מאמר שיטה

מודל כירורגי להשתלת רקמת שומן חומה על פני הלב בעכברים

686 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/67289

⸱

11 ביולי 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

במאמר זה

סיכום

פותח מודל כירורגי ייחודי להשתלת רקמת שומן חומה על פני הלב בעכברים. מודל זה עשוי לשפר את ההבנה של ההשפעות של רקמת השומן האפיקרדיאלית (EAT) על מחלות לב והתפקיד המגן על הלב של השחמת EAT.

תקציר

יש לפתח מודל עכבר לחקירת ההשפעות הפרקריניות של השחמת רקמת השומן האפיקרדיאלית (EAT) על העורקים הכליליים ושריר הלב. בשל מיקומו האנטומי המיוחד והקשר הישיר שלו למשטח הלב, EAT נחשב לא רק לאיבר אחסון אנרגיה אלא גם לווסת פרקריני חיוני המעורב במחלות לב וכלי דם מרובות. מספר מחקרים הצביעו על כך שהשחמת EAT טומנת בחובה פוטנציאל טיפולי מבטיח למחלות לב וכלי דם באמצעות מעבר פנוטיפ אנטי דלקתי, שחרור גורמים מגנים על הלב ושלפוחיות חוץ-תאיות, בין היתר. המחסור המולד ב-EAT במודלים של מכרסמים מגביל את המחקר הניסויי על תפקודו במחלות לב וכלי דם. מחקרים קודמים השתמשו בהשתלת רקמת שומן כדי לחקור את הדיבור האנדוקריני והפרקריני בין רקמת השומן לאיברים אחרים. זה מדגיש את הצורך בפיתוח מודל כירורגי להשתלת רקמת שומן חומה (BAT) על פני הלב של העכבר כדי לחקור את ההשפעות הפרקריניות שלה על מחלות לב וכלי דם ולחקור את היתרונות המגנים הפוטנציאליים של השחמת EAT. כאן, מחקר זה קובע הליך כירורגי ייחודי להשתלת רקמת שומן חומה על פני הלב בעכברים ומעריך את הישרדות השתל ואת כדאיות הנמען ארבעה שבועות לאחר הניתוח. ניתן ליישם מודל זה בניסויים עתידיים כדי לחקור השחמת EAT.

מבוא

רקמת שומן אפיקרדיאלית (EAT) היא מחסן שומן הטרוגני ורב תכליתי הממוקם על פני הלב, מתחבר ישירות לשריר הלב ומקיף את העורקים הכליליים העיקריים ללא רקמת חיבור ביניהם1. בשל קרבתו האנטומית לשריר הלב ולעורקים הכליליים, EAT יכול להפריש באופן פעיל ביו-פקטורים שופעים ומגוונים באופן תלוי פרקרין כדי לווסת מחלות לב וכלי דם, כגון פרפור פרוזדורים, טרשת עורקים ואי ספיקת לב 2,3,4. EAT עשוי להיות גורם סיכון למחלות לב וכלי דם, ומאמינים כי EAT עשוי להפוך למטרה טיפולית חדשה לתרופות קרדיומטבוליות5.

עם זאת, בניגוד לבני אדם, כמעט ואין EAT מורגש על פני הלב של העכבר. ואכן, רוב הניסויים ב-EAT נערכו במבחנה בשל היעדר מודל ניסיוני בבעלי חיים לצפייה בתפקוד EAT in vivo6. לפיכך, מדענים יכולים לטהר ולנתח הפרשות EAT רק במבחנה, ואין מודל ניסיוני ישים לצפייה מלאה בפונקציות האמיתיות של EAT in vivo. הקמת מודל עכבר עם EAT תועיל אפוא בהבהרת האופן שבו EAT מפעיל את השפעותיו הייחודיות על שריר הלב הפרוקסימלי והעורקים הכליליים.

רקמת שומן חומה (BAT) היא בעלת יכולת תרמוגנית טבועה ומשפרת את חילוף החומרים של הגלוקוז7. לאחרונה, חוקרים מצאו כי BAT עשוי לתפקד כרקמה המגנה על הלב למחלות לב. שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות המופרשות על ידי BAT מעורבות בהגנה קרדיולוגית הנגרמת על ידי פעילות גופנית על ידי העברת miRNA מגן לבללב 8. BAT יכול לשחרר 12,13-diHOME ו-NOS1 כדי לשפר את תפקוד הלב באמצעות ויסות מחזור הסידן9. FGF21 שמקורו ברקמת שומן חומה מחליש שיפוץ לב יתר לחץ דם על ידי הפעלת קולטן A2A10. יתר על כן, BAT יכול לשחרר BMP3b, מה שמפחית את הנזק לשריר הלב בפגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה (I/R)11.

מחקרים אלה מצביעים על כך ש-BAT ממלא תפקיד מגן על הלב במחלות לב וכלי דם באמצעות מנגנונים אנדוקריניים. ישנן גם עדויות המצביעות על כך שמודלים מוצלחים של השתלת BAT, שבהם BAT מעכבר רגיל מושתל באזור הבין-שכמה של עכבר דיאטה עתיר שומן, נצפו כמשפרים את חילוף החומרים של הגלוקוז ואת הרגישות לאינסולין, מפחיתים את מסת השומן ומשפרים את השומן בעכבר המקבל. השתלת BAT עשויה להפעיל את ההשפעות המועילות שלה באמצעות מנגנונים שונים, כולל שחרור אנדוקריני של ציטוקינים הקשורים ל-BAT, הפעלת מערכת העצבים הסימפתטית, ספיגת BAT מוגברת של טריגליצרידים ושיפור סבילות לגלוקוז ותנגודת לאינסולין בעכברים שמנים12,13. השתלת BAT עשויה, אם כן, לשמש כגישה טיפולית פוטנציאלית למחלות לב.

עם זאת, בשל הבדלים בין מינים, לעכברים חסר EAT על הלב, מה שהופך את ההשפעות הפרקריניות של BAT על הלב לא ברורות. בנוסף, לא ידוע אם השתלה באתרה של BAT על פני הלב מספקת יתרונות עדיפים בהשוואה לאסטרטגיות אחרות.

כדי להעריך את תפקודו של BAT על הלב ולהבהיר את השפעותיו הפרקריניות על קרדיומיוציטים ועורקים כליליים, הצוות שלנו שואף לתאר הליך שלב אחר שלב להקמת מודל מיקרו-כירורגי להשתלת BAT באתרו על לב העכבר. בניגוד להשתלה תת עורית, שיכולה רק לדמות את ההשפעות האנדוקריניות של BAT, גישה זו מאפשרת לחקור אינטראקציות פרקריניות ישירות. אינדיקטורים תצפיתיים שגרתיים לאחר הניתוח ישמשו כדי לאשר את הקולוניזציה וההישרדות המוצלחת של שתלי BAT באמצעות הקמת אספקת דם משטח הלב של העכבר.

פרוטוקול

פרוטוקולים ניסיוניים להשגת רקמת שומן נבדקו ואושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת מרכז דרום. פרוטוקול השימוש בבעלי חיים המפורט להלן נבדק ואושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (אישור מס' 20230188) בבית החולים שיאנגיה השני, אוניברסיטת סנטרל סאות', סין, תחת פרוטוקול מס' 2024054. כל הניסויים נערכו תוך הקפדה על הנחיות בטיחות בעלי חיים וטיפול הומני. למחקר זה נעשה שימוש בעכברים זכרים מסוג C57/BL6 בני שלושה עד שמונה שבועות, במשקל 12-25 גרם. בעלי החיים המושתלים קיבלו הרדמה מונעת עם בופרנורפין במינון של 0.1 מ"ג/ק"ג תת עורי שעה אחת לפני הניתוח. בבעלי חיים מקבלים, בופרנורפין ניתן מחדש באותו מינון לאחר ההשתלה ומינון חוזר לפי הצורך במהלך 48 השעות הראשונות לאחר הניתוח. פרטים על הריאגנטים והציוד המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.

1. קצירת רקמת שומן חומה (BAT) של תורם

  1. הרדמו את העכבר התורם בן 3 עד 8 שבועות על ידי הנחתו בתא אינדוקציה מלא ב-2% איזופלורן מעורבב עם 0.5-1.0 ליטר לדקה של 100% O2. כדי לוודא את עומק ההרדמה המתאים, הפעל לחץ על מיטת הציפורן של העכבר או בצע בדיקת רפלקס צביטה בבוהן.
  2. הנח את העכבר במצב שכיבה על כרית חימום ואבטח את גפיו עם סרט דבק.
  3. זהה את הפוסה של עצם השכמה על ידי תנועה של כ-1 ס"מ כלפי מטה לאורך קו האמצע מעור הצוואר כדי לאתר שקע.
  4. לגלח את השיער במקום זה ולחטא את העור עם פובידון-יוד שלוש פעמים.
  5. בצע חתך אורכי של כ-1 ס"מ כדי לחשוף את רקמת השומן בתוך הפוסה של עצם השכמה. הפרד בזהירות את רקמת השומן הלבנה השטחית ואת שכבת השרירים כדי לחשוף את ה-BAT הבסיסי, שנראה חום-אדום בצד אחד. אסוף 30 מ"ג BAT להשתלה.
  6. שטפו את ה-BAT כדי להסיר דם ופסולת באמצעות תמיסת מלח סטרילית.
  7. השתמש במספריים עיניים כדי לחתוך את ה-BAT לחתיכות קטנות (5 × 5 מ"מ, כ-20 מ"ג) ולשמור אותם במדיום שלם לתרבית רקמות ב-37 מעלות צלזיוס תוך הכנת העכבר המקבל.

2. הכנה להשתלה

  1. עקר את המכשירים המיקרו-כירורגיים באמצעות מעקר חיטוי ולבש כפפות סטריליות.
    הערה: נדרשים המכשירים הכירורגיים הבאים: מספריים קהים, מיקרו-מספריים, מיקרו-מלקחיים, מלקחיים מעוקלים גסים (×2), מלקחיים עדינים בזווית של 45° (×2), מספריים קפיציים זוויתיים, מפסק חזה, 2-0 תפרים נספגים, תפרי פרולן 7/0 ומחזיק מחט.
  2. חיטוי שדה הניתוח עם 75% אלכוהול איזופרופיל.
  3. שמור על טמפרטורת גוף תקינה ודופק יציב במהלך הניתוח באמצעות כרית חימום המוגדרת ל-37 מעלות צלזיוס ±-1 מעלות צלזיוס.
  4. הכן אפליקטורים מכותנה לשימוש במקרה של דימום.

3. הכנה ואינטובציה של העכבר

  1. הסר את הפרווה מקו הצוואר לגובה אמצע החזה של העכבר המקבל באמצעות קרם להסרת שיער.
  2. להרדים את העכבר על ידי הנחתו בתא אינדוקציה מלא ב-2% איזופלורן מעורבב עם 0.5-1.0 ליטר/דקה של 100% O2. לאחר הרדמה מספקת, יש לשמור על הרדמה עם 1.7% איזופלורן מעורבב עם 0.7 ליטר לדקה של 100% O2.
  3. הנח את העכבר במצב שכיבה על כרית חימום ואבטח את גפיו בעזרת סרט דבק.
  4. לחטא את השדה הניתוחי בתמיסת יוד מורכבת, ואחריה 70% אלכוהול. חזור על תהליך זה שלוש פעמים.
  5. כסו את העכבר בווילון סטרילי, וחשפו רק את שדה הניתוח כדי למנוע זיהום.
  6. השתמש בסט חדש של כפפות סטריליות לכל עכבר בודד.
  7. הניחו גומייה על השיניים הקדמיות כדי למתוח את הצוואר. בעזרת מלקחיים מעוקלים ביד אחת, תפעל בעדינות את הלשון הצידה תוך שימוש ביד השנייה כדי להכניס צינור אנדוטרכיאלי PE-90. ודא שראש העכבר ישר עם הצינור למיקום נכון.
  8. ודא שהצינור מוחדר לקנה הנשימה ולא לוושט. בצע חתך אורכי (~6-7 מ"מ) בעור צוואר הרחם כדי לחשוף את קנה הנשימה במידת הצורך לאימות.
  9. חבר את הצינור האנדוטרכיאלי למאוורר מכרסמים מחזורי נפח, והגדר את הפרמטרים ל-140 נשימות לדקה ונפח גאות של 0.2 מ"ל. אבטח את הצינור בעזרת סרט דבק.
    הערה: אינדיקטורים להנשמה מכנית מוצלחת - תנועות בית החזה של העכבר צריכות להיות סדירות ומסונכרנות עם קצב הנשימה של מכונת ההנשמה.

4. השתלת EAT

  1. בצע חתך עצם החזה בקו האמצע החל מהחריץ העל-חצי. בצע חתך של 1 ס"מ לאורך קו האמצע של עצם החזה (קו לבן על דופן החזה הקדמית של העכבר) כדי לחשוף את הדופן הקדמית של הלב. החזר את עצם החזה באמצעות מפסק חזה תחת מיקרוסקופ כירורגי. הימנע מפגיעה בריאות ובעורק החזה הפנימי במהלך ההליך.
  2. השתמש במלקחיים בזווית של 45 מעלות כדי להפריד בעדינות ולכרות את רירית האפיקרדיאל סביב הלב.
  3. פתח את קרום הלב בדופן הקדמית של החדר השמאלי. הניחו חתיכה נקייה וקטנה של BAT עשירה בכלי דם על פני הלב. השתמש בתפר פרולן 7/0 עם שני קשרים כירורגיים כדי לחבר את ה-BAT למשטח החדר השמאלי באופן מכני. הימנע מניקוב בדופן הלב.
  4. הסר את מפסק החזה וצבט את יציאת מכונת ההנשמה למשך 2 שניות כדי לנפח מחדש את הריאות.
  5. השתמש בתפר נספג 2-0 עם דפוס תפר קטוע כדי לסגור את כלוב הצלעות.
  6. יש להשתמש בתפר נספג 2-0 עם דוגמת תפרים רציפה כדי לסגור את שכבת העור.

5. טיפול לאחר הניתוח

  1. יש לתת 0.3 מ"ל של מי מלח רגילים תוך צפקית לאחר הניתוח להחלפת נוזלים.
  2. יש לתת בופרנורפין (0.1 מ"ג/ק"ג) תת עורית כדי להקל על כאבי חתך ואנרופלוקסצין (5 מ"ג/ק"ג) למניעת זיהום.
  3. הנח את העכבר מתחת למנורת חום עד שהוא מתעורר מההרדמה וחוזר לשכיבה על עצם החזה, מה שמאפשר תנועה חופשית. לאחר מכן, העבירו את העכבר לכלוב נפרד עם אוכל ומים. ספק מקור מזון ג'לטין על רצפת הכלוב לגישה נוחה עקב התנועה המגבילה הזמנית של בית החזה.
  4. התבונן בעכבר הנמען למשך שעה אחת לאחר הניתוח לפני החזרתו למתקן הכלוב. בדוק את העכבר שלוש פעמים ביום במשך 24 השעות הראשונות כדי לעקוב אחר הפעילות והצריכה התזונתית. יש לעקוב אחר סימני כאב ומצוקה במשך 72 השעות הראשונות. בדוק את מצבו של בעל החיים מדי יום ושקול אותו מדי שבוע.
  5. התייעץ עם איש צוות וטרינרי אם עכברים מראים סימני כאב, מצוקה או ירידה בצריכת המזון.
    הערה: שקול המתת חסד מוקדמת במידת הצורך. טכניקת המתת החסד כוללת מנת יתר שלCO2 למשך 7 דקות, ולאחר מכן פריקת צוואר הרחם (בהתאם לפרוטוקולים שאושרו על ידי המוסד). נמק, ספיגה או דחייה של השתל האוטומטי של BAT מוגדר כנקודת קצה ספציפית המניעה המתת חסד.

תוצאות

בהתבסס על תצפיות על תוצאות לפני הניתוח, סביב הניתוח ואחרי הניתוח, מודל עכבר זה להשתלת רקמת שומן חומה (BAT) על פני הלב הוקם בהצלחה. BAT נאסף מאזור עצם השכמה של העכבר התורם, כאשר כל שתל BAT שוקל כ-0.1 גרם.

צביעת המטוקסילין-אאוזין אישרה את ההרכב והמבנה של השתל כ-BAT. בהגדלה נמוכה נצפו מספר רב של אדיפוציטים חומים היוצרים מבנים אוניים בתוך רקמת חיבור רופפת, שהייתה עשירה בנימים. הציטופלזמה של אדיפוציטים חומים הכילה מספר רב של ואקואולים קטנים, והגרעינים שלהם היו עגולים וממוקמים במרכז. בהגדלה גבוהה, אדיפוציטים חומים הראו דמיון מורפולוגי לאדיפוציטים לבנים אך היו קטנים יותר בקוטר. גרעיני השומן החום היו עגולים או סגלגלים וממוקמים במרכז או באופן אקסצנטרי בתוך התא. הציטופלזמה הייתה אאוזינופילית והכילה טיפות שומנים מרובות בגדלים שונים, אשר הופצו ברחבי הציטופלזמה. נימים ועצבים נראו גם בין האדיפוציטים החומים. רקמת השומן המושתלת אושרה עוד יותר כרקמת שומן חומה באמצעות צביעה אימונוהיסטוכימית לביטוי UCP1 (איור 1). שתל ה-BAT הוצמד בהצלחה לדופן הקדמית של החדר השמאלי (איור 2).

ארבעה שבועות לאחר השתלת BAT, לא היו שינויים משמעותיים בתזונה, בפעילות או במשקל הגוף של העכבר המקבל. החתך בחזה נרפא היטב והיה מכוסה כולו בשיער רגיל. העכבר המקבל הוקרב (בהתאם להנחיות האתיות), והלב, יחד עם שתל ה-BAT האפיקרדיאלי, הוסר לבדיקה היסטולוגית. צביעת המטוקסילין-אאוזין הדגימה כי שתל ה-BAT נשאר בר-קיימא, מציג מאפיינים היסטולוגיים אופייניים ל-BAT ויוצר מיקרו-סירקולציה עם שריר הלב הסמוך. לא היו סימנים לחדירה דלקתית משמעותית של תאים או נזילות שומן. צביעת הטריכרום של מאסון חשפה היווצרות של רקמת חיבור סיבית סביב התפרים המשמשים לקיבוע הרקמה המושתלת בתוך שריר הלב. רקמת חיבור סיבית נצפתה הן סביב השתל והן בתוכו, אך לא היה מידור או הפרעה מבנית של רקמת השומן. צביעה אימונוהיסטוכימית עבור CD31 ו-UCP1 הצביעה עוד יותר על היווצרות ניאו-מיקרו-כלים בתוך ה-BAT המושתל ואישרה את הישרדותם של חלק מהאדיפוציטים החומים בתוך השתל (איור 3).

figure-results-1
איור 1: בידוד וזיהוי של רקמת שומן חומה מעכברים תורמים. (A,B) רקמת שומן חומה (BAT) (מסומנת על ידי חיצים לבנים) שנאספה מעכבר תורם להשתלה. (C) צביעה אימונוהיסטוכימית מייצגת של ביטוי UCP1 ברקמת שומן חומה (סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-2
איור 2: הקמת מודל של בעלי חיים. איור זה ממחיש את ההליך לביסוס מודל החיות. כריתת בית חזה חציונית מבוצעת כדי לחשוף את הדופן הקדמית של הלב באמצעות מפזר חזה. שתל רקמת השומן החומה (BAT) מקובע על פני הלב. לאחר מכן סוגרים את החתך באמצעות תפרים לסירוגין לשכבות השריר והעור. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 3: הערכה של השתלת רקמת שומן חומה על לב העכבר ארבעה שבועות לאחר ההשתלה. (A) צלקת של החתך החציוני הקדמי של בית החזה (חץ לבן). (ב,ג) שתל רקמת שומן חומה (BAT) קבוע על קודקוד הלב (חץ לבן). (D) תמונות צביעה מייצגות של המטוקסילין ואאוזין (H&E) של אלוגרפט BAT ושריר הלב ארבעה שבועות לאחר ההשתלה (סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר). המשולש השחור המוצק מציין את שריר הלב, * מציין את שתל ה-BAT, וחצים שחורים מצביעים על נימים. (E) תמונות צביעת הטריכרום של הנציג מאסון של אלוגרפט BAT ושריר הלב ארבעה שבועות לאחר ההשתלה (סרגל קנה מידה = 200 מיקרומטר). (F) צביעה אימונוהיסטוכימית של ביטוי CD31 באלוגרפט BAT ובשריר הלב ארבעה שבועות לאחר ההשתלה. חיצים שחורים מצביעים על ביטוי חיובי של CD31 באלוגרפט (סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר). (G) צביעה אימונוהיסטוכימית של ביטוי UCP1 באלוגרפט BAT ובשריר הלב ארבעה שבועות לאחר ההשתלה (סרגל קנה מידה = 50 מיקרומטר). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

דיון

במחקר זה הוקם בהצלחה מודל כירורגי להשתלת רקמת שומן חומה (BAT) על פני שריר הלב. רקמת שומן אפיקרדיאלית (EAT) היא מחסן שומן ייחודי המתחבר ישירות לשריר הלב ולעורקים הכליליים, חולק מיקרו-סירקולציה משותפת ומאפשר דיבור הדוק ביניהם. מחקרים קודמים הצביעו על כך ש-EAT קשור למחלות לב מרובות, כולל מחלת עורקים כליליים, פרפור פרוזדורים והיפרטרופיה של שריר הלב. עם זאת, בעוד שמחקרים אלה הראו כי נפח EAT נמצא בקורלציה עם היקף וחומרת מחלות הלב, המנגנונים שבאמצעותם EAT משפיע על פתולוגיה של הלב עדיין לא ברורים 1,2,3,4,5,14,15,16.

מצד שני, מאמינים כי BAT ממלא תפקיד טבעי בהגנה על יונקים מפני היפותרמיה. הציטופלזמה שלו מכילה מספר טיפות שומן קטנות ורב-לוקולריות ומועשרת במיטוכונדריה. BAT היא רקמת שומן תרמוגנית המווסתת את הוצאת האנרגיה ושומרת על הומאוסטזיס גלוקוז ושומנים, מה שהופך אותה ליעד טיפולי פוטנציאלי למחלות מטבוליות ולב וכלי דם 17,18,19. כמה מחקרים קליניים הצביעו על כך שנפח ה- BAT נמצא בקורלציה שלילית עם מחלות לב וכלי דם. לאנשים עם נפח BAT גבוה יותר יש שיעורי שכיחות נמוכים יותר של סוכרת מסוג 2, מחלת עורקים כליליים, דיסליפידמיה, אי ספיקת לב, מחלות כלי דם במוח ויתר לחץ דם 7,20,21.

מחקר קודם הראה כי שלפוחיות חוץ-תאיות קטנות (sEVs) שמקורן ב-BAT נקלטות על ידי קרדיומיוציטים, ומדכאות את הפעלת מסלול MAPK הקשור לאיסכמיה/רפרפוזיה של שריר הלב (MI/R)8. מחקר אחר מצא כי BAT משחרר sEVs המכילים מיקרו-RNA מגן לב, התורמים להגנה על הלב הקשורה לפעילות גופנית22. ממצאים אלה ממחישים את המנגנונים העומדים בבסיס הצלבה של BAT-cardiomyocyte ומדגישים את BAT sEVs ותכולת המיקרו-RNA שלהם כמועמדים פוטנציאליים להגנה קרדיולוגית הנגרמת על ידי פעילות גופנית. בנוסף, נוירגולין 4 (Nrg4) שמקורו ב-BAT הוכח כמפחית דלקת אנדותל וטרשת עורקים בעכברים זכרים23, מה שמדגים עוד יותר את התפקודים האנדוקריניים המגינים של BAT בבריאות הלב וכלי הדם.

יתרה מכך, ניתוחי שעתוק גילו כי EAT אנושי מבטא מאוד סמני BAT כגון UCP-1, PRDM16 ו-PGC-1α, ברמות גבוהות יותר מאלו שנמצאו במאגרי שומן אחרים 5,6,24,25. זה מצביע על כך ש-EAT עשוי לתפקד חלקית כ-BAT. ממצאים אלה תומכים בהשערה כי השחמת EAT יכולה להגן על שריר הלב והעורקים הכליליים מפני היפותרמיה ולשמש כמנגנון הגנה מפני איסכמיה או היפוקסיה. באופן קולקטיבי, מחקרים אלה מצביעים על כך ש-BAT משחרר גורמים ביו-אקטיביים מרובים ומפעיל השפעות מועילות ומגנות על מערכת הלב וכלי הדם6.

במחקרים קודמים, מודלים של השתלת BAT יושמו על מודלים שונים של מחלות כדי להבהיר את ההשפעה של BAT על התרחשות המחלה והתקדמותה. אלה כוללים מחקרים על השפעת השתלת BAT בתסמונת השחלות הפוליציסטיות (PCOS)26, תפקידה הרגולטורי בהזדקנות השחלות27 והשפעותיה על חילוף החומרים של כל הגוף28,29. עם זאת, ההשפעות הפתופיזיולוגיות של השתלת BAT על הלב טרם נחקרו.

כאיבר המסוגל להפריש מולקולות איתות רבות, BAT משפיע בעיקר על פתופיזיולוגיה קרדיווסקולרית באורגניזם רגיל דרך מסלולים אנדוקריניים, ומעביר את המולקולות הללו ללב או לכלי הדם11. עם זאת, לא ברור אם BAT יכול לווסת ישירות את הפתופיזיולוגיה הלבבית באמצעות מסלולים פרקריניים. הקמת מודל מתאים ואמין להשתלת BAT על פני הלב תקל על חקירת האינטראקציות הישירות בין BAT ללב.

בהתחשב בכך ש-BAT ממוקם אנטומית באזור הבין-שכמה של עכברים, הדיבור ההדדי שלו עם איברים אחרים מסתמך בעיקר על זרימה מערכתית באמצעות איתות אנדוקריני. יתרה מכך, כמה מחקרים הציעו כי לרקמת השומן האפיקרדיאלית (EAT) יש פוטנציאל לעבור מעבר השחמה. התערבויות תזונתיות, סביבתיות ותרופתיות שונות הראו הבטחה בהשראת השחמת EAT בחולי השמנת יתר ו/או מחלת עורקים כליליים (CAD). מעבר זה עשוי לסייע בהפחתת המיקרו-סביבה ההיפוקסית והדלקתית המחמירה את הנזק לכלי הדם ומאיצה טרשת עורקים כלילית 4,24,30. עם זאת, יש צורך במחקר נוסף כדי לזהות את הגורמים והמסלולים הספציפיים המעורבים בהשחמת EAT. בנוסף, מודלים ניסיוניים של בעלי חיים נדרשים כדי לחקור את הקשר בין פנוטיפ EAT לבין התוצאות הקרדיווסקולריות הקשורות לפרופיל הדלקתי הלא מאוזן שלו.

אחת המגבלות העיקריות בחקר EAT היא שלמכרסמים אין כמעט EAT מורגש. בבני אדם, חקר EAT טרי מאתגר גם בשל הקושי בהשגת דגימות, מכיוון שהדבר דורש כריתת בית החזה. מחקרים קודמים השתמשו במודל שבו רקמת שומן שמקורה בעכברי תזונה עתירי שומן הושתלה בחלל הבטן של עכברי אוטם שריר הלב כדי להדגים כי רקמת שומן סוכרתית יכולה להחמיר פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה31. היישום של מודלים להשתלת רקמת שומן מאפשר לחקור את ההשפעות של BAT על הלב באמצעות איתות פרקריני.

המטרה העיקרית של פיתוח מודל זה היא לחקור את ההשפעות הטיפוליות הפוטנציאליות של BAT כאיבר פרקריני דמוי EAT עבור שריר הלב והעורקים הכליליים. בעתיד, ניתן יהיה להשתמש במודל זה כדי לחקור את ההשפעות המגנות על הלב של BAT בעיכוב התקדמות רובד טרשת עורקים, שיפור פגיעה איסכמית בשריר הלב והקלה על פרפור פרוזדורים. בנוסף, הוא עשוי לספק ראיות נסיבתיות התומכות ביתרונות של קידום השחמת EAT.

בשנת 2013, צוות מחקר מבית הספר לרפואה של הרווארד השתיל BAT בחלל הקרביים של עכברים מושתלים על ידי חיבור הרקמה לכרית השומן האפידידימלי כדי להעריך שיפורים בהומאוסטזיס מטבולי באמצעות מסת BATמוגברת 32. במחקר קודם משנות ה-60, חוקרים בודדו BAT מהאזור הבין-שכמה של התורם והשתילו אותו מתחת לקפסולת הכליה של המקבל לתקופה של 1-2 שבועות. יתר על כן, במחקר אחר, BAT הושתל בחדר העין הקדמי של אוגרים, ונעשה שימוש בניתוח היסטולוגי כדי להעריך אם ה-BAT המושתל שרד12. עם זאת, ההיתכנות וההישרדות של השתלת BAT באזור האפיקרדיאל של מכרסמים נותרו לא ידועים.

ניתוח אפיקרדיאלי בעכברים הוא כיום הליך שגרתי להשראת מודלים של אוטם שריר הלב. מעניין שצוות מחקר העביר בהצלחה חומרים פרמקולוגיים בתוך החלל/נוזל קרום הלב במודל חזירים, ששימש לחקירת פרפור פרוזדורים, תקופות עקשן יחסיות וקרדיומיופתיה איסכמית. בהתבסס על מחקרים אלה, יש צורך בפיתוח מודל מכרסמים להשתלת BAT אפיקרדיאלי באמצעות פרוצדורות כירורגיות.

בהתבסס על תוצאות הניסוי, שתי חתיכות של BAT הופרדו מהחלל הבין-שכמה של העכבר התורם. ה-BAT היה מכוסה ברקמת שומן תת עורית (SAT) והפגין צבע כהה יותר מ-SAT, עם אספקת דם עשירה. צביעת המטוקסילין ואאוזין (H&E) של BAT גילתה כי אדיפוציטים חומים הכילו טיפות שומן רב-לוקולריות קטנות יותר והיו בעלי כלי דם גבוהים, עם תאי דם אדומים בלומן הנימים. כל קטע BAT שנאסף שקל כ-30-40 מ"ג. עם זאת, שתל ה-BAT המושתל הוגבל לכ-20 מ"ג, שכן הגדלה נוספת של השתל הובילה לתמותת עכברים תוך 1-2 ימים לאחר הניתוח. סיבה אפשרית לתוצאה זו היא המרווח המוגבל בין חלל בית החזה לדופן הקדמית של הלב. שתל גדול יחסית עלול להפעיל לחץ מוגזם, מה שעלול לגרום לטמפונדה לבבית.

ההרדמה נשמרה באמצעות אינטובציה של קנה הנשימה, ועומק ההרדמה נוטר על ידי התבוננות במשרעת ובקצב של תנודות בית החזה בעכבר. כריתת בית חזה חציונית נבחרה כדי לחשוף את הדופן הקדמית של הלב, ולהקל על השתלת BAT. בהתחשב בכך ש-EAT מחובר ישירות לשריר הלב ולעורקים הכליליים ללא רקמת חיבור המפרידה ביניהם, הפרוטוקול כלל פתיחת קרום הלב, החדרת ה-BAT על פני הלב ולאחר מכן תפירת קרום הלב.

ארבעה שבועות לאחר ההשתלה, העכברים המקבלים הורדמו (בהתאם להנחיות האתיות), וחללי בית החזה נפתחו כדי להעריך את האינטגרציה וההישרדות של BAT. ממצאים אלה מאשרים כי האלוגרפט של BAT שרד בהצלחה.

לסיכום, פותח בהצלחה מודל כירורגי להשתלת BAT על פני הלב בעכברים. מודל זה עשוי לשפר את ההבנה של השפעות EAT על מחלות לב ואת הפוטנציאל המגן על הלב של השחמת EAT.

גילויים

המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס' 81870623, 81770881, 81900286, 82100494, 82100944 ו-82070910), תוכנית המו"פ המרכזית של מחוז הונאן (2020SK2078) והקרן למדעי הטבע של מחוז הונאן (2022JJ70055, 2021JJ40842 ו-2022JJ40721)

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
1% פניצילין/סטרפטומיציןGibco, Invitrogen, ניו יורק, ארה"ב03-031-1BCSשימור רקמות לשתל
10% סרום בקר עוברי (FBS)בובוגן, ניו זילנד, אוסטרליה1907Bשימור רקמות לשתל
2-0 תפרים נספגיםשנחאי Pudong Jinhuan Medical Products Company17Y1204Jסגירת עור
עכברים זכרים בני 6 עד 8 שבועות C57BL/6JSJA מעבדה בעלי חיים ושות', בע"מ (הונאן, סין) 
7/0 תפרי פרולןשנחאי פודונג ג'ינהואן חברת מוצרים רפואייםR731קיבוע רקמת השומן החומה על הלב
תמיסת צביעה אדומה אליזריןServicebio, ווהאן, סיןCR2203058אליזרין צביעה אדומה להשתלה
מספריים קפיציים זוויתייםמכשיר כירורגי ג'ינג'ונג חברתY3C040דיסקציה והפרדת רקמות
קהות מספרייםמכשיר כירורגי Jinzhong חברתJ22010דיסקציה והפרדת רקמות
מפסק חזהTIGERGENE CompanyTG-CK-07PKנסיגה וקיבוע חזה
קורס מלקחיים מעוקליםמכשיר כירורגי Jinzhong CompanyJD1060דיסקציה והפרדת רקמות
DMEM: F12 (1:1) בינוניGibco, Invitrogen, ניו יורק, ארה"בC11330500BTשימור רקמות לשתל
Fine 45° מלקחיים זוויתייםמכשיר כירורגי Jinzhong חברהY4E040דיסקציה והפרדה של רקמות
IsofluraneShenzhen RuiWoDe Life Technology Co., LtdR510-22עכבר הרדמת גז
מיקרו-מלקחייםמכשיר כירורגי Jinzhong חברהJD1050דיסקציה והפרדת רקמות
מיקרו-מספרייםמכשיר כירורגי Jinzhong חברהY00030דיסקציה והפרדת רקמות
מחזיק מחט מכשירכירורגי Jinzhong חברהY3G150מחט אחיזה לסגירה
מספריים עינייםמכשיר כירורגי Jinzhong חברהY3C060דיסקציה והפרדת רקמות
מיקרוסקופ כירורגיחברת MurziderMSD203להשתלה כירורגית של שתל רקמת שומן חומה
נפח מחזורי מאוורר מכרסמיםנאנג'ינג KEWBASIS ביוטכנולוגיה Co.LTDKW-MZJ-Zהרדמת גז עכבר

מקורות

  1. Iacobellis, G. Epicardial adipose tissue in contemporary cardiology. Nat Rev Cardiol. 19 (9), 593-606 (2022).
  2. Zobel, E. H., et al. Relation of cardiac adipose tissue to coronary calcification and myocardial microvascular function in type 1 and type 2 diabetes. Cardiovasc Diabetol. 19 (1), 16(2020).
  3. Packer, M. Epicardial adipose tissue may mediate deleterious effects of obesity and inflammation on the myocardium. J Am Coll Cardiol. 71 (20), 2360-2372 (2018).
  4. Napoli, G., et al. Epicardial and pericoronary adipose tissue, coronary inflammation, and acute coronary syndromes. J Clin Med. 12 (23), jcm12237212(2023).
  5. Villasante Fricke, A. C., Iacobellis, G. Epicardial adipose tissue: Clinical biomarker of cardio-metabolic risk. Int J Mol Sci. 20 (23), ijms20235989(2019).
  6. Doukbi, E., et al. Browning epicardial adipose tissue: Friend or foe. Cells. 11 (6), 11060991(2022).
  7. Becher, T., et al. Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health. Nat Med. 27 (1), 58-65 (2021).
  8. Zhao, H., et al. Small extracellular vesicles from brown adipose tissue mediate exercise cardioprotection. Circ Res. 130 (10), 1490-1506 (2022).
  9. Pinckard, K. M., et al. A novel endocrine role for the BAT-released Lipokine 12,13-diHOME to mediate cardiac function. Circulation. 143 (2), 145-159 (2021).
  10. Ruan, C. C., et al. A(2A) receptor activation attenuates hypertensive cardiac remodeling via promoting brown adipose tissue-derived FGF21. Cell Metab. 28 (3), 476-489.e5 (2018).
  11. Martí-Pàmies, Íal, et al. Brown adipose tissue and BMP3b decrease injury in cardiac ischemia-reperfusion. Circ Res. 133 (4), 353-365 (2023).
  12. White, J. D., Dewal, R. S., Stanford, K. I. The beneficial effects of brown adipose tissue transplantation. Mol Aspects Med. 68, 74-81 (2019).
  13. Bartelt, A., et al. Brown adipose tissue activity controls triglyceride clearance. Nat Med. 17 (2), 200-205 (2011).
  14. Rosito, G. A., et al. Pericardial fat, visceral abdominal fat, cardiovascular disease risk factors, and vascular calcification in a community-based sample: the Framingham heart study. Circulation. 117 (5), 605-613 (2008).
  15. Piché, M. E., Poirier, P., Lemieux, I., Després, J. P. Overview of epidemiology and contribution of obesity and body fat distribution to cardiovascular disease: An update. Prog Cardiovasc Dis. 61 (2), 103-113 (2018).
  16. Shaihov-Teper, O., et al. Extracellular vesicles from epicardial fat facilitate atrial fibrillation. Circulation. 143 (25), 2475-2493 (2021).
  17. Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N Engl J Med. 360 (15), 1509-1517 (2009).
  18. Maliszewska, K., Kretowski, A. Brown adipose tissue and its role in insulin and glucose homeostasis. Int J Mol Sci. 22 (4), ijms22041530(2021).
  19. Fernández-Verdejo, R., Marlatt, K. L., Ravussin, E., Galgani, J. E. Contribution of brown adipose tissue to human energy metabolism. Mol Aspects Med. 68, 82-89 (2019).
  20. Takx, R. A., et al. Supraclavicular brown adipose tissue 18F-FDG uptake and cardiovascular disease. J Nucl Med. 57 (8), 1221-1225 (2016).
  21. Chen, H. J., Meng, T., Gao, P. J., Ruan, C. C. The role of brown adipose tissue dysfunction in the development of cardiovascular disease. Front Endocrinol (Lausanne). 12, 652246(2021).
  22. Icli, B., Feinberg, M. W. MicroRNAs in dysfunctional adipose tissue: Cardiovascular implications. Cardiovasc Res. 113 (9), 1024-1034 (2017).
  23. Shi, L., et al. Brown adipose tissue-derived Nrg4 alleviates endothelial inflammation and atherosclerosis in male mice. Nat Metab. 4 (11), 1573-1590 (2022).
  24. González, N., Moreno-Villegas, Z., González-Bris, A., Egido, J., Lorenzo, Ó Regulation of visceral and epicardial adipose tissue for preventing cardiovascular injuries associated to obesity and diabetes. Cardiovasc Diabetol. 16 (1), 44(2017).
  25. Rossi, V. A., Gruebler, M., Monzo, L., Galluzzo, A., Beltrami, M. The different pathways of epicardial adipose tissue across the heart failure phenotypes: From pathophysiology to therapeutic target. Int J Mol Sci. 24 (7), ijms24076838(2023).
  26. Fang, Y. Q., Zhang, H. K., Wei, Q. Q., Li, Y. H. Brown adipose tissue-derived exosomes improve polycystic ovary syndrome in mice via STAT3/GPX4 signaling pathway. Faseb J. 38 (18), e70062(2024).
  27. Chen, L. J., et al. Single xenotransplant of rat brown adipose tissue prolonged the ovarian lifespan of aging mice by improving follicle survival. Aging Cell. 18 (6), e13024(2019).
  28. Quan, Y., Lu, F., Zhang, Y. Use of brown adipose tissue transplantation and engineering as a thermogenic therapy in obesity and metabolic disease. Obes Rev. 25 (3), e13677(2024).
  29. Dewal, R. S., et al. Transplantation of committed pre-adipocytes from brown adipose tissue improves whole-body glucose homeostasis. iScience. 27 (2), 108927(2024).
  30. Horckmans, M., et al. Pericardial adipose tissue regulates granulopoiesis, fibrosis, and cardiac function after myocardial infarction. Circulation. 137 (9), 948-960 (2018).
  31. Gan, L., et al. Small extracellular microvesicles mediated pathological communications between dysfunctional adipocytes and cardiomyocytes as a novel mechanism exacerbating ischemia/reperfusion injury in diabetic mice. Circulation. 141 (12), 968-983 (2020).
  32. Stanford, K. I., et al. Brown adipose tissue regulates glucose homeostasis and insulin sensitivity. J Clin Invest. 123 (1), 215-223 (2013).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

רקמת שומן אפיקרדיאליתהשתלת רקמת שומןמודל לב של עכברהשפעות פראקריניותמחלות קרדיווסקולריותהשתלת רקמההשחמה של רקמת שומן אפיקרדיאליתפנוטיפ אנטי-דלקתיגורמים cardioprotective

מאמר זה פורסם

הסרטון יגיע בקרוב

צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.