En pulmonell stammen Banding modell av trycket överbelastning inducerad höger vänsterkammarhypertrofi och misslyckande
Summary
Vi presenterar en kirurgisk metod för att framkalla rätt vänsterkammarhypertrofi och misslyckande i råttor.
Abstract
(RV) högerkammarsvikt induceras av ihållande tryck överbelastning är en stor bidragsgivare till sjuklighet och dödlighet i flera hjärt sjukdomar. Tillförlitliga och reproducerbara djurmodeller av RV misslyckande är därför påkallad för att undersöka sjukdomsmekanismer och effekter av potentiella terapeutiska strategier. Bandning av pulmonell stammen är en vanlig metod att inducera isolerade RV hypertrofi men i allmänhet tidigare beskrivna modeller inte har lyckats skapa en stabil modell av RV hypertrofi och misslyckande.
Vi presenterar en råtta modell av trycket överbelastning inducerad RV hypertrofi orsakas av pulmonell stammen banding (PTB) som gör att olika fenotyper av RV hypertrofi med och utan RV misslyckande. Vi använder en modifierad ligating klipp appliceringspistolen för att komprimera ett Titan klipp runt pulmonell stammen en förinställda innerdiameter. Vi använder olika klipp diametrar för att framkalla olika stadier av progression av sjukdomen från mild RV hypertrofi till dekompenserad RV misslyckande.
RV hypertrofi utvecklar konsekvent i råttor utsätts det PTB-förfarandet och beroende på tillämpad banding klippet diameter, vi kan exakt återge olika sjukdomen allvarlighetsgrader alltifrån kompenserad hypertrofi till svår dekompenserad RV misslyckande med extra hjärt manifestationer.
Den presenterade PTB-modellen är en giltig och robust modell av trycket överbelastning inducerad RV hypertrofi och misslyckande som har flera fördelar till andra banding modeller inklusive hög reproducerbarhet och möjligheten att inducera allvarliga och dekompenserad RV misslyckande.
Introduction
Höger kammare (RV) kan anpassa sig till en ihållande tryck överbelastning. I tid, dock adaptiva mekanismer misslyckas att upprätthålla hjärtminutvolym, RV vidgar och så småningom RV misslyckas. RV funktion är den viktigaste prognostiska faktorn för flera hjärt sjukdomar inklusive pulmonell arteriell hypertension (PAH), tromboembolisk pulmonell hypertension (CTEPH) och olika former av kongenital hjärtsjukdom med ett tryck (eller volym) överbelastning i RV. Trots intensiv behandling förblir RV misslyckande en dominerande dödsorsak i dessa villkor.
Till följd av den unika egenskaper1,2 och embryologiska utveckling3 av RV, kan kunskap som härrör från vänster hjärtsvikt inte helt enkelt extrapoleras till högersidig hjärtsvikt. Djurmodeller av högersidig hjärtsvikt krävs därför för att undersöka mekanismerna bakom RV misslyckande och potentiella farmakologiska behandlingsstrategier.
Det finns experimentella modeller av pulmonell hypertension inducerad av SU5416 kombinerat med hypoxi (SuHx)4 eller monocrotaline (MCT)5, som framkalla RV misslyckande sekundärt till sjukdom i den pulmonell kärlsystemet. Dessa modeller används för att utvärdera terapeutiska effekterna av droger som mål den pulmonell kärlsystemet. Både SuHx och MCT modellen är icke-fasta afterload modeller av RV misslyckande. Det är följaktligen inte möjligt att dra slutsatsen om en förbättring av RV funktion efter ett ingripande är sekundär till afterload minska pulmonell vaskulär effekterna eller om det orsakas av direkta effekter på RV. Den MCT-modellen har dessutom flera extra hjärteffekter.
I experimentella pulmonell stammen banding modeller, är afterload av RV fast på grund av en mekanisk förträngning av pulmonell stammen. Detta tillåter för utredning av direkta kardiella effekter av en intervention på RV oberoende från alla pulmonella vaskulära effekter6,7,8,9. Vanligtvis, utförs banding genom att placera en nål längs pulmonell stammen. Sedan en ligatur är placerade runt nålen och pulmonell stammen och bundna med en knut, och nålen avlägsnas lämnar suturen runt pulmonell stammen. Beroende på mätaren nålen, olika grader av förträngningar kan tillämpas, men trots detta tillvägagångssätt används allmänt, det har vissa nackdelar. Först, diameter banding är inte exakt samma som den yttre diametern av nålen som ligatur är knuten runt både nålen och pulmonell stammen. För det andra kan det finnas betydande variation till hur tätt knuten är knuten vilket gör det svårt att återskapa en viss grad av ränder. Detta kommer att leda till en variation i banding diameter och därmed en större spridning. Slutligen kan knuten lossna med tiden.
En studie gäller ett halvslutna tantal klipp runt den pulmonella stammen10. De komprimerade klippet runt pulmonell stammen till ett inre område för 1,10 mm2 och jämförde den med råttor som utsätts för ränder med en sutur med hjälp av en 18 G nål. Sammantaget var ränder med klippet associerade med mindre peri-kirurgiska komplikationer och data varians.
Baserat på de principer som beskrivs av Schou et al.11, vi vidareutvecklas och karakteriseras pulmonell stammen banding (PTB) modell av RV hypertrofi och misslyckande. Här presenterar vi vår erfarenhet av att använda denna modell baserat på resultat från tidigare studier12,13. För denna modell komprimeras en Titan klipp runt pulmonell stammen till en exakt förinställd inre diameter, som kan justeras för att framkalla distinkta RV misslyckande fenotyper.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi beskriver en lättillgänglig och mycket reproducerbar metod för pulmonell stammen banding använder en modifierad ligating klipp appliceringspistolen för att komprimera ett Titan klipp runt pulmonell stammen. Genom att justera den appliceringspistolen för att komprimera klippet till olika inre diametrar, kan distinkta fenotyper av RV hypertrofi och misslyckande induceras inklusive allvarlig RV underlåtenhet med extra hjärt manifestation av dekompensation.
Även om det är enkelt, inne…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av danska rådet för oberoende forskning [11e108410], danska hjärtat Foundation [12e04-R90-A3852 och 12e04-R90-A3907] och The Novo Nordisk Foundation [NNF16OC0023244].
Materials
| 17G IV Venflon Cannula | Becton Dickinson, US | 393228 | Distal 2 mm of the needle have been cut off |
| 1 mL syringe + 26G needle | Becton Dickinson, US | 303172 & 303800 | |
| 4-0 absorbable multifilament suture | Covidien, US | GL-46-MG | Polysorb, violet, 5×18" |
| 4-0 multifilament ligature | Covidien, US | LL-221 | Polysorb, violet, 98" |
| Buprenorphine | Indivior UK Limited | Local procurement, Temgesic 0.3 mg/mL | |
| Carprofene | ScanVet, DK | 27693 | Norodyl 50 mg/mL |
| Chlorhexidine | Faaborg Pharma, DK | Local procurement | |
| Contractor | Aesculap, Germany | BV010R | Blunt, self retaining, 70 mm |
| Ear Hooklet | Lawton, Germany | 66-0261 | Small, 14 cm, tip modified to an angle of 85° |
| Eye gel | Decra, UK | Lubrithal, Local procurement | |
| Forceps, Delicate Tissue | Lawton, Germany | 09-0020 | |
| Forceps, Dissecting | Lawton, Germany | 09-0013 | 1 regular, 1 with tip modified to an angle of 100° |
| Gas Anesthesia System | Penlon Limited, UK | SD0217SL | Sigma Delta Vaporizer |
| Hair trimmer | Oster | 76998-320-051 | |
| Horizon Open Ligating Clip Applier | Teleflex, US | 137085 | Modified with adjustable stop mechanism |
| Horizon Titanium Clips | Teleflex, US | 001200 | Small |
| Induction chamber | N/A | ||
| Iris Scissor | Lawton, Germany | 05-1450 | |
| Iris Scissor | Aesculap, Germany | BC060R | |
| Mechanical ventilator | Ugo Basile, Italy | 7025 | |
| Microscissor | Lawton, Germany | 63-1406 | |
| Microscope | Carl Zeiss, Germany | 303294-9903 | |
| Needle Holder | Lawton, Germany | 08-0011 | TITEGRIP |
| Pean | Lawton, Germany | 06-0100 | Halsted-Mosquito, straight |
| Pro-Optha | Lohmann & Rauscher, Germany | 16515 | Tampon |
| Saline 9 mg/mL | Fresenius Kabi, DK | 209319 | |
| Sevoflurane | AbbVie, US | Sevorane, Local procurement | |
| Surgical hook | Lawton, Germany | 51-0665 | Cushing, 19 cm, tip modified to an angle of 90° |
| Surgical Tape | 3M, US | 1530-0 | Micropore |
| Temperature Controller | CMA Microdialysis; Sweden | 8003760 | CMA 450 |
| Weighing machine | VWR, US | ||
| Wistar rat weanlings | Janvier Labs, France | RjHan:WI, 100-120 g |
Riferimenti
- Kaufman, B. D., et al. Genomic profiling of left and right ventricular hypertrophy in congenital heart disease. Journal of Cardiac Failure. 14 (9), 760-767 (2008).
- Zungu-Edmondson, M., Suzuki, Y. J. Differential stress response mechanisms in right and left ventricles. Journal of Rare Diseases Research & Treatment. 1 (2), 39-45 (2016).
- Zaffran, S., Kelly, R. G., Meilhac, S. M., Buckingham, M. E., Brown, N. A. Right ventricular myocardium derives from the anterior heart field. Circulation Research. 95 (3), 261-268 (2004).
- de Raaf, M. A., et al. SuHx rat model: partly reversible pulmonary hypertension and progressive intima obstruction. The European Respiratory Journal. 44 (1), 160-168 (2014).
- Gomez-Arroyo, J. G., et al. The monocrotaline model of pulmonary hypertension in perspective. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology. 302 (4), L363-L369 (2012).
- Bogaard, H. J., et al. Chronic pulmonary artery pressure elevation is insufficient to explain right heart failure. Circulation. 120 (20), 1951-1960 (2009).
- Borgdorff, M. A., et al. Sildenafil enhances systolic adaptation, but does not prevent diastolic dysfunction, in the pressure-loaded right ventricle. European Journal of Heart Failure. 14 (9), 1067-1074 (2012).
- Mendes-Ferreira, P., et al. Distinct right ventricle remodeling in response to pressure overload in the rat. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 311 (1), H85-H95 (2016).
- Piao, L., et al. The inhibition of pyruvate dehydrogenase kinase improves impaired cardiac function and electrical remodeling in two models of right ventricular hypertrophy: resuscitating the hibernating right ventricle. Journal of Molecular Medicine. 88 (1), 47-60 (2010).
- Hirata, M., et al. Novel Model of Pulmonary Artery Banding Leading to Right Heart Failure in Rats. BioMed Research International. 2015, 753210 (2015).
- Schou, U. K., Peters, C. D., Kim, S. W., Frøkiær, J., Nielsen, S. Characterization of a rat model of right-sided heart failure induced by pulmonary trunk banding. Journal of Experimental Animal Science. 43 (4), 237 (2007).
- Andersen, S., et al. Effects of bisoprolol and losartan treatment in the hypertrophic and failing right heart. Journal of Cardiac Failure. 20 (11), 864-873 (2014).
- Holmboe, S., et al. Inotropic Effects of Prostacyclins on the Right Ventricle Are Abolished in Isolated Rat Hearts With Right-Ventricular Hypertrophy and Failure. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 69 (1), 1-12 (2017).
- Jessen, L., Christensen, S., Bjerrum, O. J. The antinociceptive efficacy of buprenorphine administered through the drinking water of rats. Lab Anim. 41 (2), 185-196 (2007).
- Andersen, A., Povlsen, J. A., Botker, H. E., Nielsen-Kudsk, J. E. Right ventricular hypertrophy and failure abolish cardioprotection by ischaemic pre-conditioning. European Journal of Heart Failure. 15 (11), 1208-1214 (2013).
- Fujimoto, Y., et al. Low Cardiac Output Leads Hepatic Fibrosis in Right Heart Failure Model Rats. PloS one. 11 (2), e0148666 (2016).
- Marques, C., et al. High-fat diet-induced obesity Rat model: a comparison between Wistar and Sprague-Dawley Rat. Adipocyte. 5 (1), 11-21 (2016).
- Osadchii, O., Norton, G., Deftereos, D., Woodiwiss, A. Rat strain-related differences in myocardial adrenergic tone and the impact on cardiac fibrosis, adrenergic responsiveness and myocardial structure and function. Pharmacological Research. 55 (4), 287-294 (2007).
- Brower, M., Grace, M., Kotz, C. M., Koya, V. Comparative analysis of growth characteristics of Sprague Dawley rats obtained from different sources. Laboratory Animal Research. 31 (4), 166-173 (2015).
- Wang, S., et al. A neonatal rat model of increased right ventricular afterload by pulmonary artery banding. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 154 (5), 1734-1739 (2017).
- Borgdorff, M. A., et al. Distinct loading conditions reveal various patterns of right ventricular adaptation. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 305 (3), H354-H364 (2013).
