本プロトコルでは、C57BL/6マウスにおける最適化されたガイドワイヤー誘発性大動脈弁狭窄モデルについて詳述します。カスタム3Dプリント製血管支持プラットフォームを用いることで、正確な止血管理が可能となり、24時間生存率は95%(19/20)、4週間後のモデル作製成功率は全体で90%(18/20)に達しました。
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方法論記事
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本プロトコルでは、C57BL/6マウスにおける最適化されたガイドワイヤー誘発性大動脈弁狭窄モデルについて詳述します。カスタム3Dプリント製血管支持プラットフォームを用いることで、正確な止血管理が可能となり、24時間生存率は95%(19/20)、4週間後のモデル作製成功率は全体で90%(18/20)に達しました。
大動脈弁狭窄症(AVS)は、高齢化に伴い有病率が増加している主要な心血管疾患ですが、疾患組織の入手困難さがメカニズムの研究や治療法の開発を著しく制限しています。本プロトコルでは、制御された出血管理を通じてHondaガイドワイヤー誘発性弁損傷法を改良し、再現性のあるAVSマウスモデルを確立および最適化します。雌雄のC57BL/6マウスにガイドワイヤーによる大動脈弁損傷を誘発させます。この手順は、カスタム3Dプリントされた血管支持プラットフォームによって改良されており、ガイドワイヤーの挿入および抜去時の正確な出血制御を実現します。評価項目には、24時間の生存率、4週目の心エコー評価、および組織病理学的検証が含まれます。最適化されたプロトコルでは、24時間生存率95%(20匹中19匹)を達成しました。生存個体のうち94.7%(19匹中18匹)が4週時点で事前に定義された血行動態的成功基準を満たし、心エコーおよび組織学的解析で確認された総合的なモデル成功率は90%(20匹中18匹)となりました。この標準化されたモデルは、弁変性のメカニズム解明および候補となる治療介入の評価のための、信頼性と再現性の高いプラットフォームを提供します。
心臓弁膜症は、人口の高齢化に伴い有病率が上昇しており、先進国と途上国の双方において依然として大きなヘルスケア上の負担となっています1。経カテーテル大動脈弁留置術(TAVI)は重症大動脈弁狭窄症の治療を一変させましたが2,3、弁変性を引き起こす細胞および分子メカニズムはまだ十分に解明されておらず、疾患の進行を遅らせる、あるいは逆転させるための承認された薬物療法は存在しません4,5。弁疾患研究における中心的な障害は、研究に利用可能な疾患組織が限られていることです6,7。ヒトの大動脈弁検体を十分な量で入手することは困難であり、病理学的な弁の変化を確実に再現できる動物モデルも同様に不足しています8。この乖離により、大動脈弁狭窄症(AVS)の血行動態的および組織学的特徴を再現する動物モデルの開発に向けた持続的な取り組みが進められてきました。
ApoE⁻/⁻マウスにおける長期的な高脂肪食負荷などの従来の食事アプローチでは、20~24週間を要し、かつ成功率も低く、決定的な狭窄表現型を示す動物はごく少数にとどまります9,10,11,12。Hondaらによって報告されたガイドワイヤー誘発性弁損傷モデルは、頸動脈経由で弁尖を機械的に損傷させることで、これらの欠点の多くを解消しました13。元の手法では、頸動脈の剥離、大動脈弁へのガイドワイヤーの逆行的な挿入、弁尖への繰り返しのスクラッチ、およびワイヤーの回転が行われ、これにより数日以内に急速な血行動態の変化が生じ、4週間までには安定した狭窄表現型が形成されます13,14,15,16。その相対的な迅速さと直接性から、Honda法は近年の心臓弁研究で広く採用されています。しかし、いくつかの重要な課題が残っています。手技の完全な詳細は文献に十分に記録されておらず、研究室間での標準化もなされていません。また、本モデルにおける周術期罹患率の主要な決定要因である止血管理の役割についても、体系的に論じられたことはありません。これらの不一致は再現性を低下させ、臨床へのトランスレータビリティを制限しています。
止血法の系統的な最適化によって、周術期の生存率とモデルの信頼性を有意に向上させることができるという仮説を立てました。本プロトコルでは、カスタム設計の3Dプリント血管支持プラットフォームを導入することで、Honda法をベースとした改良および標準化されたアプローチを提示します。このデバイスにより、頸動脈に対して縦方向の張力を調整可能となり、血管を圧迫することなく、ガイドワイヤーの挿入および抜去時の完全な一時的止血を実現できます。このアプローチを用いた最適化プロトコルでは、24時間生存率95%(20匹中19匹)を達成しました。また、生存個体のうち94.7%(19匹中18匹)が4週時点で定義済みの血行動態学的成功基準を満たし、モデル全体の成功率は90%(20匹中18匹)となりました。研究室間での再現性を高めるため、手順の詳細なステップバイステップのドキュメントを提供します。
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注記:本プロトコルに記載されているすべての動物実験は、「実験動物の飼育および使用に関するガイドライン」に従って実施され、西中国医院の施設動物ケアおよび使用委員会(IACUC)の承認を得て行われました(プロトコル番号:20240311055)。全過程を通じて、雄のC57BL/6マウス(8~10週齢、約22~25 g)および雌のC57BL/6マウス(8~10週齢、約18~20 g)を使用しました。カスタム3Dプリント血管支持プラットフォームを含む、本プロトコルで使用したすべての材料、試薬、器具、ソフトウェア、およびカスタムデバイスは、材料表に記載されています。
1. 術前準備および外科的切開
2. 血管の単離と縫合糸の配置
3. プラットフォームの適用と動脈切開
注意:手術前に、3Dプリント製プラットフォームを酸化エチレン(EtO)ガスで滅菌し、十分にエアレーションを行ってください。また、すべての金属製手術器具はオートクレーブで滅菌してください。
注意:酸化エチレンは毒性、可燃性、および発がん性があります。EtO滅菌は承認された施設のみで使用し、十分なエアレーション時間を設け、機関の廃棄物処理手順に従ってください。
4. ガイドワイヤーの挿入と弁損傷
5. ガイドワイヤーの抜去と創閉鎖
6. 超音波心エコーによる経弁血行動態の評価
7. 組織学的処理および大動脈根の染色
8. 偽手術手順
注:このセクションでは、シャム対照群の手順について説明します。シャム群のマウスには、大動脈ワイヤー損傷(AWI)群と同様に、麻酔、皮膚の処置、血管の露出、動脈切開、およびガイドワイヤーの逆行性挿入を行います。ガイドワイヤーは弁上レベルまで進めますが、大動脈弁を通過させず、機械的な弁損傷は行いません。
9. 統計解析および研究デザイン
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止血制御のための3Dプリントプラットフォームの開発
従来のガイドワイヤ誘発性AVSモデルにおける罹患および死亡の主因である術中出血に対処するため、3Dプリントによる血管支持プラットフォームが設計された(図1プラットフォームは、生体適合性(USPクラスVI/ISO 10993準拠)のある光硬化性樹脂を用い、光造形(SLA)方式の3Dプリントによって作製され、構造的な厚さは1.07 mmでした。プリント後、未硬化の樹脂を除去するためにパーツをイソプロピルアルコールで洗浄し、紫外線照射による後硬化を行いました。標準的なSLAシステムでプラットフォームを再現できるよう、完全な設計ファイル(.stp)を提供しています。このプラットフォームの頂点面は逆V字型になっており、頂角は 120° (図1A–B)、これは単離した右総頸動脈の湾曲に適合し、過度な壁圧迫を引き起こさない。複数の段階的なサイドノッチ
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本プロトコルでは、安定し安全な大動脈弁狭窄症の動物モデルについて詳細に解説します。この手法の特徴は、総頸動脈へのガイドワイヤー挿入を容易にする補助プラットフォームにある点です。このプラットフォームは、生体適合性光硬化性樹脂を用いたステレオリソグラフィー(SLA)方式の3Dプリントにより作製されており(構造上の厚さは1.07 mm)、頂角120°の逆V字型の頂部を備えています。設計ファイル一式は、補足資料の.stpファイルとして無料で公開されています。このデバイスを用いることで、ガイドワイヤーの円滑な挿入が可能となり、術中の出血量を客観的に制御できるため、モデルマウスの短期および長期的な生存率を確保することができます。最初の報告以降、ガイドワイヤー誘発モデルはさらに改良および特性評価が進んでおり、損傷強度を調整して軽度から重度までの狭窄を再現する段階的な重症度バリアントの作成17や、術後合併症に関する最近の報告18などが行われています。本プロトコルは、これらの研究成果に基づき、術中出血への系統的な対処法を提示するものです。
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著者は、競合する金銭的利益または利益相反がないことを宣言します。
本研究は、非感染性慢性疾患・国家科学技術重大プロジェクト(2026ZD0554300)、中国国家自然科学基金(U23A20395, 82170375, 82500455)、四川省自然科学基金(2026NSFSC0552)、中央大学基礎研究基金、中国西蔵自治区科学技術プロジェクト(XZ202501ZY0120)、および四川大学華西病院「1.3·5」プロジェクト(ZYGD23021, 23HXFH009)の支援を受けて行われました。また、小動物超音波検査にご協力いただいたQipu Feng氏(四川大学華西病院動物実験センター)に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3Dプリント血管支持プラットフォーム | 特注品 | N/A | 特注3Dプリント血管支持プラットフォーム。補足のCADファイルを.stp形式で提供。 |
| 4% パラホルムアルデヒド | Servicebio | G1101-3ML | 組織固定 |
| 5-0 ナイロン縫合糸 | Jinhuan Medical | F503 | 結節縫合による皮膚閉鎖 |
| 6-0 シルク縫合糸 | Jinhuan Medical | RC411 | 遠位RCCAの永久結紮および近位のスリップノット |
| 超音波伝達ジェル(予熱済み) | Keppler | KL-250 | 心エコー検査 |
| 生体適合性光硬化樹脂 | Formlabs | RS-F2-BMCL-01 | 特注3Dプリント血管支持プラットフォームの作製に使用したSLAプリント材料。 |
| C57BL/6 マウス (8–10 週齢; オス 22–25 g, メス 18–20 g) | GemPharmatech | C57BL/6 | 全工程で両性を使用し、標準条件下で飼育 |
| 酸化エチレンガス | 施設内滅菌設備 | N/A | 特注3Dプリント血管支持プラットフォームの滅菌。 |
| FreeCAD | FreeCAD Project Association | 1.1.1 | .stpファイルからのCAD可視化および3D構造図の作成。 |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | 9.0 | 統計解析およびグラフ作成 |
| ガイドワイヤー (直径 0.014-inch) | Boston Scientific | H749393071900 | 機械的大動脈弁損傷 |
| ヘマトキシリン・エオジン (H&E) 染色キット | Beyotime | C0105S | 弁葉の形態および厚さの評価 |
| イソフルラン | RWD Life Science | R510-22-2 | 導入 3%; 維持 1.5–2% (100% O2 中) |
| リドカイン | Shijiazhuang Pharmaceutical Group | H14024045 | 切開部位への事前の局所浸潤麻酔 (0.5%, ステップ 1.5) |
| マイクロサージェリー用鋏 | RWD Life Science | F11022-11 | 皮膚切開、動脈切開、開胸 |
| MX550D トランスデューサ (40 MHz) | FUJIFILM VisualSonics | MX550D | 心エコー検査 |
| Nair 除毛クリーム | Nair | 255 g | 頸前部および胸壁の除毛用 |
| リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) | Servicebio | G4202-100ML | 灌流 |
| 回転式ミクロトーム | Leica Biosystems | RM2125 RTS | 4–5 µm での連続切片作成 |
| 実体顕微鏡(手術用) | Olympus | SZX7 | 血管の分離およびマイクロサージェリー |
| Vevo 3100 高解像度超音波診断システム | FUJIFILM VisualSonics | Vevo 3100 | 心エコー検査 |
| Von Kossa 染色キット | Servicebio | G1043-20ML | 異栄養性石灰化の検出 |
| キシレン | Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd. | C0430530209 | パラフィン処理中の組織透明化。 |
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