Das Kaninchen-Modell der beschleunigten Atherosklerose: methodischer Sicht der Beckenkamm Arterie Ballon Verletzung
3. Oktober 2017
Tiermodelle der Atherosklerose sind notwendig, um den Mechanismus zu verstehen und zu untersuchen, neuere Ansätze zur Vermeidung Plaque Entwicklung oder Bruch, eine führende Ursache des Todes in der industrialisierten Welt. Dieses Protokoll verwendet eine Kombination von Ballon Verletzungen und Cholesterin-reiche Diät, um arteriosklerotische Plaques in Kaninchen Beckenkamm Arterie zu induzieren.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Bildung atherosklerotischer Plaques bei Kaninchen durch chirurgische Schädigung des Endothels ihrer linken A. iliaca sowie durch Fütterung einer atherogenen Diät zu induzieren. Die alleinige Verletzung wird bei Kaninchen häufig an der Aorta durchgeführt, um die Plaque-Zusammensetzung zu untersuchen. Die A. iliaca hingegen ähnelt stark der menschlichen Koronararterie und eignet sich daher besonders gut als Modelllokalisation für atherosklerotische Plaques.
Der Muskelgehalt, die einheitlichen Läsionen, die Aktivität des Gewebefaktors im Augengewebe und die konsistenten Gefäßdurchmesser der Kaninchen-Arteria iliaca sind alle mit denen der menschlichen Koronararterie vergleichbar. Letztendlich ermöglicht dies die Bewertung kommerziell hergestellter Geräte hinsichtlich morphometrischer und angiographischer Endpunkte. Die Demonstration des Verfahrens wird Aurelien Frobert, ein Mitarbeiter aus meinem Labor, durchführen.
Stellen Sie sicher, dass alle chirurgischen Instrumente unter Verwendung beispielsweise eines Glasperlen-Sterilisators sterilisiert werden. Bereiten Sie anschließend die beiden Ballonkatheter-Aggregate vor und überprüfen Sie sie. Bringen Sie an jedem einen ein-Milliliter-Luer-Lock-Spritzen, gefüllt mit physiologischer Kochsalzlösung, an und prüfen Sie anschließend mithilfe des Aufblasmechanismus des Ballons auf eingeschlossene Emboli.
Als Nächstes stellen Sie die Heizplatte am Operationsplatz auf 37 Grad Celsius ein. Wiegen Sie dann das Kaninchen. Verabreichen Sie anschließend eine Injektion mit Buprenorphin und führen Sie die Anästhesie des Kaninchens mit 5 % Isofluran bei fünf Litern pro Minute für 10 bis 15 Minuten durch.
Platzieren Sie nun das anästhetisierte Kaninchen auf einer Heizplatte auf einer chirurgischen Plattform. Befestigen Sie Sensoren, um die Körpertemperatur und Atmung des Kaninchens zu überwachen und Elektrokardiogramme aufzuzeichnen. Anschließend befestigen Sie eine Gesichtsmaske, um 4 % Isofluran mit einer Geschwindigkeit von 2,5 Litern pro Minute zuzuführen.
Danach bestätigen Sie eine angemessene Anästhesietiefe, indem Sie das Fehlen des Würgereflexes und der Augenreflexe überprüfen. Ein allgemein entspannter Muskeltonus ist ebenfalls ein Indikator für tiefe Anästhesie. Anschließend tragen Sie ein Augensalbe auf beide Augen auf.
Entfernen Sie anschließend das Haar im ventralen Bereich direkt unterhalb der Kniegelenke mithilfe eines Tierhaarschneiders. Entfernen Sie dann das lose Haar und reinigen Sie die freigelegte Haut durch dreimaliges Wechseln von Abreibungen mit 70 % Ethanol und Betadine. Drapieren Sie das Tier, sodass nur das untere Extremität freiliegt. Um die Operation zu beginnen, lokalisieren Sie die Vena saphena und führen Sie einen 1,5 cm langen Schnitt durch.
Danach mit einer kleinen gekrümmten Pinzette vorsichtig einen kleinen Abschnitt der Vena saphena freilegen. Achten Sie darauf, die Vena femoralis oder den Nervus femoralis nicht zu beschädigen. Eine gründliche Reinigung der Arterie ist während dieser Freilegung sehr wichtig.
Als Nächstes platzieren Sie zwei lose Ligaturschlingen unterhalb der Vena saphena und binden eine Ligaturschlinge nahe dem distalen Ende der Arterie. Danach bringen Sie eine mikrovaskuläre Klemme entlang der Arterie oberhalb der Ligatur an und schließen die Klemme, um den Blutfluss zu stoppen. Tragen Sie unverzüglich einen Tropfen Papaverin auf, um die Arterie zu weiten und Phasenspasmen vorzubeugen.
Danach mit der Ligatur die Safenarterie anheben und mit einer 24-Gauge-Nadel einen kleinen arteriotomen Schnitt durchführen. Anschließend die Schnittränder anheben und langsam eine Venenpinzette oder eine Führungsnadel in das Arterienlumen einführen. Nun vorsichtig einen arteriellen Embolektomiekatheter in die Safenarterie einführen.
Seien Sie vorsichtig, um Risse zu vermeiden. Entfernen Sie dann den Venenhalter und lösen Sie die mikrovaskuläre Klemme an der Arterie. Um die Verletzung zu erzeugen, schieben Sie zunächst den Ballonkatheter bis zur dritten Markierung vor.
Dies sollte etwa zwei bis fünf Zentimeter oberhalb der Iliakalgabelung liegen. Als Nächstes den Ballon mit 0,1 Milliliter physiologischer Kochsalzlösung aufblasen. Nun den Katheter abklemmen und unter Drehung um sechs Zentimeter zurückziehen, um das Gewebe zu schädigen.
Nach dem Zurückziehen die Ballonkatheteraufblasung beenden. Um eine vollständige Dilatation des Endothels sicherzustellen, den Vorgang noch zweimal wiederholen. Anschließend den Katheter entfernen und unmittelbar die Ligaturschleife direkt oberhalb der Arteriotomiestelle zuziehen, um die Blutung zu stoppen.
Als Nächstes wird ein geeignetes Antiseptikum um die Durchtrittsstelle der Wunde aufgetragen und die Blutgerinnsel abgetupft. Zum Schluss wird der Hautschnitt verschlossen und der Operationsbereich mit Povidon-Iod-Lösung desinfiziert. Anschließend wird der gesamte chirurgische Eingriff an der kontralateralen Arteria iliaca unter Verwendung des zweiten Katheters wiederholt.
Nach der Operation zuerst die Abtonic-Salbe von den Seiten des Kaninchens entfernen. Anschließend Sulfadoxin und Trimethoprim verabreichen. Danach das Kaninchen mit der Kopfstütze in einen sauberen Erholungskäfig sowie einen Überwachungspflaster und Clips überführen.
Sobald das Tier die äußere Rückenlage verlässt und sich fortbewegt, bringen Sie es in seinen Heimkäfig zurück. Zur Schmerzbehandlung verabreichen Sie Buprenorphin. Beginnen Sie nun mit der Fütterung des Tieres mit einer atherogenen Diät, solange dies erforderlich ist.
Um frühzeitige dünne Flachs zwei oder vier Wochen nach der Operation zu gewinnen, betäuben Sie zuerst das Kaninchen und töten es anschließend mit einem intrakardialen Schnitt. Öffnen Sie danach den Bauchraum und legen Sie das Retroperitoneum frei. Verfolgen Sie dann die Aorta in Richtung der Iliakalbifurkation und ligieren Sie sie oberhalb der Bifurkation.
Entfernen Sie anschließend vorsichtig das umgebende Gewebe und isolieren Sie beide A. iliaca communis. Dissezieren Sie nun beide Arterien aus und tauchen Sie sie in eiskaltes PBS ein. Entfernen Sie darin mit einer Pinzette die Gerinnsel und teilen Sie jede Arterie in 46 Segmente auf.
Anschließend die Segmente sofort in eine Form mit OCT-Verbindung einbetten und das Gewebe in flüssigem Stickstoff schockgefrieren. Das Gewebe bei minus 80 Grad Celsius lagern und später fünf Mikrometer dicke Schnitte mit Standardmethodik einfärben. Die Ballondilatation der Arteriae iliacae wurde erfolgreich innerhalb einer Stunde ohne Komplikationen durchgeführt.
Die Kaninchen erholten sich innerhalb einer Stunde und/oder erschienen gesund, ohne signifikanten Gewichtsverlust. Es traten keine postoperativen Komplikationen auf. Nach vierwöchiger atherogener Diät wiesen alle Kaninchen eine Hypercholesterinämie auf.
Die Kombination einer Ballondilatation und der Cholesterindiät führte innerhalb von zwei Wochen zu strukturellen Veränderungen in der Gefäßwand, die zur Entstehung atherosklerotischer Plaques führten. Unverletzte und durch Ballondilatation verletzte A. iliaca wurden vom selben Tier isoliert und miteinander verglichen. Die Plaques zeichneten sich durch Lipideinlagerungen sowie Migration und Proliferation glatter Muskelzellen aus.
Die Flachsfasern wachsen weiterhin in den verletzten Gefäßen, während die Lumengröße weiter abnimmt. Die resultierenden Veränderungen waren nach vier Wochen sehr ausgeprägt. Nach zwei und vier Wochen zeigte die morphometrische Quantifizierung eine erhöhte Intima-Media-Dicke, eine vergrößerte Plaquefläche, eine verminderte Lumengröße und schließlich eine erhöhte Lipidakkumulation.
Die Färbung mit dem Anti-Körper gegen alpha glatte Muskelaktin reagiert mit Muskelaktin und identifiziert so glatte Gefäßmuskelzellen. Während die Färbung mit dem monoklonalen 11-Antikörper das Zytoplasma von Makrophagen sichtbar macht. Zusammen zeigen die Färbungen das Ausmaß auf, in dem sowohl glatte Muskelzellen als auch Makrophagen in die atherosklerotische Plaque der verletzten Gefäße eindringen und proliferieren.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis für die Autosicherheit haben und leicht eine schwere Verletzung an den ilialen Arterien des Kaninchens durchführen können. Diese Verletzung in Kombination mit einer atherogenen Diät führt dazu, dass sich Plaques in den ilialen Arterien homogen und zeitlich synchron entwickeln.
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Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Induktion atherosklerotischer Plaques bei Kaninchen durch chirurgische Schädigung des Endothels ihrer linken A. iliaca sowie durch Verabreichung einer atherogenen Diät. Die A. iliaca wird aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit der menschlichen Koronararterie gewählt und stellt somit ein relevantes Modell zur Untersuchung der Plaqueentwicklung dar.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Atherosklerose
- Tiermodelle
- Kardiovaskuläre Forschung
Hintergrund
- Die Atherosklerose ist eine der Haupttodesursachen in industrialisierten Ländern.
- Das Verständnis der Plaque-Bildung ist entscheidend für die Entwicklung von Präventionsstrategien.
- Die iliacale Arterie des Kaninchens eignet sich als geeignetes Modell aufgrund ihrer anatomischen Ähnlichkeiten mit den menschlichen Koronararterien.
- Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen einer induzierten Atherosklerose auf verschiedene Endpunkte zu bewerten.
Zweck der Studie
- Induktion von atherosklerotischen Plaques bei Kaninchen für Forschungszwecke.
- Untersuchung der Mechanismen der Plaque-Entwicklung und -Ruptur.
- Beurteilung der Wirksamkeit neuer therapeutischer Geräte und Interventionen.
Verwendete Methoden
- Chirurgische Disruption des Endothels in der linken A. iliaca.
- Ernährung der Kaninchen mit einer atherogenen Diät zur Förderung der Plaquebildung.
- Vergleich der Plaquezusammensetzung in der A. iliaca mit der im Aortenbereich.
- Beurteilung morphometrischer und angiographischer Endpunkte mithilfe handelsüblicher Geräte.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Induktion atherosklerotischer Plaques im Kaninchenmodell.
- Demonstration des Verfahrens durch Aurelien Frobert.
- Vergleich der Plaque-Charakteristika zwischen Iliakal- und Aortenarterien.
- Erkenntnisse über das Potenzial therapeutischer Interventionen bei Atherosklerose.
Schlussfolgerungen
- Die Arteria iliaca des Kaninchens ist ein wertvolles Modell zur Untersuchung der Atherosklerose.
- Diese Methode kann bei der Bewertung neuer Therapien zur Plaque-Behandlung helfen.
- Weitere Forschung ist erforderlich, um die Bedeutung dieser Ergebnisse zu untersuchen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Das Ballonverletzungsmodell der Iliakalarterie beim Kaninchen beschleunigt die Entwicklung atherosklerotischer Plaques und ermöglicht eine schnelle Bewertung therapeutischer Interventionen innerhalb eines Zeitraums von zwei Wochen. Dieser Ansatz unterstützt die Zielvalidierung und die mechanistische Risikominderung in der kardiovaskulären Arzneimittelforschung, indem er ein reproduzierbares, krankheitsrelevantes System bereitstellt, das der humanen Koronarpathologie nachempfunden ist. Das Modell erhöht die Vorhersagesicherheit in präklinischen Studien, indem es quantifizierbare morphometrische und angiographische Endpunkte zur Beurteilung der Wirksamkeit und Sicherheit von Arzneimitteln liefert.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch gezielte endotheliale Schädigung und Ansammlung von Lipiden in einem klinisch relevanten arteriellen Bett.
- Operativer Wert: Bietet ein standardisiertes und reproduzierbares Verfahren zur Erzeugung konsistenter atherosklerotischer Läsionen, um Studien zur Zielmolekülbindung zu unterstützen.
- Strategischer Wert: Beschleunigt die Zeitspanne für die Validierung von Zielstrukturen und ermöglicht schnelle Go/No-Go-Entscheidungen basierend auf Plaque-Morphologie und Biomarker-Expression.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt quantifizierbare Plaque-Metriken wie Intima-Media-Dicke, Lipidfläche und Makrophageninfiltration zur Standardisierung der Assayauswertung.
- Operativer Wert: Ermöglicht eine Läsionsbildung mit hoher Erfolgsrate und geringer Mortalität und unterstützt damit skalierbare Screening-Kampagnen.
- Strategischer Wert: Erleichtert die Assaybereitschaft zur Bewertung von Arzneimittelwirkungen auf Plaque-Stabilisierung, Entzündung und Lipidakkumulation.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet ein krankheitsrelevantes System mit menschenähnlicher Plaque-Zusammensetzung, einschließlich Proliferation glatter Muskelzellen und Makrophagen-abgeleiteter Schaumzellen.
- Operativer Wert: Ermöglicht die longitudinale Überwachung des Plaque-Fortschritts durch morphometrische Quantifizierung in definierten Intervallen (z. B. zwei und vier Wochen).
- Strategischer Wert: Unterstützt die translationale Biomarker-Ausrichtung, indem Läsionsmerkmale mit der therapeutischen Antwort korreliert werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Das Modell fügt sich in den Kontinuum der kardiovaskulären Forschung ein und unterstützt die frühe Target-Validierung bis hin zur präklinischen Wirksamkeitsbewertung, indem es ein schnelles, quantifizierbares Atherosklerose-Modell bereitstellt.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung atherogener Signalwege mittels induzierbarer, zeitabhängiger Plaque-Bildung in der Arteria iliaca.
- Screening: Ermöglicht die standardisierte Bewertung von Substanzen durch reproduzierbare Läsionsentwicklung und messbare Endpunkte wie die Reduktion der Luminausdehnung und Intimaverdickung.
- Analytik: Liefert morphometrische und angiographische Parameter (z. B. Plaque-Fläche, Lipidakkumulation), die einen objektiven Vergleich zwischen Behandlungsgruppen erlauben.
- Translationale Forschung: Ermöglicht die Anbindung an die präklinische Validierung, indem eine menschlichen koronaren Veränderungen ähnliche Pathologie modelliert wird und die Beurteilung von Effekten medizinischer Geräte oder Wirkstoffe auf die Plaque-Zusammensetzung ermöglicht wird.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform für die iterative Prüfung kardiovaskulärer Therapeutika über mehrere Projekte hinweg.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Liefert Einblicke in die Mechanismen der Plaque-Entstehung und reduziert Ungewissheiten bei der Zielvalidierung.
- Operativer Wert: Gewährleistet Reproduzierbarkeit und Standardisierung durch definierte chirurgische und diätetische Protokolle mit hohen Erfolgsraten.
- Strategischer Wert: Verbessert die Kapitalnutzungseffizienz, indem präklinische Zeiträume verkürzt und das Risiko spätzeitiger Fehlschläge durch frühzeitige biologische Risikominimierung verringert werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Kandidaten basierend auf plakkomodifizierenden Effekten und Sicherheitsprofilen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der vaskulären Chirurgie an Nagetieren, Anästhesie und postoperativer Versorgung.
- Setzt den Zugang zu Ballonkathetern, chirurgischen Plattformen sowie bildgebenden oder histologischen Infrastrukturen für die Endpunktanalyse voraus.
- Erfordert eine Standardisierung zwischen den Teams hinsichtlich einheitlicher Verletzungslänge, Dauer der Diät und Gewebeaufbereitung.
- Zu berücksichtigende Anpassungsaspekte sind artenspezifische Unterschiede im Lipidstoffwechsel und in der Plaque-Zusammensetzung im Vergleich zur menschlichen Erkrankung.
- Praktische Einschränkungen ergeben sich aus dem zweiwöchigen Induktionszeitraum, der möglicherweise nicht die chronische Plaque-Komplexität oder Kalzifizierung erfasst, wie sie bei fortgeschrittener humaner Atherosklerose beobachtet wird.
