in die Luftröhre und nicht in die Speiseröhre eingeführt wird. Machen Sie einen Längsschnitt (~6-7 mm) in der Gebärmutterhalshaut, um die Luftröhre freizulegen, falls dies zur Überprüfung erforderlich ist.
  9. Schließen Sie den Endotrachealtubus an ein volumenzyklisches Nagetierbeatmungsgerät an und stellen Sie die Parameter auf 140 Atemzüge/min und ein Atemzugvolumen von 0,2 ml ein. Befestigen Sie den Schlauch mit Klebeband.
    HINWEIS: Indikatoren für eine erfolgreiche mechanische Beatmung - Die Thoraxbewegungen der Maus sollten regelmäßig und mit der Atemfrequenz des Beatmungsgeräts synchronisiert sein.

4. EAT-Veredelung

  1. Führen Sie einen Sternumschnitt in der Mittellinie durch, beginnend mit der suprasternalen Kerbe. Machen Sie einen 1 cm langen Schnitt entlang der Mittellinie des Brustbeins (eine weiße Linie an der vorderen Brustwand der Maus), um die vordere Wand des Herzens freizulegen. Ziehen Sie das Brustbein mit einem Brustretraktor unter einem Operationsmikroskop zurück. Vermeiden Sie Verletzungen der Lunge und der inneren Brustarterie während des Eingriffs.
  2. Verwenden Sie eine 45° abgewinkelte Pinzette mit feiner Spitze, um die Epikardschleimhaut um das Herz herum sanft zu trennen und zu entfernen.
  3. Öffnen Sie das Perikard an der Vorderwand des linken Ventrikels. Platzieren Sie ein sauberes, kleines Stück BAT, das reich an Blutgefäßen ist, auf der Oberfläche des Herzens. Verwenden Sie eine 7/0-Prolenen-Naht mit zwei chirurgischen Knoten, um den BAT mechanisch an der Oberfläche des linken Ventrikels zu befestigen. Vermeiden Sie es, die Herzwand zu durchbohren.
  4. Entfernen Sie den Brustretraktor und drücken Sie den Abfluss des Beatmungsgeräts für 2 s ab, um die Lunge wieder aufzublasen.
  5. Verwenden Sie eine 2-0 resorbierbare Naht mit einem unterbrochenen Nahtmuster, um den Brustkorb zu schließen.
  6. Verwenden Sie ein resorbierbares Nahtmaterial 2-0 mit einem durchgehenden Nahtmuster, um die Hautschicht zu schließen.

5. Nachsorge

  1. Verabreichen Sie nach der Operation 0,3 ml normale Kochsalzlösung intraperitoneal zum Flüssigkeitsersatz.
  2. Verabreichen Sie Buprenorphin (0,1 mg/kg) subkutan, um Schnittschmerzen zu lindern, und Enrofloxacin (5 mg/kg), um Infektionen zu verhindern.
  3. Legen Sie die Maus unter eine Wärmelampe, bis sie aus der Narkose erwacht und in die sternale Liege zurückkehrt, um sich frei bewegen zu können. Setze die Maus dann mit Futter und Wasser in einen separaten Käfig. Stellen Sie eine Gelatine-Nahrungsquelle auf dem Boden des Käfigs bereit, die aufgrund der vorübergehenden geringfügigen restriktiven Bewegung des Thorax leicht zugänglich ist.
  4. Beobachten Sie die Empfängermaus 1 Stunde postoperativ, bevor Sie sie in den Käfig zurückbringen. Untersuchen Sie die Maus in den ersten 24 Stunden dreimal täglich, um die Aktivität und die Nahrungsaufnahme zu überwachen. Überwachen Sie in den ersten 72 Stunden auf Anzeichen von Schmerzen und Beschwerden. Überprüfen Sie täglich den Zustand des Tieres und wiegen Sie es wöchentlich.
  5. Wenden Sie sich an einen Tierarzt, wenn Mäuse Anzeichen von Schmerzen, Stress oder verminderter Futteraufnahme zeigen.
    HINWEIS: Erwägen Sie bei Bedarf eine frühzeitige Sterbehilfe. Die Euthanasietechnik beinhaltet eine CO2 -Überdosierung für 7 Minuten, gefolgt von einer Gebärmutterhalsluxation (nach institutionell anerkannten Protokollen). Nekrose, Resorption oder Abstoßung des BAT-Autotransplantats ist als spezifischer Endpunkt definiert, der zur Euthanasie führt.

Ergebnisse

Basierend auf Beobachtungen präoperativer, perioperativer und postoperativer Ergebnisse wurde dieses Mausmodell zur Transplantation von braunem Fettgewebe (BAT) auf die Herzoberfläche erfolgreich etabliert. Die BVT wurde aus dem Schulterblatt der Spendermaus entnommen, wobei jedes BAT-Transplantat ein Gewicht von etwa 0,1 g hatte.

Die Hämatoxylin-Eosin-Färbung bestätigte die Zusammensetzung und Struktur des Transplantats als BVT. Bei geringer Vergrößerung wurde eine große Anzahl von braunen Adipozyten beobachtet, die lobuläre Strukturen in lockerem Bindegewebe bildeten, das reich an Kapillaren war. Das Zytoplasma der braunen Adipozyten enthielt zahlreiche kleine Vakuolen, deren Kerne rund und zentral angeordnet waren. Bei hoher Vergrößerung zeigten braune Adipozyten morphologische Ähnlichkeiten mit weißen Adipozyten, hatten aber einen kleineren Durchmesser. Die Kerne der braunen Adipozyten waren rund oder oval und befanden sich entweder zentral oder exzentrisch innerhalb der Zelle. Das Zytoplasma war eosinophil und enthielt mehrere Lipidtröpfchen unterschiedlicher Größe, die im gesamten Zytoplasma verteilt waren. Kapillaren und Nerven waren auch zwischen den braunen Adipozyten sichtbar. Das transplantierte Fettgewebe wurde durch immunhistochemische Färbung der UCP1-Expression als braunes Fettgewebe bestätigt (Abbildung 1). Das BAT-Transplantat wurde erfolgreich an der Vorderwand des linken Ventrikels fixiert (Abbildung 2).

Vier Wochen nach der BAT-Transplantation gab es bei der Empfängermaus keine signifikanten Veränderungen der Ernährung, der Aktivität oder des Körpergewichts. Der Brustschnitt heilte gut ab und war vollständig mit normalem Haar bedeckt. Die Empfängermaus wurde (nach ethischen Richtlinien) getötet und das Herz zusammen mit dem epikardialen BAT-Transplantat für die histologische Untersuchung entnommen. Die Hämatoxylin-Eosin-Färbung zeigte, dass das BAT-Transplantat lebensfähig blieb, typische histologische Merkmale aufwies und eine Mikrozirkulation mit dem angrenzenden Myokard etablierte. Es gab keine Anzeichen einer signifikanten Infiltration von Entzündungszellen oder einer Fettverflüssigung. Die Trichromfärbung nach Masson zeigte die Bildung von fibrösem Bindegewebe, das die Nähte umgibt, mit denen das transplantierte Gewebe im Myokard fixiert wird. Fibröses Bindegewebe wurde sowohl um als auch innerhalb des Transplantats beobachtet, aber es gab keine offensichtliche Kompartimentierung oder strukturelle Störung des Fettgewebes. Die immunhistochemische Färbung von CD31 und UCP1 deutete außerdem auf die Bildung von Neo-Mikrogefäßen innerhalb der transplantierten BAT hin und bestätigte das Überleben eines Teils der braunen Adipozyten im Transplantat (Abbildung 3).

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Abbildung 1: Isolierung und Identifizierung von braunem Fettgewebe von Spendermäusen. (A,B) Braunes Fettgewebe (BAT) (gekennzeichnet durch weiße Pfeile), das von einer Spendermaus für die Transplantation entnommen wurde. (C) Repräsentative immunhistochemische Färbung der UCP1-Expression in braunem Fettgewebe (Maßstabsbalken = 100 μm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 2: Etablierung eines Tiermodells. Diese Abbildung veranschaulicht das Vorgehen zur Etablierung des Tiermodells. Eine mediane Thorakotomie wird durchgeführt, um die Vorderwand des Herzens mit einem Sternumspreizer freizulegen. Das Transplantat aus braunem Fettgewebe (BAT) wird auf der Oberfläche des Herzens fixiert. Anschließend wird der Schnitt mit intermittierenden Nähten für die Muskel- und Hautschichten verschlossen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

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Abbildung 3: Beurteilung der Transplantation von braunem Fettgewebe am Herzen der Maus vier Wochen nach der Transplantation. (A) Narbe des medianen vorderen Thoraxschnitts (weißer Pfeil). (B,C) Braunes Fettgewebe (BAT)-Transplantat, das an der Spitze des Herzens befestigt ist (weißer Pfeil). (D) Repräsentative Hämatoxylin- und Eosin (H&E)-Färbebilder des BAT-Allotransplantats und des Myokards vier Wochen nach der Transplantation (Maßstabsbalken = 100 μm). Das durchgehende schwarze Dreieck zeigt das Myokard, * das BAT-Transplantat und schwarze Pfeile die Kapillaren. (E) Repräsentative Masson-Trichrom-Färbebilder des BAT-Allotransplantats und des Myokards vier Wochen nach der Transplantation (Maßstabsbalken = 200 μm). (F) Immunhistochemische Färbung der CD31-Expression im BAT-Allotransplantat und Myokard vier Wochen nach der Transplantation. Schwarze Pfeile zeigen eine positive CD31-Expression im Allotransplantat an (Maßstabsbalken = 100 μm). (G) Immunhistochemische Färbung der UCP1-Expression im BAT-Allotransplantat und Myokard vier Wochen nach der Transplantation (Skalenbalken = 50 μm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Diskussion

In dieser Studie wurde ein chirurgisches Modell für die Transplantation von braunem Fettgewebe (BAT) auf die Myokardoberfläche erfolgreich etabliert. Epikardiales Fettgewebe (EAT) ist ein einzigartiges Fettdepot, das direkt mit dem Myokard und den Koronararterien verbunden ist, eine gemeinsame Mikrozirkulation aufweist und eine enge Wechselwirkung zwischen ihnen ermöglicht. Frühere Studien haben gezeigt, dass EAT mit mehreren Herzerkrankungen assoziiert ist, einschließlich koronarer Herzkrankheit, Vorhofflimmern und Myokardhypertrophie. Während diese Studien jedoch zeigten, dass das EAT-Volumen mit dem Ausmaß und der Schwere der Herzerkrankung korreliert, müssen die Mechanismen, durch die EAT die Herzpathologie beeinflusst, noch geklärt werden 1,2,3,4,5,14,15,16.

Andererseits wird angenommen, dass die BVT eine natürliche Rolle beim Schutz von Säugetieren vor Unterkühlung spielt. Sein Zytoplasma enthält mehrere kleine, multilokulare Lipidtröpfchen und ist mit Mitochondrien angereichert. BAT ist ein thermogenes Fettgewebe, das den Energieverbrauch reguliert und die Glukose- und Lipidhomöostase aufrechterhält, was es zu einem potenziellen therapeutischen Ziel für Stoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen macht 17,18,19. Einige klinische Studien haben gezeigt, dass das BVT-Volumen negativ mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen korreliert. Personen mit höherem BAT-Volumen haben niedrigere Prävalenzraten von Typ-2-Diabetes, koronarer Herzkrankheit, Dyslipidämie, kongestiver Herzinsuffizienz, zerebrovaskulärer Erkrankung und Bluthochdruck 7,20,21.

Eine frühere Studie zeigte, dass BAT-abgeleitete kleine extrazelluläre Vesikel (sEVs) von Kardiomyozyten aufgenommen werden, wodurch die Aktivierung des myokardialen Ischämie/Reperfusion (MI/R)-bezogenen MAPK-Signalwegs unterdrücktwird 8. Eine andere Studie ergab, dass BAT sEVs freisetzt, die kardioprotektive microRNAs enthalten, die zur trainingsbedingten Kardioprotektion beitragen22. Diese Ergebnisse veranschaulichen die Mechanismen, die dem BAT-Kardiomyozyten-Crosstalk zugrunde liegen, und heben BAT-sEVs und ihren microRNA-Gehalt als potenzielle Kandidaten für eine belastungsinduzierte Kardioprotektion hervor. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass das von BAT abgeleitete Neuregulin 4 (Nrg4) die endotheliale Entzündung und Atherosklerose bei männlichen Mäusen abschwächt23, was die schützenden endokrinen Funktionen von BAT für die kardiovaskuläre Gesundheit weiter demonstriert.

Darüber hinaus haben transkriptionelle Analysen gezeigt, dass humane EAT BAT-Marker wie UCP-1, PRDM16 und PGC-1α stark exprimiert, und zwar in höheren Konzentrationen als in anderen Fettdepots 5,6,24,25. Dies deutet darauf hin, dass EAT teilweise als BAT fungieren kann. Diese Befunde stützen die Hypothese, dass die Bräunungs-EAT das Myokard und die Koronararterien vor Hypothermie schützen und als Abwehrmechanismus gegen Ischämie oder Hypoxie dienen könnte. Zusammengenommen deuten diese Studien darauf hin, dass BVT mehrere bioaktive Faktoren freisetzt und positive und schützende Wirkungen auf das Herz-Kreislauf-System ausübt6.

In früheren Studien wurden BAT-Transplantationsmodelle auf verschiedene Krankheitsmodelle angewendet, um den Einfluss von BAT auf das Auftreten und Fortschreiten der Erkrankung aufzuklären. Dazu gehören Studien zum Einfluss der BAT-Transplantation beim polyzystischen Ovarialsyndrom (PCOS)26, zu ihrer regulatorischen Rolle bei der Alterung der Eierstöcke27 und zu ihren Auswirkungen auf den Ganzkörperstoffwechsel28,29. Die pathophysiologischen Auswirkungen der BAT-Transplantation auf das Herz sind jedoch noch nicht untersucht.

Als Organ, das in der Lage ist, zahlreiche Signalmoleküle zu sezernieren, beeinflusst die BAT in einem normalen Organismus in erster Linie die kardiovaskuläre Pathophysiologie über endokrine Signalwege und transportiert diese Moleküle zum Herzen oder zu den Blutgefäßen11. Ob BAT die kardiale Pathophysiologie über parakrine Signalwege direkt regulieren kann, bleibt jedoch unklar. Die Etablierung eines geeigneten und zuverlässigen Modells für die BAT-Transplantation auf der Herzoberfläche würde die Untersuchung direkter Wechselwirkungen zwischen BAT und dem Herzen erleichtern.

Da BAT anatomisch in der interscapularen Region von Mäusen lokalisiert ist, beruht ihre Wechselwirkung mit anderen Organen in erster Linie auf der systemischen Zirkulation über endokrine Signalwege. Darüber hinaus deuten einige Studien darauf hin, dass epikardiales Fettgewebe (EAT) das Potenzial hat, einen Bräunungsübergang zu durchlaufen. Verschiedene diätetische, umweltbedingte und pharmakologische Interventionen haben sich als vielversprechend erwiesen, um eine EAT-Bräunung bei adipösen und/oder Patienten mit koronarer Herzkrankheit (KHK) zu induzieren. Dieser Übergang kann dazu beitragen, die hypoxische und entzündliche Mikroumgebung zu mildern, die Gefäßschäden verschlimmert und die koronare Atherosklerose beschleunigt 4,24,30. Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um die spezifischen Faktoren und Signalwege zu identifizieren, die an der EAT-Bräunung beteiligt sind. Darüber hinaus sind experimentelle Tiermodelle erforderlich, um die Beziehung zwischen dem EAT-Phänotyp und den kardiovaskulären Ergebnissen zu untersuchen, die mit seinem unausgewogenen Entzündungsprofil verbunden sind.

Eine der größten Einschränkungen bei der Untersuchung von EAT besteht darin, dass Nagetiere fast keine spürbare EAT haben. Beim Menschen ist die Untersuchung frischer EAT ebenfalls eine Herausforderung, da es schwierig ist, Proben zu erhalten, da dies eine Thorakotomie erfordert. Frühere Studien haben ein Modell verwendet, in dem Fettgewebe von Mäusen mit fettreicher Ernährung in die Bauchhöhle von Myokardinfarktmäusen transplantiert wurde, um zu zeigen, dass diabetisches Fettgewebe die Ischämie-Reperfusionsschädigung verschlimmern kann31. Die Anwendung von Fettgewebstransplantationsmodellen ermöglicht es, die Auswirkungen von BAT auf das Herz über die parakrine Signalgebung zu untersuchen.

Das primäre Ziel der Entwicklung dieses Modells ist es, die potenziellen therapeutischen Effekte von BAT als EAT-ähnliches parakrines Organ für das Myokard und die Koronararterien zu untersuchen. In Zukunft könnte dieses Modell verwendet werden, um die kardioprotektiven Wirkungen von BAT bei der Hemmung des Fortschreitens atherosklerotischer Plaques, der Verbesserung der myokardialen ischämischen Schädigung und der Linderung von Vorhofflimmern zu untersuchen. Darüber hinaus kann es Indizien liefern, die die Vorteile der Förderung der EAT-Bräunung unterstützen.

Im Jahr 2013 transplantierte ein Forschungsteam der Harvard Medical School BAT in die Viszeralhöhle von Empfängermäusen, indem es das Gewebe mit dem Nebenhodenfettpolster verband, um Verbesserungen der metabolischen Homöostase durch eine erhöhte BAT-Massezu beurteilen 32. In einer früheren Studie aus den 1960er Jahren isolierten Forscher BAT aus der Interscapularregion des Spenders und transplantierten es für einen Zeitraum von 1-2 Wochen unter die Nierenkapsel des Empfängers. Darüber hinaus wurde in einer anderen Studie BAT in die vordere Augenkammer von Hamstern transplantiert, und es wurde histologisch analysiert, um zu beurteilen, ob die transplantierte BAT überlebte12. Die Durchführbarkeit und das Überleben einer BAT-Transplantation in die Epikardregion von Nagetieren sind jedoch nach wie vor unbekannt.

Die Epikardchirurgie bei Mäusen ist heute ein Routineverfahren zur Induktion von Myokardinfarktmodellen. Interessanterweise hat ein Forschungsteam erfolgreich pharmakologische Wirkstoffe in den Perikardraum/-flüssigkeit in einem Schweinemodell verabreicht, das zur Untersuchung von Vorhofflimmern, relativen Refraktärperioden und ischämischer Kardiomyopathie verwendet wurde. Basierend auf diesen Studien ist die Entwicklung eines Nagetiermodells für die epikardiale BAT-Transplantation durch chirurgische Eingriffe gerechtfertigt.

Basierend auf den experimentellen Ergebnissen wurden zwei Stücke BAT aus dem Interscapularraum der Spendermaus getrennt. Die BAT war mit subkutanem Fettgewebe (SAT) bedeckt und wies eine dunklere Farbe als SAT auf, mit einer reichhaltigen Blutversorgung. Die Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (H&E) von BAT zeigte, dass braune Adipozyten kleinere multilokulare Lipidtröpfchen enthielten und stark vaskularisiert waren, wobei rote Blutkörperchen im Kapillarlumen vorhanden waren. Jedes gesammelte BAT-Segment etwa 30-40 mg. Das transplantierte BAT-Transplantat war jedoch auf etwa 20 mg begrenzt, da eine weitere Vergrößerung des Transplantats innerhalb von 1-2 Tagen nach der Operation zur Mortalität bei Mäusen führte. Eine mögliche Ursache für dieses Ergebnis ist der verengte Raum zwischen der Brusthöhle und der Vorderwand des Herzens. Ein relativ großes Transplantat kann einen übermäßigen Druck ausüben, der möglicherweise zu einer Herztamponade führt.

Die Anästhesie wurde durch tracheale Intubation aufrechterhalten, und die Narkosetiefe wurde durch Beobachtung der Amplitude und des Rhythmus der Thoraxfluktuationen bei der Maus überwacht. Es wurde eine mediane Thorakotomie gewählt, um die Vorderwand des Herzens freizulegen und so die BAT-Transplantation zu erleichtern. Da die EAT direkt mit dem Myokard und den Koronararterien verbunden ist, ohne dass sie durch Bindegewebe getrennt sind, umfasste das Protokoll das Öffnen des Perikards, das Einführen des BAT auf die Herzoberfläche und das anschließende Nähen des Perikards.

Vier Wochen nach der Transplantation wurden die Empfängermäuse eingeschläfert (gemäß ethischen Richtlinien) und die Brusthöhlen wurden geöffnet, um die BAT-Integration und das Überleben zu beurteilen. Diese Befunde bestätigen, dass das BAT-Allotransplantat erfolgreich überlebt hat.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es gelungen ist, ein chirurgisches Modell für die Transplantation von BAT auf die Herzoberfläche bei Mäusen zu entwickeln. Dieses Modell kann das Verständnis der Auswirkungen von EAT auf Herzerkrankungen und des kardioprotektiven Potenzials der EAT-Bräunung verbessern.

Offenlegungen

Die Autoren erklären, dass keine konkurrierenden Interessen bestehen.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 81870623, 81770881, 81900286, 82100494, 82100944 und 82070910), dem Key R&D Plan der Provinz Hunan (2020SK2078) und der Natural Science Foundation der Provinz Hunan (2022JJ70055, 2021JJ40842 und 2022JJ40721)

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
1 % Penicillin/StreptomycinGibco, Invitrogen, New York, USA03-031-1BCSGewebekonservierung für Transplantate
10 % fötales Rinderserum (FBS)Bovogen, Neuseeland, Australien1907BGewebekonservierung für Transplantate
2-0 Resorbierbare NähteShanghai Pudong Jinhuan Medical Products Company17Y1204JHautverschluss
bis 8 Wochen alte männliche C57BL/6J-MäuseSJA Laboratory Animal Co., Ltd (Hunan, China)  
7/0 Prolene-NähteShanghai Pudong Jinhuan Medical Products CompanyR731Fixierung des braunen Fettgewebes auf dem Herzen
Alizarin Rote FärbelösungServicebio, Wuhan, ChinaCR2203058Alizarin Rote Färbung für Transplantat
Abgewinkelte FederschereJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenY3C040Gewebedissektion und -trennung
Blunt SchereJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenJ22010Gewebedissektion und -trennung
BrustretraktorTIGERGENE UnternehmenTG-CK-07PKEinziehen und Fixieren des
Brustkorbs Kurs gebogene PinzetteJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenJD1060Gewebedissektion und -trennung
DMEM: F12 (1:1) mittelGibco, Invitrogen, New York, USAC11330500BTGewebekonservierung für Transplantate
Fein 45°; abgewinkelte PinzetteJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenY4E040Gewebedissektion und -trennung
IsofluranShenzhen RuiWoDe Life Technology Co., LTDR510-22Maus Gasanästhesie
MikropinzetteJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenJD1050Gewebedissektion und -
trennung MikroschereJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenY00030Gewebedissektion und -trennung
NadelhalterJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenY3G150Haltenadel zum Verschluss
Ophthalmische SchereJinzhong chirurgisches Instrument UnternehmenY3C060Gewebedissektion und -trennung
Chirurgisches MikroskopMurzider FirmaMSD203Für die chirurgische Transplantation von braunem Fettgewebetransplantat
Volumenzyklisch Beatmungsgerät für NagetiereNanjing KEWBASIS Biotechnology Co.LTDKW-MZJ-ZMaus Gasanästhesie
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Referenzen

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