La malattia cardiovascolare è la principale causa di morte nel mondo con cardiopatia ischemica e ictus che rappresentano uno ogni quattro morti1. La maggior parte dei casi sono causati da aterosclerosi, una malattia caratterizzata da un lento accumulo di placche cariidi con segni di infiammazione cronica nelle arterie di grandi e medie dimensioni2. La malattia di solito rimane inosservata per diversi decenni fino a quando una rottura o un'erosione della placca provoca una trombosi arteriosa che porta a danni ai tessuti ischemici.
Un'arteria normale è costituita da uno strato di intimità con cellule endoteliali e cellule muscolari lisce scarsamente distribuite, uno strato multimediale con cellule muscolari lisce e lamelline elastiche e uno strato avvenivitale circostante con tessuto connettivo sciolto3. Una ritenzione intima di LDL compensa lo sviluppo dell'aterosclerosi4. L'accumulo e la modifica delle lipoproteine portano all'aggregazione e all'intrappolamento all'interno dell'intima arteria5. Una risposta infiammatoria è evocata dalle lipoproteine intrappolate e modificate6. Le cellule endoteliali iniziano ad esprimere molecole di adesione, come VCAM-1 nei siti dell'albero arterioso con flusso sanguigno turbolento, portando al reclutamento di monociti circolanti e altri leucociti7. I monociti infiltranti si differenziano in macrofagi che inghiottiscono i lipidi con la conseguente trasformazione in cellule di schiuma di macrofalo8.
L'aterosclerosi è stata studiata in modelli murini con frequenza crescente dalla metà degli anni '80. C57BL/6 è il ceppo di topo inbred più comunemente usato per questi studi, ed è usato come sfondo genetico per la maggior parte dei ceppi geneticamente modificati9. Questo ceppo è stato istituitonel 10 del 1920 e il suo genoma è stato pubblicato nel 200211. Gli esperimenti sui modelli murini hanno diversi vantaggi: le colonie si riproducono velocemente, l'alloggiamento è efficiente per lo spazio e l'inbreeding riduce la variabilità sperimentale. Il modello consente anche manipolazioni genetiche, come le delezioni genetiche mirate e l'inserimento di transgeni. Questo ha portato a una nuova comprensione patofisiologica della malattia e a nuovi obiettivi terapeutici12.
I topi C57BL/6 di tipo selvatico sono naturalmente resistenti all'aterosclerosi. Hanno la maggior parte del colesterolo circolante in HDL, e le lesioni aterosclerotiche complesse non si formano anche quando alimentato una dieta ad alto contenuto di grassi e alto colesterolo13. I topi ipercolesterolemici, come Apoe-/- sul c57BL/6-background, sono quindi utilizzati come modelli sperimentali di aterosclerosi14,15. La mancanza di ApoE implichi l'assorbimento epatico delle lipoproteine rimanenti e perturba gravemente il metabolismo dei lipidi. Nei topi Apoe-/-, il colesterolo circolante è prevalentemente nelle particelle di VLDL, e i topi sviluppano placche aterosclerotiche complesse su una dieta di chow regolare.
Ldlr-/- topi imitano lo sviluppo di aterosclerosi visto negli esseri umani con ipercolesterolemia familiare16. I topi Ldlr-/- hanno bisogno di una dieta di tipo occidentale per sviluppare l'aterosclerosi17. La dieta occidentale imita l'assunzione di cibo umano e di solito contiene 0,15% colesterolo. Il recettore LDL riconosce ApoB100 e ApoE e media l'assorbimento delle particelle LDL attraverso l'endocitosi. Recettori LDL sono fondamentali per la clearance del fegato di LDL dalla circolazione, mentre l'espressione del recettore LDL nelle cellule ematopoietiche non influenza questo processo. Questo apre la possibilità di trapianto di midollo osseo di cellule Ldlrin ldlr ipercolesterolemico -/- destinatari e valutazione dello sviluppo dell'aterosclerosi. Le chimere del midollo osseo sono state comunemente utilizzate per studiare la partecipazione delle cellule ematopoietiche nell'aterosclerosi sperimentale. Tuttavia, il trapianto di midollo osseo potrebbe influenzare le dimensioni e la composizione delle placche aterosclerotiche, rendendo ambigua l'interpretazione dei risultati.
Diverse varianti di Apoe-/- e Ldlr-/- topi con ulteriori alterazioni genetiche sono state sviluppate per studiare processi specifici della malattia18. Un esempio sono i topi umani APOB100-Transgenic Ldlr-/- (HuBL) che portano il gene APOB100 umano a tutta lunghezza19,20. Questi topi sviluppano ipercolesterolemia e aterosclerosi su una dieta di chow regolare. Tuttavia, lo sviluppo di placche aterosclerotiche complesse richiede almeno sei mesi e protocolli sperimentali più brevi di solito usano la dieta occidentale21. Una grande frazione di colesterolo plasmatico sta circolando nelle particelle di LDL, il che conferisce ai topi HuBL un profilo di lipoproteina dilipidemia più simile all'uomo rispetto ai topi Apoe-// e Ldlr-/. I topi HuBL permettono anche studi di apoB umano come autoantigen22.
I modelli murini dell'aterosclerosi sviluppano placche aterosclerotiche complesse con caratteristiche condivise della malattia umana. Tuttavia, le placche sono abbastanza resistenti alla rottura con conseguente infarto miocardico. L'aterothrombossi è solo spettralmente rilevata e sperimentalmente difficile valutare23,24,25. Sono stati sviluppati modelli speciali di rottura della placca, ma il campo sperimentale manca di un modello affidabile e riproducibile per la valutazione degli agenti stabilizzanti della placca.
La quantificazione dell'aterosclerosi è stata riportata in molti modi nella letteratura. Recenti sforzi hanno cercato di standardizzare la progettazione sperimentale, l'esecuzione e la segnalazione di studi sugli animali26. I ricercatori hanno preferenze e tecniche diverse adattate ai loro laboratori. La maggior parte dei progetti di ricerca sono anche unici in un modo che richiedono alcune modifiche di protocollo. A causa della natura multifattoriale della malattia, i controlli ottimali variano da un progetto all'altro. Le condizioni locali e la mancanza di standardizzazione possono causare differenze osservate nello sviluppo della malattia, che ostacola i progressi del campo della ricerca. Le differenze nella variabilità sperimentale significano anche che i calcoli statistici della potenza devono basarsi su studi pilota in condizioni locali.
La quantificazione dell'aterosclerosi è raccomandata in diverse posizioni dell'albero vascolare. Questo protocollo descrive come ottenere risultati dalla radice aortica, dall'arco aortico e dall'arteria brachiocefalica in un singolo topo, oltre a lasciare il resto dell'aorta toracodedominale per altre analisi. I preparati en face consentono una rapida quantificazione delle placche cariche di lipidi nell'arco aortico. Il carico di malattia nell'arteria brachiocefalo può anche essere quantificato se gli esemplari sono accuratamente visualizzati. La sezione trasversale della radice aortica che richiede più tempo lascia diverse sezioni disponibili per una valutazione dettagliata della composizione della placca.