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 ist es, die Bildung von atherosklerotischen Plaques bei Kaninchen zu induzieren, indem das Endothel ihrer linken Beckenarterien chirurgisch zerstört und sie mit einer atherogenen Diät gefüttert werden. Durch Einzelverletzung bei Kaninchen wird häufig in der Aorta durchgeführt, um die Plaquezusammensetzung zu untersuchen. Die Arteria iliaca ist jedoch der menschlichen Koronararterie sehr ähnlich, was sie zu einem attraktiven Ort für die Modellierung von atherosklerotischen Plaques macht.
Der Muskelanteil, die gleichmäßigen Läsionen, die Aktivität des Augengewebefaktors und die konsistenten Gefäßabmessungen der Kaninchen-Beckenarterie sind alle vergleichbar mit der menschlichen Koronararterie. Letztendlich ermöglicht dies die Evaluierung kommerziell hergestellter Geräte auf morphometrische und angiographische Endpunkte. Das Verfahren wird von Aurelien Frobert, einem Mitarbeiter aus meinem Labor, demonstriert.
Achten Sie darauf, alle chirurgischen Instrumente zu sterilisieren, z. B. mit einem Glasperlensterilisator. Bereiten Sie als Nächstes die beiden Ballonkatheterbaugruppen vor und überprüfen Sie sie. Befestigen Sie an jedem Ballon eine Ein-Milliliter-Luer-Lock-Spritze, die mit normaler Kochsalzlösung gefüllt ist, und prüfen Sie dann mit dem Aufblasmechanismus des Ballons auf eingeschlossene Embliques.
Stellen Sie anschließend das Wärmeleitpad an der Operationsplattform auf 37 Grad Celsius ein. Wiegen Sie dann das Kaninchen. Als nächstes injizieren Sie Buprenorphin und betäuben das Kaninchen mit 5% Isofluoran bei fünf Litern pro Minute für 10 bis 15 Minuten.
Legen Sie nun das betäubte Kaninchen auf das Heizkissen auf einer chirurgischen Plattform. Bringen Sie Sensoren an, um die Temperatur und Atmung des Kaninchens zu überwachen und Elektrokardiogramme zu sammeln. Bringen Sie als Nächstes eine Gesichtsmaske an, um 4%Isofluoran bei 2,5 Litern pro Minute zu liefern.
Bestätigen Sie dann ein angemessenes Maß an Anästhesie, indem Sie auf einen Würgeverlust und kleine Reflexe testen. Ein allgemein entspannter Muskeltonus ist auch ein Indikator für eine tiefe Narkose. Tragen Sie anschließend eine abtonische Salbe auf beide Augen auf.
Entfernen Sie anschließend die Haare aus dem ventralen Bereich direkt unterhalb der Kniegelenke mit einer Tierhaarschere. Entfernen Sie dann die losen Haare und reinigen Sie die freiliegende Haut mit drei abwechselnden Peelings aus 70 % Ethanol und Betadin und drapieren Sie das Tier, so dass nur die unteren Gliedmaßen freiliegen. Um die Operation zu beginnen, lokalisieren Sie die Arteria saphena und machen Sie einen 1,5 Zentimeter langen Schnitt.
Dann legen Sie mit einer kleinen gebogenen Pinzette vorsichtig einen kleinen Teil der Arteria saphena frei. Achten Sie darauf, die Oberschenkelvene oder den Nervus femoralis nicht zu beschädigen. Eine gründliche Reinigung der Arterie ist bei dieser Exposition sehr wichtig.
Legen Sie als Nächstes zwei lose Ligaturschlingen unter die Arteria saphena und binden Sie eine Ligaturschlinge in der Nähe des distalen Endes der Arterie. Platzieren Sie dann eine mikrovaskuläre Klemme entlang der Arterie oberhalb der Ligatur und schließen Sie die Klemme, um den Blutfluss zu stoppen. Tragen Sie sofort einen Tropfen Papaverin auf, um die Arterie zu erweitern und Phasenkrämpfe zu verhindern.
Heben Sie anschließend mit der Ligatur die Arteria saphena an und machen Sie mit einer 24-Gauge-Nadel einen kleinen Arteriotomieschnitt. Heben Sie dann die Inzisionslappen an und führen Sie langsam einen Venenpickel oder eine Führungsnadel in das Lumen der Arterie ein. Führen Sie nun vorsichtig einen arteriellen Embolektomie-Katheter in die Arteria saphena ein.
Seien Sie vorsichtig, um Risse zu vermeiden. Entfernen Sie dann den Venenpickel und lösen Sie die mikrovaskuläre Klemme an der Arterie. Um die Verletzung zu erzeugen, schieben Sie zuerst den Ballonkatheter bis zur dritten Markierung vor.
Dies sollte etwa zwei bis fünf Zentimeter über der Beckengabelung liegen. Als nächstes blasen Sie den Ballon mit 0,1 Millilitern normaler Kochsalzlösung auf. Klemmen Sie nun den Katheter ab und ziehen Sie ihn sechs Zentimeter zurück, während Sie ihn drehen, um das Gewebe zu beschädigen.
Sobald Sie sich zurückgezogen haben, lassen Sie die Luft aus dem Ballon. Und um eine vollständige Endotheldilatation zu gewährleisten, wiederholen Sie den Vorgang noch zweimal. Entfernen Sie dann den Katheter und binden Sie sofort die Ligaturschlaufe direkt über der Arteriotomiestelle ab, um die Blutung zu stoppen.
Tragen Sie anschließend ein geeignetes Antiseptikum um das Perforat der Wunde auf und tupfen Sie die Blutgerinnsel ab. Zum Schluss schließen Sie den Hautschnitt und desinfizieren die Operationsstelle mit Povidon-Jod-Lösung. Wiederholen Sie dann den gesamten chirurgischen Eingriff an der kontralateralen Beckenarterie mit dem zweiten Katheter.
Reinigen Sie nach der Operation zunächst die abtonische Salbe von den Seiten des Kaninchens. Dann verabreichen Sie Sulfadoxin und Trimethoprim. Übertragen Sie dann das Kaninchen mit dem Kopfpad in einen sauberen Auffangkäfig und ein Überwachungspflaster und Clips.
Sobald das Tier wieder auf der Außenbahn liegt und gehfähig ist, bringen Sie es in seinen Heimatkäfig zurück. Zur Schmerzbehandlung geben Sie Buprenorphin. Beginnen Sie nun, das Tier so lange wie nötig mit einer atherogenen Diät zu füttern.
Um früh dünnen Flachs zu ernten, zwei oder vier Wochen nach der Operation, betäuben Sie zuerst das Kaninchen und euthanasieren Sie dann das Kaninchen mit einem interkardinalen Schnitt. Als nächstes öffnen Sie den Bauch und legen das Retroperitoneum frei. Verfolgen Sie dann die Aorta in Richtung der Beckenbifurkation und binden Sie sie oberhalb der Bifurkation zusammen.
Anschließend entfernen Sie vorsichtig das umliegende Gewebe und isolieren beide Beckenarterien. Präparieren Sie nun beide Arterien und tauchen Sie sie in eiskaltes PBS. Entfernen Sie darin die Gerinnsel mit einer Pinzette und teilen Sie jede Arterie in 46 Segmente.
Betten Sie dann die Segmente sofort in eine Form ein, die OCT-Verbindung und Snap-Freeze-Gewebe in flüssigem Stickstoff enthält. Lagern Sie das Gewebe bei minus 80 Grad Celsius und färben Sie später fünf Mikrometer dicke Schnitte mit der Standardmethode. Die Ballonverletzung der Beckenarterien wurde in weniger als einer Stunde erfolgreich und ohne Komplikationen durchgeführt.
Das Kaninchen erholte sich innerhalb einer Stunde und/oder schien gesund zu sein, ohne nennenswerten Gewichtsverlust. Es traten keine postoperativen Komplikationen auf. Und nach vier Wochen atherogener Diät hatten alle Kaninchen Hypercholesterinämie.
Die Kombination aus einer Ballonverletzung und der Cholesterindiät führte zu strukturellen Veränderungen in der Gefäßwand, die innerhalb von zwei Wochen zur Entwicklung einer atheroschlorotischen Plax führten. Unverletzte und ballonverletzte Beckenarterien wurden aus demselben Tier isoliert und verglichen. Flachs zeichnete sich durch Lipidinfiltration sowie Schallmigration und -proliferation der glatten Muskulatur aus.
Der Flachs wächst in den verletzten Gefäßen weiter, während die Lumengröße weiter schrumpft. Die daraus resultierenden Veränderungen waren nach vier Wochen sehr ausgeprägt. Nach zwei und vier Wochen zeigte die morphometrische Quantifizierung eine erhöhte Intima-Media-Dicke, eine vergrößerte Plaque-Fläche, eine verminderte Lumen-Fläche und schließlich eine erhöhte Lipidakkumulation.
Färbung mit Alpha-Glattmuskel-Aktin-Antikörper reagiert mit Muskelaktin und identifiziert so vaskuläre glatte Muskelzellen. Bei der Färbung mit mehr als 11 monochlonalen Antikörpern wird das Zytoplasma von Makrophagen sichtbar. Zusammen zeigen die Färbungen, in welchem Ausmaß sowohl glatte Muskelzellen als auch Makrophagen in die atherosklerotischen Plaques in den verletzten Gefäßen vermehren.
Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis für die Sicherheit von Autos haben und leicht eine gewaltsame Verletzung an den Beckenarterien des Kaninchens verursachen. Diese Verletzung durch atherogene Ernährung führt dazu, dass sich die Beckenarterien auf homogene Weise und mit der Zeit entwickeln.
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Überblick
Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Induktion atherosklerotischer Plaques bei Kaninchen durch chirurgische Schädigung des Endothels ihrer linken Beckenarterien und Fütterung mit einer atherogenen Diät. Die Beckenarterie wird aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit der menschlichen Koronararterie gewählt, was sie zu einem relevanten Modell für die Untersuchung der Plaqueentwicklung macht.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Atherosklerose
- Tiermodelle
- Herz-Kreislauf-Forschung
Hintergrund
- Atherosklerose ist eine führende Todesursache in Industrieländern.
- Das Verständnis der Plaquebildung ist entscheidend für die Entwicklung von Präventionsstrategien.
- Die Beckenarterie des Kaninchens dient aufgrund ihrer anatomischen Ähnlichkeiten zu menschlichen Koronararterien als geeignetes Modell.
- Diese Studie zielt darauf ab, die Auswirkungen der induzierten Atherosklerose auf verschiedene Endpunkte zu bewerten.
Zweck der Studie
- Induktion atherosklerotischer Plaques bei Kaninchen für Forschungszwecke.
- Untersuchung der Mechanismen der Plaqueentwicklung und des Plaquebruchs.
- Bewertung der Wirksamkeit neuer therapeutischer Geräte und Interventionen.
Verwendete Methoden
- Chirurgische Schädigung des Endothels in der linken Beckenarterie.
- Fütterung von Kaninchen mit einer atherogenen Diät zur Förderung der Plaquebildung.
- Vergleich der Plaquezusammensetzung in der Beckenarterie mit der in der Aorta.
- Bewertung morphometrischer und angiografischer Endpunkte unter Verwendung kommerziell hergestellter Geräte.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Induktion atherosklerotischer Plaques im Kaninchenmodell.
- Demonstration des Verfahrens durch Aurelien Frobert.
- Vergleich der Plaquemerkmale zwischen Becken- und Aortenarterien.
- Einblicke in das Potenzial für therapeutische Interventionen bei Atherosklerose.
Schlussfolgerungen
- Die Beckenarterie des Kaninchens ist ein wertvolles Modell zur Untersuchung von Atherosklerose.
- Diese Methode kann bei der Bewertung neuer Behandlungen für das Plaquemanagement helfen.
- Weitere Forschung ist erforderlich, um die Auswirkungen dieser Ergebnisse zu untersuchen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
The rabbit iliac artery balloon injury model accelerates atherosclerotic plaque development, enabling rapid assessment of therapeutic interventions within a two-week timeframe. This approach supports target validation and mechanistic de-risking in cardiovascular drug discovery by providing a reproducible, disease-relevant system that mimics human coronary pathology. The model enhances predictive confidence in preclinical studies by delivering quantifiable morphometric and angiographic endpoints for evaluating drug efficacy and safety.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by inducing controlled endothelial injury and lipid accumulation in a clinically relevant arterial bed.
- Operational Value: Provides a standardized, reproducible method for generating consistent atherosclerotic lesions to support target engagement studies.
- Strategic Value: Accelerates target validation timelines, allowing rapid go/no-go decisions based on plaque morphology and biomarker expression.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable plaque metrics such as intima-media thickness, lipid area, and macrophage infiltration for assay readout standardization.
- Operational Value: Delivers high-success-rate lesion formation with low mortality, supporting scalable screening campaigns.
- Strategic Value: Facilitates assay readiness for evaluating drug effects on plaque stabilization, inflammation, and lipid accumulation.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Offers a disease-relevant system with human-like plaque composition, including smooth muscle cell proliferation and macrophage-derived foam cells.
- Operational Value: Enables longitudinal monitoring of plaque progression via morphometric quantification at defined intervals (e.g., two and four weeks).
- Strategic Value: Supports translational biomarker alignment by correlating lesion characteristics with therapeutic response.
Pipeline & Workflow Integration
The model fits within the cardiovascular discovery continuum, supporting early target validation through to preclinical efficacy assessment by providing a rapid, quantifiable atherosclerosis model.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of atherogenic pathways via inducible, time-dependent plaque formation in the iliac artery.
- Screening: Enables standardized compound evaluation through reproducible lesion development and measurable endpoints like lumen area reduction and intimal thickening.
- Analytics: Provides morphometric and angiographic outputs (e.g., plaque area, lipid accumulation) that allow objective comparison across treatment groups.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by modeling human coronary-like pathology and enabling assessment of device or drug effects on plaque composition.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for iterative testing of cardiovascular therapeutics across multiple projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Delivers mechanistic insight into plaque development pathways, reducing ambiguity in target validation.
- Operational Value: Ensures reproducibility and standardization through defined surgical and dietary protocols with high success rates.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by accelerating preclinical timelines and reducing late-stage failure risk through early biological de-risking.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on plaque-modifying effects and safety profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent vascular surgery, anesthesia, and postoperative care.
- Dependent on access to balloon catheters, surgical platforms, and imaging or histology infrastructure for endpoint analysis.
- Necessitates standardization across teams for consistent injury length, diet duration, and tissue processing.
- Adaptation considerations include species-specific lipid metabolism and differences in plaque composition compared to human disease.
- Practical limitations include the two-week induction window, which may not capture chronic plaque complexity or calcification seen in advanced human atherosclerosis.
