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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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 lesione del palloncino dell'arteria carotide del ratto imita la procedura di angioplastica clinica eseguita per ripristinare il flusso sanguigno nei vasi aterosclerotici. Questo modello induce la risposta alle lesioni arteriose tendendo la parete arteriosa e denudendo lo strato intimale delle cellule endoteliali, causando infine rimodellamento e una risposta iperplastica intimale.
Le malattie cardiovascolari rimangono la principale causa di morte e disabilità in tutto il mondo, in parte a causa dell'aterosclerosi. La placca aterosclerotica restringe la superficie luminare nelle arterie riducendo così un adeguato flusso sanguigno agli organi e ai tessuti distali. Clinicamente, le procedure di rivascolarizzazione come l'angioplastica del palloncino con o senza posizionamento dello stent mirano a ripristinare il flusso sanguigno. Sebbene queste procedure ristabiliscono il flusso sanguigno riducendo il carico della placca, danneggiano la parete del vaso, che avvia la risposta di guarigione arteriosa. La risposta curativa prolungata causa la restenosi arteriosa, o restringimento, limitando infine il successo a lungo termine di queste procedure di rivascolarizzazione. Pertanto, i modelli animali preclinici sono parte integrante per l'analisi dei meccanismi fisiopatologici che guidano la restenosi e offrono l'opportunità di testare nuove strategie terapeutiche. I modelli Murine sono più economici e facili da usare rispetto ai grandi modelli animali. Le lesioni da palloncino o filo sono le due modalità di lesione comunemente accettate utilizzate nei modelli murini. I modelli di lesioni da palloncino in particolare imitano la procedura di angioplastica clinica e causano danni adeguati all'arteria per lo sviluppo della restenosi. Qui descriviamo i dettagli chirurgici per eseguire e analizzare istologicamente il modello modificato di lesione del palloncino carotide del ratto controllato a pressione. Inoltre, questo protocollo evidenzia come l'applicazione periadventitiale locale delle terapie può essere utilizzata per inibire l'iperplasia neointimica. Infine, presentiamo la microscopia a fluorescenza della scheda luminosa come un nuovo approccio per l'imaging e la visualizzazione della lesione arteriosa in tre dimensioni.
Le malattie cardiovascolari (CVD) rimangono la principale causa di morte in tutto ilmondo 1. L'aterosclerosi è la causa alla base della morbilità e della mortalità legate alla CVD. L'aterosclerosi è l'accumulo di placca all'interno delle arterie che si traduce in un lume ristretto, ostacolando una corretta perfusione sanguigna agli organi e ai tessuti distali2. Gli interventi clinici per il trattamento dell'aterosclerosi grave includono angioplastica a palloncino con o senza posizionamento dello stent. Questo intervento prevede l'avanzamento di un catetere a palloncino verso il sito della placca e l'gonfiamento del palloncino per comprimere la placca alla parete arteriosa, allargando l'area luminare. Questa procedura danneggia l'arteria, tuttavia, avviando la risposta alle lesioni arteriosa3. L'attivazione prolungata di questa risposta alle lesioni porta alla restenosi arteriosa, o restringimento, secondaria all'iperplasia neointimica e al rimodellamento dei vasi. Durante l'angioplastica lo strato intimale viene denudato di cellule endoteliali che portano al reclutamento immediato delle piastrine e all'infiammazione locale. La segnalazione locale induce cambiamenti fenotipiche nelle cellule muscolari lisce vascolari (VSMC) e nei fibroblasti accidentali. Ciò porta alla migrazione e alla proliferazione di VSMC e fibroblasti verso l'interno verso il lume, portando all'iperplasia neointimica4,5. Le cellule progenitrici circolanti e le cellule immunitarie contribuiscono anche al volume complessivo della restenosi6. Se del caso, gli stent di eluizione dei farmaci (DES) sono lo standard attuale per inibire la restenosi7. Il DES inibisce la rialtelializzazione arteriosa, tuttavia, creando così un ambiente pro-trombotico che può causare trombosi late in-stent8. Pertanto, i modelli animali sono parte integrante sia per comprendere la fisiopatologia della restenosi, sia per sviluppare migliori strategie terapeutiche per prolungare l'efficacia delle procedure di rivascolarizzazione.
Diversi modelli animali grandi epiccoli 9 sono utilizzati per studiare questa patologia. Questi includono la lesione delpalloncino 3,10 o lesione delfilo 11 del lato luminare di un'arteria, così come la legatura parziale12 o il posizionamento del polsino13 intorno all'arteria. Il palloncino e la lesione del filo denudano entrambi lo strato endoteliale dell'arteria, imitando ciò che accade clinicamente dopo l'angioplastica. In particolare, i modelli di lesioni da palloncino utilizzano strumenti simili a quello dell'ambiente clinico (ad esempio, catetere a palloncino). La lesione del palloncino è meglio eseguita nei modelli di ratti, poiché le arterie del ratto sono di dimensioni appropriate per i cateteri a palloncino disponibili in commercio. Qui descriviamo una lesione arteriosa segmentale controllata dalla pressione, una versione ben consolidata e modificata della lesione del palloncino dell'arteria carotide del ratto. Questo approccio controllato dalla pressione imita da vicino la procedura di angioplastica clinica e consente la formazione di iperplasia neointimica riproducibile due settimane dopo lalesione 14,15. Inoltre, questa lesione arteriosa controllata dalla pressione si traduce in un completo ripristino dello strato endoteliale entro 2 settimane dall'interventochirurgico 16. Ciò contrasta direttamente con il modello originale di lesione del palloncino, descritto da Clowes, dove lo strato endoteliale non ritorna mai alla coperturacompleta 3.
Dopo l'intervento chirurgico, le terapie possono essere applicate o dirette verso l'arteria ferita attraverso diversi approcci. Il metodo descritto nel presente documento utilizza l'applicazione periadivenzionale di una piccola molecola incorporata in una soluzione di gel pluronico. Nello specifico, applichiamo una soluzione di aldeide cinnamica da 100 μM nel gel Pluronic-F127 al 25% all'arteria immediatamente dopo la lesione per inibire la formazione di iperplasia neointimica15. Pluronic-F127 è un gel atossico e termo-reversibile in grado di fornire farmaci localmente in modo controllato17. Nel frattempo, le lesioni arteriosa sono locali, quindi l'amministrazione locale consente di testare un principio attivo riducendo al minimo gli effetti fuori bersaglio. Tuttavia, l'erogazione efficace di una terapia utilizzando questo metodo dipenderà dalla chimica della piccola molecola o del biologico utilizzato.
Tutti i metodi qui descritti sono stati approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill.
1. Procedure preoperatorie
2. Procedure operative
3. Procedure postoperatorie
4. Raccolta e imaging dei tessuti

La figura 1 mostra tutti i materiali e gli strumenti chirurgici utilizzati per eseguire questo intervento chirurgico. La colorazione di ematossilina ed eosina (H&E) di sezioni trasversali arteriosa ferite di due settimane consente una chiara visualizzazione dell'iperplasia neointimica. La figura 2 mostra immagini rappresentative di sezioni trasversali arteriosa macchiate di H&E di un'arteria sana, ferita e trattata. La figura 2 descrive anche come quantificare il livello di iperplasia neointimica in un'arteria ferita utilizzando ImageJ, un software di elaborazione delle immagini ampiamente utilizzato. Utilizzando questo approccio, il perimetro del neointima, così come la lamina elastica interna ed esterna sono tracciati per quantificare le rispettive aree. Il metodo di lesione segmentale controllato dalla pressione che descriviamo si traduce in un rapporto intima-mediale di 0,80 con una deviazione standard di 0,29 (2 diversi chirurghi e n = 11 ratti). Il trattamento con applicazione periadventitiale di CA in Pluronic si traduce in un'inibizione dell'iperplasia neointimica, come abbiamo mostrato prima (riduzione del 61% della percentuale di occlusione)15.
La figura 3 fornisce un'illustrazione per la creazione di un'arteriotomia ottimale alla biforcazione dell'ECA e dello STA. Infine, la figura 4 mostra come la microscopia a fluorescenza a fogli leggeri possa essere utilizzata per visualizzare l'intera regione di lesione lungo la lunghezza dell'arteria. La colorazione CD31 per visualizzare le cellule endoteliali che rivestono lo strato intimale può essere eseguita su arterie fisse. Le arterie possono quindi essere incorporate nell'1% di agarosio e cancellate utilizzando il metodo iDISCO+ per omogeneizzare l'indice di rifrazione del campione20. Quindi le arterie possono essere immagini in un microscopio a fluorescenza del foglio luminoso e le immagini possono essere rese utilizzando un software per quantificare il rapporto I:M. Utilizzando questo approccio, abbiamo ottenuto un rapporto I:M di 0,86, che è in accordo con i risultati H&E.
| Numero sezione | Riferimento |
| 10 sezioni | 27 |
| 8 sezioni | 28 |
| 6-10 sezioni | 29 |
| 6 sezioni | 30 |
| 5 sezioni | 31 |
| 3 sezioni | 32 |
La tabella 1. Numero comunemente usato di sezioni trasversali arteriosa per l'analisi dell'iperplasia.

Figura 1. Strumenti e strumenti chirurgici. In senso orario a partire dall'angolo superiore sinistro dell'immagine: (A) Tamponi di cotone; (B) Soluzione di betadina; (C) Garza; Dsoluzionedi alcole etilico al 70%; (E) siringhe 1cc con ago; (F) Atropina; (G) Ritrattori; graffette piegate utilizzate qui; (H) Rimadyl; (I) Morsetto microsirifirina che applica pinze; (J) Portaaghi; (K) sutura di nylon 4-0; (L) 4-0 vicril sutura; (M) Tende sterili; (N) Forbici Mayo; (O) Forcep standard; (P) Pini curvi fini; (Q) Forbici a microdisezione; (R) Micro morsetti di serrefina; (S)Forbici fini; (T) Pin a T; (U) Hemostat curvi; (V) Tre suture di Prolene 7-0 tagliate a circa 1 pollice; (W) 100 μL di gel pluronico-127 al 25%; (X) Unguento oculare lubrificante; ( Y ) 2 catetere di embolectomia a palloncino francese insoluzionesalina sterile; (Z) Insufflator. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Colorazione ematossilina ed eosina (H&E) e analisi delle sezioni trasversali dell'arteria carotide di ratto. (A) Sezione trasversale di arteria carotide destra sana e illesa. IEL = Lamina elastica interna, ANGUILLA = Lamina elastica esterna. (B) Sezione trasversale dell'arteria carotide sinistra ferita di due settimane trattata con il veicolo Pluronic-F127. (C) Sezione trasversale dell'arteria carotide sinistra ferita di due settimane trattata con aldeide cinnamica da 100 μM. Barra di scala = 100 μm. (D) Schema di sessificazione delle arterie congelate per quantificare le lesioni. La diapositiva 1 inizia dalla biforcazione e vengono prese sei sezioni arteriosa di 5 μm di larghezza per diapositiva. Il sessatura in genere continua a scivolare 70 poiché la lesione di solito si verifica prima di questa diapositiva. (E) Sezione trasversale dell'arteria carotide sinistra ferita trattata con veicolo Pluronic (B). La linea nera più interna traccia il neointima e delinea l'area luminare. La linea giallo centrale delinea l'area della lamina elastica interna, o intima tunica. La linea blu esterna delinea l'area della lamina elastica esterna, o tunica adventitia. Barra di scala = 100 μm. (F) Calcoli utilizzati per misurare la percentuale di occlusione del recipiente e il rapporto intima:media (I:M) sulla base delle misurazioni ottenute da (E). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3. Creazione dell'arteriotomia. Illustrazione dei passaggi per creare un'arteriotomia corretta ed evitare un tratto falso. CCA = Arteria carotide comune, ECA = Arteria carotide esterna, ICA = Arteria carotide interna, OA = Arteria occipitale, STA = Arteria tiroidea superiore. Isolare la biforcazione tra i rami ECA e STA. Sezionare questa biforcazione fino a quando l'area non cambia in un colore più luminoso, indicando il diradamento della parete arteriosa, quindi creare un'arteriotomia usando forbici a microdisezione. Sollevare l'arteriotomia usando forcep fini per facilitare l'inserimento del palloncino. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4. Microscopia a fluorescenza del foglio luminoso per visualizzare le lesioni arteriosa. Sezioni trasversali longitudinali lungo la lunghezza dell'arteria carotide comune da un ratto Sprague Dawley di 14 settimane con una sezione trasversale rappresentativa sottostante. Le arterie sono macchiate di CD31 e contrososteniate con AF647. (A) Sezioni trasversali di arteria carotide destra sana e illesa. Bianco = CD31, Verde = Lamina Elastica, L = Lume, Barra scala = 200-500 μm. (B) Sezioni trasversali dell'arteria carotide sinistra ferita trattata con veicolo Pluronic-F127. Le punte di freccia indicano regioni di iperplasia neointimica. (C) Rapporto intima con media (I:M) dell'arteria carotide illesa e ferita, con valore esatto indicato per ciascun gruppo (n=1). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Gli autori dichiarano che non vi sono conflitti di interesse per quanto riguarda la pubblicazione di questo manoscritto.
La lesione del palloncino dell'arteria carotide del ratto imita la procedura di angioplastica clinica eseguita per ripristinare il flusso sanguigno nei vasi aterosclerotici. Questo modello induce la risposta alle lesioni arteriose tendendo la parete arteriosa e denudendo lo strato intimale delle cellule endoteliali, causando infine rimodellamento e una risposta iperplastica intimale.
N.E.B. è stato supportato da una borsa di formazione del National Institute of Environmental Health Sciences (5T32ES007126-35, 2018) e da una borsa di studio pre-dottorato dell'American Heart Association (20PRE35120321). E.S.M.B. è stato uno studioso KL2 parzialmente supportato dall'UNC Clinical and Translational Science Award-K12 Scholars Program (KL2TR002490, 2018) e dal National Heart, Lung, and Blood Institute (K01HL145354). Gli autori ringraziano il Dott. Pablo Ariel del Laboratorio servizi di microscopia UNC per l'assistenza con LSFM. La microscopia a fluorescenza a fogli leggeri è stata eseguita presso il Laboratorio servizi di microscopia. Il Laboratorio servizi di microscopia, Dipartimento di Patologia e Medicina di Laboratorio, è supportato in parte da P30 CA016086 Cancer Center Core Support Grant all'UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center.
| Siringa da 1 mL | Fisher | 14955450 | |
| Siringa da 1 mL con ago | BD | 309626 | |
| 2 French Fogarty Balloon Embolectomy Catetere | Edwards LifeSciences | 120602F | |
| Sutura 4-0 Ethilon (Nylon) | Ethicon Inc | 662H | |
| 4-0 Sutura Vicryl Ethicon | Inc | J214H | |
| 7-0 Sutura Prolene | Ethicon Inc | 8800H | |
| 70% alcol | etilico | ||
| Anti-Coniglio Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A21245 | |
| Atropina Solfato | Vedco Inc | per uso veterinario | |
| Cotton Swabs | Puritan | 806-WC | |
| Emostatici curvi Strumenti per | lescienze fini | 13009-12 | |
| Pinze curve fini | Strumenti per la scienza | fine11203-25 | |
| Forbici fini | Strumenti per la scienza fine | 14090-11 | |
| Garza | Covidien | 2252 | |
| Diluente IHC-Tek (pH 7,4) | IHC World | IW-1000 | |
| Insufflatore | Merit Medical | IN4130 | |
| Soluzione | |||
| di iodioUnguento lubrificante per gli occhi | Dechra | per uso | |
| veterinario Forbici Mayo | Strumenti per le scienze | 14010-15 | |
| Micro Serrefines Strumenti per le | scienze fini | 18055-05 | |
| Forbici per microdissezione | Strumenti per le scienze fini | 15004-08 | |
| Morsetto per micro-serraraffine Applicazione di pinze | Strumenti per le scienze fini | 18057-14 | |
| Porta aghi | Fine Science Tools | 12003-15 | |
| Pluronic-127 (diluito in acqua sterile) | Sigma-Aldrich | P2443 | Coniglio preparato al 25% |
| Anti-CD31 | Abcam | ab28364 | |
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| Pinza standard | Fine Science Tools | 11006-12 | |
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| T-Pins |