본 프로토콜은 C57BL/6 생쥐에서 최적화된 가이드와이어 유도 대동맥판막 협착 모델을 상세히 설명합니다. 맞춤형 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼을 통해 정밀한 출혈 제어가 가능하며, 이를 통해 24시간 생존율 95%(19/20) 및 4주 차 전체 모델 성공률 90%(18/20)를 달성하였습니다.
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방법 논문
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본 프로토콜은 C57BL/6 생쥐에서 최적화된 가이드와이어 유도 대동맥판막 협착 모델을 상세히 설명합니다. 맞춤형 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼을 통해 정밀한 출혈 제어가 가능하며, 이를 통해 24시간 생존율 95%(19/20) 및 4주 차 전체 모델 성공률 90%(18/20)를 달성하였습니다.
대동맥판막 협착증(AVS)은 고령 인구에서 유병률이 증가하고 있는 주요 심혈관 질환이지만, 질환이 있는 판막 조직의 희소성으로 인해 기전 연구 및 치료제 개발에 심각한 제약이 따릅니다. 본 프로토콜은 출혈 관리를 통해 Honda 가이드와이어 유도 판막 손상 방법을 개선함으로써 재현 가능한 AVS 마우스 모델을 구축하고 최적화합니다. 암수 C57BL/6 마우스를 대상으로 가이드와이어 유도 대동맥판막 손상을 수행하며, 가이드와이어 삽입 및 제거 시 정밀한 출혈 제어가 가능한 맞춤형 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼을 통해 절차를 정교화합니다. 결과 측정 지표에는 24시간 생존율, 4주 차 심초음파 평가 및 조직병리학적 검증이 포함됩니다. 최적화된 프로토콜을 통해 95%의 24시간 생존율(20마리 중 19마리)을 달성하였으며, 생존 동물 중 94.7%(19마리 중 18마리)가 4주 차에 사전 정의된 혈역학적 성공 기준을 충족하여, 심초음파 및 조직학적 분석으로 확인된 전체 모델 성공률은 90%(20마리 중 18마리)였습니다. 이 표준화된 모델은 판막 퇴화 기전을 조사하고 후보 치료 개입법을 평가하기 위한 신뢰할 수 있고 재현 가능한 플랫폼을 제공합니다.
판막성 심장 질환은 인구 고령화와 함께 유병률이 증가하며 선진국과 개발도상국 모두에서 상당한 의료 부담이 되고 있습니다1. 경피적 대동맥판막 삽입술(TAVI)이 중증 대동맥판막 협착증의 치료를 변화시켰으나2,3, 판막 퇴행을 유도하는 세포 및 분자적 기전은 여전히 완전히 밝혀지지 않았으며, 질병의 진행을 늦추거나 되돌릴 수 있도록 승인된 약물 치료법도 없는 실정입니다4,5. 판막 질환 연구의 핵심적인 장애물은 연구에 사용할 수 있는 병변 조직의 가용성이 제한적이라는 점입니다6,7. 충분한 양의 인간 대동맥판막 표본을 얻는 것은 매우 어려우며, 병리학적 판막 변화를 안정적으로 재현하는 동물 모델 또한 매우 드물었습니다8. 이러한 공백으로 인해 대동맥판막 협착증(AVS)의 혈역학적 및 조직학적 특징을 재현하는 동물 모델을 개발하기 위한 지속적인 노력이 이어져 왔습니다.
ApoE⁻/⁻ 마우스에게 고지방 식이로 장기간 급여하는 것과 같은 기존의 식이 접근법은 20–24주가 소요되며 성공률이 낮아, 소수의 동물에서만 확정적인 협착 표현형이 나타납니다9,10,11,12. Honda 등이 설명한 가이드와이어 유도 판막 손상 모델은 경동맥 접근을 통해 판막 엽을 기계적으로 손상시킴으로써 이러한 단점들의 상당 부분을 해결하였습니다13. 원래의 기술은 경동맥 박리, 대동맥 판막으로의 가이드와이어 역행 진입, 반복적인 판막 엽 긁기 및 와이어 회전 과정을 포함하며, 이를 통해 수일 내에 급격한 혈역학적 변화가 일어나고 4주까지는 안정적인 협착 표현형이 형성됩니다13,14,15,16. 상대적인 속도와 직접성 덕분에 Honda 방법은 최근의 판막 연구에서 널리 채택되었습니다. 그러나 몇 가지 중요한 공백이 남아 있습니다. 전체적인 절차 세부 사항이 문헌에 충분히 기록되지 않았고, 실험실 간의 표준화가 부족하며, 이 모델에서 수술 후 이환율의 주요 결정 요인인 출혈 조절의 역할이 체계적으로 다뤄진 적이 없습니다. 이러한 불일치는 재현성을 떨어뜨리고 임상적 중개 가능성을 제한합니다.
출혈 제어의 체계적인 최적화가 수술 전후 생존율과 모델의 신뢰도를 유의미하게 향상시킬 수 있다는 가설이 세워졌습니다. 본 프로토콜은 맞춤형으로 설계된 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼을 도입하여 Honda 방법을 개선한 정교하고 표준화된 접근 방식을 제시합니다. 이 장치는 경동맥에 조절 가능한 길이 방향의 장력을 가함으로써, 혈관을 압착하지 않고도 가이드와이어의 삽입 및 제거 중에 완전한 일시적 지혈을 가능하게 합니다. 이러한 접근 방식을 통해, 최적화된 프로토콜은 95%의 24 h 생존율(20마리 중 19마리)을 달성하였으며, 생존 동물 중 94.7%(19마리 중 18마리)가 4주 차에 사전 정의된 혈역학적 성공 기준을 충족하여, 결과적으로 90%(20마리 중 18마리)의 전체 모델 성공률을 나타냈습니다. 실험실 간의 재현성을 용이하게 하기 위해 단계별 절차 문서가 제공됩니다.
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참고: 본 프로토콜에 기술된 모든 동물 실험 절차는 실험동물의 관리 및 사용 가이드라인(Guide for the Care and Use of Laboratory Animals)에 따라 수행되었으며, West China Hospital의 동물실험윤리위원회(IACUC)의 승인을 받았습니다(프로토콜 번호 20240311055). 실험 전반에 걸쳐 수컷 C57BL/6 마우스(8–10주령; 약 22–25 g)와 암컷 C57BL/6 마우스(8–10주령; 약 18–20 g)가 사용되었습니다. 커스텀 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼을 포함하여 본 프로토콜에 사용된 모든 재료, 시약, 기기, 소프트웨어 및 맞춤형 장치는 재료 표(Table of Materials)에 나열되어 있습니다.
1. 수술 전 준비 및 외과적 절개
2. 혈관 분리와 봉합사 배치
3. 플랫폼 적용 및 동맥 절개술
참고: 수술 전, 3D 프린팅 플랫폼을 에틸렌 옥사이드(EtO) 가스로 멸균한 후 충분히 통기시키고, 모든 금속 수술 도구는 오토클레이브로 멸균하십시오.
주의: 에틸렌 옥사이드는 독성, 가연성 및 발암성이 있습니다. EtO 멸균은 승인된 시설에서만 수행하고, 충분한 환기를 실시하며, 기관의 폐기물 처리 절차를 준수하십시오.
4. 가이드와이어 삽입 및 판막 손상
5. 가이드와이어 제거 및 상처 봉합
6. 판막 통과 혈역학의 심초음파 평가
7. 조직학적 처리 및 대동맥근 염색
8. 가짜 수술 절차
참고: 이 섹션에서는 Sham 대조군 절차를 설명합니다. Sham 마우스는 대동맥 와이어 손상(AWI) 그룹과 동일한 마취, 피부 준비, 혈관 노출, 동맥 절개 및 역행성 가이드와이어 삽입 과정을 거칩니다. 가이드와이어를 판막 상부 수준까지 진입시키지만, 대동맥 판막을 통과시키지 않으며 기계적인 판막 손상은 수행하지 않습니다.
9. 통계 분석 및 연구 설계
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지혈 제어를 위한 3D 프린팅 플랫폼 개발
기존의 가이드와이어 유도 대동맥판 협착증(AVS) 모델에서 이환율 및 사망률의 주요 원인인 수술 전후 출혈 문제를 해결하기 위해, 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼이 설계되었습니다 (그림 1). 플랫폼은 생체 적합성(USP Class VI / ISO 1093 준수) 광경화 수지를 사용하여 스테레오리소그래피(SLA) 프린팅으로 제작되었으며, 구조적 두께는 1.07mm입니다. 프린팅 후, 경화되지 않은 수지를 제거하기 위해 부품을 이소프로필 알코올로 세척하고 자외선 하에서 후경화시켰습니다. 표준 SLA 시스템에서 플랫폼을 재현할 수 있도록 전체 설계 파일(.stp)이 제공됩니다. 플랫폼은 정점 각도가 다음인 역V자형 정점 표면을 특징으로 합니다. 120° (그림 1A–B), 이는...
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본 프로토콜은 대동맥판막 협착증의 안정적이고 안전한 동물 모델에 대한 상세한 설명을 제공합니다. 이 방법의 특징은 총경동맥으로의 가이드와이어 삽입을 용이하게 하는 보조 플랫폼입니다. 이 플랫폼은 생체 적합성 광경화성 수지(구조적 두께 1.07 mm)를 이용한 스테레오리소그래피(SLA) 프린팅으로 제작되었으며, 정점 각도가 120°인 역 V자형 정점 표면을 포함하고 있습니다. 전체 설계 파일은 보충 .stp 파일로 자유롭게 이용 가능합니다. 이 장치는 가이드와이어의 원활한 진입을 보장하고 수술 전후의 혈액 손실을 객관적으로 제어함으로써 모델 마우스의 단기 및 장기 생존율을 보호합니다. 최초 설명 이후, 가이드와이어로 유도된 모델은 경증에서 중증의 협착증을 생성하기 위해 손상 강도를 조절하는 단계별 중증도 변형 모델을 포함하여 더욱 정교화되고 특성화되었으며17, 최근에는 수술 전후 합병증을 기록한 보고서들이 발표되었습니다18. 본 프로토콜은 수술 ...
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저자들은 경쟁 관계에 있는 재정적 이익이나 이해 상충이 없음을 밝힙니다.
본 연구는 비전염성 만성질환-국가 과학 기술 주요 프로젝트(2026ZD0554300), 중국 국가 자연과학 재단(U23A20395, 82170375, 82500455), 쓰촨성 자연과학 재단(2026NSFSC0552), 중앙 대학 기초 연구 기금, 중국 시짱 자치구 과학 기술 프로젝트(XZ202501ZY0120) 및 쓰촨 대학교 화서 병원의 ‘1.3·5’ 프로젝트(ZYGD23021, 23HXFH009)의 지원을 받아 수행되었습니다. 저자들은 소동물 초음파 검사를 도와준 Qipu Feng(쓰촨 대학교 화서 병원 동물 실험 센터)에게 감사를 표합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼 | 주문제작 | N/A | 주문제작 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼; .stp 형식의 보조 CAD 파일 제공. |
| 4% 파라포름알데히드(Paraformaldehyde) | Servicebio | G1101-3ML | 조직 고정 |
| 5-0 나일론 봉합사 | Jinhuan Medical | F503 | 단속 봉합을 통한 피부 폐쇄 |
| 6-0 실크 봉합사 | Jinhuan Medical | RC411 | 원위부 RCCA의 영구 결찰 및 근위부 슬립노트(slipknot) |
| 음향 결합 젤 (예열됨) | Keppler | KL-250 | 심초음파 검사 |
| 생체 적합성 광경화성 수지 | Formlabs | RS-F2-BMCL-01 | 주문제작 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼 제작에 사용된 SLA 프린팅 재료. |
| C57BL/6 마우스 (8–10주령; 수컷 22–25 g, 암컷 18–20 g) | GemPharmatech | C57BL/6 | 전 과정에서 양성 모두 사용; 표준 조건에서 사육 |
| 에틸렌 옥사이드 가스 | 기관 멸균 시설 | N/A | 주문제작 3D 프린팅 혈관 지지 플랫폼의 멸균. |
| FreeCAD | FreeCAD Project Association | 1.1.1 | CAD 시각화 및 .stp 파일로부터 3D 구조 도면 생성. |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | 9.0 | 통계 분석 및 그래프 작성 |
| 가이드와이어, 직경 0.014-inch | Boston Scientific | H749393071900 | 기계적 대동맥판막 손상 |
| Hematoxylin and Eosin (H&E) 염색 키트 | Beyotime | C0105S | 판막 형태 및 두께 측정 |
| 이소플루레인(Isoflurane) | RWD Life Science | R510-22-2 | 3% 도입; 100% O2에서 1.5–2% 유지 |
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