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Research Article
Nicholas E. Buglak1,2,3,5, Edward S. M. Bahnson1,2,3,4,5
1Department of Surgery, Division of Vascular Surgery,University of North Carolina at Chapel Hill, 2Center for Nanotechnology in Drug Delivery,University of North Carolina at Chapel Hill, 3Curriculum in Toxicology & Environmental Medicine,University of North Carolina at Chapel Hill, 4Department of Cell Biology & Physiology,University of North Carolina at Chapel Hill, 5McAllister Heart Institute,University of North Carolina at Chapel Hill
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
La blessure de ballon d’artère carotide de rat imite la procédure clinique d’angioplastie exécutée pour reconstituer le flux sanguin dans les vaisseaux athérosclérostiques. Ce modèle induit la réponse artérielle de dommages en distendant la paroi artérielle, et en dénudant la couche intimal des cellules endothéliales, causant finalement le remodelage et une réponse hyperplastique intimale.
Les maladies cardiovasculaires demeurent la principale cause de décès et d’invalidité dans le monde, en partie à cause de l’athérosclérose. La plaque athéroclérotique rétrécit la surface luminaire dans les artères réduisant ainsi le flux sanguin adéquat vers les organes et les tissus distals. Cliniquement, les procédures de revascularisation telles que l’angioplastie de ballon avec ou sans placement de stent visent à reconstituer le flux sanguin. Bien que ces procédures rétablissent le flux sanguin en réduisant le fardeau de la plaque, elles endommagent la paroi du vaisseau, ce qui déclenche la réponse artérielle de guérison. La réponse de guérison prolongée provoque une reposnose artérielle, ou re-rétrécissement, limitant finalement le succès à long terme de ces procédures de revascularisation. Par conséquent, les modèles animaux précliniques font partie intégrante de l’analyse des mécanismes pathophysiologiques qui conduisent la restenose, et offrent la possibilité de tester de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les modèles Murine sont moins chers et plus faciles à utiliser que les grands modèles animaux. Les blessures par ballon ou par fil sont les deux modalités de blessures couramment acceptées utilisées dans les modèles murins. Les modèles de dommages de ballon en particulier imitent la procédure clinique d’angioplastie et causent des dommages proportionnés à l’artère pour le développement de la restenosis. Ci-après, nous décrivons les détails chirurgicaux pour effectuer et analyser histologiquement le modèle modifié et contrôlé par pression de dommages de ballon d’artère de rat. En outre, ce protocole met en évidence comment l’application périadventitiale locale des thérapeutiques peut être employée pour inhiber l’hyperplasie néointimale. Enfin, nous présentons la microscopie de fluorescence de feuille de lumière comme approche nouvelle pour l’imagerie et la visualisation des dommages artériaux dans trois dimensions.
Les maladies cardiovasculaires (MCV) demeurent la principale cause de décès dans lemonde 1. L’athérosclérose est la cause sous-jacente de la plupart des morbidités et mortalités liées aux MCV. L’athérosclérose est l’accumulation de plaque à l’intérieur des artères qui se traduit par un lumen rétréci, ce qui entrave la perfusion sanguine appropriée aux organes et aux tissus distals2. Les interventions cliniques pour traiter l’athérosclérose grave incluent l’angioplastie de ballon avec ou sans placement de stent. Cette intervention consiste à faire avancer un cathéter de ballon jusqu’au site de la plaque et à gonfler le ballon pour comprimer la plaque jusqu’à la paroi artérielle, élargissant ainsi la zone luminaire. Cette procédure endommage l’artère, cependant, initiant la réponse artérielle de dommages3. L’activation prolongée de cette réponse de blessure mène à la restenosis artérielle, ou re-rétrécissement, secondaire à l’hyperplasie néointimale et au remodelage de navire. Pendant l’angioplastie, la couche intimale est dénudée des cellules endothéliales menant au recrutement immédiat de plaquettes et à l’inflammation locale. La signalisation locale induit des changements phénotypiques dans les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC) et les fibroblastes adventitiels. Cela conduit à la migration et la prolifération de VSMC et fibroblastes vers l’intérieur vers le lumen, conduisant à l’hyperplasie néointimale4,5. Les cellules progénitrices circulants et les cellules immunitaires contribuent également au volume global de restenose6. Le cas échéant, les endosseurs d’échappement de médicaments (DES) sont la norme actuelle pour inhiber la restenose7. Des inhiber la ré-endothélialisation artérielle, cependant, créant ainsi un environnement pro-thrombotic qui peut avoir comme conséquence la thrombose tard dans-stent8. Par conséquent, les modèles animaux font partie intégrante à la fois pour comprendre la pathophysiologie de la restenose, et pour développer de meilleures stratégies thérapeutiques pour prolonger l’efficacité des procédures de revascularisation.
Plusieurs grands et petits modèlesanimaux 9 sont utilisés pour étudier cette pathologie. Il s’agit notammentde ballon-blessure 3,10 ou wire-blessure11 du côté luminal d’une artère, ainsi que la ligature partielle12 ou le placement de manchette13 autour de l’artère. Les dommages de ballon et de fil denudent la couche endothéliale de l’artère, imitant ce qui se produit médicalement après angioplastie. En particulier, les modèles de ballons-blessures utilisent des outils similaires à ceux du milieu clinique (c.-à-d. cathéter ballon). La blessure de ballon est mieux exécutée dans les modèles de rat, car les artères de rat sont une taille appropriée pour les cathéters disponibles dans le commerce de ballon. Nous décrivons ici une blessure artérielle segmentale contrôlée par pression, une version bien établie et modifiée de la blessure de ballon d’artère carotide de rat. Cette approche contrôlée par pression imite étroitement la procédure clinique d’angioplastie, et permet la formation néointimal reproductible d’hyperplasie deux semainesaprès blessure 14,15. En outre, cette blessure artérielle contrôlée par pression a comme résultat la restauration complète de couche endothéliale par 2 semaines après chirurgie16. Cela contraste directement avec le modèle original de blessure de ballon, décrit par Clowes, où la couche endothéliale ne revient jamais à la couverture complète3.
Après la chirurgie, des thérapeutiques peuvent être appliquées ou dirigées vers l’artère blessée par plusieurs approches. La méthode décrite ci-après utilise l’application périadventitiale d’une petite molécule intégrée dans une solution de gel pluronique. Plus précisément, nous appliquons une solution d’aldéhyde cimnamic de 100 μM dans le gel Pluronic-F127 de 25% à l’artère immédiatement après blessure pour inhiber la formation néointimale d’hyperplasie15. Pluronic-F127 est un gel thermoréversible non toxique capable de livrer des médicaments localement d’une manière contrôlée17. Pendant ce temps, les lésions artérielles sont locales, d’où l’administration locale permet de tester un principe actif tout en minimisant les effets hors cible. Néanmoins, la livraison efficace d’une thérapeutique utilisant cette méthode dépendra de la chimie de la petite molécule ou biologique utilisée.
Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par l’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
1. Procédures préopératoires
2. Procédures opérationnelles
3. Procédures postopératoires
4. Récolte et imagerie des tissus

La figure 1 montre tous les matériaux et les outils chirurgicaux utilisés pour effectuer cette chirurgie. L’hématoxyline et l’éosine (H&E) soudant des sections artérielles transversales blessées de deux semaines permettent une visualisation claire de l’hyperplasie néointimale. La figure 2 montre des images représentatives de sections artérielles tachées de H&E d’une artère saine, blessée et traitée. La figure 2 décrit également comment quantifier le niveau d’hyperplasie néointimale dans une artère blessée à l’aide d’ImageJ, un logiciel de traitement d’image largement utilisé. En utilisant cette approche, le périmètre du néointima, ainsi que le lamina élastique interne et externe sont tracés pour quantifier les zones respectives. La méthode des blessures segmentales contrôlées par pression que nous décrivons entraîne un rapport intima/média de 0,80 avec un écart type de 0,29 (2 chirurgiens différents et n=11 rats). Le traitement avec l’application périadventitiale de CA dans Pluronic a comme conséquence une inhibition de l’hyperplasie néointimale, comme nous l’avons montré avant (réduction de 61% de l’occlusion de pourcent) 15.
La figure 3 illustre la création d’une artériotomie optimale lors de la bifurcation de l’ECA et de la STA. Enfin, la figure 4 montre comment la microscopie par fluorescence des feuilles lumineuses peut être utilisée pour visualiser toute la région des blessures le long de la longueur de l’artère. La coloration CD31 pour visualiser les cellules endothéliales tapissant la couche intimale peut être effectuée sur des artères fixes. Les artères peuvent ensuite être intégrées dans 1 % d’agarose et défrichées à l’aide de la méthode iDISCO+ pour homogénéiser l’indice réfractif del’échantillon 20. Ensuite, les artères peuvent être photographiées dans un microscope à fluorescence feuille de lumière et les images peuvent être rendues à l’aide d’un logiciel pour quantifier le rapport I:M. En utilisant cette approche, nous avons obtenu un ratio I:M de 0,86, ce qui est en accord avec les résultats h&e.
| Numéro de section | Référence |
| 10 sections | 27 |
| 8 sections | 28 |
| 6-10 sections | 29 |
| 6 sections | 30 |
| 5 sections | 31 |
| 3 sections | 32 |
Tableau 1. Nombre couramment utilisé de sections transversales artérielles pour l’analyse de l’hyperplasie.

Figure 1. Instruments et outils chirurgicaux. Dans le sens des aiguilles d’une montre à partir du coin supérieur gauche de l’image:( A) Coton-tiges; (B) solution betadine; (C) Gaze; (D) 70% solution d’alcool éthylique; (E) seringues 1cc avec aiguille; (F) Atropine; (G) Rétracteurs; trombones pliés utilisés ici; (H) Rimadyl; (I) Pince micro-serrefine appliquant des pinces; (J) Porte-aiguilles; (K) suture en nylon 4-0; (L) 4-0 suture vicryl; (M) Rideaux stériles; (N) Ciseaux Mayo; (O) Forceps standard; (P) Forceps incurvés fins; (Q) Ciseaux de microdissection; (R) Pinces Micro serrefine; (S) Ciseaux fins; (T) T-pins; (U) Hemostats incurvés; (V) Trois sutures Prolene 7-0 coupées à environ 1 pouce; (W) 100 μL de gel pluronique-127 à 25 %; (X) Pommade lubrifiante des yeux; (Y) 2 Français cathéter embolectomy ballon dans la solution saline stérile; (Z) Insufflator. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2. Hematoxylin & Eosin (H&E) colorant et analyse des sections transversales de l’artère carotide de rat. (A) Section transversale de l’artère carotide droite saine et non blessée. IEL = Lamina élastique interne, EEL = Lamina élastique externe. (B) Section transversale d’une artère carotide gauche blessée de deux semaines traitée avec le véhicule Pluronic-F127. (C) Section transversale de l’artère carotide gauche blessée de deux semaines traitée avec l’aldéhyde cinnamic de 100 μM. Barre d’échelle = 100 μm. (D) Schéma de section des artères gelées pour quantifier les blessures. La diapositive 1 commence à la bifurcation et six sections artérielles de 5 μm de largeur sont prises par diapositive. La section continue généralement de glisser 70, car la blessure se produit habituellement avant cette glissade. (E) Section transversale de l’artère carotide gauche blessée traitée avec le véhicule pluronique (B). La ligne noire la plus intime trace le néointima et délimite la zone luminale. La ligne jaune moyenne délimite la zone du lamina élastique interne, ou tunica intima. La ligne bleue extérieure délimite la zone du lamina élastique externe, ou adventitia de tunica. Barre d’échelle = 100 μm. (F) Calculs utilisés pour mesurer l’occlusion des vaisseaux en pourcentage et le rapport intima:media (I:M) basé sur les mesures obtenues à partir de (E). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3. Création d’artériotomie. Illustration des étapes pour créer une artériotomie appropriée, et éviter une fausse région. CCA = Artère carotide commune, ECA = Artère carotide externe, ICA = Artère carotide interne, OA = Artère occipitale, STA = Artère thyroïdienne supérieure. Isoler la bifurcation entre les branches ECA et STA. Disséquer cette bifurcation jusqu’à ce que la zone change à une couleur plus brillante, indiquant l’amincissement de la paroi artérielle, puis créer une artériotomie à l’aide de ciseaux de microdissection. Soulevez l’artériotomie à l’aide de forceps fins pour aider à l’insertion de ballons. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4. Microscopie de fluorescence de feuille légère pour visualiser des dommages artériaux. Sections transversales longitudinales le long de la longueur de l’artère carotide commune d’un rat Sprague Dawley de 14 semaines avec une section transversale représentative ci-dessous. Les artères sont tachées de CD31 et contre-tachées d’AF647. (A) Sections transversales de l’artère carotide droite saine et non blessée. Blanc = CD31, Vert = Élastique Lamina, L = Lumen, Barre d’échelle = 200-500 μm. (B) Sections transversales d’artère carotide gauche blessée traitée avec le véhicule Pluronic-F127. Les pointes de flèche indiquent des régions d’hyperplasie néointimale. (C) Intima par rapport aux médias (I:M) ratio d’artère carotide non blessée et blessée, avec une valeur exacte indiquée pour chaque groupe (n =1). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts concernant la publication de ce manuscrit.
La blessure de ballon d’artère carotide de rat imite la procédure clinique d’angioplastie exécutée pour reconstituer le flux sanguin dans les vaisseaux athérosclérostiques. Ce modèle induit la réponse artérielle de dommages en distendant la paroi artérielle, et en dénudant la couche intimal des cellules endothéliales, causant finalement le remodelage et une réponse hyperplastique intimale.
N.E.B. a reçu une subvention de formation du National Institute of Environmental Health Sciences (5T32ES007126-35, 2018) et une bourse prédoctorale de l’American Heart Association (20PRE35120321). E.S.M.B. était un boursier KL2 partiellement soutenu par le Programme des boursiers du Prix des sciences cliniques et translationnelles de l’UNC-K12 Scholars Program (KL2TR002490, 2018) et le National Heart, Lung, and Blood Institute (K01HL145354). Les auteurs remercient le Dr Pablo Ariel, du Laboratoire des services de microscopie de l’UNC, d’avoir aidé à la LSFM. La microscopie de fluorescence de feuille de lumière a été exécutée au laboratoire de services de microscopie. Le Laboratoire des services de microscopie, Département de pathologie et de médecine de laboratoire, est soutenu en partie par P30 CA016086 Cancer Center Core Support Grant au Centre complet de cancérologie Lineberger de l’UNC.
| Seringue | Fisher | 14955450 | |
| 1 mL Seringue avec aiguille | BD | 309626 | |
| 2 Cathéter d’embolectomie par ballonnet French Fogarty | Edwards LifeSciences | 120602F | |
| 4-0 Suture Ethilon (Nylon) | Ethicon Inc | 662H | |
| 4-0 Suture Vicryl | Ethicon Inc | J214H | |
| 7-0 Suture Prolene | Ethicon Inc | 8800H | |
| 70 % alcool éthylique | |||
| Anti-Rabbit Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A21245 | |
| Sulfate d’atropine | Vedco Inc | à usage vétérinaire | |
| Cotons-tiges | Puritan | 806-WC | |
| Hémostats incurvés | Outils scientifiques fins | 13009-12 | |
| Pince fine incurvée | Outils de science fine | 11203-25 | |
| Ciseaux fins | Outils de science fine | 14090-11 | |
| Gaze | Covidien | 2252 | |
| Diluant IHC-Tek (pH 7,4) | IHC World | IW-1000 | |
| Insufflateur | Merit Medical | IN4130 | |
| Solution | |||
| d’iodePommade oculaire lubrifiante | Dechra | à usage vétérinaire | |
| Mayo Ciseaux | Outils pour les sciences fines | 14010-15 | |
| Micro Serrefines | Outils pour les sciences | 18055-05 | |
| Ciseaux de microdissection | Outils pour les sciences fines | 15004-08 | |
| Micro-Serrefine Clamp Pince d’application | Outils pour les sciences fines | 18057-14 | |
| Porte-aiguille | Outils de science fine | 12003-15 | |
| Pluronic-127 (dilué dans de l’eau stérile) | Sigma-Aldrich | P2443 | 25 % préparé |
| Lapin Anti-CD31 | Abcam | ab28364 | |
| Écarteur | Les | trombones pliés fonctionnent bien | |
| Rimadyl (Carprofène) | Zoetis Inc | à usage vétérinaire | |
| Solution | saline | ||
| Pince Standard | Outils Scientifiques Fins | 11006-12 | |
| Champ Stérile | Dynarex | 4410 | |
| T-Pins |