低酸素/SU5416モデルを用いたマウスにおける肺高血圧の誘導と特徴づけ
2020年6月3日
このプロトコルは、低酸素症への暴露およびVEGF受容体拮抗薬の注射に基づくマウスにおける肺高血圧(PH)の誘導について説明する。動物は、プロトコルの開始から3週間後にPHおよび右心室(RV)肥大を発症する。モデルの機能的および形態的特徴付けも提示される。
このプロトコルは、肺高血圧症を誘発し、右心室の機能測定を行うために使用することができる。Sugen低酸素モデルは、実装が容易であり、誘導後2〜3週間以内に肺高血圧症の特徴の一部を再現することができます。このモデルを用いて、疾患の発症に関与する新しい経路を特定できる。
私たちは、新しいターゲットを特定し、その治療の可能性をテストすることができます。誘導手順を開始する前に、低酸素室の近くに窒素タンクを固定し、酸素コントローラを10%酸素の位置に設定します。次に、25ゲージ針を備えた1ミリリットルシリンジに作りたてのSU5416溶液をロードし、注入する最初の動物を手動で拘束する。
皮膚をつかんで背骨に平行なテントを形成し、マウスによる咬傷の可能性を避けるために、頭の後ろをつかむことを確認します。緩い皮膚の側面の上に皮下に針を挿入し、皮膚に平行に折り畳まれ、注射器の内容物の100マイクロリットルを提供します。10秒後、針を引き出し、動物をケージに戻します。
すべての動物が注射されたら、マウスを換気された低酸素室に入れます。低酸素暴露の場合、チャンバーに酸素レベルを測定し、3日ごとに20分以下の間、洗浄し、食べ物と水を加えるためにチャンバーを開けるための酸素センサーが装備されていることを確認してください。毎日動物にストレスの兆候がないか検査し、毎週3週間連続してSU5416注射を繰り返します。
圧力測定手順を開始する前に、Yチューブコネクタを準備し、手動モードで換気装置の機能を確認します。気圧を避けるために、吸気圧を1センチメートル未満の水に設定し、呼吸数を毎分110呼吸に設定します。20ゲージの血管内カテーテルを切断して気管内チューブを作成し、圧力量制御ユニットをオンにします。
データ取得ソフトウェアを開始し、37°Cの水浴でPBSの15ミリリットル遠心分離管に圧力体積カテーテルを置きます。次に、メーカーのプロトコルに従ってカテーテルを較正します。マウスを加熱パッドの上に置き、体温を監視するための直腸プローブを設置します。
次に、麻酔マウスのつまみつまみへの反応が無い場合を確認し、首と胸部を剃ります。外科用テープでマウスの手足を固定し、内側頸部皮膚に1センチメートルの切開を行います。綿の先端アプリケーターを使用して、耳下腺と顎下唾液腺をぶっきらぼうに分離して、気管の根底にある筋肉を露出させる。
慎重に気管を完全に露出するために筋肉をカットし、気管軟骨の間に小さな切開を作るためにはさみを使用しています。準備した気管内チューブを挿入し、血管内カテーテルの金属ガイドを取り外します。次に、カテーテルを人工呼吸器に接続し、手動で肺を静かに膨らませて気管管の位置を確認します。
テープでポジションを固定します。右心室圧測定の場合、シフォイドプロセスと上腹部に1センチメートルの皮膚切開を行い、中線からシフォイドに遠位し、両側を慎重に横方向に移動させ、胸と腹壁の上に皮膚を分離します。腹腔を開き、横隔膜を慎重に切り、鼓動する心臓または肺を傷つけないように注意する。
そして、綿の先端のアプリケーターを使用して、心膜を穏やかに取り除きます。マウスの近くに圧力カテーテルを持ってきて、右心室の非定型遠位部分に刺し傷を作るために針を装備した綿の先端のアプリケーターを使用する。慎重に圧力カテーテルで針を交換し、肺動脈に面した先端と右心室の方向に平行に圧力カテーテルを挿入します。
カテーテルの正しい位置を確認するために圧力波のトレースを見てください。圧力信号が安定したら、呼吸を一時停止し、少なくとも3つの測定値を得ます。すべての測定が記録されたら、慎重に水浴中のPBS充填遠心管にカテーテルを戻します。
ここで、観察期間の終わりに右心室圧の代表的な圧力曲線および定量的な分析が示されている。低酸素症とSU5416治療後の再モデリングされた肺動脈の組織学的分析は、ノルモキシ動物と比較して内側壁の厚さの増加を明らかにする。心筋細胞肥大を評価する小麦胚芽凝集剤染色は、低酸素とSU5416曝露が心筋細胞サイズおよび右心室肥大の著しい増加をもたらすことを示す。
また、フルトン指数の測定による右心室肥大の形態評価は、低酸素動物における右心室肥大の増加を確認する。これは研究の結果に悪影響を及ぼす可能性があるため、出血を避けるために機能測定を行うことが重要です。このプロトコルは、わずかな変更を伴うラットの肺高血圧症を誘発するためにも使用することができる。
特に、ラットにおける唯一のSugen注射は、肺高血圧を誘発するのに十分である。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
このプロトコルは、低酸素暴露とVEGF受容体拮抗剤注射によってマウスに肺高血圧（PH）を誘発させる方法を説明しています。このモデルにより、3週間以内にPHと右心室肥大の機能的および形態測定学的特徴付けが可能になります。
主要な研究構成要素
科学分野
- 神経科学
- 心血管生物学
- 病態生理学
背景
- 肺高血圧は心血管系に影響を与える重大な状態です。
- PHの背後にあるメカニズムを理解することで、新しい治療標的につながる可能性があります。
- Sugen低酸素モデルは、マウスのPHを研究するために広く使用されている方法です。
- VEGF受容体拮抗剤は、PHの発症に関与しています。
研究の目的
- 管理されたマウスモデルで肺高血圧を誘発すること。
- 右心室の機能測定を行うこと。
- PHの新しい経路と治療標的を特定すること。
使用された方法
- 酸素レベルを10%に設定して低酸素を誘発すること。
- VEGF受容体をブロックするためにSU5416を注射すること。
- 右心室の機能と形態のモニタリング。
- 3週間の期間にわたるモデルの特徴付け。
主要な結果
- 肺高血圧と右心室肥大の発症。
- 機能測定により、右心室の性能に重大な変化が見られました。
- 肺高血圧と一致する形態学的変化が観察されました。
- 治療のための潜在的な新しい治療標的の特定。
結論
- Sugen低酸素モデルは肺高血圧を効果的に模倣します。
- このモデルは、PHに関与する新しい経路を探索するために使用できます。
- 将来の研究では、このモデルを治療試験に活用できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
The hypoxia/SU5416 mouse model provides a rapid, cost-effective system for interrogating vascular remodeling and right ventricular dysfunction in pulmonary hypertension, enabling early-stage target validation and mechanistic de-risking. Its compatibility with wild-type and genetically modified mice supports pathway interrogation and therapeutic hypothesis testing within a three-week timeframe. This model bridges discovery biology and preclinical evaluation by delivering quantifiable hemodynamic and histological readouts that inform portfolio triage and risk-adjusted decision-making.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of VEGF signaling pathways and identification of novel therapeutic targets involved in pulmonary vascular remodeling.
- Operational Value: Supports rapid phenotypic screening of genetic or pharmacological interventions using standardized induction and measurement procedures.
- Predictive Value: Facilitates biological de-risking by modeling key histopathological hallmarks of human Group 1 pulmonary hypertension, including medial wall thickening and right ventricular hypertrophy.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative dependent variable outputs such as right ventricular pressure via catheterization and Fulton index for hypertrophy assessment.
- Operational Value: Delivers reproducible, low-variance measurements when combined with standardized hypoxia exposure and weekly SU5416 dosing.
- Scalability: Enables platform reuse across wild-type and knockout models without requiring surgical expertise, supporting high-throughput target validation campaigns.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Provides a disease-relevant system that mimics human pulmonary hypertension pathophysiology, allowing evaluation of target engagement and pathway modulation.
- Operational Value: Supports prevention and therapy studies through reversible phenotype upon normoxia return, enabling washout and rechallenge designs.
- Translational Continuity: Connects early discovery to preclinical validation by delivering functional (RV pressure) and structural (vascular remodeling, cardiomyocyte hypertrophy) endpoints aligned with clinical biomarkers.
Pipeline & Workflow Integration
The model fits within the discovery-to-preclinical continuum, supporting early target identification, assay validation, and mechanistic de-risking before lead optimization.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of VEGF-dependent and independent pathways in pulmonary hypertension through inducible, reversible vascular injury.
- Screening: Delivers assay-ready biological systems with standardized induction (10% oxygen, weekly SU5416) and quantifiable outputs (RV pressure, Fulton index, histological thickening).
- Analytics: Provides functional hemodynamics and morphometric readouts that allow cross-group comparison and effect size estimation for target prioritization.
- Translational Research: Offers mechanistic insight into right ventricular adaptation and pulmonary artery remodeling, supporting biomarker-aligned go/no-go decisions.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable phenotypic platform for iterative testing of targets across multiple chemogenetic or pharmacological modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by modeling human-relevant vascular and cardiac pathophysiology.
- Operational Value: Ensures reproducibility through standardized hypoxia control, injection schedule, and pressure/volume catheterization techniques.
- Strategic Value: Reduces late-stage failure risk by enabling early de-risking of targets based on functional and structural disease modification.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement by delivering multiparametric data (pressure, hypertrophy, fibrosis) for objective target ranking.
Implementation Considerations
- Requires expertise in hypoxic chamber management, SU5416 handling, and right ventricular catheterization techniques.
- Dependent on precise oxygen control (10%) and access to nitrogen tanks for chamber maintenance.
- Necessitates standardized animal handling and weekly dosing to ensure model consistency across cohorts.
- Limited to mild-to-moderate phenotype severity, which may restrict modeling of advanced disease stages.
- Reversibility upon normoxia return requires careful experimental design for chronic therapy studies.
