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방법 논문

죽상동맥경화증 동물모델에서 미립자 물질 노출에 따른 심근허혈의 악화

1.9K 조회수

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DOI:

10.3791/63184

⸱

2021년 12월 10일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1China Academy of Chinese Medical Sciences

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 죽상 동맥 경화증으로 심근 허혈을 악화시키는 미립자 물질 (PM)에 노출 된 복합 동물 모델을 설명합니다.

초록

대기 오염 (특히 미립자 오염)으로 인한 건강 문제는 특히 심혈관 질환 환자들 사이에서 점점 더 많은 관심을 받고 있으며, 이는 복잡한 장애를 악화시키고 예후를 좋지 않게 만듭니다. 단순 심근 허혈 (MI) 또는 미립자 물질 (PM) 노출 모델은 여러 원인이있는 질병의 연구에 적합하지 않습니다. 여기서, PM 노출, 죽상 동맥 경화증 및 심근 허혈을 조합한 복합 모델을 구성하는 방법이 설명되었다. ApoE-/- 마우스에 죽상 동맥 경화증이 발생하기 위해 16 주 동안 고지방 식단을 공급하고, PM의 폐 노출을 시뮬레이션하기 위해 PM 표준 현탁액의 기관 점적을 수행하고, 왼쪽 전방 하행 관상 동맥을 마지막 노출 후 1 주일 동안 결찰했다. PM의 기관 점안은 실험 비용을 크게 줄이면서 급성 폐 노출을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 비 침습적 기관 삽관과 새로운 보조 확장 장치가있는 고전적인 왼쪽 전방 하행 동맥 결찰은 동물의 생존율을 보장하고 수술의 어려움을 줄일 수 있습니다. 이 동물 모델은 대기 오염으로 악화되는 심근 경색의 환자의 병리학 적 변화를 합리적으로 시뮬레이션 할 수 있으며 여러 원인을 가진 질병과 관련된 연구와 관련된 동물 모델 구축을위한 참조를 제공 할 수 있습니다.

서론

대기 오염은 높은 모든 원인으로 인한 사망률과 관련이 있으며 수질 오염, 토양 오염 및 직업적 노출의 합보다 질병의 상당한 부담에 기여했습니다1. WHO의 보고서에 따르면 실외 대기 오염으로 인해 2016 년 전 세계 도시와 농촌 지역에서 420 만 명의 조기 사망이 발생했습니다2. 전 세계 인구의 91%가 대기 질이 WHO 지침 한도를 초과하는 장소에 살고 있습니다2. 또한, 미세 입자상 물질 (PM) (직경 ≤2.5 μm, PM2.5)은 전 세계 공중 보건3, 특히 저소득 및 중간 소득 국가의 도시에 거주하는 사람들에게 가장 심각한 대기 오염 위협으로 인식되고 있습니다.

심혈관 질환에 대한 대기 오염의 악영향은 더 많은 관심을 기울일 가치가 있습니다. 이전 연구에 따르면 PM은 심혈관 질환(CVD)의 위험을 증가시킵니다4. 고농도의 초미세 입자에 몇 시간 동안 노출되면 심근 경색 사망률이 증가 할 수 있습니다. 심근경색 병력이 있는 사람의 경우 초미세 입자에 노출되면 재발 위험이 크게 증가할 수있습니다5. 더욱이, PM 노출이 죽상 동맥 경화증6의 진행을 가속화한다는 것이 일반적으로 인정된다.

의학 연구를 위해서는 적합한 동물 모델을 선택하는 것이 중요합니다. 단순 죽상동맥경화증 동물 모델7, 심근 허혈 동물 모델8, 및 PM 노출 동물 모델9가 이미 존재한다. ApoE-/- (아포지단백질 E 녹아웃) 마우스는 죽상동맥경화증 연구에 사용되는 전통적인 마우스 모델이다. ApoE-/- 마우스에서 혈장 지단백질을 제거하는 능력은 심각하게 손상됩니다. 고지방 식단 공급은 인간에서 관찰되는 죽상 경화성 심장 질환의 식단 의존성과 유사한 심각한 죽상 동맥 경화증을 유발합니다7. 좌측 전방 하행 관상 동맥 (LAD)의 결찰은 허혈성 사건 8,10을 유도하는 고전적인 방법입니다. 기관 주입은 많은 연구에서 사용되어 왔으며 더 나은 시뮬레이션과 저렴한 비용으로 인해 노출 모델11,12에서 두드러집니다.

그러나 단일 질병의 동물 모델은 과학적 연구에서 상당한 한계를 가지고 있습니다. LAD 결찰에 의해서만 유도된 심근 허혈은 실제 상황에서 시뮬레이션되지 않는다. 자연 상태에서 심근 허혈은 일반적으로 플라크 파열 및 관상 동맥차단 (13)으로 인해 발생합니다. 허혈성 심근 병증 환자는 일반적으로 죽상 경화성 기본 병변이 있습니다13. 또한 신체에는 비정상적인 지질 대사와 염증 반응이 있습니다14. 따라서 신체적 요인이나 자연 조건에 의한 허혈은 다른 병리학 적 증상을 나타냅니다. 기존 연구에 따르면 죽상 동맥 경화증이있는 심근 허혈 모델에서 경색과 염증이 더 심합니다15,16. PM 노출은 염증 및 산화 스트레스를 유도하여 죽상 동맥 경화증 및 심근 허혈을 더욱 악화시킬 수 있습니다1. 일반적으로 자연 상태에는 세 가지 요소가 공존하므로 복합 모델을 사용하여 실제 상황을 더 잘 시뮬레이션할 수 있습니다.

이 프로토콜은 죽상동맥경화증(AS)과 PM 급성 노출을 조합한 심근 허혈(MI)의 동물 모델을 개발하는 것을 설명합니다. ApoE−/− 마우스는 죽상동맥경화증을 유발하기 위해 고지방 식단을 공급받았다. PM의 폐 노출은 기관을 통해 PM 현탁액을 적하함으로써 모방되었다. 마우스에서 LAD의 결찰은 심근 허혈을 유도하기 위해 사용되었다. 이러한 방법은 질병 상태를 더 잘 시뮬레이션하고 동물의 생존율을 향상시키기 위해 결합 및 최적화되었습니다. 대형 노출 장치나 가스 마취기가 필요하지 않아 실험을 쉽게 수행할 수 있습니다. 이 모델은 대기 오염에 대한 PM 노출이 죽상 동맥 경화증 및 허혈성 심근 병증에 미치는 영향을 연구하고 이러한 복잡한 요인으로 질병을 치료하기 위해 개발 된 신약에 대한 연구를 수행하는 데 사용할 수 있습니다.

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프로토콜

여기에 설명 된 모든 동물 활동은 중국 의학 아카데미 중국 재료 의학 연구소의 동물 윤리위원회의 승인을 받았습니다. 6-8주령의 수컷 ApoE-/- 마우스(C57BL/6 배경)를 연구에 사용하였다.

1. 실험 준비

  1. 트리브로모에탄올 마취제(15mg/mL) 준비: 트리브로모에탄올 0.75g을 1mL의 터트-아밀 알코올에 녹입니다( 재료 표 참조). 완전히 용해 된 후 멸균 식염수로 50mL로 희석하십시오. 용액을 멸균 용기에 4 ° C에서 보관하고 빛에 노출되지 않도록하십시오.
    참고: 이 프로토콜에서는 동물의 최적 마취 회복 시간과 생존율로 인해 트리브로모에탄올을 사용했습니다. 마취 요법을 선택할 때 지역 동물 윤리위원회 권장 사항을 따르십시오.
  2. PM 현탁액 준비: 10mL 원심분리 튜브에서 5mg의 DPM(디젤 미립자 물질, 재료 표 참조)을 측정합니다. 일반 식염수 5mL를 넣고 튜브를 거꾸로 뒤집어 잘 섞습니다. 파라핀 필름을 사용하여 튜브를 밀봉 한 다음 초음파 차단을 위해 2-3 시간 (40KHz, 80w) 동안 초음파 세척기에 넣으십시오.
    알림: 현탁액은 균질하고 입자 응집체가 없어야 합니다. 사용하기 전에 잘 흔들어주십시오.

2. 마우스에서 죽상 동맥 경화증의 유도

  1. 쥐에게 고지방 식단 (달걀 노른자 분말 10 %, 라드 10 %, 스테롤 1 %, 유지 사료 79 %, 재료 표 참조)을 12 주 동안 먹이십시오.
  2. 죽상 동맥 경화증의 진행을 추정하려면 무작위로 2-3 마리의 마우스를 선택하고 초음파 영상 또는 직접 해부학 적 관찰17을 통해 대동맥 궁에 플라크가 있는지 확인하십시오.
    참고: 해부학적 관찰을 위해, 동물을 무작위 샘플링을 통해 선택하고 마취 후 안락사시켰다. 그런 다음 흉강이 열리고 혈관이 직접 시각화되었습니다. 해부학 적 관찰은 일반적으로 초음파 영상이 모든 플라크를 감지하지 못할 수 있기 때문에 더 신뢰할 수 있습니다.
  3. 죽상 동맥 경화증이 형성되었다고 판단되면 다음 단계를 위해 마우스를 준비하십시오.

3. Orotracheal 삽관 및 입자상 물질 급성 노출

알림: PM은 4주 동안 고지방 수유를 하고 지속적으로 고지방 식단을 제공한 후 12주 동안 일주일에 한 번 노출됩니다.

  1. 상단 가장자리에서 1.5cm 떨어진 곳에 고무 밴드가있는 해부 보드 ( 재료 표 참조)를 준비하십시오. 해부 보드를 테이블 평면에서 60° 각도로 고정합니다.
  2. 복강 내 주사 (체중 10g 당 0.1mL)로 트리 브로 모 에탄올 마취제를 사용하여 마우스를 마취하십시오. 2-3분 후 마우스를 뒤집어 오른쪽 반사가 있는지 확인합니다. 진정 작용을 확인하기 위해 발가락 꼬집음을 수행하십시오. 눈에 멸균 윤활제를 떨어 뜨립니다.
  3. 알코올 물티슈로 해부 보드를 소독하십시오.
  4. 마취 된 마우스를 보드의 앙와위 위치에 놓고 위쪽 절치를 고무 밴드에 걸십시오.
  5. 유연한 파이프가 있는 작은 LED 스포트라이트( 재료 표 참조)를 사용하십시오. 겨드랑이 선의 중간 지점에있는 기관에 빛을 집중시킵니다.
  6. 작은 멸균 면봉을 쥐의 입에 넣은 다음 면봉을 굴려 혀를 내밀십시오.
  7. 혀를 잡고 부드럽게 위로 당겨 구강, 인두 및 기관을 같은 길이 방향으로 만듭니다. 기관의 입구 인 성문은 숨을 쉴 때마다 열리고 닫히는 밝은 점으로 표시됩니다.
  8. 혀를 부드럽게 잡으십시오. 성문을 겨냥하여 캐뉼라 (22G)를 마우스의 기관에 삽입하고 캐뉼러가 기관에 삽입 된 후 바늘 코어를 빼냅니다.
  9. 소량의 생리 식염수가 함유 된 피펫 건을 사용하여 튜브가 위샌드에 올바르게 있는지 테스트하십시오. 튜브가 올바른 위치에 있으면 피펫 건의 액체 기둥이 숨을 쉴 때마다 튀어 오릅니다.
  10. 50μL의 DPM 현탁액(1.2단계에서 준비됨)을 피펫 건으로 튜브에 떨어뜨립니다. 현탁액은 숨을 쉴 때 마우스의 폐로 자연스럽게 흡입됩니다.
    참고: 원활한 호흡을 위해 마우스에 DPM 현탁액을 10초 간격으로 두 번(한 번 25μL) 주는 것이 좋습니다.
  11. PM 노출 후 애완 동물 유치 바늘을 제거하십시오. 마우스가 의식을 회복 할 때까지 (10-20 분) 가열 패드에 남아있을 때까지 기다렸다가 홈 케이지에 다시 넣습니다.

4. 관상 동맥 결찰

참고: 심근 허혈 모델링 수술(관상동맥 결찰)은 16주 째에 수행됩니다.

  1. 수술 도구를 준비하십시오. 오토클레이브 후 모든 수술 도구를 밀봉된 기구 상자에 보관하십시오. 수술 전에 75-20분 동안 30% 알코올에 담그십시오.
  2. 수술 플랫폼을 구축하십시오. 적절한 플랫폼 기울기를 얻으려면 세포 배양 접시 덮개(150mm x 25mm)를 사용하십시오. 0-0 실크 (길이 10-15cm)를 반으로 접고 테이프를 사용하여 실의 끝을 경사 플랫폼의 상단에 부착하여 서스펜션 루프를 만듭니다.
  3. 단계 3.2에 설명된 절차에 따라 마우스를 마취한다.
    알림: 각 트리브로모에탄올 투여 사이에 1주일 간격이 보장되어야 합니다.
  4. 알코올 물티슈로 플랫폼을 소독하십시오.
  5. 삽관 플랫폼의 앙와위 위치에 마우스를 놓고 4.2단계에서 설명한 서스펜션 루프에 위쪽 앞니를 걸었습니다. 꼬리, 팔다리 및 수염을 테이프로 붙입니다.
  6. 수술 전에 제모 크림으로 왼쪽 가슴의 머리카락과 인접한 오른쪽 가슴의 일부를 제거하십시오.
  7. 3.4-3.8 단계에 설명 된 절차에 따라 마우스에서 구강 기관 삽관을 수행하십시오.
  8. 애완 동물 유치 바늘을 동물 인공 호흡기와 연결하십시오 ( 재료 표 참조). 인공 호흡기 설정 : 호흡 수-120 회 / 분; 흡입 / 호흡 비율 - 1 : 1.1; 일회 호흡량 - 1.7 mL.
  9. 소독을 위해 요오드 포와 알코올로 피부를 닦으십시오.
  10. 마음을 드러내십시오. 안과 용 가위로 0.5-1cm 동안 피부를 자르고 근육 (가슴 표재성 근육 및 전방 세라 투스 근육)을 보강하여 갈비뼈를 노출시킵니다. 안과 핀셋 (후크 포함)으로 갈비뼈를 고정시킨 다음 세 번째 늑간 공간에서 작은 절단을하십시오 ( 재료 표 참조). 수제 가슴 열기 도구로 수술 창을 만드십시오.
    알림: 피부 절단은 검상돌기와 겨드랑이 선의 약 1/3에 있습니다.
  11. 심낭 막을 찢습니다. 그런 다음 4.11-4.14단계에 따라 LAD를 라이게이트할 수 있습니다.
    알림: 폐엽이 시야를 가리고 있으면 작은 멸균 면봉을 사용하여 심장 뒤로 밀어 넣으십시오.
  12. 처음에는 LAD를 찾으십시오.
  13. 멸균 된 6-0 실크 봉합사를 미세 혈관 지혈 집게를 사용하여 바늘로 잡습니다 ( 재료 표 참조). 관상 동맥이있는 부위의 2mm 너비의 심근을 통해 실크를 통과시킵니다.
    참고: 주요 수술 중 출혈을 일으킬 수 있는 LAD만 결지하려고 하지 마십시오.
  14. 조직 파손을 방지하기 위해 합자와 심근 조직 사이에 멸균 된 5-0 실크의 짧은 조각을 놓습니다.
  15. LAD와 그 주위에 심근의 작은 묶음을 단단히 묶으십시오. 결찰은 좌심실 (LV)의 전벽이 창백 해지면 성공한 것으로 간주됩니다. ST- 세그먼트 상승은 심전도 기계가 연결된 경우 동시에 관찰 할 수 있습니다.
  16. 가슴에서 공기를 부드럽게 짜냅니다. 늑간 근육과 피부를 멸균 된 5-0 실크로 순차적으로 봉합하십시오.
    알림: 가슴에서 공기를 짜내려면 폐가 확장되는 순간에 가슴을 닫고 검지와 중지를 사용하여 가운데의 흉곽을 부드럽게 짜내고 공기가 마지막 바늘 너머에서 빠져나가도록 합니다. 주사기는 흉부 가스를 추출하는 데에도 사용할 수 있습니다.
    참고: 생쥐가 깨어있을 때 실크를 g아 먹을 수 있으므로 간단한 중단 봉합이 권장됩니다.

5. 회복

  1. 수술 후 모든 핏자국을 청소하지 않으면 마우스가 다른 사람의 공격을 받을 수 있습니다.
  2. 마우스를 측면 누운 위치의 가열 패드에 놓습니다. 마취에서 회복 될 때까지 5-20 분 동안 마우스 징후를 지속적으로 모니터링하십시오. 모니터링 시간은 신체 상태에 따라 다릅니다.
    참고: 마우스는 측면 누운 자세에서 더 쉽게 호흡합니다.
  3. 오른쪽 반사가 회복되면 마우스와 물병이있는 가열 패드의 깨끗한 회복 케이지로 마우스를 옮깁니다. 마우스의 생존을 보장하기 위해 15-30 분 동안 계속 모니터링하십시오. 마우스가 완전히 자율적으로 움직이기 전에 마우스를 다른 사람으로부터 멀리 두십시오.
  4. 상처 감염을 예방하려면 원하는 용량 (1,00,000-1,50,000 U / kg)에 따라 페니실린 나트륨을 근육 내 주사하십시오. 자세한 내용은 복용량 전환에 대한 약물 라벨을 참조하십시오.
  5. 마우스를 홈 케이지에 다시 넣습니다. 샘플 수집 전에 다음 24시간 동안 계속 모니터링하십시오. 장기 실험을 위해 진통제를 투여하십시오.

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결과

마우스를 관상 동맥 결찰 후 24 시간 후에 안락사시키고, 마취 후에 혈액을 수집하였다. 마우스를 트리브로모에탄올(단계 3.2에 따라)에 의해 마취시키고, 혈액 샘플을 후안와동으로부터 수집하였다. 심장을 적출하고, 허혈 정도를 2,3,5-트리페닐테트라졸륨 클로라이드(TTC) 염색으로 조사하였다(도 1). TTC가 숙시 네이트 탈수소 효소와 반응 할 때 정상 조직은 적색으로 변하는 반면, 허혈성 조직은 탈수소 효소 활성 감소로 인해 창백하게 유지됩니다18. MI + PM 그룹의 심장은 MI 그룹보다 경색 영역이 더 큽니다.

도 2는 오일 레드 O 염색17,19에 의한 대동맥의 플라크를 나타낸다. 오일...

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토론

복합 동물 모델의 확립은 단일 MI 모델과 약간 다릅니다. 높은 생존율을 유지하는 것은 복합 모델의 개발에서 어려운 일입니다. ApoE-/- 마우스에서 죽상 동맥 경화증의 중증도는 고지방 공급 시간7의 연장으로 더욱 심해질 것이며, 마우스의 약점은 사망률을 증가시킵니다. 따라서 실험 도중 마우스의 상태를 지속적으로 모니터링하고 실험의 필요에 따라 죽상 동맥 경화증을 유발하는 시간을 조정할 필요가 있습니다.

PM 노출은 마우스의 생존율에 거의 영향을 미치지 않을 수 있습니다. 그러나 기관 삽관을 반복하면 마우스20에서 구강 내 출혈과 부종이 발생하여 후속 실험의 어려움이 증가합니다. 따라서 삽관 과정을 부지런히 연습 할 필요가 있습니다. 가능한 한 적은 시도로 올바른 위치를 찾으십시오. 이 실험에서는 오랜 기간이 필요하기 때문에 마우스의 긴 앞니를 줄이는 것이 필요합니다. 마우...

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공개 사항

저자는 선언 할 경쟁 재정적 이익이 없습니다.

감사의 글

이 모델은 중국 국립 자연 과학 재단 (Nos. 81673640, 81841001 및 81803814)과 혁신 약물을위한 중국의 주요 국가 과학 기술 프로그램 (2017ZX09301012002 및 2017ZX09101002001-001-3)의 지원으로 개발되었습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
2,2,2-TribromoethanolSigma-AldrichT48402
75% 알코올 소독제
동물 인공호흡기Shanghai Alcott BiotechALC-V8S
면봉아기
면봉멸균, 직경 약 3mm
배양 접시코닝430597150mm x 25mm
디젤 미립자 물질National Institute of Standards Technology1650b
해부 보드약 25 x 17cm. 해부 보드는 마우스용 고지방 다이어트와 같은 크기의 나무 보드로 교체할 수
있습니다처방전: 달걀 노른자 가루 10%, 라드 10%, 스테롤 1%, 유지 보수 사료 79%
요오드 소독제
LED 스포트라이트5 V, 3 W, 호스 및 클램프
포함 의료 실크 원사 공상하이 의료 봉합사 바늘 공장 Co., Ltd.-0-0
의료용 테이프3M1527C-0
마이크로 혈관 지혈 겸자Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. 수술 기구 공장W40350
바늘 홀더Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. 수술 기구 공장JC32010
일반 식염수
안과 가위Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. 수술 기구 공장Y00040
안과 핀셋, 10cm, 곡선, 후크 포함Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. 수술 기구 공장JD1080
안과 핀셋, 10cm, 곡선, 치아 포함Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. 수술 기구 공장JD1060
피펫 팁AxygenT-200-Y-R-S0-200 μ L
피펫eppendorf3121000074100 uL
안전 핀길이 약 4.5cm, 가슴 개방 도구 제작용
작은 동물 I.V. 캐뉼러스Baayen 헬스케어 쑤저우BAAN-322025IV 카테터 22FG x 25 MM
실이 있는 봉합 바늘Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd.-6-0, 나일론 라인
봉합 바늘 실이 있는JinHuan MedicalF5035-0
주사기1mL
Tert-amyl 알코올
줌 스테레오 현미경MshotMZ62
용 멸균

참고문헌

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