Articolo metodologico

Un modello chirurgico per l'innesto di tessuto adiposo bruno sulla superficie del cuore nei topi

680 visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/67289

⸱

11 luglio 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

In questo articolo

Sommario

È stato sviluppato un modello chirurgico unico per l'innesto di tessuto adiposo bruno sulla superficie del cuore nei topi. Questo modello può migliorare la comprensione degli effetti del tessuto adiposo epicardico (EAT) sulle malattie cardiache e il ruolo cardioprotettivo dell'imbrunimento dell'EAT.

Abstract

Dovrebbe essere sviluppato un modello murino per studiare gli effetti paracrini dell'imbrunimento del tessuto adiposo epicardico (EAT) sulle arterie coronarie e sul miocardio. Grazie alla sua speciale posizione anatomica e alla connessione diretta con la superficie del cuore, l'EAT è considerato non solo un organo di accumulo di energia, ma anche un regolatore paracrino essenziale coinvolto in molteplici malattie cardiovascolari. Diversi studi hanno indicato che l'imbrunimento dell'EAT ha un potenziale terapeutico promettente per le malattie cardiovascolari attraverso la transizione del fenotipo antinfiammatorio, il rilascio di fattori cardioprotettivi e vescicole extracellulari, tra gli altri meccanismi. La carenza congenita di EAT nei modelli di roditori limita la ricerca sperimentale sulla sua funzione nelle malattie cardiovascolari. Studi precedenti hanno utilizzato il trapianto di tessuto adiposo per studiare il crosstalk endocrino e paracrino tra il tessuto adiposo e altri organi. Ciò evidenzia la necessità di sviluppare un modello chirurgico per il trapianto di tessuto adiposo bruno (BAT) sulla superficie del cuore del topo per studiarne gli effetti paracrini sulle malattie cardiovascolari ed esplorare i potenziali benefici protettivi dell'imbrunimento EAT. In questo studio, questo studio stabilisce una procedura chirurgica unica per l'innesto di tessuto adiposo bruno sulla superficie del cuore nei topi e valuta la sopravvivenza dell'innesto e la vitalità del ricevente quattro settimane dopo l'operazione. Questo modello può essere applicato in esperimenti futuri per studiare l'imbrunimento dell'EAT.

Introduzione

Il tessuto adiposo epicardico (EAT) è un deposito di grasso eterogeneo e multifunzionale situato sulla superficie del cuore, che si attacca direttamente al miocardio e circonda le arterie coronarie principali senza tessuto connettivo tra di loro1. Grazie alla sua vicinanza anatomica al miocardio e alle arterie coronarie, l'EAT può secernere attivamente abbondanti e diversi biofattori in modo paracrino-dipendente per regolare le malattie cardiovascolari, come la fibrillazione atriale, l'aterosclerosi e l'insufficienza cardiaca 2,3,4. L'EAT potrebbe essere un fattore di rischio per le malattie cardiovascolari e si ritiene che l'EAT possa diventare un nuovo bersaglio terapeutico per i farmaci cardiometabolici5.

A differenza degli esseri umani, tuttavia, non c'è quasi nessun EAT evidente sulla superficie del cuore del topo. Infatti, la maggior parte degli esperimenti sull'EAT sono stati condotti in vitro a causa della mancanza di un modello animale sperimentale per osservare la funzione dell'EAT in vivo6. Pertanto, gli scienziati possono purificare e analizzare i secretomi EAT solo in vitro e non esiste un modello sperimentale applicabile per osservare appieno le reali funzioni di EAT in vivo. Stabilire un modello murino con EAT sarà, quindi, utile per chiarire come EAT esercita i suoi effetti unici sul miocardio prossimale e sulle arterie coronarie.

Il tessuto adiposo bruno (BAT) possiede una capacità termogenica intrinseca e migliora il metabolismo del glucosio7. Recentemente, i ricercatori hanno scoperto che il BAT può funzionare come tessuto cardioprotettivo per le malattie cardiache. Le piccole vescicole extracellulari secrete dal BAT sono coinvolte nella cardioprotezione indotta dall'esercizio fisico fornendo miRNA cardioprotettivi al cuore8. Il BAT può rilasciare 12,13-diHOME e NOS1 per migliorare la funzione cardiaca attraverso la regolazione del ciclo del calcio9. L'FGF21 derivato dal tessuto adiposo bruno attenua il rimodellamento cardiaco ipertensivo attivando il recettore A2A10. Inoltre, il BAT può rilasciare BMP3b, che riduce il danno miocardico nel danno da ischemia-riperfusione (I/R)11.

Questi studi indicano che il BAT svolge un ruolo cardioprotettivo nelle malattie cardiovascolari attraverso meccanismi endocrini. Ci sono anche prove che suggeriscono che i modelli di trapianto di BAT, in cui il BAT di un topo normale viene trapiantato nella regione interscapolare di un topo con dieta ricca di grassi, sono stati osservati per migliorare il metabolismo del glucosio e la sensibilità all'insulina, ridurre la massa grassa e migliorare l'adiposità nel topo ricevente. Il trapianto di BAT può esercitare i suoi effetti benefici attraverso vari meccanismi, tra cui il rilascio endocrino di citochine associate a BAT, l'attivazione del sistema nervoso simpatico, l'aumento dell'assorbimento di BAT dei trigliceridi e il miglioramento della tolleranza al glucosio e della resistenza all'insulina nei topi obesi12,13. Il trapianto di BAT può, quindi, servire come potenziale approccio terapeutico per le malattie cardiache.

Tuttavia, a causa delle differenze interspecie, i topi mancano di EAT sul cuore, rendendo poco chiari gli effetti paracrini del BAT sul cuore. Inoltre, non è noto se il trapianto in situ di BAT sulla superficie del cuore fornisca benefici superiori rispetto ad altre strategie.

Per valutare la funzione del BAT sul cuore e chiarire i suoi effetti paracrini sui cardiomiociti e sulle arterie coronarie, il nostro team mira a descrivere una procedura passo-passo per stabilire un modello microchirurgico per l'innesto di BAT in situ sul cuore del topo. A differenza del trapianto sottocutaneo, che può solo simulare le influenze endocrine della BAT, questo approccio consente lo studio delle interazioni paracrine dirette. Indicatori osservativi post-operatori di routine saranno impiegati per confermare il successo della colonizzazione e della sopravvivenza degli innesti di BAT attraverso l'instaurazione di un afflusso di sangue dalla superficie cardiaca del topo.

Protocollo

I protocolli sperimentali per l'ottenimento di tessuto adiposo sono stati esaminati e approvati dal Central South University Institutional Review Board. Il protocollo per l'uso degli animali elencato di seguito è stato esaminato e approvato dal Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali (approvazione n. 20230188) presso il Second Xiangya Hospital, Central South University, Cina, ai sensi del protocollo n. 2024054. Tutti gli esperimenti sono stati condotti nel rigoroso rispetto delle linee guida sulla sicurezza degli animali e sulla cura umana. Per questo studio sono stati utilizzati topi maschi selvatici C57/BL6 di età compresa tra tre e otto settimane, del peso di 12-25 g. Gli animali riceventi hanno ricevuto un'anestesia preventiva con buprenorfina a 0,1 mg/kg per via sottocutanea 1 ora prima dell'intervento chirurgico. Negli animali riceventi, la buprenorfina è stata risomministrata alla stessa dose dopo il trapianto e ridosata secondo necessità entro le prime 48 ore dopo l'intervento. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei materiali.

1. Prelievo di tessuto adiposo bruno (BAT) da donatore

  1. Anestetizzare il topo donatore di età compresa tra 3 e 8 settimane ponendolo in una camera di induzione riempita con isoflurano al 2% miscelato con 0,5-1,0 L/min di O2 al 100%. Per verificare la corretta profondità dell'anestesia, applicare pressione sul letto ungueale del topo o eseguire un test del riflesso di pizzicamento delle dita dei piedi.
  2. Posiziona il mouse in posizione prona su un termoforo e fissa i suoi arti con del nastro adesivo.
  3. Identificare la fossa scapolare spostandosi di circa 1 cm verso il basso lungo la linea mediana dalla pelle del collo per individuare una depressione.
  4. Radere i peli in questa posizione e disinfettare la pelle con iodio povidone tre volte.
  5. Praticare un'incisione longitudinale di circa 1 cm per esporre il tessuto adiposo all'interno della fossa scapolare. Separare accuratamente il tessuto adiposo bianco superficiale e lo strato muscolare per esporre il BAT sottostante, che appare rosso-brunastro su un lato. Raccogliere 30 mg di BAT per il trapianto.
  6. Lavare la BAT per rimuovere sangue e detriti utilizzando una soluzione salina sterile.
  7. Utilizzare le forbici oftalmiche per tagliare il BAT in piccoli pezzi (5 × 5 mm, circa 20 mg) e mantenerli in un terreno completo per la coltura tissutale a 37 °C durante la preparazione del topo ricevente.

2. Preparazione per il trapianto

  1. Sterilizzare gli strumenti microchirurgici utilizzando uno sterilizzatore per autoclave e indossare guanti sterili.
    NOTA: Sono necessari i seguenti strumenti chirurgici: forbici smussate, microforbici, micropinze, pinze curve grossolane (×2), pinze angolate fini a 45° (×2), forbici a molla angolate, divaricatore toracico, suture riassorbibili 2-0, suture in prolene 7/0 e un portaago.
  2. Disinfettare il campo operatorio con alcol isopropilico al 75%.
  3. Mantenere la temperatura corporea normale e una frequenza cardiaca stabile durante l'intervento chirurgico utilizzando un termoforo impostato a 37 °C ± 1 °C.
  4. Preparare gli applicatori di cotone da utilizzare in caso di sanguinamento.

3. Preparazione e intubazione del topo

  1. Rimuovere la pelliccia dalla scollatura al livello della metà del torace del topo ricevente usando la crema depilatoria.
  2. Anestetizzare il topo ponendolo in una camera di induzione riempita con isoflurano al 2% miscelato con 0,5-1,0 L/min di O2 al 100%. Una volta adeguatamente sedato, mantenere l'anestesia con isoflurano all'1,7% miscelato con 0,7 L/min di O2 al 100%.
  3. Posiziona il mouse in posizione supina su un termoforo e fissa i suoi arti con del nastro adesivo.
  4. Disinfettare il campo chirurgico con una soluzione complessa di iodio, seguita da alcol al 70%. Ripeti questo processo tre volte.
  5. Coprire il topo con un telo sterile, esponendo solo il campo chirurgico per evitare contaminazioni.
  6. Utilizzare un nuovo set di guanti sterili per ogni singolo topo.
  7. Metti un elastico sopra i denti anteriori per allungare il collo. Usando una pinza curva in una mano, manipola delicatamente la lingua di lato mentre usi l'altra mano per inserire un tubo endotracheale PE-90. Assicurarsi che la testa del mouse sia a livello del tubo per un corretto posizionamento.
  8. Verificare che il tubo sia inserito nella trachea piuttosto che nell'esofago. Praticare un'incisione longitudinale (~6-7 mm) nella cute cervicale per esporre la trachea, se necessario per la verifica.
  9. Collegare il tubo endotracheale a un ventilatore per roditori a ciclo volumetrico, impostando i parametri su 140 respiri/min e un volume corrente di 0,2 ml. Fissare il tubo con del nastro adesivo.
    NOTA: Indicatori di successo della ventilazione meccanica - I movimenti toracici del topo devono essere regolari e sincronizzati con la frequenza respiratoria del ventilatore.

4. Innesto EAT

  1. Eseguire un'incisione sternale sulla linea mediana partendo dalla tacca soprasternale. Praticare un'incisione di 1 cm lungo la linea mediana dello sterno (una linea bianca sulla parete toracica anteriore del topo) per esporre la parete anteriore del cuore. Ritrarre lo sterno utilizzando un divaricatore toracico al microscopio operatorio. Evitare di ferire i polmoni e l'arteria toracica interna durante la procedura.
  2. Utilizzare una pinza angolata a 45° a punta fine per separare e asportare delicatamente la mucosa epicardica intorno al cuore.
  3. Aprire il pericardio in corrispondenza della parete anteriore del ventricolo sinistro. Metti un piccolo pezzo pulito di BAT ricco di vasi sanguigni sulla superficie del cuore. Utilizzare una sutura in prolene 7/0 con due nodi chirurgici per fissare meccanicamente il BAT alla superficie del ventricolo sinistro. Evita di perforare la parete del cuore.
  4. Rimuovere il divaricatore toracico e pizzicare il deflusso del ventilatore per 2 secondi per rigonfiare i polmoni.
  5. Utilizzare una sutura riassorbibile 2-0 con un modello di sutura interrotto per chiudere la gabbia toracica.
  6. Utilizzare una sutura riassorbibile 2-0 con un modello di sutura continuo per chiudere lo strato cutaneo.

5. Assistenza post-operatoria

  1. Somministrare 0,3 mL di soluzione fisiologica normale per via intraperitoneale dopo l'operazione per la sostituzione dei liquidi.
  2. Somministrare buprenorfina (0,1 mg/kg) per via sottocutanea per alleviare il dolore da incisione e enrofloxacina (5 mg/kg) per prevenire l'infezione.
  3. Posiziona il mouse sotto una lampada riscaldante fino a quando non si sveglia dall'anestesia e ritorna alla decubito sternale, consentendo il libero movimento. Quindi, trasferisci il topo in una gabbia separata con cibo e acqua. Fornire una fonte di cibo a base di gelatina sul pavimento della gabbia per un facile accesso a causa del temporaneo movimento restrittivo minore del torace.
  4. Osservare il topo ricevente per 1 ora dopo l'intervento prima di rimetterlo nella gabbia. Ispezionare il topo tre volte al giorno per le prime 24 ore per monitorare l'attività e l'apporto nutrizionale. Monitorare i segni di dolore e angoscia per le prime 72 ore. Controlla le condizioni dell'animale ogni giorno e pesalo settimanalmente.
  5. Consultare un membro del personale veterinario se alcuni topi mostrano segni di dolore, angoscia o diminuzione dell'assunzione di mangime.
    NOTA: Se necessario, prendi in considerazione l'eutanasia precoce. La tecnica dell'eutanasia prevede un sovradosaggio di CO2 per 7 minuti, seguito da lussazione cervicale (seguendo protocolli istituzionalmente approvati). La necrosi, l'assorbimento o il rigetto dell'autotrapianto di BAT sono definiti come un endpoint specifico che induce l'eutanasia.

Risultati

Sulla base delle osservazioni degli esiti preoperatori, perioperatori e post-operatori, questo modello murino per l'innesto di tessuto adiposo bruno (BAT) sulla superficie del cuore è stato stabilito con successo. Il BAT è stato raccolto dalla regione scapolare del topo donatore, con ogni innesto di BAT del peso di circa 0,1 g.

La colorazione con ematossilina-eosina ha confermato la composizione e la struttura dell'innesto come BAT. A basso ingrandimento, è stato osservato un gran numero di adipociti bruni che formano strutture lobulari all'interno del tessuto connettivo lasso, che era ricco di capillari. Il citoplasma degli adipociti bruni conteneva numerosi piccoli vacuoli e i loro nuclei erano rotondi e situati centralmente. Ad alto ingrandimento, gli adipociti bruni mostravano somiglianze morfologiche con gli adipociti bianchi, ma avevano un diametro inferiore. I nuclei degli adipociti bruni erano rotondi o ovali e situati centralmente o eccentricamente all'interno della cellula. Il citoplasma era eosinofilo e conteneva più goccioline lipidiche di varie dimensioni, distribuite in tutto il citoplasma. Capillari e nervi erano visibili anche tra gli adipociti bruni. Il tessuto adiposo trapiantato è stato ulteriormente confermato come tessuto adiposo bruno attraverso la colorazione immunoistochimica per l'espressione di UCP1 (Figura 1). L'innesto di BAT è stato fissato con successo sulla parete anteriore del ventricolo sinistro (Figura 2).

Quattro settimane dopo il trapianto di BAT, non ci sono stati cambiamenti significativi nella dieta, nell'attività o nel peso corporeo nel topo ricevente. L'incisione toracica è guarita bene ed era completamente ricoperta di peli normali. Il topo ricevente è stato sacrificato (seguendo le linee guida etiche) e il cuore, insieme all'innesto epicardico di BAT, è stato rimosso per l'esame istologico. La colorazione con ematossilina-eosina ha dimostrato che l'innesto di BAT è rimasto vitale, mostrando caratteristiche istologiche tipiche del BAT e stabilendo la microcircolazione con il miocardio adiacente. Non ci sono stati segni di significativa infiltrazione di cellule infiammatorie o liquefazione del grasso. La colorazione tricromica di Masson ha rivelato la formazione di tessuto connettivo fibroso che circonda le suture utilizzate per fissare il tessuto trapiantato all'interno del miocardio. Il tessuto connettivo fibroso è stato osservato sia intorno che all'interno dell'innesto, ma non c'era alcuna compartimentazione apparente o rottura strutturale del tessuto adiposo. La colorazione immunoistochimica per CD31 e UCP1 ha inoltre indicato la formazione di neo-microvasi all'interno del BAT trapiantato e ha confermato la sopravvivenza di una parte degli adipociti bruni all'interno del trapianto (Figura 3).

figure-results-1
Figura 1: Isolamento e identificazione del tessuto adiposo bruno da topi donatori. (A,B) Tessuto adiposo bruno (BAT) (indicato da frecce bianche) raccolto da un topo donatore per il trapianto. (C) Colorazione immunoistochimica rappresentativa dell'espressione di UCP1 nel tessuto adiposo bruno (barra della scala = 100 μm). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-2
Figura 2: Stabilimento di modelli animali. Questa figura illustra la procedura per stabilire il modello animale. Una toracotomia mediana viene eseguita per esporre la parete anteriore del cuore utilizzando un divaricatore sternale. L'innesto di tessuto adiposo bruno (BAT) è fissato sulla superficie del cuore. L'incisione viene quindi chiusa utilizzando suture intermittenti per gli strati muscolari e cutanei. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-3
Figura 3: Valutazione dell'attecchimento del tessuto adiposo bruno sul cuore del topo a quattro settimane dal trapianto. (A) Cicatrice dell'incisione toracica anteriore mediana (freccia bianca). (B,C) Innesto di tessuto adiposo bruno (BAT) fissato all'apice del cuore (freccia bianca). (D) Immagini rappresentative di colorazione dell'ematossilina e dell'eosina (H&E) dell'allotrapianto BAT e del miocardio a quattro settimane dal trapianto (barra della scala = 100 μm). Il triangolo nero solido indica il miocardio, * indica l'innesto di BAT e le frecce nere indicano i capillari. (E) Immagini di colorazione tricromica del rappresentante Masson dell'allotrapianto BAT e del miocardio a quattro settimane dal trapianto (barra della scala = 200 μm). (F) Colorazione immunoistochimica dell'espressione di CD31 nell'allotrapianto BAT e nel miocardio a quattro settimane dal trapianto. Le frecce nere indicano un'espressione positiva di CD31 nell'allotrapianto (barra della scala = 100 μm). (G) Colorazione immunoistochimica dell'espressione di UCP1 nell'allotrapianto BAT e nel miocardio a quattro settimane dal trapianto (barra della scala = 50 μm). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussione

In questo studio, è stato stabilito con successo un modello chirurgico per il trapianto di tessuto adiposo bruno (BAT) sulla superficie del miocardio. Il tessuto adiposo epicardico (EAT) è un deposito di grasso unico nel suo genere che si collega direttamente al miocardio e alle arterie coronarie, condividendo una microcircolazione comune e facilitando una stretta diafonia tra di loro. Studi precedenti hanno indicato che l'EAT è associato a molteplici malattie cardiache, tra cui la malattia coronarica, la fibrillazione atriale e l'ipertrofia miocardica. Tuttavia, mentre questi studi hanno dimostrato che il volume di EAT è correlato all'estensione e alla gravità della malattia cardiaca, i meccanismi con cui l'EAT influenza la patologia cardiaca rimangono da chiarire 1,2,3,4,5,14,15,16.

D'altra parte, si ritiene che il BAT svolga un ruolo naturale nella protezione dei mammiferi dall'ipotermia. Il suo citoplasma contiene più piccole goccioline lipidiche multilocuari ed è arricchito con mitocondri. Il BAT è un tessuto adiposo termogenico che regola il dispendio energetico e mantiene l'omeostasi del glucosio e dei lipidi, rendendolo un potenziale bersaglio terapeutico per le malattie metaboliche e cardiovascolari 17,18,19. Alcuni studi clinici hanno indicato che il volume di BAT è correlato negativamente con le malattie cardiovascolari. Gli individui con un volume di BAT più elevato hanno tassi di prevalenza più bassi di diabete di tipo 2, malattia coronarica, dislipidemia, insufficienza cardiaca congestizia, malattia cerebrovascolare e ipertensione 7,20,21.

Uno studio precedente ha dimostrato che le piccole vescicole extracellulari (sEV) derivate da BAT sono assorbite dai cardiomiociti, sopprimendo l'attivazione della via MAPK 8 correlata all'ischemia/riperfusione miocardica (MI/R). Un altro studio ha rilevato che il BAT rilascia sEV contenenti microRNA cardioprotettivi, che contribuiscono alla cardioprotezione correlata all'esercizio22. Questi risultati illustrano i meccanismi alla base del crosstalk BAT-cardiomiociti ed evidenziano le sEV BAT e il loro contenuto di microRNA come potenziali candidati per la cardioprotezione indotta dall'esercizio. Inoltre, la neuregulina 4 derivata da BAT (Nrg4) ha dimostrato di mitigare l'infiammazione endoteliale e l'aterosclerosi nei topi maschi23, dimostrando ulteriormente le funzioni endocrine protettive di BAT nella salute cardiovascolare.

Inoltre, le analisi trascrizionali hanno rivelato che l'EAT umano esprime altamente marcatori di BAT come UCP-1, PRDM16 e PGC-1α, a livelli superiori a quelli trovati in altri depositi di grasso 5,6,24,25. Ciò suggerisce che l'EAT può funzionare parzialmente come BAT. Questi risultati supportano l'ipotesi che l'imbrunimento dell'EAT potrebbe proteggere il miocardio e le arterie coronarie dall'ipotermia e fungere da meccanismo di difesa contro l'ischemia o l'ipossia. Collettivamente, questi studi indicano che il BAT rilascia molteplici fattori bioattivi ed esercita effetti benefici e protettivi sul sistema cardiovascolare6.

In studi precedenti, i modelli di trapianto di BAT sono stati applicati a vari modelli di malattia per chiarire l'impatto del BAT sull'insorgenza e la progressione della malattia. Questi includono studi sull'influenza del trapianto di BAT nella sindrome dell'ovaio policistico (PCOS)26, il suo ruolo regolatorio nell'invecchiamento ovarico27 e i suoi effetti sul metabolismo di tutto il corpo 28,29. Tuttavia, gli effetti fisiopatologici del trapianto di BAT sul cuore non sono ancora stati studiati.

Essendo un organo in grado di secernere numerose molecole di segnalazione, il BAT influenza principalmente la fisiopatologia cardiovascolare in un organismo normale attraverso le vie endocrine, trasportando queste molecole al cuore o ai vasi sanguigni11. Tuttavia, non è chiaro se il BAT possa regolare direttamente la fisiopatologia cardiaca attraverso le vie paracrine. La definizione di un modello adatto e affidabile per il trapianto di BAT sulla superficie cardiaca faciliterebbe lo studio delle interazioni dirette tra BAT e cuore.

Dato che il BAT è anatomicamente localizzato nella regione interscapolare dei topi, il suo crosstalk con altri organi si basa principalmente sulla circolazione sistemica tramite segnalazione endocrina. Inoltre, alcuni studi hanno suggerito che il tessuto adiposo epicardico (EAT) ha il potenziale per subire una transizione di imbrunimento. Vari interventi dietetici, ambientali e farmacologici hanno dimostrato risultati promettenti nell'indurre l'imbrunimento dell'EAT nei pazienti obesi e/o con malattia coronarica (CAD). Questa transizione può aiutare a mitigare il microambiente ipossico e infiammatorio che aggrava il danno vascolare e accelera l'aterosclerosi coronarica 4,24,30. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per identificare i fattori e i percorsi specifici coinvolti nell'imbrunimento dell'EAT. Inoltre, sono necessari modelli animali sperimentali per esplorare la relazione tra il fenotipo EAT e gli esiti cardiovascolari associati al suo profilo infiammatorio squilibrato.

Uno dei principali limiti nello studio dell'EAT è che i roditori non hanno quasi nessun EAT evidente. Nell'uomo, lo studio dell'EAT fresco è anche impegnativo a causa della difficoltà nell'ottenere campioni, poiché ciò richiede la toracotomia. Studi precedenti hanno utilizzato un modello in cui il tessuto adiposo derivato da topi con dieta ricca di grassi è stato trapiantato nella cavità addominale di topi con infarto del miocardio per dimostrare che il tessuto adiposo diabetico può aggravare il danno da ischemia-riperfusione31. L'applicazione di modelli di trapianto di tessuto adiposo consente di esplorare gli effetti del BAT sul cuore tramite la segnalazione paracrina.

L'obiettivo principale dello sviluppo di questo modello è quello di studiare i potenziali effetti terapeutici del BAT come organo paracrino simile all'EAT per il miocardio e le arterie coronarie. In futuro, questo modello potrebbe essere utilizzato per studiare gli effetti cardioprotettivi del BAT nell'inibire la progressione della placca aterosclerotica, migliorare il danno ischemico miocardico e alleviare la fibrillazione atriale. Inoltre, può fornire prove circostanziali a sostegno dei benefici della promozione dell'imbrunimento EAT.

Nel 2013, un team di ricerca della Harvard Medical School ha trapiantato BAT nella cavità viscerale di topi riceventi collegando il tessuto al cuscinetto adiposo dell'epididimo per valutare i miglioramenti dell'omeostasi metabolica attraverso l'aumento della massa BAT32. In uno studio precedente degli anni '60, i ricercatori hanno isolato il BAT dalla regione interscapolare del donatore e lo hanno trapiantato sotto la capsula renale del ricevente per un periodo di 1-2 settimane. Inoltre, in un altro studio, il BAT è stato trapiantato nella camera oculare anteriore dei criceti ed è stata utilizzata l'analisi istologica per valutare se il BAT trapiantato è sopravvissuto a12. Tuttavia, la fattibilità e la sopravvivenza del trapianto di BAT nella regione epicardica dei roditori rimangono sconosciute.

La chirurgia epicardica nei topi è ora una procedura di routine per indurre modelli di infarto miocardico. È interessante notare che un team di ricerca ha somministrato con successo agenti farmacologici all'interno dello spazio/fluido pericardico in un modello suino, che è stato utilizzato per studiare la fibrillazione atriale, i periodi refrattari relativi e la cardiomiopatia ischemica. Sulla base di questi studi, è giustificato lo sviluppo di un modello di roditore per il trapianto epicardico di BAT attraverso procedure chirurgiche.

Sulla base dei risultati sperimentali, due pezzi di BAT sono stati separati dallo spazio interscapolare del topo donatore. Il BAT era ricoperto da tessuto adiposo sottocutaneo (SAT) e mostrava un colore più scuro rispetto al SAT, con un ricco afflusso di sangue. La colorazione con ematossilina ed eosina (H&E) del BAT ha rivelato che gli adipociti bruni contenevano goccioline lipidiche multilocuari più piccole ed erano altamente vascolarizzati, con globuli rossi presenti nel lume capillare. Ogni segmento di BAT raccolto pesava circa 30-40 mg. Tuttavia, l'innesto di BAT trapiantato era limitato a circa 20 mg, poiché un ulteriore allargamento dell'innesto ha portato alla mortalità del topo entro 1-2 giorni dall'intervento chirurgico. Una possibile causa di questo esito è lo spazio ristretto tra la cavità toracica e la parete anteriore del cuore. Un innesto relativamente grande può esercitare una pressione eccessiva, con conseguente potenziale tamponamento cardiaco.

L'anestesia è stata mantenuta tramite intubazione tracheale e la profondità dell'anestesia è stata monitorata osservando l'ampiezza e il ritmo delle fluttuazioni toraciche nel topo. È stata selezionata una toracotomia mediana per esporre la parete anteriore del cuore, facilitando il trapianto di BAT. Dato che l'EAT è direttamente collegato al miocardio e alle arterie coronarie senza che il tessuto connettivo le separi, il protocollo prevedeva l'apertura del pericardio, l'inserimento del BAT sulla superficie del cuore e quindi la sutura del pericardio.

Quattro settimane dopo il trapianto, i topi riceventi sono stati soppressi (seguendo le linee guida etiche) e le cavità toraciche sono state aperte per valutare l'integrazione e la sopravvivenza del BAT. Questi risultati confermano che l'allotrapianto BAT è sopravvissuto con successo.

In conclusione, è stato sviluppato con successo un modello chirurgico per l'innesto di BAT sulla superficie del cuore nei topi. Questo modello può migliorare la comprensione degli effetti dell'EAT sulle malattie cardiache e del potenziale cardioprotettivo dell'imbrunimento dell'EAT.

Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere interessi concorrenti.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (n. 81870623, 81770881, 81900286, 82100494, 82100944 e 82070910), dal Key R&D Plan della provincia di Hunan (2020SK2078) e dalla Natural Science Foundation della provincia di Hunan (2022JJ70055, 2021JJ40842 e 2022JJ40721)

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
1% penicillina/streptomicinaGibco, Invitrogen, New York, USA03-031-1BCSConservazione dei tessuti per l'innesto
10% Siero fetale bovino (FBS)Bovogen, Nuova Zelanda, Australia1907BConservazione dei tessuti per l'innesto
2-0 Suture assorbibiliShanghai Pudong Jinhuan Medical Products Company17Y1204JChiusura della pelle
Topi maschi C57BL/6J di età compresa tra 6 e 8 settimaneSJA Laboratory Animal Co., Ltd (Hunan, Cina) 
Suture 7/0 Prolene ShanghaiPudong Jinhuan Medical Products CompanyR731Fissaggio del tessuto adiposo marrone sul cuore
colorante rossa di alizarinaServicebio, Wuhan, CinaCR2203058Colorazione rossa di alizarina per innesto
Forbici a molla angolateStrumento chirurgico Jinzhong AziendaY3C040Dissezione e separazione dei tessuti
Blunt forbiciJinzhong strumento chirurgico AziendaJ22010Dissezione e separazione dei tessuti
Divaricatore toracicoTIGERGENE AziendaTG-CK-07PKRetrazione e fissaggio del torace
Corso pinza curvaStrumento chirurgico Jinzhong AziendaJD1060Dissezione e separazione dei tessuti
DMEM: F12 (1:1) medioGibco, Invitrogen, New York, USAC11330500BTConservazione dei tessuti per innesto
Fine 45° pinza angolataStrumento chirurgico Jinzhong AziendaY4E040Dissezione e separazione dei tessuti
IsofluranoShenzhen RuiWoDe Life Technology Co., LTDR510-22Anestesia gassosa del topo
Micro-pinzeStrumento chirurgico Jinzhong AziendaJD1050Dissezione e separazione dei tessuti
Micro-forbiciStrumento chirurgico Jinzhong AziendaY00030Dissezione e separazione dei tessuti
Porta agoStrumento chirurgico Jinzhong AziendaY3G150Ago di tenuta per la chiusura
Forbici oftalmicheStrumento chirurgico Jinzhong AziendaY3C060Dissezione e separazione dei tessuti
Microscopio operatorioMurzider AziendaMSD203Per il trapianto chirurgico di innesto di tessuto adiposo bruno
Ciclo volumetrico ventilatore per roditoriNanjing KEWBASIS Biotechnology Co.LTDKW-MZJ-ZAnestesia gassosa per topi
Soluzione

Riferimenti

  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).

Ristampe e permessi

Tag

Tessuto adiposo epicardicotrapianto di tessuto adiposomodello di cuore di topoeffetti paracrinimalattie cardiovascolaritrapianto di tessutobrowning dell EATfenotipo antinfiammatoriofattori cardioprotettivi

Questo articolo è stato pubblicato

Video in arrivo

Contattaci
Consiglia alla biblioteca

Privacy

Termini di utilizzo

Politiche

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Tutti i diritti riservati.