マウスにおける急性心筋梗塞のリアルタイム圧解析
2018年7月2日
マウスにおける急性心筋梗塞は、急性が不完全に特徴付けられる左心室 (LV) の機能変化を誘導します。LV カテーテル冠動脈閉塞を受けているマウスでは、左心室機能のリアルタイム評価手法として提供しています。
この方法は、急性心筋梗塞の早期保護メカニズムの特定など、心血管研究の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、心筋梗塞を受けたマウスで高度な血行動態特性評価をリアルタイムで実行し、その後に再灌流を行うことができることです。気管内挿管と虚血再灌流手術は、当研究室の生物学者であるPia Stockが行います。
動物に麻酔をかけた後、電動バリカンを使用して首と胸の毛を取り除きます。次に、ベタジンと70%アルコールを交互に3回スクラブして肌をきれいにします。次に、小さな手術用ハサミを使用して、下唇の下5ミリメートルと胸骨に向かって縦10ミリメートルの中央切開を行います。
次に、鉗子を使用して顎下腺の左右の部分を鈍く解剖します。次に、右傍気管領域の筋肉組織と脂肪組織を分離して、右コミューンの腐食動脈にアクセスします。湾曲した鉗子を使用して、血管を慎重に鈍く解剖し、血管の5〜10ミリメートルを動員して分離します。
腐食した体内の迷走神経を動かすことは、重度の低血圧や徐脈につながる可能性があるため、常に避けてください。血管の動員後、準備された2つの5/0シルク縫合糸を血管の下に通過させます。次に、きつい結び目を使用して遠位血管を結紮し、カテーテルが行く近位縫合糸に緩い結び目を置きます。
次に、露出した血管の近位端、縫合糸の近位に止血血管クランプを配置します。これは、血流を可逆的に遮断するために使用されます。次に、マイクロハサミを使用して、頭蓋結びの近位1ミリメートルにくさび形の切開部で血管を開きます。
小さな血滴が見えるはずです。次に、切開部を伸ばし、カテーテルを血管に10ミリメートル挿入します。次に、カテーテルプローブによって収集されたデータの記録を開始します。
次に、血管クランプを抜出し、切開部に生理食塩水を1〜2滴加えて、カテーテルを血管内にさらに10mmスライドさせます。次に、結び目を締めて、カテーテルを所定の位置に固定せずにカテーテルに沿って血液が逆流するのを防ぎます。次に、カテーテルが大動脈に到達したときに圧力分析で動脈血圧プロファイルが示されるまで、カテーテルをゆっくりと前進させ続けます。
大動脈弁では、軽い抵抗と引っ張り同期運動も感じられるはずです。カテーテルを大動脈弁を通して前進させようとするとき、カテーテルを5ミリメートル引き戻して再び前進させるのに役立ちます。適切な左心室カテーテル法は、拡張期血圧の変化によって示されます。
体積の変化は、センサーが左心室に進んでいることの指標でもあります。カテーテルが左心室にあることを確認したら、近位結び目をよりしっかりと固定して、カテーテルが動かないようにします。カテーテル挿入後、45分間の虚血を準備します。
まず、尾側胸骨から左腋窩にかけて皮膚を切開します。次に、肋骨を露出させるために2つの筋肉層の鈍い準備を進めます。次に、左肋骨の3本目と4本目の肋骨の間に切開して胸部を開きます。
外科用フックを使用して心膜にアクセスし、心臓を覆っている心膜を切除します。左主冠動脈結紮を続行する前に、動物に触れずに30秒間待って、有効な分析のための圧力と体積のデータを記録します。次に、左の主冠状動脈を特定します。
それは左のオラクルの下に現れ、心臓の左側から頂点に向かって下降します。次に、6/0ポリプロピレン縫合糸を左オラクルの2ミリメートル下の動脈の周りにループします。次に、ループの下に小さなシリコンチューブを置き、結び目で固定します。
遠位心筋が灰色に変わり始めたら、左主冠状動脈が閉塞しています。続行するには、縫合糸を1ミリメートルの長さで切断し、次に外科用フックを放し、切開部の上の筋肉層を手動で閉じます。その後、圧力と体積のデータを連続して記録しながら45分間待ちます。
45分後、切開部を再度開き、シリコンチューブを取り外して再灌流を誘導します。その後、さらに 20 分間データを記録します。心臓が赤に戻ると、再灌流は成功します。
再灌流期間の後、結び目を緩めてカテーテルを抜き、結び目をすばやく固定して、さらなる研究に血液が必要な場合に失血を防ぎます。テキストプロトコルに詳述されているキャリブレーション手順が完了したら、ソフトウェアガイド付きのデータ解析を実行します。ベースライン データについては、カテーテルが大動脈弁を通過する前に少なくとも 10 サイクル経過したことを強調表示します。
必要に応じて、換気や操作による逸脱のあるサイクルを除外します。次に、虚血と再灌流を通じて5分間隔で10サイクルブロックを分析します。この分析によって計算されたさまざまなパラメータは、左心室機能の特性評価に十分です。
実験の最後に、カテーテルが左心室から引っ込められた後、圧力データの最終分析を行います。プロトコルに続いて、左心室カテーテル法の後、可逆的な左主冠動脈結紮術が 45 分間行われ、続いて 20 分間の再灌流が行われました。容積と圧力カテーテルの正しい配置は、特徴的な左心室圧力-容積グラフを取得することにより確認されました。
左主冠状動脈の閉塞の成功は、遠位左心室心筋のブランチングによって視覚的に確認されました。左主冠動脈閉塞後、圧力と体積のデータを 5 分間隔で分析しました。圧力データは、最大左心室収縮期血圧に変化を示さず、末梢灌流が維持され、麻酔が安定していることを示しています。
左心室容積の解析により、虚血の初期段階では、駆出率と絶対脳卒中容積が有意に減少したことが明らかになりました。左心室収縮性のパラメータである圧力の最大変化は、心筋虚血を受けているマウスの30%の減少を示しました。圧力の最小変化も大幅に減少し、左心室コンプライアンスが損なわれていることを示しています。
このビデオを見た後、圧力容量カテーテル技術を使用して急性心筋梗塞を受けているマウスの左心室収縮期および拡張期機能を特徴付ける方法について十分に理解しているはずです。
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概要
本記事では、急性心筋梗塞モデルマウスにおける左室機能のリアルタイム評価のための新しい手法について解説します。この技術により、虚血および再灌流中の高度な血行動態特性の評価が可能になります。
研究の主要構成要素
科学分野
- 心血管研究
- 心筋梗塞
- 血行動態特性解析
背景
- 急性心筋梗塞は、左室機能に重大な変化をもたらします。
- 左室機能を評価する現在の手法は、多くの場合、限定的です。
- 本研究では、マウスにおける左室カテーテル法を用いた新しいアプローチを紹介します。
- リアルタイムモニタリングにより、早期の保護メカニズムに関する知見を得ることができます。
研究目的
- 急性心筋梗塞における左室機能を評価すること。
- 心血管イベントにおける早期の保護メカニズムを特定すること。
- 虚血および再灌流中の血行動態の変化に関する理解を深めること。
使用方法
- 麻酔のための気管内挿管。
- マウスを用いた虚血再灌流手術。
- 機能を評価するためのリアルタイム左心室（LV）カテーテル検査。
- 皮膚準備のためのベタジンおよびアルコールの使用。
主な結果
- マウスにおいて左室機能のリアルタイム評価が可能である。
- 高度な血行動態特性解析により、重要な知見が得られる。
- 本手法により、保護メカニズムの研究が可能となる。
- 心血管研究における潜在的な応用可能性は極めて高い。
結論
- この新しい手法は、心血管研究において有用なツールとなります。
- リアルタイムデータにより、心筋梗塞への理解を深めることができます。
- さらなる研究により、この方法論に基づいたより深い知見を得ることが可能です。
よくある質問
産業界における重要性
リアルタイムの圧力-容量分析により、急性心筋梗塞のマウスモデルにおける直接的な血行動態評価が可能となり、前臨床心血管研究における重要な課題が解消されます。このアプローチは、虚血および再灌流中の収縮能および拡張能に関する定量的かつリアルタイムなデータを提供することで、心保護戦略のメカニズム的なリスク低減を支援します。本手法は、疾患に関連した系において機能的な転帰を治療的介入に結びつけることで、早期探索における予測の信頼性を向上させます。
バイオファーマ研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：左室駆出率、一回拍出量、およびdP/dtを収縮性とコンプライアンスの指標として測定することにより、治療仮説の検証が可能になります。
- 運用的価値：心保護候補物質の経路特異的な効果を明らかにする客観的かつ定量的な血行動態エンドポイントを通じて、生物学的リスクの低減（de-risking）を支援します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： アッセイの標準化に適した、再現性のある圧力-容量ループおよび派生パラメータ（例：一回拍出量、駆出率、最大/最小 dP/dt）を生成します。
- 運用上の価値： リアルタイムで連続的な機能的リードアウトを提供することで、虚血再灌流傷害中の一過性の機能変化の検出を可能にし、スクリーニングへの対応を容易にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値：再灌流後の早期機能低下と不完全な回復を捉えることで、臨床的な表現型を反映し、トランスレーショナルなバイオマーカー開発と整合させる。
- 運用上の価値：虚血負荷時に1回拍出量および駆出率を維持または改善する化合物を特定することにより、リスク調整に基づいた開発進展の意思決定を可能にする。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、初期のターゲットバリデーションから前臨床段階の有効性試験に至る創薬の連続的なプロセスに統合され、虚血性心疾患モデルにおける分子メカニズムと臓器レベルの機能との間の定量的な架け橋となります。
- 探索生物学：分子介入を、圧力-容量関係および心拍出量の測定可能な変化に結びつけることで、仮説検証を支援します。
- スクリーニング：高い時間分解能を持つ、アッセイにそのまま利用可能な定量的血行動態出力を提供し、虚血および再灌流相における化合物の効果を評価します。
- 分析：派生指標（例：駆出率、一回拍出量、dP/dt）を提供し、収縮能、弛緩能、および心室-動脈カップリングの比較分析を可能にします。
- トランスレーショナル研究：急性心筋梗塞に見られる機能不全の経時的変化をモデル化することで、前臨床段階への連続性を確保し、バイオマーカーの相関解析を支援します。
- エンタープライズ再利用：複数の心血管疾患モデルおよび治療法に適用可能な、再利用可能な血行動態表現型解析プラットフォームを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：直接的な圧力-容量評価により、心血管ターゲットバリデーションにおけるメカニズム的な曖昧さを軽減し、予測の信頼性を向上させます。
- 運用的価値：定義された血行動態エンドポイントを伴うプロトコル化された手術およびカテーテル技術を通じて、標準化と再現性を高めます。
- 戦略的価値：機能的な悪化または回復の早期検出を可能にすることで、go/no-go判断を改善し、心血管プログラムにおける後期段階での失敗リスクを低減します。
- ポートフォリオへの影響：虚血性損傷時に射出率および一回拍出量を維持または改善する化合物を特定することで、リスク調整後の優先順位付けを支援します。
実施上の検討事項
- 総頸動脈の切開、左心室カテーテル挿入、および冠動脈結紮のための開胸術を含む、マウス外科的手技の専門知識が必要である。
- 高精度な圧力-容量カテーテルシステムと、容量および圧力信号のリアルタイム統合が可能な互換性のあるデータ収集ソフトウェアに依存する。
- データ収集中の血行動態の混乱による変動を最小限に抑えるため、標準化された麻酔管理と換気制御が必要である。
- ベースラインの心臓形状や心拍数が圧力-容量ループの解釈に影響を与える可能性があるため、マウスの系統やモデルに応じた適応上の検討が必要となる。
- 左心室への安定した長期的なカテーテル留置を実現するための技術的複雑さに制限があり、血管損傷や不整脈を避けるための細心の外科的スキルが要求される。
