RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
it_IT
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Qui descriviamo un protocollo passo-passo di scioglimento dell'aorta chirurgica nel consolidato modello di topi di costrizione aortica. Questa procedura non solo consente di studiare i meccanismi alla base del rimodellamento inverso ventricolare sinistro e della regressione dell'ipertrofia, ma anche di testare nuove opzioni terapeutiche che potrebbero accelerare il recupero del miocardio.
Per comprendere meglio il rimodellamento inverso ventricolare sinistro (LV) (RR), descriviamo un modello di roditore in cui, dopo il rimodellamento lv indotto dalla bande aortica, i topi subiscono RR dopo la rimozione della costrizione aortica. In questo articolo, descriviamo una procedura passo-passo per eseguire uno scioglimento aortico chirurgico minimamente invasivo nei topi. L'ecocardiografia è stata successivamente utilizzata per valutare il grado di ipertrofia cardiaca e disfunzione durante il rimodellamento della LV e RR e per determinare la migliore tempistica per lo scioglimento aortico. Alla fine del protocollo, è stata condotta una valutazione emodinamica terminale della funzione cardiaca e sono stati raccolti campioni per studi istologici. Abbiamo dimostrato che lo scioglimento è associato a tassi di sopravvivenza chirurgica del 70-80%. Inoltre, due settimane dopo lo scioglimento, la significativa riduzione del post-carico ventricolare innesca la regressione dell'ipertrofia ventricolare (~20%) e fibrosi (~26%), recupero della disfunzione diastolica valutata dalla normalizzazione del riempimento ventricolare sinistro e delle pressioni end-diastoliche (E/e' e LVEDP). Lo scioglimento aortico è un utile modello sperimentale per studiare l'LV RR nei roditori. L'estensione del recupero del miocardio è variabile tra i soggetti, quindi, imitando la diversità di RR che si verifica nel contesto clinico, come la sostituzione della valvola aortica. Concludiamo che il modello di bande/scioglimento aortico rappresenta uno strumento prezioso per svelare nuove intuizioni sui meccanismi della RR, vale a dire la regressione dell'ipertrofia cardiaca e il recupero della disfunzione diastolica.
La costrizione dell'aorta trasversale o ascendente nel topo è un modello sperimentale ampiamente utilizzato per l'ipertrofia cardiaca indotta dal sovraccarico di pressione, la disfunzione diastolica e sistolica el'insufficienza cardiaca 1,2,3,4. La costrizione aortica porta inizialmente all'ipertrofia concentrica del ventricolo sinistro (LV) compensata per normalizzare lo stress della parete1. Tuttavia, in determinate circostanze, come il sovraccarico cardiaco prolungato, questa ipertrofia è insufficiente a ridurre lo stress della parete, innescando disfunzione diastolica e sistolica (ipertrofia patologica)5. In parallelo, i cambiamenti nella matrice extracellulare (ECM) portano alla deposizione di collagene e al retillo incrociato in un processo noto come fibrosi, che può essere suddiviso in fibrosi sostitutiva e fibrosi reattiva. La fibrosi è, nella maggior parte dei casi, irreversibile e compromette il recupero del miocardio dopo il sollievo dalsovraccarico 6,7. Tuttavia, recenti studi di risonanza magnetica cardiaca hanno rivelato che la fibrosi reattiva è in grado di regredire a lungotermine 8. Complessivamente, fibrosi, ipertrofia e disfunzione cardiaca fanno parte di un processo noto come rimodellamento miocardico che progredisce rapidamente verso l'insufficienza cardiaca (HF).
Comprendere le caratteristiche del rimodellamento miocardico è diventato un obiettivo importante per limitare o invertire la sua progressione, quest'ultimo noto come reverse remodeling (RR). Il termine RR include qualsiasi alterazione miocardica cronicamente invertita da un dato intervento, come la terapia farmacologica (ad esempio, farmaci antipertensivi), la chirurgia valvolare (ad esempio, stenosi aortica) o i dispositivi di assistenza ventricolare (ad esempio, HF cronico). Tuttavia, l'RR è spesso incompleto a causa dell'ipertrofia prevalente o della disfunzione sistolica / diastolica. Pertanto, manca ancora il chiarimento dei meccanismi sottostanti RR e delle nuove strategie terapeutiche, il che è dovuto principalmente all'impossibilità di accedere e studiare il tessuto miocardico umano durante la RR nella maggior parte di questi pazienti.
Per superare questa limitazione, i modelli di roditori hanno svolto un ruolo significativo nel far progredire la nostra comprensione delle vie di segnalazione coinvolte nella progressione HF. Nello specifico, lo scioglimento aortico dei topi con costrizione aortica rappresenta un modello utile per studiare i meccanismi molecolari alla base del rimodellamento avverso dell'LV9 e RR10,11 in quanto consente la raccolta di campioni miocardiali in diversi punti di tempo in queste due fasi. Inoltre, fornisce un'eccellente impostazione sperimentale per testare potenziali nuovi obiettivi in grado di promuovere / accelerare RR. Ad esempio, nel contesto della stenosi aortica, questo modello potrebbe fornire informazioni sui meccanismi molecolari coinvolti nella vasta diversità della risposta miocardica alla base della (in)completezza dell'RR6,12, nonché, la tempistica ottimale per la sostituzione della valvola, che rappresenta una grave lacuna delle conoscenze attuali. In effetti, la tempistica ottimale di questo intervento è oggetto di dibattito, principalmente perché è definita in base all'entità dei gradienti aortici. Diversi studi sostengono che questo punto di tempo potrebbe essere troppo tardi per il recupero del miocardio poiché la fibrosi e la disfunzione diastolica sono spessogià presenti 12.
Per quanto ne sappiamo, questo è l'unico modello animale che riassume il processo di rimodellamento del miocardio e RR che avviene in condizioni come stenosi aortica o ipertensione prima e dopo la sostituzione della valvola o l'insorgenza di farmaci anti-ipertensivi, rispettivamente.
Cercando di affrontare le sfide riassunte sopra, descriviamo un modello animale chirurgico che può essere implementato sia nei topi che nei ratti, affrontando le differenze tra queste due specie. Descriviamo i passaggi principali e i dettagli coinvolti nell'esecuzione di questi interventi chirurgici. Infine, segnalamo i cambiamenti più significativi in atto nell'LV immediatamente prima e in tutto il RR.
Tutti gli esperimenti sugli animali sono conformi alla Guida alla cura e all'uso degli animali da laboratorio (pubblicazione n. 85-23 del NIH, rivista nel 2011) e alla legge portoghese sul benessere degli animali (DL 129/92, DL 197/96; P 1131/97). Le autorità locali competenti hanno approvato questo protocollo sperimentale (018833). I topi maschi C57B1/J6 di sette settimane sono stati mantenuti in gabbie appropriate, con un ambiente regolare a ciclo chiaro-scuro di 12/12 ore, una temperatura di 22 °C e un'umidità del 60% con accesso all'acqua e un ad libitum dietetico standard.
1. Preparazione del campo chirurgico
2. Preparazione e intubazione dei topi
3. Preparazione per l'intervento chirurgico (sia per gli interventi di fasciatura che per lo scioglimento)
4. Chirurgia ascendente della fascia aortica
NOTA: per una descrizione dettagliata del protocollo, consultare 2,3,4,13.
5. Assistenza post-operatoria
6. Chirurgia di scioglimento aortico
7. Ecocardiografia per valutare la funzione cardiaca e l'ipertrofia ventricolare sinistra in vivo
8. Valutazione emodinamica
9. Procedura di bande/scioglimento aortico nei ratti
Sopravvivenza post-operatoria e tardiva
La sopravvivenza perioperatoria della procedura di banda è dell'80% e la mortalità durante il primo mese è in genere <20%. Come accennato in precedenza, il successo della chirurgia di scioglimento dipende fortemente da quanto fosse invasivo l'intervento chirurgico precedente. Dopo una curva di apprendimento, il tasso di mortalità durante le procedure di scioglimento è di circa il 25%. Per questo la mortalità spiega principalmente i decessi durante la procedura chirurgica, inclusa la rottura dell'aorta o dell'atrio sinistro (nei ratti, il tasso di sopravvivenza è più alto in entrambe le procedure chirurgiche).
Fasciatura aortica e rimodellamento miocardico
Il successo della costrizione aortica è stato verificato dall'aumento della pressione sistolica finale LV (LVESP) e dalle velocità di flusso aortico doppler >2,5 m/s, che corrisponde a un gradiente di pressione di 25 mmHg utilizzando l'equazione di Bernoulli modificata (Figura 5). Rispetto ai topi SHAM, l'ipertrofia lv indotta da bande valutate dall'aumento della massa LV (tabella1 e figura 5)e la funzione diastolica compromessa evidente da pressioni di riempimento più elevate (rapporto tra la velocità di picco mitralica del riempimento precoce (E) e la velocità anulare mitrale diastolica precoce (E'), (E/e'), e la pressione end-diastolica ventricolare sinistra (LVEDP) e il rilassamento prolungato (t, Tabella 1, Figura 5e Figura 6) entro 7 settimane. La frazione di espulsione era ancora conservata in questa fase della malattia.
Istologicamente, sette settimane di bande aortiche hanno indotto una significativa ipertrofia cardiomiocitaria e fibrosi (Figura 7).
Sbandamento aortico e rimodellamento inverso miocardico
Nei topi sottoposti a scioglimento, la corretta rimozione della stenosi aortica è stata verificata dalle velocità echo Doppler(tabella 1 e figura 5). Nel complesso, lo scioglimento ha promosso una significativa diminuzione del carico post-carico (diminuzione della LVESP) e dell'ipertrofia LV (valutata per morfometria, ecocardiografia e istologia). Inoltre, la Abbiamo osservato la normalizzazione della funzione diastolica e delle velocità aortiche(tabella 1, figura 5, figura 6e figura 7).

Tabella 1: Cambiamenti morfofunzionali del ventricolo sinistro valutati mediante ecocardiografia ed emodinamica.
| Passaggi critici | consiglio |
| Invasività della chirurgia di fasciatura |
È importante evitare: ● occlusione prolungata dell'aorta ascendente durante la legatura, che può portare a edema polmonare e attivazione di vie infiammatorie in grado di influenzare il fenotipo e la gravità della malattia15 ● sanguinamento dell'arteria mammaria che, se non tempestivamente aggirato, può portare a una diminuzione della pressione sanguigna e promuovere maggiori quantità di fibrosi quando si riapri il torace (scioglimento); ● danneggiare pleura e polmoni dei topi; Mini toracotomia laterale sinistra per fasciatura e scioglimento (stesso luogo; presente studio) vs toracotomia laterale sinistra per la fasciatura e sternotomia per l'intervento di scioglimento11: ● il primo è meno invasivo e ha un breve tempo di recupero, che migliora il successo dell'emodinamica a torace aperto eseguita due settimane dopo. Tuttavia, l'uso della stessa posizione per riapro il torace può aumentare il numero di complicazioni dovute ad aderenze (intorno all'atrio sinistro, all'arteria polmonare, ecc.). Supera questo problema avendo un'attenzione extra durante la procedura di banding. |
| Internalizzazione sutura |
Può essere prevenuto utilizzando: ● due suture di bande affiancate16; ● seta al posto del polipropilene11; ● clip in titanio o o-ring intorno all'aorta per indurre la sua costrizione21; ● doppio loop-clip thecnique15; ● polsino gonfiabile per effettuare bande aortiche sopracoronarie22. |
| Parametri fisiologici |
Durante l'intervento chirurgico è importante monitorare: ● frequenza cardiaca; ● ossigenazione del sangue, mantenendola al di sopra del 90% (specialmente durante la manupilazione dell'aorta); ● anestesia, mantenendola alla dose più bassa possibile senza infliggere disagio all'animale. |
Tabella 2: Fasi critiche del protocollo.

Figura 1: Strumenti chirurgici ultra fini utilizzati per le procedure di bande e di scioglimento. (A) 2 portaaghi e una lama bisturi; 2 cateteri per l'intubazione dei topi e una forbice; un bisturi, 2 forcep curve, un aiuto di legatura, una forbice microchirurgica, 3 forcette dritte; (B) e ago 26G e ago 26G smussato curvo per adattarsi correttamente alla piccola apertura toracica dei topi. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Procedura di bande aortica. (A) L'approccio toracico all'aorta ascendente eseguito con l'aiuto di un sistema di retrazione del fissatore magnetico (sono visibili 3 retrattori). (B) L'aorta ascendente è chiaramente sezionata e visibile. L'ago smussato e la sutura in polipropilene 6-0 sono posizionati nella posizione giusta per eseguire la fascia aortica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Procedura di scioglimento aortico. (A) Il mouse è posto in un sistema di retrazione magnetica, che rappresenta un pratico strumento per ritrarre i muscoli e i tessuti. Il mouse è intubato per la ventilazione meccanica. Una sonda rettale controlla la temperatura e un ossimetro viene posizionato sulla zampa destra dei topi per monitorare l'ossigenazione del sangue durante l'intervento chirurgico. La fibrosi e il tessuto aderente vengono accuratamente rimossi intorno all'aorta e alla sutura, per poter tagliare la sutura (B) e (C). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Progettazione sperimentale del protocollo per topi. Il rimodellamento miocardico (rosso) e il rimodellamento inverso (verde) sono mostrati in basso insieme a tutte le attività di valutazione. Da notare che la chirurgia di scioglimento può dare origine a due gruppi di animali con distinti gradi di rimodellamento inverso. Pertanto, abbiamo ottenuto il mouse DEB con recupero miocardico completo (DEB-COMP) e incompleto (DEB-INCOM). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Valutazione ecocardiografica della struttura e della funzione cardiaca. (A) Velocità del flusso aortico; (B) Massa LV; (C) Dimensioni ventricolari (diametro LV, LVD) e spessore della parete (parete posteriore LV, parete anteriore LVPW e LV, LVAW); (D) Flusso trasmittente (picco dell'onda doppler dell'impulso di velocità del flusso mitralico tardivo, A, e picco dell'onda doppler pulsata della velocità del flusso mitralico precoce, E) e (E) Velocità del tessuto anulare mitrale tardo diastolica, A'; velocità precoce del tessuto anulare mitrale diastolico, velocità del tessuto anulare mitralica E' e sistolica, S'). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Circuiti rappresentativi pressione-volume per gruppi SHAM, BA e DEB. I dati sono stati continuamente acquisiti a 1000 Hz e successivamente analizzati off-line dal software PVAN. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Ipertrofia miocardica e fibrosi valutate istologicamente. (A) Ipertrofia del ventricolo sinistro valutata dall'area sezionale dei cardiomiociti delle sezioni macchiate di ematossilina-eosina (HE) (5 μm) di SHAM (n = 17), BA (n = 14) e gruppo DEB (n = 12). (B) Fibrosi interstiziale ventricolare sinistra e immagini rappresentative di sezioni macchiate di Sirio Rosso (5 μm) da SHAM (n = 17), BA (n = 13) e DEB (n = 12). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Gli autori non hanno alcun conflitto di interessi.
Qui descriviamo un protocollo passo-passo di scioglimento dell'aorta chirurgica nel consolidato modello di topi di costrizione aortica. Questa procedura non solo consente di studiare i meccanismi alla base del rimodellamento inverso ventricolare sinistro e della regressione dell'ipertrofia, ma anche di testare nuove opzioni terapeutiche che potrebbero accelerare il recupero del miocardio.
Gli autori ringraziano la Fondazione portoghese per la scienza e la tecnologia (FCT), l'Unione europea, quadro de referência estratégico nacional (QREN), Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) e Programa Operacional Factores de Competitividade (COMPETE) per il finanziamento dell'unità di ricerca UnIC (UID/IC/00051/2013). Questo progetto è sostenuto da FEDER attraverso COMPETE 2020 – Programa Operacional Competitividade E Internacionalização (POCI), il progetto DOCNET (NORTE-01-0145-FEDER-000003), sostenuto dal programma operativo regionale Norte Portugal (NORTE 2020), nell'ambito dell'accordo di partenariato Portogallo 2020, attraverso il Fondo europeo di sviluppo regionale (FESR), il progetto NETDIAMOND (POCI-01-0145-FEDER-016385), sostenuto dai Fondi strutturali e di investimento europei, il programma operativo regionale di Lisbona 2020. Daniela Miranda-Silva e Patrícia Rodrigues sono finanziate da Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) con borse di studio (SFRH/BD/87556/2012 e SFRH/BD/96026/2013 rispettivamente).
| Assorbimento Lances | F.S.T | 18105-03 | Per assorbire i liquidi durante l'intervento chirurgico |
| Lame | F.S.T | 10011-00 | Per eseguire l'incisione cutanea |
| Buprenorfina | Buprelief | Analgesia farmaco | |
| Catutery | F.S.T | 18010-00 | Per prevenire il dissanguamento |
| Catutery tips | F.S.T | 18010-01 | Per prevenire batuffolo di cotone per dissanguamento |
| Johnson's | Per assorbire i liquidi durante l'intervento chirurgico | ||
| Crema depilatoria | Veet | Per delipare l'animale | |
| Copritavolo operatorio monouso | MEDKINE | DYND4030SB | Per coprire l'area chirurgica |
| Sonda ecografica | Siemens | Sequoia 15L8W | Acquisizione del segnale ecografico |
| Ecocardiografo | Siemens | Acuson Sequoia C512 | Acquisizione del segnale a ultrasuoni |
| Monitor CO2 di fine espirazione | Kent Scientific | CapnoStat | Per controllare la saturazione del gas di espirazione |
| Pinze/Pinzette | F.S.T | 11255-20 | Per sezionare i tessuti e l'aorta |
| Pinze/Pinzette | F.S.T | 11272-30 | Per sezionare i tessuti e l'aorta |
| Pinze/Pinzette | F.S.T | 11151-10 | Per sezionare i tessuti e l'aorta |
| Pinze/Pinzette | F.S.T | 11152-10 | Per sezionare i tessuti e l'aorta |
| Sistema di gas | Penlon Sigma Delta | Per anestesia e ventilazione meccanica | |
| Emostatici | F.S.T | 13010-12 | Per tenere la sutura prima di stringere l'aorta |
| Emostatici | F.S.T | 13011-12 | Per tenere la sutura prima di stringere l'aorta |
| Ausili per la legatura | F.S.T | 18062-12 | Per posizionare una sutura attorno all'aorta |
| Divaricatore magnetico | F.S.T | 18200-20 | Per aiutare a mantenere l'animale in una posizione corretta |
| Porta ago | F.S.T | 12503-15 | Per suturare l'animale |
| Ago 26G | B-BRAUN | 4665457 | Per fungere da stampo del diametro della costrizione aortica |
| Ossigeno | Aria Liquide | Per anestesia e ventilazione meccanica | |
| Sutura in polipropilene | Vycril | W8304/W8597 | Per suturare l'animale e fare la costrizione |
| di iodio povidone | Betadine® | Antisettico cutaneo | |
| PowerLab | Strumenti Millar | ML880 PowerLab 16/30 | PV loop Acquisizione del segnale |
| Pulsossimetro | Kent Scientific | MouseStat | Per controllare la frequenza cardiaca e la saturazione del sangue |
| Software | PVAN Strumenti | Millar | Per analizzare i dati emodinamici |
| Catetere PV loop | Strumenti Millar | SPR-1035. 1.4 F | PV loop Divaricatore di acquisizione del segnale |
| F.S.T | 17000-01 | Per fornire una migliore panoramica dell'aorta | |
| Impugnatura del bisturi | F.S.T | 10003-12 | Per eseguire l'incisione cutanea |
| Forbici | F.S.T | 15070-08 | Per tagliare la sutura nella chirurgia di debanding |
| Forbici | F.S.T | 14084-09 | Per tagliare altro materiale durante l'intervento chirurgico, ad es. sutura, papper |
| Sevoflurane | Baxter | 533-CA2L9117 | |
| Modulo di controllo della temperatura | Kent Scientific | RightTemp | Per controllare la temperatura corporea degli animali |
| Ventilatore | Kent Scientific | PhysioSuite | Per ventilare l'animale |
| Bagnomaria | Thermo Scientific™ | TSGP02 | Per mantenere la temperatura dell'acqua adeguata a riscaldare i catalizzatori del circuito P-V |