Linksatriale Ligatur im aviären Embryo als Modell für veränderte hämodynamische Belastung während der frühen Gefäßentwicklung
16. Juni 2023
In dieser Arbeit stellen wir ein detailliertes visuelles Protokoll für die Durchführung des Modells der linksatrialen Ligatur (LAL) im Vogelembryo vor. Das LAL-Modell verändert den intrakardialen Fluss, was die Belastung durch Wandscherspannung verändert und das hypoplastische Linksherzsyndrom nachahmt. Es wird ein Ansatz vorgestellt, um die Herausforderungen dieses schwierigen mikrochirurgischen Modells zu bewältigen.
Unser Labor konzentriert sich auf die Auswirkungen des Blutflusses und der Druckbelastung auf die embryonalen Herzbögen und Ventrikel von Vögeln. Unser Ziel ist es, einen Beitrag zu den komplexen biomechanischen Mechanismen zu leisten, die die Gefäßmorphologie mit der mechanischen Belastung im LL-Modell verbinden. Darüber hinaus unterhalten wir ein starkes klinisches und chirurgisches Bioengineering-Forschungsprogramm.
In einer kürzlich von der professoralen Betriebsgruppe am Imperial College durchgeführten kollaborativen Studie wurden bildbasierte Finite-Elemente-Modellierung und Einzelzell-RNA-Sequenzierung verwendet, um die Zunahme dreidimensionaler Myokdiestämme in Ventrikeln nach linksatrialer Ligatur im Stadium 25 zu veranschaulichen. Dieses Wissen kann auf die kardiovaskuläre Interaktion des Fötus beim Menschen übertragen werden. Eine kleinere linksventrikuläre Höhle und eine Kompression in den gesamten Trabekelnässen wurden mit LL-Intervention beobachtet.
Darüber hinaus veränderte LL die normale ventrikuläre Struktur und richtete das Erscheinungsbild der Trabekel neu aus. Darüber hinaus verursachte das LL-Modell eine Vergrößerung der rechtsventrikulären Höhle, Veränderungen der Trabekelstruktur und eine erhöhte myokardiale Volumenbelastung. Die LL beeinflusst die hämodynamische Belastung im Kükenembryo und führt zu einem hypoplastischen Linksherzsyndrom.
Die Elastizität des sich normal entwickelnden Myokards verändert sich insbesondere im HLHS-Phänotyp. Diese Erkenntnisse können die Entwicklung potenzieller Behandlungen für klinische Studien leiten und prädiktive Wettbewerbsmodelle leiten.
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Übersicht
Dieser Artikel stellt einen detaillierten visuellen Protokoll zur Durchführung des Modells der Ligatio atrii sinistri (LAL) an aviaeren Embryonen vor, das das hypoplastische Linksherzsyndrom nachahmt, indem es den intrakardialen Fluss und die Belastung durch Wandschubspannungen verändert.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Kardiovaskuläre Biomechanik
- Vögel-Embryologie
- Chirurgische Bioingenieurwissenschaft
Hintergrund
- Das LAL-Modell wird verwendet, um die Auswirkungen veränderter Durchblutung auf die Herzentwicklung zu untersuchen.
- Das Verständnis der biomechanischen Mechanismen ist entscheidend, um die Erkenntnisse auf interventionelle Maßnahmen in der menschlichen kardiovaskulären Medizin zu übertragen.
- Bisherige Studien haben bildgebende Verfahren und Modellierungstechniken genutzt, um myokardiale Dehnungen zu analysieren.
- Die in diesem Protokoll behandelten Herausforderungen betreffen Techniken der Mikrochirurgie.
Zweck der Studie
- Eine umfassende Anleitung zur Durchführung des LAL-Modells an Vogelembryonen bereitstellen.
- Die Beziehung zwischen vaskulärer Morphologie und mechanischer Belastung untersuchen.
- Chirurgische Techniken in der bioingenieurwissenschaftlichen Forschung verbessern.
Verwendete Methoden
- Visuelles Protokoll zur Ligatur des linken Atriums bei Vogelembryonen.
- Bildbasierte Finite-Elemente-Modellierung.
- Einzelzell-RNA-Sequenzierung.
- Beurteilung myokardialer Dehnungen nach der Operation.
Hauptergebnisse
- Zeigte die Auswirkung von LAL auf die Größe des linken Ventrikels auf.
- Identifizierte Kompressionseffekte in den trabekulären Ausbuchtungen.
- Lieferte Erkenntnisse zu Veränderungen der myokardialen Dehnung nach einer Intervention.
- Trug zum Verständnis tödlicher kardiovaskulärer Interventionen beim Menschen bei.
Schlussfolgerungen
- Das LAL-Modell ist ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung der Herzentwicklung.
- Die Erkenntnisse könnten klinische Ansätze bei angeborenen Herzfehlern beeinflussen.
- Zukünftige Forschungsarbeiten können auf diesen Erkenntnissen aufbauen, um chirurgische Ergebnisse zu verbessern.
Häufig gestellte Fragen
Ausführliche Bedeutung für die Industrie
Das Modell der ligierten linken Atrium (LAL) beim Vogelembryo ermöglicht eine gezielte Manipulation der hämodynamischen Belastung, um frühe Entwicklungs- und Krankheitsmechanismen des Herz-Kreislauf-Systems zu untersuchen. Dieses Modell bietet ein kontrolliertes System zur mechanistischen Risikominderung und Zielstrukturenvalidierung in der Forschung zu angeborenen Herzfehlern und unterstützt die Vorhersagekraft im Bereich der Entdeckung und präklinischen Anwendung. Seine translative Relevanz wird durch die Fähigkeit unterstrichen, das hypoplastische Linksherzsyndrom (HLHS) nachzuahmen, eine schwerwiegende angeborene Erkrankung beim Menschen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die mechanistische Untersuchung der kardialen Morphogenese unter veränderten hämodynamischen Bedingungen.
- Unterstützt die funktionelle Validierung von Zielstrukturen für Gene und Signalwege, die an der Pathogenese der HLHS beteiligt sind.
- Erleichtert die biologische Risikominimierung, indem mechanische Störungen mit molekularen und strukturellen Ergebnissen verknüpft werden.
- Bietet eine Plattform zur Vorhersagbarkeit bei der Auswahl von kardiovaskulären Zielstrukturen in frühen Entwicklungsstadien.
Screening und Assay-Entwicklung
- Erzeugt veränderte Zell- und Gewebeproben für nachgeschaltete Zellkultur- und Gefäßbiologie-Assays.
- Unterstützt die Assay-Standardisierung durch reproduzierbare und quantifizierbare morphologische und molekulare Endpunkte.
- Ermöglicht die quantitative Beurteilung der Ventrikelkompaktion und der Trabekelarchitektur zur Untersuchung potenzieller therapeutischer Eingriffe.
- Bereitet validierte biologische Systeme für skalierbare Bildgebung und omiksbasierte Arbeitsabläufe vor.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die krankheitsrelevante Modellierung von HLHS zur translationellen Biomarker-Entdeckung.
- Bietet Kontinuität von der mechanistischen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung therapeutischer Hypothesen.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung durch Modellierung klinisch relevanter kardialer Phänotypen.
- Ermöglicht die prädiktive Absicherung von Testinterventionen in einem kontrollierten embryonalen System.
Pipeline- und Workflow-Integration
Das LAL-Modell integriert sich in den Übergang von der Entdeckung zur präklinischen Forschung, indem es hypothesengesteuerte Eingriffe in die kardiale Biomechanik und anschließende molekulare Analysen ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung zum Einfluss veränderter Strömung und Druck auf die Herzentwicklung.
- Screening: Bietet reproduzierbare, quantitative morphologische und molekulare Ergebnisse für die Assay-Entwicklung.
- Analytik: Liefert messbare Endpunkte wie Ventrikelgröße, Wanddicke und Trabekelstruktur für den vergleichenden Analysen.
- Translationale Forschung: Modelliert krankheitsrelevante Phänotypen zur Biomarker-Korrelierung und präklinischen Kontinuität.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform für mechanistische Studien und die zielgerichtete Validierung über verschiedene Programme hinweg.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen bei der Validierung kardiovaskulärer Zielstrukturen.
- Operationaler Wert: Ermöglicht standardisierte, reproduzierbare und skalierbare embryonale Manipulation und Analyse.
- Strategischer Wert: Unterstützt fundierte Go/No-Go-Entscheidungen und kapitaleffiziente Portfolioauswahl in der frühen kardiovaskulären Forschung und Entwicklung.
- Portfolio-Impact: Erleichtert die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von krankheitsrelevanten Zielstrukturen und Interventionen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert fortgeschrittene mikrochirurgische Fachkenntnisse und Vertrautheit mit der Vogelembryologie.
- Benötigt Zugang zu hochauflösenden Bildgebungsverfahren und Infrastruktur für quantitative morphometrische Analysen.
- Erfordert eine strenge Standardisierung zwischen den Arbeitsgruppen, um Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten.
- Kann Anpassungen für die Verwendung in alternativen Modellsystemen oder für spezifische molekulare Endpunkte erfordern.
- Die Probenausbeute und die technische Komplexität können die Durchsatzkapazität und Skalierbarkeit für großangelegte Untersuchungen begrenzen.
