Summary
Het huidige protocol beschrijft een stapsgewijze procedure om een minivarkensmodel van hartfalen op te stellen met behoud van de ejectiefractie met behulp van dalende aortavernauwing. De methoden voor het evalueren van cardiale morfologie, histologie en functie van dit ziektemodel worden ook gepresenteerd.
Abstract
Meer dan de helft van de gevallen van hartfalen (HF) wordt wereldwijd geclassificeerd als hartfalen met behouden ejectiefractie (HFpEF). Grote diermodellen zijn beperkt in het onderzoeken van de fundamentele mechanismen van HFpEF en het identificeren van potentiële therapeutische doelen. Dit werk geeft een gedetailleerde beschrijving van de chirurgische ingreep van dalende aortavernauwing (DAC) bij Tibetaanse minivarkens om een groot diermodel van HFpEF op te stellen. Dit model maakte gebruik van een nauwkeurig gecontroleerde vernauwing van de dalende aorta om chronische drukoverbelasting in de linker hartkamer te induceren. Echocardiografie werd gebruikt om de morfologische en functionele veranderingen in het hart te evalueren. Na 12 weken DAC-stress was het ventriculaire septum hypertrofisch, maar de dikte van de achterwand was aanzienlijk verminderd, vergezeld van verwijding van de linker ventrikel. De LV-ejectiefractie van de modelharten werd echter gedurende de periode van 12 weken op >50% gehouden. Bovendien vertoonde het DAC-model hartschade, waaronder fibrose, ontsteking en hypertrofie van cardiomyocyten. De markerniveaus voor hartfalen waren significant verhoogd in de DAC-groep. Deze DAC-geïnduceerde HFpEF bij minivarkens is een krachtig hulpmiddel voor het onderzoeken van moleculaire mechanismen van deze ziekte en voor preklinische tests.
Introduction
Hartfalen met behouden ejectiefractie (HFpEF) is verantwoordelijk voor meer dan de helft van de gevallen van hartfalen en is een wereldwijd probleem voor de volksgezondheidgeworden1. Klinische observaties hebben verschillende kritieke kenmerken van HFpEF aangetoond: (1) ventriculaire diastolische disfunctie, vergezeld van verhoogde systolische stijfheid, (2) normale ejectiefractie in rust met verminderde inspanningsprestaties, en (3) cardiale remodellering2. De voorgestelde mechanismen omvatten hormonale ontregeling, systemische microvasculaire ontsteking, stofwisselingsstoornissen en afwijkingen in sarcomere en extracellulairematrixeiwitten3. Experimentele studies hebben echter aangetoond dat hartfalen met verminderde ejectiefractie (HFrEF) deze veranderingen veroorzaakt. Klinische studies hebben de therapeutische effecten onderzocht van angiotensinereceptorremmers en geneesmiddelen voor de behandeling van HFrEF in HFpEF 4,5. Er zijn echter unieke therapeutische benaderingen voor HFpEF nodig. Vergeleken met het begrijpen van de klinische symptomen, blijven de veranderingen in pathologie, biochemie en moleculaire biologie van HFpEF slecht gedefinieerd.
Diermodellen van HFpEF zijn ontwikkeld om de mechanismen, diagnostische markers en therapeutische benaderingen te onderzoeken. Proefdieren, waaronder varkens, honden, ratten en muizen, kunnen HFpEF ontwikkelen en diverse risicofactoren, waaronder hypertensie, diabetes mellitus en veroudering, werden geselecteerd als inductiefactoren 6,7. Deoxycorticosteronacetaat alleen of in combinatie met een vetrijk/suikerrijk dieet induceert bijvoorbeeld HFpEF bij varkens 8,9. Ventriculaire drukoverbelasting is een andere techniek die wordt gebruikt om HFpEF te ontwikkelen in grote en kleine diermodellen10. Bovendien zijn er de afgelopen jaren op alle continenten specifieke EF-grenswaarden aangenomen om HFpEF te definiëren, zoals te zien is in de richtlijnen van de European Society of Cardiology, de American College of Cardiology Foundation/American Heart Association11, de Japanese Circulation Society/de Japanese Heart Failure Society12. Veel eerder vastgestelde modellen kunnen dus geschikt worden voor HFpEF-studies als de klinische criteria worden aangenomen. Youselfi et al. beweerden bijvoorbeeld dat een genetisch gemodificeerde muizenstam, Col4a3-/-, een effectief HFpEF-model was. Deze stam ontwikkelde typische HFpEF-cardiale symptomen, zoals diastolische disfunctie, mitochondriale disfunctie en cardiale remodellering13. Een eerdere studie gebruikte een energierijk dieet om cardiale remodellering te induceren met een middenbereik van EF bij apen van14 jaar, gekenmerkt door een stofwisselingsstoornis, fibrose en verminderde actomyosine MgATPase in het myocardium. Transversale aortavernauwing (TAC) bij muizen is een van de meest gebruikte modellen om door hypertensie geïnduceerde ventriculaire cardiomyopathie na te bootsen. De linker hartkamer evolueert van concentrische hypertrofie met verhoogde EF naar gedilateerde remodellering met verlaagde EF15,16. De overgangsfenotypes tussen deze twee typische stadia suggereren dat de aortavernauwingstechniek kan worden gebruikt om HFpEF te bestuderen.
De pathologische kenmerken, cellulaire signalering en mRNA-profielen van een HFpEF-model bij varkens werden eerder gepubliceerd17. Hier wordt een stapsgewijs protocol gepresenteerd om dit model vast te stellen en de benaderingen om de fenotypes van dit model te evalueren. De procedure wordt geïllustreerd in figuur 1. In het kort werd het operatieplan gezamenlijk gemaakt door de hoofdonderzoeker, chirurgen, laboranten en dierenverzorgers. De minivarkens ondergingen gezondheidsonderzoeken, waaronder biochemische tests en echocardiografie. Na de operatie werden ontstekingsremmende en pijnstillende ingrepen uitgevoerd. Echocardiografie, histologisch onderzoek en biomarkers werden gebruikt om de fenotypes te evalueren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle dierstudies werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van het Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute (goedkeuringsnr. IACUC2017009). Alle dierproeven werden uitgevoerd volgens de Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (8e druk, 2011, The National Academies, VS). De dieren werden gehuisvest in een AAALAC-geaccrediteerde faciliteit van het Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute (licentienr. SYXK (YUE) 2016-0122, China). Zes mannelijke Tibetaanse minivarkens (n = 3 elk voor de schijngroep en DAC-groep, 25-30 kg in gewicht) werden gebruikt om het HFpEF-model te ontwikkelen.
1. Voorbereiding van dieren en instrumenten
- Laat de dieren 14 dagen voor de operatie wennen aan de faciliteit.
- Voer vóór de operatie gezondheidsonderzoeken uit, waaronder biochemische tests en echocardiografie. Sluit de dieren uit met hartafwijkingen in structuur (ventriculaire dilatatie of hypertrofie) en functie (EF <50%) volgens de T/CALAS85-2020 Proefdieren - Richtlijnen voor de gezondheidsbeoordeling van belangrijke organen, zoals het hart, de lever, de nieren en de hersenen van grote proefdieren (Chinese Vereniging voor Proefdierwetenschappen, China).
- Vasten van de dieren gedurende meer dan 12 uur voor de anesthesie door niet te eten op de dag van de operatie.
- Bereid de operatiekamer en apparaten voor (Figuur 2). Controleer het beademingsstation voor anesthesie, veterinaire en patiëntmonitoren, veterinair echografiesysteem, aspirator en andere chirurgische apparaten. Autoclaaf de schaar, pincet, oprolmechanismen, scalpelhandvatten, aspiratorkop, chirurgische naalden, enz. (zie Materiaaltabel).
2. Sedatie, tracheale intubatie en veneuze canulatie
- Weeg de dieren en bereken de verdovingsmiddelen. Verdoven de minivarkens met 1 mg/kg zoletilinjectie (tiletamine en zolazepam voor injectie) en 0,5 mg/kg xylazinehydrochloride-injectie (zie materiaaltabel).
- Houd de minipigen vast en plaats ze in de juiste zijligging op de operatietafel. Schakel het verwarmingssysteem in om de lichaamstemperatuur van de dieren op peil te houden.
- Voer de echocardiografie uit (stap 5) en verzamel 2 ml bloedmonsters.
- Intubeer de minivarkens met een endotracheale tube die is aangesloten op een veterinair anesthesiebeademingsstation (Figuur 3A) (zie Materiaaltabel).
- Start de ventilatie bij een ademvolume van 8 ml/kg en 30 ademhalingen/min. Houd de dieren tijdens de chirurgische ingreep op 1,5%-2,5% isofluraan.
- Breng een intraveneuze canulatie tot stand met behulp van een perifere intraveneuze katheter (26 G) (zie materiaaltabel) uit een oorader (meestal de marginale oorader, figuur 3B).
- Sluit het dier aan op een veterinaire monitor.
3. Chirurgische ingreep
- Scheer het linker thoracale gebied. Breng 0,7% jodium en 75% alcohol aan om de huid aseptisch voor te bereiden van het schouderblad tot het middenrif (figuur 3C).
- Plaats steriele gordijnen over het operatiegebied.
- Dien propofol (5 mg/kg) (zie materiaaltabel) toe via intraveneuze injectie om algemene anesthesie te behouden.
- Markeer de incisie (~15 cm lang) langs de 4e intercostale ruimte voorafgaand aan de incisie van de huid met elektrocauterisatie.
- Open de borstkas met behulp van een combinatie van cauterisatie en stompe dissectie van de spier en het bindweefsel. Gebruik een aspirator om bloed af te nemen tijdens de operatie.
- Gebruik een ribretractor om de ribben te spreiden (Figuur 3D).
- Lokaliseer het thoracale dalende aortasegment en bepaal de vernauwingsplaats (Figuur 3E). Gebruik twee 3-0 chirurgische hechtingen om twee keer rond het segment te lussen (Figuur 3F). Plaats drie lagen medisch gaas tussen de hechting en de aorta om weefselbeschadiging door hechtingen te voorkomen.
- Stel drukmeeteenheden in om de mate van vernauwing te bepalen (Figuur 3F-H).
NOTITIE: Het apparaat bevat een katheter die de vaatwand doorboort, een aansluitbuis, een druktransducer en een patiëntmonitor. - Draai de chirurgische hechting rond het dalende aortasegment geleidelijk aan om de gewenste vernauwingsgraad te bereiken. Laat de drukmetingen 20 minuten stabiliseren en draai de chirurgische knopen permanent vast.
- Gebruik een drainagebuis om de lucht en overtollig vocht in de borstholte af te voeren.
- Sluit de borstwand in lagen, herbenader de ribben en verdeelde spieren met resorbeerbare hechtingen.
- Controleer op eventuele bloedingen en zorg voor een goede hemostase.
- Breng na de operatie een fles benzylpenicilline (800.000 stuks) (zie materiaaltabel) aan op het operatiegebied.
- Houd de aanwezigheid van knipperende ogen en beweging van ledematen van het dier in de gaten. Koppel de ventilator los, maar laat de endotracheale tube zitten. Controleer de aanwezigheid van spontane ademhaling.
- Breng het dier terug naar zijn huisvestingskamer en laat het automatisch wakker worden.
4. Postoperatieve zorg
- Benzylpenicilline dagelijks aanbrengen gedurende 1 week (20.000 E/kg).
- Breng gedurende 1 week dagelijks 1 mg/kg flunixinemeglumine (zie materiaaltabel) aan.
OPMERKING: Opioïde en NSAID-analgetica moeten intra- en postoperatief worden toegediend.
5. Transthoracale echocardiografie
- Verdoven het dier met 1 mg/kg zoletil.
- Plaats het dier in een mobiele fixatie-eenheid met een canvas hoes.
OPMERKING: De mobiele fixatie-eenheid (zie materiaaltabel) heeft vier openingen die zijn ontworpen om de voor- en achterpoten van het dier te verlengen. - Scheer de linkerborst van het dier.
- Plaats de vingers links in het midden van de borstkas om de apicale pols te voelen. Breng de ultrasone gel aan op de omgeving.
- Plaats de phased array-transducer (3-8 Hz) van het ultrasone systeem in de derde intercostale ruimte. Beweeg de transducer in voorste of achterste richting en pas de inkepinghoek aan.
- Identificeer de boezems, ventrikels en aorta. Neem de B-modus en M-modus parasternale lange-asbeelden op.
OPMERKING: Het beeld in de B-modus geeft de dwarsdoorsnede van het linkerventrikel op papillair spierniveau weer en het beeld in de M-modus toont de beweging van het linkerventrikel in de loop van de tijd. - Draai de transducerkop 90° met de klok mee om het parasternale korte-asbeeld te verkrijgen. Identificeer de linkerventrikel, rechterventrikel en papillaire spier. Neem de beelden in de B-modus en M-modus op.
- Gebruik het werkstation dat door de fabrikant van het ultrasone systeem is geleverd om de hartstructuur en -functie te beoordelen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Echocardiografie
De hartstructuur en -functie werden geëvalueerd in week 0, 2, 4, 6, 8, 10 en 12. De B-modus en M-modus opnames van de parasternale korte-asweergave worden weergegeven in figuur 4A. De echocardiografische meting omvatte de dikte van het ventriculaire septum (VST), de dikte van de posterieure wand (PWT) en de interne dimensie van het linkerventrikel (LVID). De VST bij einddiastole nam toe in de DAC-harten, terwijl de PWT bij einddiastole toenam en vervolgens afnam tijdens de observatieperiode, wat suggereert dat hypertrofische remodellering aanwezig was in de linker hartkamer van de DAC-minivarkens (Figuur 4B,C). De LVID aan het einde van de diastole nam af in week 4 en 6 en nam vervolgens geleidelijk toe na week 8, wat suggereert dat de ventrikels vóór de dilatatie concentrische hypertrofie ondergingen (Figuur 4D). De LVEF van de modelharten werd gedurende de periode van 12 weken op >50% gehouden (Figuur 4E).
Morfologie en marker voor hartfalen
Na week 12 werden de harten geoogst zoals eerder beschreven17. In vergelijking met die van de schijnharten werd een vergroting van de DAC-harten waargenomen (figuur 5A). De serumconcentratie van cardiaal troponine I (cTnI) werd bepaald met behulp van een enzymgekoppelde immunosorbenttestkit in week 0, 4, 8 en 12 volgens de instructies van de fabrikant (zie Materiaaltabel). De optische dichtheid werd gemeten bij 450 nm met behulp van een microplaatlezer. De marker voor hartfalen cTnI was significant hoger in week 4, 8 en 12 in de DAC-groep dan in de schijngroep op de overeenkomstige tijdstippen (Figuur 5B).
Histologisch onderzoek
Weefsels van de vrije wanden van de linker- en rechterventrikels, het ventrikelseptum, het linker- en rechteratrium, de mitralisklep en de aorta werden verzameld en gefixeerd met 4% paraformaldehyde. De weefsels werden ingebed, in secties gesneden en gekleurd met hematoxyline en eosine (H & E) oplossing volgens het vorige rapport. Hypertrofische cardiomyocyten, fibrose, ontstekingscellen, pyknotische kernen en andere structuren werden geïdentificeerd met een lichtmicroscoop. Cardiomyocyten in de boezems, ventrikelseptum en ventrikels vertoonden hypertrofie met pyknosis (Figuur 6A). De spierlagen in de mitralisklep waren verminderd (Figuur 6B) en vasculaire endotheliale hyperplasie werd waargenomen in de aorta (Figuur 6C). Bovendien induceerde DAC uitgebreide fibrose in het myocardium van de minivarkens (Figuur 7A), vergezeld van infiltratie van ontstekingscellen in de linker ventrikels, het rechter atrium en de aortawanden (Figuur 7B).
Figuur 1: Experimenteel ontwerp. Het experimentele plan werd gezamenlijk gemaakt door de hoofdonderzoeker, chirurgen, laboranten en dierenverzorgers. De minivarkens ondergingen gezondheidsonderzoeken, waaronder biochemische tests en echocardiografie. Na de operatie werden ontstekingsremmende en pijnstillende procedures uitgevoerd. Echocardiografie, histologisch onderzoek en biomarkertest evalueerden fenotypes van hartfalen. Het aantal dieren, n = 3 elk, was voor de schijn- en DAC-groepen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2. Chirurgische hulpmiddelen. De benodigde apparaten (A) voor de DAC-operatie waren onder meer een aspirator (a), een operatietafel (b), een veterinaire monitor (c), LED-chirurgische lampen (d) en een aesthesiebeademingsstation (e). Een veterinair echografiesysteem werd gebruikt om de structuur en functie van de dierenharten voor en na de operatie te evalueren (B). De chirurgische instrumenten omvatten een laryngoscoop (C) en verschillende pincetten, scalpelhandvatten en een schaar (D). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Chirurgische ingreep. Na sedatie werd het dier geïntubeerd met een endotracheale tube (A) en werd de intraveneuze canulatie tot stand gebracht via een oorader (B). De operatieplaats bevond zich op de linkerborst van het dier (C). Na het blootleggen van de dalende aorta (D,E), werden de vernauwingsplaats (SB) en invasieve plaatsen voor drukbewaking (SA, SC) bepaald (F,G) en werd de aortadruk gemeten met behulp van een patiëntmonitor (H). Een cartoon toont het overzicht van de vernauwingsstrategie (I). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Evaluatie van transthoracale echocardiografie. De representatieve beelden van de B-modus en M-modus van de drukoverbelastingsharten van week 0 tot week 12 worden weergegeven in (A). De beelden van de M-modus die gedurende 4 s zijn opgenomen, worden weergegeven. De roze schaalbalk geeft de recordlengte van 1 s aan. De dikte van het ventriculaire septum (VST) aan het einde van de diastole nam toe in de DAC-harten (B). Daarentegen nam de dikte van de posterieure wand (PWT) aan het einde van de diastole geleidelijk toe en af tijdens de observatieperiode (C). De inwendige dimensie van de linkerventrikel (LVID) aan het einde van de diastole nam af in week 4 en week 6 en nam vervolgens geleidelijk toe na week 8 (D). De LVEF van de modelharten werd gedurende de periode van 12 weken op >50% gehouden (E). Het aantal dieren, n = 3 elk, was voor de schijn- en DAC-groepen. Ongepaarde t-toetsen werden gebruikt om de verschillen tussen de groepen te bepalen. *P < 0,05 vs. de schijngroep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Hartmorfologie en serum cTnI. De grootte van het hart bleek toe te nemen (A). De marker voor hartfalen cTnI was significant hoger in week 4, 8 en 12 in de DAC-groep dan in de schijngroep op de overeenkomstige tijdstippen (B). Het aantal dieren, n = 3 elk, was voor de schijn- en DAC-groepen. Ongepaarde t-toetsen werden gebruikt om de verschillen tussen de groepen te bepalen. *P < 0,05 vs. de schijngroep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Histologie van myocardium, mitralisklep en aortawand. H&E-kleuring werd gebruikt om het hartweefsel aan het einde van het experiment te onderzoeken. Cardiomyocyten in atria, ventrikelseptum en ventrikels vertoonden hypertrofie (pijlen in groen; A), vergezeld van pyrose (pijlen in geel; A). Spierlagen waren verminderd in de mitralisklep (pijlen in blauw; B). Vasculaire endotheliale hyperplasie werd waargenomen in de aorta (gebied binnen de blauwe lijnen; C). Rode sterretjes: onderzochte weefsels; L. ventrikel, linker ventrikel; R. ventrikel, rechter ventrikel; L. atrium, linker atrium; R. atrium, rechter atrium. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Fibrose en ontsteking in de DAC-harten. Histologisch onderzoek toonde uitgebreide myocardiale fibrose bij DAC-minivarkens. Er werd een fibrotisch gebied in de linker hartkamer weergegeven (sterretjes en pijlen in geel; A). Infiltratie van ontstekingscellen werd waargenomen in de linker ventrikels, het rechter atrium en de aortawanden (sterretjes in groen; B). Rode sterretjes: onderzochte weefsels; pijlen in blauw, eosinofielen; L. ventrikel, linker ventrikel; R. atrium, rechter atrium. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Deze studie gebruikte DAC-technieken om een HFpEF-model voor Tibetaanse minivarkens te ontwikkelen. Hier wordt een stapsgewijs protocol voor de voorbereiding van dieren en instrumenten gepresenteerd, inclusief sedatie, tracheale intubatie, adercanulatie, chirurgische ingreep en postoperatieve zorg. De opnametechnieken voor echocardiografische B-modus en M-modus hartbeelden worden ook gepresenteerd. Na DAC onderging het hart linkerventrikelhypertrofie in week 4 en 6 en dilatatie na week 8. LVEF werd gedurende de periode van 12 weken bewaard. Fibrose en ontsteking werden waargenomen in DAC-harten.
De combinatie van een open borstkas en aortavernauwing is gebruikt om hartfalenmodellen te ontwikkelen bij grote en kleine dieren. Aorta-geïnduceerde hypertensie bij knaagdieren werd bijvoorbeeld al in de jaren 1950gemeld18. Vernauwing van de aorta ascendens bij varkens veroorzaakte milde linkerventrikelhypertrofie bij varkens van 2-4 weken oud. Wat betreft de operatieplaats voor het lokaliseren van de opgaande aorta, selecteerden enkele studies de derde intercostale ruimte19,20, terwijl een andere studie de vierde intercostale ruimte selecteerde voor de laterale thoracotomie21. Het bleek dat vernauwing bij de dalende aorta praktisch was bij volwassen Tibetaanse minivarkens. Het dalende aortasegment bevond zich recht onder de vierde intercostale ruimte en was omgeven door weinig bindweefsel.
De mate van vernauwing kan cruciaal zijn voor het induceren van de belangrijkste kenmerken van HFpEF. Melleby et al. meldden dat een kleinere ringmaat hypertrofie versnelde, terwijl grotere ringmaten leidden tot behouden EF gedurende 8-20 weken bij muizen met oplopende aortavernauwing22. Massie et al. stelden een drukgradiënt van 20 mmHg in voor open-thoraxchirurgie bij varkens om ventriculaire hypertrofie te induceren21. Charles et al. pasten progressieve manchetinflatie toe om HFpEF te genereren bij vrouwelijke Yorkshire-Landrace-varkens23. In de huidige studie leidde een toename van 20% in druk bij de dalende aorta gedurende 12 weken tot HFpEF. Onderzoekers hebben ook aortavernauwingstechnieken gecombineerd met deoxycorticosteronacetaat of westers dieet om HFpEF te induceren bij vrouwelijke Ossabaw-varkens 10,24. De vernauwingsgraden worden meestal geschat aan de hand van de druk die wordt gemeten met behulp van een micromanometerkatheter of echocardiografie. Er was een instrument aangepast om de aortadruk te meten. Een katheter met wegwerpbloeddruktransducers aangesloten op een patiëntmonitor werd gebruikt om de druk bij de dalende aorta te registreren.
Onze vorige studie presenteerde typische parasternale lange-asbeelden van de HFpEF-harten in minivarkens17; Hier worden representatieve parasternale korte-asbeelden toegevoegd. In overeenstemming met de eerdere resultaten vertoonde het DAC-model van minipig twee verschillende stadia van cardiale remodellering, concentrische hypertrofie en dilatatie, tijdens de observatieperiode van 12 weken. Deze fenotypes komen overeen met de klinische symptomen van HFpEF. Nieuwe histologische bevindingen in het HFpEF-model worden ook onthuld in dit werk. Hypertrofie van cardiomyocyten in de boezems, het ventrikelseptum en de ventrikels wordt aangetroffen. Bovendien wordt ernstige infiltratie van inflammatoire cellen in de linker hartkamer, het rechter atrium en de aortawand verkregen. Dit vormt een aanvulling op de eerdere bevindingen, die opregulatie van interleukinen -6 en -1β, NFκB en cytokineproductie in het DAC-myocardium17 aantoonden. De spierlaag verdween in de mitralisklep van het HFpEF-varken, wat suggereert dat afwijkingen in de mitralisklep bijdroegen aan hartdisfunctie.
Het opzetten van een aseptische chirurgische ingreep is van cruciaal belang voor het verkrijgen van succesvolle en stabiele varkensmodellen. De aortavernauwingsoperatie bij varkens vereist meer operators dan die bij knaagdieren. Het vereist meestal een ervaren chirurgisch team van twee chirurgen, een anesthesist en twee operatiekamerverpleegkundigen. Deze rollen kunnen worden vervuld door dierenartsen, menselijke chirurgen en/of goed opgeleide technici. Vergeleken met een knaagdieroperatie die ongeveer 30 minuten duurt om een aortavernauwingsprocedure te voltooien, kan het meer dan 3 uur duren om een vergelijkbare procedure bij varkens te voltooien. In de praktijk beperken onvoldoende faciliteiten en geschoold personeel voor chirurgie van grote dieren de toepassing van chirurgische modellen voor varkens.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren dat zij geen tegenstrijdige belangen hebben.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door het Guangdong Science and Technology Program (2008A08003, 2016A020216019, 2019A030317014), het Guangzhou Science and Technology Program (201804010206), de National Natural Science Foundation of China (31672376, 81941002) en het Guangdong Provincial Key Laboratory of Laboratory Animals (2017B030314171).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Absorbable surgical suture | Putong Jinhua Medical Co. Ltd, China | 4-0 | |
| Aesthesia ventilator station | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co., Ltd, China | WATO EX-35vet | |
| Aspirator | Shanghai Baojia Medical Apparatus Co., Ltd, China | YX930D | |
| Benzylpenicillin | Sichuan Pharmaceutical. INC, China | H5021738 | |
| Disposal endotracheal tube with cuff | Shenzhen Verybio Co., Ltd, China | 20 cm, ID 0.9 | |
| Disposal transducer | Guangdong Baihe Medical Technology Co., Ltd, China | ||
| Dissection blade | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | ||
| Electrocautery | Shanghai Hutong Medical Instruments (Group) Co., Ltd, China | GD350-B | |
| Enzyme-linked immunosorbent assay ELISA kit | Cusabio Biotech Co., Ltd, China | CSB-E08594r | |
| Eosin | Sigma-Aldrich Corp. | E4009 | |
| Flunixin meglumine | Shanghai Tongren Pharmaceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2012)-090242103 | |
| Forceps | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich Corp. | H3136 | |
| Isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd, China | Veteasy for animals | |
| Laryngoscope | Taixing Simeite Medical Apparatus and Instruments Limited Co., Ltd, China | For adults | |
| LED surgical lights | Mingtai Medical Group, China | ZF700 | |
| Microplate reader | Thermo Fisher Scientific, USA | Multiskan FC | |
| Microscope | Leica, Germany | DM2500 | |
| Mobile restraint unit | Customized | N/A | A mobile restraint unit, made by metal frame and wheels, with a canvas cover |
| Oxygen | Local suppliers, Guangzhou, China | ||
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich Corp. | V900894 | |
| Patient monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | Beneview T5 | |
| Peripheral Intravenous (IV) Catheter | Shenzhen Yima Pet Industry Development Co., Ltd., China | 26G X 16 mm | |
| Propofol | Guangdong Jiabo Phamaceutical Co., Ltd. | H20051842 | |
| Rib retractor | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Ruler | Deli Manufacturing Company, China | ||
| Scalpel handles | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Scissors (g) | Shanghai Medical Instruments (Group) Co., Ltd.,China | ||
| Suture | Medtronic-Coviden Corp. | 3-0, 4-0 | |
| Ultrasonic gel | Tianjin Xiyuansi Production Institute, China | TM-100 | |
| Veterinary monitor | Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Company, China | ePM12M Vet | |
| Veterinary ultrasound system | Esatoe, Italy | MyLab30 | Equiped with phased array transducer (3-8 Hz) |
| Xylazine hydrochloride injection | Shenda Animal Phamarceutical Co., Ltd., China | Shouyaozi(2016)-07003 | |
| Zoletil injection | Virbac, France | Zoletil 50 | Tiletamine and zolazepam for injection |
References
- Dunlay, S. M., Roger, V. L., Redfield, M. M. Epidemiology of heart failure with preserved ejection fraction. Nature Reviews Cardiology. 14 (10), 591-602 (2017).
- Redfield, M. M. Heart failure with preserved ejection fraction. New England Journal of Medicine. 375 (19), 1868-1877 (2016).
- Lam, C. S. P., Voors, A. A., de Boer, R. A., Solomon, S. D., van Veldhuisen, D. J. Heart failure with preserved ejection fraction: From mechanisms to therapies. European Heart Journal. 39 (30), 2780-2792 (2018).
- Solomon, S. D., et al. Angiotensin receptor neprilysin inhibition in heart failure with preserved ejection fraction: Rationale and design of the PARAGON-HF trial. JACC-Heart Failure. 5 (7), 471-482 (2017).
- Cunningham, J. W., et al. Effect of sacubitril/valsartan on biomarkers of extracellular matrix regulation in patients with HFpEF. Journal of the American College of Cardiology. 76 (5), 503-514 (2020).
- Conceição, G., Heinonen, I., Lourenço, A. P., Duncker, D. J., Falcão-Pires, I. Animal models of heart failure with preserved ejection fraction. Netherlands Heart Journal. 24 (4), 275-286 (2016).
- Noll, N. A., Lal, H., Merryman, W. D. Mouse models of heart failure with preserved or reduced ejection fraction. American Journal of Pathology. 190 (8), 1596-1608 (2020).
- Schwarzl, M., et al. A porcine model of hypertensive cardiomyopathy: Implications for heart failure with preserved ejection fraction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 309 (9), 1407-1418 (2015).
- Reiter, U., et al. Early-stage heart failure with preserved ejection fraction in the pig: A cardiovascular magnetic resonance study. Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 18 (1), 63 (2016).
- Silva, K. A. S., et al. Tissue-specific small heat shock protein 20 activation is not associated with traditional autophagy markers in Ossabaw swine with cardiometabolic heart failure. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 319 (5), 1036-1043 (2020).
- Ponikowski, P., et al. 2016 ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: The Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC)Developed with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. European Heart Journal. 37 (27), 2129-2200 (2016).
- Tsutsui, H., et al. JCS 2017/JHFS 2017 guideline on diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure - Digest version. Circulation Journal. 83 (10), 2084-2184 (2019).
- Yousefi, K., Dunkley, J. C., Shehadeh, L. A. A preclinical model for phenogroup 3 HFpEF. Aging (Albany NY). 11 (13), 4305-4307 (2019).
- Zheng, S., et al. Aged monkeys fed a high-fat/high-sugar diet recapitulate metabolic disorders and cardiac contractile dysfunction. Journal of Cardiovascular Translational Research. 14 (5), 799-815 (2021).
- Shirakabe, A., et al. Drp1-dependent mitochondrial autophagy plays a protective role against pressure overload-induced mitochondrial dysfunction and heart failure. Circulation. 133 (13), 1249-1263 (2016).
- Zhabyeyev, P., et al. Pressure-overload-induced heart failure induces a selective reduction in glucose oxidation at physiological afterload. Cardiovascular Research. 97 (4), 676-685 (2013).
- Tan, W., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Beznak, M. Changes in heart weight and blood pressure following aortic constriction in rats. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 33 (6), 995-1002 (1955).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- Hiemstra, J. A., et al. Chronic low-intensity exercise attenuates cardiomyocyte contractile dysfunction and impaired adrenergic responsiveness in aortic-banded mini-swine. Journal of Applied Physiology. 124 (4), 1034-1044 (2018).
- Massie, B. M., et al. Myocardial high-energy phosphate and substrate metabolism in swine with moderate left ventricular hypertrophy. Circulation. 91 (6), 1814-1823 (1995).
- Melleby, A. O., et al. A novel method for high precision aortic constriction that allows for generation of specific cardiac phenotypes in mice. Cardiovascular Research. 114 (12), 1680-1690 (2018).
- Charles, C. J., et al. A porcine model of heart failure with preserved ejection fraction: magnetic resonance imaging and metabolic energetics. ESC Heart Failure. 7 (1), 92-102 (2020).
- Olver, T. D., et al. Western, diet-fed, aortic-banded ossabaw swine: A Preclinical model of cardio-metabolic heart failure. JACC Basic to Translational Science. 4 (3), 404-421 (2019).
