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Research Article
Nahla Ibrahim1, Johannes Klopf1, Sonja Bleichert1, Marc A. Bailey2,3, Albert Busch4, Alexander Stiglbauer-Tscholakoff5, Wolf Eilenberg1, Christoph Neumayer1, Christine Brostjan1
1Division of Vascular Surgery, Department of General Surgery,Medical University of Vienna and Vienna General Hospital, 2Leeds Institute for Cardiovascular and Metabolic Medicine, School of Medicine,University of Leeds, 3Leeds Vascular Institute,Leeds General Infirmary, 4Department for Visceral, Thoracic and Vascular Surgery,Technical University of Dresden and University Hospital Carl-Gustav Carus, 5Division of Cardiovascular and Interventional Radiology, Division of Molecular and Gender Imaging, Department of Biomedical Imaging and Image Guided Therapy,Medical University of Vienna and Vienna General Hospital
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
이 프로토콜은 반복적인 약물 치료를 위해 경정맥 카테터를 갖는 혈관 접근 포트의 아포리포단백질 E(ApoE) 결핍 마우스에서 안지오텐신 II 방출에 의해 복부 대동맥류를 유도하기 위한 삼투압 펌프의 연속 이식을 기술한다. 3D 초음파에 의한 동맥류 발달 모니터링은 등쪽 임플란트에도 불구하고 효과적으로 수행됩니다.
제약 치료 옵션이 복부 대동맥류 (AAA)의 임상 관리에서 부족하기 때문에, 동물 모델, 특히 마우스 모델은 질병 병인에 대한 이해를 증진시키고 잠재적 인 치료 표적을 식별하기 위해 적용됩니다. 이들 모델에서 AAA 성장을 차단하기 위한 신규한 약물 후보를 시험하는 것은 일반적으로 실험의 시간 과정 동안 반복적인 약물 투여를 필요로 한다. 여기에서는 AAA 유도, 장기간 치료를 용이하게하는 정맥 내 카테터의 삽입 및 3D 초음파에 의한 직렬 AAA 모니터링을위한 컴파일 된 프로토콜을 설명합니다. 동맥류는 아포리포단백질 E(ApoE) 결핍 마우스에서 안지오텐신 II 방출에 의해 유도되며, 28일에 걸쳐 삼투압 미니펌프로부터 다시 마우스 내로 피하로 이식된다. 그 후, 외부 경정맥 카테터 삽입을위한 외과 적 절차가 매일 정맥 내 약물 치료 또는 피하 혈관 액세스 버튼을 통한 반복 혈액 샘플링을 허용하기 위해 수행됩니다. 두 개의 등쪽 임플란트에도 불구하고, AAA 개발의 모니터링은 순차적 인 반자동 3D 초음파 분석에 의해 쉽게 촉진되며, 이는 실험예에 의해 설명 된 바와 같이 대동맥류 직경과 부피의 확장 및 동맥류 형태학에 대한 포괄적 인 정보를 제공합니다.
복부 대동맥류 (AAA)는 궁극적으로 파열과 환자 사망으로 이어질 수있는 대동맥벽의 염증 및 조직 파괴 과정으로 인한 혈관의 병리학 적 팽창입니다. 외과 적 AAA 수리에서 상당한 업적에도 불구하고, 동맥류 확장의 진행을 차단하고 잠재적으로 파열의 위험을 낮추는 보수적 인 약물 치료는 현재까지 누락되었습니다. 동물 모델은 질병의 유발 요인과 중재자를 밝히고 치료에 대한 새로운 접근법을 테스트하기 위해 개발되었습니다. AAA의 마우스 모델은 널리 적용되고 인간 조직으로부터의 상이한 관찰을 포괄한다. 그들의 pathomechanistic 차이로 인해, 종종 분자 / 경로의 특정 기능 또는 잠재적 인 치료 약물 1,2의 효능을 조사하기 위해 하나 이상의 모델이 적용됩니다. AAA 유도의 가장 일반적으로 사용되는 모델 중에는 아포리포단백질 E 결핍(ApoE KO) 마우스3에서의 안지오텐신-II(Ang-II) 투여가 있는데, 이는 급성 모욕으로부터 대동맥벽 4,5에 이르는 동맥류 형성에 의존하는 모델에 비해 더 만성-유사 병인을 갖는다. 따라서, Ang-II 모델은 질환 진행을 모니터링하는데 특히 적합한 것으로 보이며, 최근에는 대사 및 염증 반응과 관련하여 인간 AAA 질환과 매우 유사한 것으로 나타났다6. 특히, Ang-II 모델은 AAA 발달뿐만 아니라 흉부 동맥류 형성뿐만 아니라 교내 혈전 형성을 통한 대동맥 박리를 특징으로합니다.
질병의 개시를 막기보다는 이미 확립된 AAA의 진행을 표적으로 하는 것을 목표로 하는 치료법은 치료(7,8)를 필요로 하는 기존 병태를 갖는 환자로서 더 높은 번역 가치를 가질 수 있다. 비교 가능한 실험 설계의 경우, AAA 유도 전후에 대동맥 크기를 모니터링하여 질병 발생의 역치를 정의하고 잠재적으로 마우스를 치료 그룹으로 계층화해야합니다.
약물 투여 방식은 각 물질의 흡수 및 안정성에 달려 있습니다. 복강내(i.p.) 주사는 적용의 용이성, 마취제를 필요로 하지 않으며, 주사 부피의 제약의 부족으로 인해 가장 자주 이용된다(9). 그러나 약동학은 투여 경로를 선택할 때 i.p.가 주로 간 문맥 순환을 통해 흡수되고 순환에 도달하기 전에 간 대사를 겪을 수 있기 때문에 첫 번째 통과 효과10에 따라 혈장 농도가 달라질 수 있으므로 고려해야합니다. 정맥 내 (i.v.) 주사는 물질의 가장 높은 생체 이용률을 산출하고, 반복적 인 i.v. 접근의 도전은 매일 투여를위한 카테터 및 혈관 접근 포트의 사용에 의해 회피 될 수있다 11,12,13. AAA 설정과 관련하여, 순환에서의 약물 분포는 정의된 농도에서 직접적인 동맥류 노출을 용이하게 한다.
여기에서는 삼투압 펌프의 피하 이식을 통해 Ang-II 마우스 모델에서 AAA를 유도하기 위한 워크플로우를 설명하고, 외부 경정맥에 삽입된 카테터에 연결된 혈관 액세스 포트를 통한 일일 i.v. 약물 치료뿐만 아니라 두 개의 등쪽 임플란트가 있음에도 불구하고 3D 초음파(14 )를 통한 동맥류 크기의 모니터링을 위해 설명합니다.
동물 실험은 지역 윤리위원회와 오스트리아 과학부 (BMWFW-66.009/0355-WF/V/3b/2016)의 승인을 받았으며 과학적 목적으로 사용되는 동물 보호에 관한 유럽 지침 2010/63/EU와 오스트리아 동물 실험법 2012을 준수했습니다. ≥15 % 체중 감소, 음식 및 / 또는 수분 섭취 피하기, 활동 감소 (운동 저하증) 또는 운동 장애 또는 통증 / 증상 관리에도 불구하고 장기간의 흔들림, 긁힘, 호흡 곤란 또는 구부러진 자세. 필요한 경우, 동물을 깊은 마취, 즉 케타민 (약 100 mg / kg)과 자일라진 (약 5 mg / kg)의 과다 복용 칵테일 또는 자궁 경부 탈구로 안락사시킵니다. 외과 적 절차의 경우 무균 기술과 멸균 / 깨끗한 장갑이 전체적으로 사용됩니다.
1. 펌프 이식
2. 경정맥 카테터 삽입
참고 :이 수술 절차에는 8x-10x 배율의 현미경이 필요합니다.
3.3D 초음파
4. 초음파 분석
대표적인 결과는 기준선, 8일째 및 27일째에 초음파에 의해 모니터링된 바와 같은 상완동맥류의 발달 및 진행을 보여준다(도 1A). 도 1A에서 27일째 대동맥의 삼색 염색(도 1B)은 벽 해부 및 교내 혈전을 갖는 형성된 동맥류의 형태를 추가로 예시한다. 대동맥 부피 (mm3)는 12 mm14의 연신에 걸쳐 결정되었고, 최대 대동맥 직경은 EKV 이미지로부터 추가로 측정되었다. 기준선에서 8일째까지의 125% 부피 성장의 역치는 초기 동맥류 발달을 정의하기 위해 설정되었다. 2 년 (2020-2021, n = 157)에 걸쳐 수집 된 데이터에 따르면,이 컷오프에 따라 AAA를 형성하지 못한 동물의 9 %만이 AAA를 형성하지 못했습니다. 그러나, 마우스의 35%는 9일째에 카테터 이식 전에 대동맥 파열(흉부 또는 복부)을 경험하였고, 따라서 AAA 질환이 확립된 나머지 동물의 총 56%가 치료 그룹으로 계층화될 수 있게 되었다(도 1C). 참고로, 우리의 역사적인 PBS 대조군 (n = 21) 중에서 동맥류는 다양한 정도로 발전했습니다 (범위 : 128 % -314 %, 평균 199 % ± 55 % SD 대동맥 부피 증가). 중요하게도, 초기 확장과 추가 질병 진행 사이의 역관계가 관찰되었는데, 즉, 빠른 진행성 동맥류의 55%(8일째에 >200% 부피 성장)는 27일째까지 더 이상 진행되지 않았고, 반면에 다른 동맥류의 80%(8일째에 >125% 및 <200% 부피 성장)는 실험이 끝날 때까지 계속 확장되었다(도 1D).
최근 보고된 바와 같이, 14,17에 보고된 바와 같이, 기술된 방법들은 성공적으로 확립되고, 검증되고, 구현되었으며, 예를 들어, 확립된 AAA의 진행을 차단하는 히스톤 시트룰린화 억제제 (GSK484, 호중구 세포외 트랩 형성의 억제를 위한)의 치료 효과를 문서화한다. ApoE 결핍 마우스는 28 일 동안 피하 이식 된 삼투 펌프에 의해 1000 ng / kg / min으로 Ang-II를 받았다. 동물을 8일째에 측정된 대동맥 부피를 기준으로 GSK484 (0.2 μg/g/day) 또는 PBS 처리로 1:1로 계층화하였고, 9일째에 경정맥 카테터 삽입 절차를 거쳤다. 약물 주사는 연구17이 끝날 때까지 마우스 중량의 10 μL/g의 부피로 매일 수행되었다. 도 2는 예시적인 (n=2/군) 초음파 결과(절대 및 상대적 부피 또는 직경 확장의 시간 과정)를 보여주며, GSK484 치료가 AAA 진행을 억제한 반면, 동맥류는 대조군 마우스에서 계속 확대되었음을 밝혀냈다.

도 1: 3D 초음파에 의해 검출된 바와 같은 Ang-II 마우스 모델에서의 AAA 형성 및 진행. (A) 상완 대동맥을 Ang-II 펌프 이식 후 기준선(BL), 8일째(d8), 및 27일째(d27)에서 3D 초음파에 의해 모니터링하였다. 부피는 3D 재구성된 이미지를 기반으로 12 mm 스트레치의 상완 대동맥(157 프레임)에 걸쳐 측정되었다. 최대 대동맥 직경은 EKV 이미지로부터 결정되었다. (b) 마우스 희생 및 장기 수집 후 27일째 대동맥의 횡단 절편의 삼색 염색. 대동맥 박리의 존재는 L1 / L2 (루멘 1 및 루멘 2)로 표시되며 교내 혈전은 A와 B에서 *로 표시됩니다. (c) 8일째에 AAA의 발생률(BL로부터 >125% 대동맥 부피 증가) 및 2년에 걸쳐 수집된 데이터 세트로부터 처음 9일 이내(흉부 또는 복부) 내의 대동맥 파열(n=157). (d) PBS 대조군-처리된 마우스(n=21)에서 동맥류의 초기 빠른 형성 (BL에서 8일째까지 >200% 대동맥 부피 성장) 대 적당히 성장(BL에서 8일째까지의 >125% 및 <200% 대동맥 부피 성장)의 8일째부터 27일째까지의 진행 빈도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 2: 혈관 접근 버튼을 통해 GSK484 또는 PBS의 정맥내 주사에 의한 Ang-II 모델에서 AAA 진행을 차단하는 히스톤 시트룰린화의 억제로부터의 예시적인 결과 . (A) 대동맥 부피(mm3)는 상프레날 대동맥의 12 mm 스트레치에 걸쳐 측정된 바와 같다. (b) 기준선으로부터 계산된 대동맥 부피 성장 (BL = 100%). (C) EKV 이미지로부터 결정된 최대 대동맥 직경. (d) BL. GSK484 데이터로부터 계산된 대동맥 직경 성장을 이전에 발표된 연구17로부터 추출하였다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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이 프로토콜은 반복적인 약물 치료를 위해 경정맥 카테터를 갖는 혈관 접근 포트의 아포리포단백질 E(ApoE) 결핍 마우스에서 안지오텐신 II 방출에 의해 복부 대동맥류를 유도하기 위한 삼투압 펌프의 연속 이식을 기술한다. 3D 초음파에 의한 동맥류 발달 모니터링은 등쪽 임플란트에도 불구하고 효과적으로 수행됩니다.
동물 실험에 도움을 주신 Podesser교수님과 Ellmeier 교수님의 팀(비엔나 의과대학 의과대학 생물의학 연구 및 실험실 동물 사육 및 축산을 위한 핵심 시설)에 감사드립니다. AAA 삼색 염색은 Monika Weiss와 Peter Petzelbauer 교수 (비엔나 의과 대학 피부과 학과)가 친절하게 수행했습니다. 이 연구는 오스트리아 과학 기금 [SFB 프로젝트 F 5409-B21]의 지원을 받았습니다. Marc Bailey는 British Heart Foundation [FS/18/12/33270]의 지원을 개인적으로 받고 있습니다.
| 4-0 Polysorb 봉합사 | Covidien | GL-46-MG | 꼰 흡수성 봉합사 CV-23 테이퍼 |
| 6-0 실크 봉합사 | Ethicon | 639H | PERMA-HAND Silk |
| ALZET 2004 삼투압 펌프 | 스DURECT Corp | 298 | 삼투압 미니 펌프 |
| Angiotensin-II | Bachem | 4006473.0100 | Angiotensin II 아세테이트 |
| Aquasonic Clear 초음파 투과 젤 | Parker Labs | PUSG-0308 | 초음파 젤 |
| 베타도나 상처 스프레이 | Mundipharma | 상처 소독 스프레이(포비돈-요오드 스프레이) | |
| 베타이소도나 용액 | Mundipharma | 15973 | 상처 소독 용액(포비돈-요오드 용액) |
| 마우스 대퇴 정맥/동맥용 카테터 | Instech Laboratories Inc | C10PU-MFV1301 | 1-3Fr, 10.5cm, 칼라 @1.2cm. 22G |
| 제모 크림 | |||
| 취급 도구 | Instech Laboratories Inc | VABMG | 자기 마우스 처리 도구 혈관 접근 버튼 |
| HYLO NIGHT Eye Oinment | URSAPHARM | 538922 | 눈 윤활제 크림 |
| 다양한 크기의 | 바늘 및 주사기 | 1mL 및 5mL 주사기, 27G 및 30G 바늘 | |
| Olympus SZ51 스테레오 현미경 | Olympus Corporation | 해부 및 검사 현미경 | |
| PinPort 인젝터 | Instech Laboratories Inc | PNP3M-50 | 인젝터 혈관 접근 버튼 |
| 보호 알루미늄 캡 | Instech Laboratories Inc | VABM1C | 자기 1 채널 마우스 용 보호 알루미늄 캡 VAB |
| Signa 전극 초음파 젤 | Parker Labs | PE-1560 | 전극 gel |
| 소형 전기 면도기 | |||
| Surigcal 및 microsurgical 장비 | |||
| Suprasorb C | Lohmann & Rauscher | 20482 | 콜라겐 상처 드레싱 |
| 혈관 접근 버튼(VAB) | Instech Laboratories Inc | VABM1B/22 | 마우스용 혈관 접근 버튼, 마그네틱, 1채널 22G, 인젝터 |
| Vevo 3100 이미징 시스템 | FUJIFILM VisualSonics Inc | 51073-51 | 초음파 시스템 |
| Vevo Lab 5.6.1 소프트웨어 | FUJIFILM VisualSonics Inc | 초음파 분석 소프트웨어 | |
| Vevo MX550D 변환기 | FUJIFILM VisualSonics Inc | Vevo 3100 시스템용 선형 어레이 변환기 | |
| Vevo 마우스 취급 테이블 | FUJIFILM VisualSonics Inc | 11436 | 생리 모니터링용 마우스 가열, 마우스 코어 온도 캡처 및 ECG 패드 |