Een model van stent implantatie in muizen halsslagader wordt beschreven. In vergelijking met andere, soortgelijke middelen, deze procedure is zeer snel, eenvoudig en toegankelijk, het aanbieden van de mogelijkheid om te studeren in een handige manier de vaatwand reactie op verschillende drug-eluting stents en de moleculaire mechanismen van restenose.
Methodenartikel
Een Muizenmodel van Stent Implantatie in de halsslagader voor de Studie van Restenose
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Ondanks de aanzienlijke vooruitgang geboekt bij de stent ontwikkeling in de afgelopen decennia, hart-en vaatziekten nog steeds de belangrijkste doodsoorzaak in de westerse landen. Naast de voordelen van de ontwikkeling van verschillende drug-eluting stents, de coronaire revascularisatie draagt ook de levensbedreigende risico's van in-stent trombose en restenose. Onderzoek naar nieuwe therapeutische strategieën wordt belemmerd door het gebrek aan geschikte methoden om implantatie van de stent restenose en processen te bestuderen. We beschrijven hier een snelle en toegankelijke procedure van implantatie van de stent in de muis halsslagader, die de mogelijkheid om te studeren in een handige manier de moleculaire mechanismen van het schip verbouwen en de effecten van verschillende drugs coatings biedt.
Inleiding
Cardiovasculaire ziekten veroorzaakt door de progressie van atherosclerose zijn de belangrijkste doodsoorzaak in de geïndustrialiseerde landen. Atherosclerose is een centraal, inflammatoire fibro-proliferatieve respons van de vaatwand op endotheliale schade 1, resulterend in de vorming van een uitgebreide plaque in het lumen van het vat, waardoor de bloedstroom door de kransslagaders. Meer dan 75% van de hartinfarcten gevolg van de breuk van de dunne fibreuze kap van de ontstoken plaque 2. Aangezien deze complicatie kan fataal zijn, een percutane transluminale (coronair) angioplastiek (PTCA) met stentplaatsing werd de eerste-keuze behandeling bij de huidige medische praktijk. De werkwijze maakt de dilatatie van de vernauwde kransslagader en daarmee het herstel van de bloedstroom. Tegelijkertijd veroorzaakt mate schade aan het endotheel en de vatwand 3. De lange termijn effecten van deze therapie wordt beperkt door een te hoge arteriële remodeleng en restenose 4.
Door toepassing van stents, de PTCA werd effectief bij de behandeling van gecompliceerde laesies, waardoor revascularisatie na een acuut vaartuig sluiting 5. Deze werkwijze vermindert de incidentie van in-stent restenose tot minder dan 10% 6. Naast deze voordelen, deze eerste-keuze behandeling voor coronaire revascularisatie draagt ook de levensbedreigende risico's van in-stent trombose en restenose.
In-stent trombose wordt veroorzaakt door een de-endothelialisatie van het vat, gevolgd door een massieve adhesie van bloedplaatjes en fibrine op de verwonde plaats. 26% van de patiënten last van in-stent trombose en 63% sterven van myocardinfarct 7. Herstenose verwijst naar het proces van wondgenezing na mechanische verwonding aan de vaatwand, waarbij neointima hyperplasie (migratie en proliferatie van vasculaire gladde spiercellen (VSMC), afzetting van extracellulaire matrix (ECM) en remodelingvan het vaartuig. Vaak is een invasieve re-interventie noodzakelijk om ernstig vernauwde atherosclerotische vaten wegens in-stent trombose en restenose dilatate.
In-stent trombose, een langdurige behandeling met anti-trombotische middelen noodzakelijk 8. Ter voorkoming van restenose, nieuwe generatie drug-eluting stents elueren anti-proliferatieve middelen zoals immunosuppressieve middelen (bijvoorbeeld sirolimus, everolimus, zotarolimus) en anti-kanker geneesmiddelen (bijvoorbeeld paclitaxel) een polymeerbekleding enkele maanden 9,10. Hoewel deze medicijnen verminderen de vorming van neointima en restenose, onderhouden ze een hoog risico van in-stent trombose door remming van de re-endothelialisatie.
Na arteriële verwonding, het onderhoud van het endotheel is essentieel om trombotische complicaties te voorkomen. Onder fysiologische omstandigheden, de menselijke endotheel toont een kleine omloopsnelheid 11. Onder pathologietief voor farmacologische omstandigheden echter het endotheel integriteit wordt aangetast, zodat een snel herstel van omringende mature endotheelcellen en circulerende endotheliale voorlopercellen (EPC's) is vereist 12,13.
De studie van deze complexe moleculaire mechanismen grotere dieren 14-16 of muizen aorta is een moeilijke procedure, die beperkte gegevens 17-19. Om de efficiëntie van nieuwe stent-coatings testen om in-stent trombose en restenose nieuwe modellen te verminderen zijn noodzakelijk.
Nitinol vertegenwoordigt het ideale platform voor stents vanwege de 'hoge elasticiteit, shape-memory-effect en een goede tolerantie bij patiënten, met succes gebruikt als kale metalen stents in klinisch gebruik. Deze legering vaak een geminiaturiseerde stent maakt met een uitwendige diameter van 500 urn, die kunnen worden bekleed 20 en geïmplanteerd in de halsslagader van muizen. De ontwikkeling van een geminiaturiseerde nitinol stent voor muis carotid slagader, maakt het onderzoek mogelijk van de precieze moleculaire mechanisme geïnduceerd door stentimplantatie en biedt de mogelijkheid om snel en efficiënt de effecten van verschillende geneesmiddel-coatings te testen om restenose te voorkomen. Het bestaan van verschillende knock-out muizen stammen is een enorm voordeel bij de opheldering van de rol van verschillende moleculen betrokken bij neointima groei en in-stent trombose.
Protocol
1. Stent Voorbereiden en Implantatie
- De stent-veerpoten (Fort Wayne Metals, Castlebar, Ierland) waren gevlochten en vervolgens op de gewenste grootte snijden bij het Instituut voor Textiel Technologie en Werktuigbouwkunde, RWTH Aachen University in Duitsland (figuur 1A).
- Voor implantatie, moet de stents overgebracht in een 2 cm siliconenslang, met forceps, en dat 2 mm aan een uiteinde, genoemde voorste uiteinde (Figuur 1A).
- De voorkant moet schuin worden gesneden, om een scherpe punt voor implantatie garanderen.
- Voor implantatie, moet de stent overvloedig gedrenkt, om slippen te verzekeren.
2. Stent Implantatie
- 10-12 weken oude mannelijke C57BL / 6 wildtype muizen, 25-27 g worden verdoofd met intraperitoneale injectie van 100 mg / kg ketamine en 10 mg / kg xylazine. Goede verdoving voorafgaand bevestigd chirurgie door het gebrek aan reflexen enbaard beweging. Om uitdroging te voorkomen en onder verdoving, worden de muisogen bedekt met een film van Bepanthène crème.
- Na het scheren en een goede ontsmetting van het ventrale halsgebied, wordt een kleine mediane incisie van 1 cm uitgevoerd onder een stereomicroscoop, met behulp van een schaar. Na scheiden van de 2 vetlichamen met steriele gebogen pincet, kan de linker gemeenschappelijke halsslagader zichtbaar pulseren met de trachea.
- 1 cm van de linker gemeenschappelijke halsslagader en de vertakking moet vrij zijn voorbereid. 1 knoop met behulp van een 5/0 zijden draad zal rond de linker gemeenschappelijke halsslagader gebonden zijn, zullen 2 knopen met 7/0 zijden draden gebonden rond de linker externe halsslagader, en 1 knoop met een 7/0 zijden draad wordt gebonden rond de interne halsslagader (Figuur 1B).
- De bloedstroom wordt vervolgens onderbroken door binding van de knopen op de interne halsslagader en de proximale uitwendige halsslagader stevig, en door aan de knoop surroundpelijke halsslagader. Het schip moet op een manier die de gemeenschappelijke en externe halsslagader zijn in een rechte lijn worden vastgesteld.
- Een kleine incisie aan de externe halsslagader wordt uitgevoerd, nabij het proximale knoop, met behulp van een Vannas schaar. De siliconen buis die de stent wordt ingebracht in de externe halsslagader, met de punt voor, met een voerdraad. Nadat de stent op de gewenste positie bereikt, wordt de siliconen slang teruggetrokken over de voerdraad en kan het vormgeheugen uitzetting van de stent (Figuur 1B).
- Het distale knoop op de externe halsslagader bindt stevig aan de plaats van de incisie en de knopen in de interne halsslagader en sluiten worden verwijderd, waardoor de bloedstroom hersteld.
- De huid incisie wordt gesloten met 3-4 Michel hechtdraad clips en een Michel pincet. De muis wordt geplaatst onder het rode licht tot volledig herstel. Een analgetische behandeling niet nodig.
- Deplaque kan worden geanalyseerd na 1-3 weken. Om de re-endothelialisatie studeren, een vroegere eindtijd punt is noodzakelijk (3-4 dagen). We waargenomen in ons model van stent implantatie die 4 weken na deze ingreep, vooral door het gebruik van specifieke coatings op de geminiaturiseerde stents biofunctionalize, neoangiogenesis komt voor bij ongeveer 30% van het monster. Dit is een hinde voor de verbouwing en regeneratieve processen, met verschillende mechanismen en vertegenwoordigt een ander pathologisch probleem. Concentreren op neointima vorming, in-stent stenose en / of analyse van mechanismen die deze bijwerkingen na stent implantatie een eindtijd bijzondere 3 weken uiteindelijk niet te mengen met de regeneratieve effecten geïnduceerd door het begin van neoangiogenesis zijn.
3. Analyse van plaquevorming
- Aan het eind-tijdstip, worden de dieren verdoofd met intraperitoneale injectie van 100 mg / kg ketamine en 10 mg / kg xylazine.Goede verdoving voorafgaand bevestigd chirurgie door het gebrek aan reflexen en baard beweging.
- De dieren worden gedood door intracardiale verbloeding. Het bloed serum wordt verzameld voor verdere analyse.
- Na het openen van de borstholte en PBS wassen door intracardiale punctie, een orgaan perfusie met 4% paraformaldehyde (PFA) oplossing wordt gedurende 5 minuten. De linker halsslagader met de stent wordt ontleed, direct geplaatst in een 4% PFA-oplossing en ten minste 16 uur later embbeded in plastic.
- 50 pm dikke secties worden uitgevoerd vanaf kunststof-ingebedde monsters met behulp van een diamant lintzaag.
- Om de plaque maat te meten, wordt Giemsa kleuring uitgevoerd.
- Om de snelheid van re-endothelialisatie analyseren binnen het gestente gebied van het vat, is immunohistochemie voor de von Willebrand factor (vWF) uitgevoerd.
Resultaten
- De implantatie van een geminiaturiseerde nitinol stent in de linker halsslagader van muizen duurt 25-30 minuten en laat een sterftecijfer van 10% vooral te wijten aan de schade van het schip tijdens de interventie. Een betere overleving waargenomen bij muizen met een gewicht van meer dan 25 g bij de stent implantatie (mortaliteit van 5%). Daarom kozen we voor de implantatie muizen met een gewicht tussen 25-27 g. Na de operatie, de muizen te herstellen van anesthesie binnen 2-5 minuten en zonder lichamelijke beperkingen, zoals bijvoorbeeld verlamming, worden nageleefd. Micro-Computer Tomografie (micro-CT) beeldvorming uitgevoerd een week na stent implantatie bleek dat de stents niet worden ontwricht door de bloedstroom (figuur 1C). Helaas, analyse van neointima formatie in deze beelden is niet mogelijk door de metaal-afgeleide voorwerpen (figuur 1D, 1E).
- We vonden geen schip of endotheliale schade van unstented oppervlakte van het vat, direct onder de stent, Zoals detecteerbaar histologische (Figuur 2A) en specifieke kleuring van endotheel (Figuur 2B, anti-muis CD31 antilichaam). Voor een beter overzicht, werd de sectie gescand met behulp van een twee-foton laser scanning microscopie (figuur 2B, 2C).
- In het gestente vat, wordt een permanente dilatatie van 15% waargenomen (verhouding stent: slagader, 1,15:1) van muizen met een gewicht tussen 25-27 g. Neointima vorming en trombus-vorming kan worden geanalyseerd door klassieke histologische kleuringen (bijv. hematoxiline-eosine, Giemsa, Movat, Toluidin blauw, Masson-Goldner Trichrom-, figuur 3A, 3B). Sinds de lamina externa en interna zijn niet meer zichtbaar, werd plaque grootte berekend als het verschil van de externe en de luminale gebieden (gemiddelde plaque oppervlakte: 234.566 ± 3315 um 2, bedoel luminaal gebied: 12.036 ± 2662 um 2). Externe omtrek werd ook gemeten (gemiddelde: 1799 ± 14 micrometer). Voor analyse van decellulaire samenstelling, de secties moeten worden deplastified en gekleurd met specifieke merkers. Voor de re-endothelialisatie, gebruikten we een Cy3-geconjugeerd anti-CD31 antilichaam en proliferatie van gladde spiercellen een FITC-geconjugeerd anti-SMA-antilichaam (Figuur 3C). Re-endothelialization werd berekend als percentage van de CD-31 positief gekleurd aan de totale luminale oppervlak (gemiddelde: 23.07 ± 3.14%) een week na stent implantatie.
Natuurlijk, een onbeperkt aantal specifieke kleuring mogelijk, afhankelijk van de ervaring elke laboratoria. Analyse van myosine zware keten, een betere karakterisering van SMC's, maar ook de analyse van geïnfiltreerde cellen (monocyten, lymfocyten) of kleuringen voor verschillende cytokinen kunnen ook worden uitgevoerd, afhankelijk van het doel van de studie.
c = "/ files/ftp_upload/50233/50233fig1.jpg" />
Figuur 1. Schematisch overzicht van de chirurgische procedure (A). De bloedstroom wordt onderbroken door binding van de knopen op de interne halsslagader en de proximale uitwendige halsslagader stevig, en door aan de knoop rond de halsslagader. De siliconen buis die de stent wordt ingebracht in de externe halsslagader via een kleine snede in de externe halsslagader. Nadat de stent op de gewenste positie bereikt, wordt de siliconen slang teruggetrokken over de voerdraad en kan het vormgeheugen uitzetting van de stent. Micro-CT beelden die de stent plaats een week na chirurgische implantatie (B). Door materiaal-afgeleide artefacten, een analyse van de neointima groei niet mogelijk is (C, D).
3fig2highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50233/50233fig2.jpg "/>
Figuur 2. Unstented gebied van het vat wordt niet beïnvloed door de chirurgische procedure, zoals door Toluidin Blue (A) en endotheel-specifieke CD31 kleuring (B, C).
Figuur 3. Analyse van de plaque kan worden uitgevoerd door klassieke histologische kleuringen (bijv. Masson-Goldner Trichrom-) (A). De georganiseerde thrombus kan worden gedetecteerd door zwart gebeitst fibrine depositie in de neointima, in sommige gevallen een volledige occlusie van het vat wordt waargenomen (B). Re-endothelialisatie (Cy3, rood) of proliferatie van gladde spiercellen (FITC, groen) werd gedetecteerd door dubbele immunofluorescentie kleuring met specifieke merkers.Tegenkleuring werd uitgevoerd met 4 ',6-diamidino-2-fenylindool (DAPI, blauw) (C). We merkten een voltooide re-endothelialisatie van de stent stutten (links, dubbele pijl) vergeleken met een incomplete luminaal re-endothelialisatie (rechts, enkele pijl).
Discussie
Om het risico van in-stent trombose en restenose te verminderen en de ontwikkeling van nieuwe bekledingen voor drug-eluting stents, een gemakkelijke, eenvoudige en toegankelijke wijze van stent implantatie in een diermodel houden nodig. Muizen leveren het ideale systeem complexe mechanismen van arteriële remodeling na stentimplantatie en de efficiëntie van dergelijke geneesmiddelen te bestuderen. Bestaande modellen voor in-stent restenose muis moeilijk, vereisen een hoge chirurgische vaardigheden en impliceert hoge risico op complicaties zoals bloedingen of verlamming 17-19. Bijvoorbeeld, in het model van de stent-implantatie in thoracale aorta van een donor muis na ballon-dilatatie van het vat en transplantatie van de stent segment in halsslagader van de ontvanger muis 17, de studie van de patho-mechanismen is niet alleen beïnvloed begunstigde reactie donormateriaal, maar ook door de enorme beschadiging van vasa vasorum en adventitia. Implantatie van een roestvrij Steel stent direct in abdominale aorta na ballon-dilatatie 19 wordt gevolgd door een hoge mortaliteit (35%) als gevolg van het achterbeen verlamming na trombose of bloeding van abdominale aorta op het terrein van arteriotomie. Implantatie van een spiraalvormige zelfexpanderende nitinol-stent in abdominale aorta via liesslagader 18 moet hoog chirurgische vaardigheden, vooral te wijten aan blindelings de leiding van de stent langs de vertakking van dijbeenslagader aan aorta om de stent te plaatsen op de juiste positie. Deze procedure wordt gevolgd door een hoog risico op beschadiging van de femorale zenuw derhalve verlamming van de achterpoot. Vergeleken met deze procedures, maakt ons model van stent implantatie bij de muis niet nodig hoge chirurgische vaardigheden.
Ons model biedt een eenvoudige, gemakkelijke en efficiënte manier de effecten van verschillende geneesmiddel-coatings op arteriële remodeling analyseren, wordt de plaatsing van de stent in het kader zicht, en er geen risico van beschadiging zenuwen of andere structuren. De complex moleculaire mechanismen kan gemakkelijker worden onderzocht in ons model van de muis halsslagader stenting, niet alleen door directe toegankelijkheid van het schip, maar ook te wijten aan het bestaan van verschillende knock-out muizen stammen.
Als een beperking vergelijken met de klinische procedure, ons model gebruikt gezonde muizen / bloedvaten en voert geen stent over bestaande plaques (niet in-stent restenose, maar in-stent stenose). We doen ook ballon-dilatatie niet uitvoeren voorafgaand aan de stent-implantatie. Vanwege de enorme schade aan de vaatwand in beide modellen, de herstellende processen vergelijkbaar. Helaas, vanwege de metaal-afgeleide artefacten, een in vivo opvolging van de neointima groei niet mogelijk de bestaande beeldvormende werkwijzen zoals echografie of computer-tomografie. Een andere beperkende factor is het dun snijden van metaal-gebaseerde stents, die enige ervaring in de metaalverwerkende vereist.
Met deze methode waren weaantonen dat neutrofielen instrueren biofunctionalized geminiaturiseerde nitinol-stents gecoat met LL-37 verminderen-stent restenose, die een nieuw concept om wondgenezing na interventionaltherapie 21 bevorderen.
Ondanks deze beperkingen, dit model lijkt te zijn, tot nu toe, het meest geschikte systeem, waardoor geld-en tijdbesparende, om nieuwe drug-coatings onderzoeken voor stents en hun effecten op de moleculaire gebeurtenissen tijdens arteriële remodeling. Bovendien kan dit model eenvoudig worden aangepast aan de hamster, die meer lijkt op de menselijke, zodat elke therapeutische hypothese kan worden geverifieerd voordat grotere dieren of mensen om onaangename en onverwachte effecten te vermijden.
Openbaarmakingen
Geen belangenconflicten verklaard.
Dankbetuigingen
Wij danken mevrouw Angela Freund voor de uitstekende technische bijstand bij het snijden de plastic ingebed stents. We danken ook mevrouw Roya Soltan en mevrouw Angela Freund voor de professionele hulp bij immunohistochemie kleuring.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| nitinol-stents (zelf gemaakt uit nitinol-struts) | Fort Wayne Metals, Castlebar, Ireland NiTi#1, superelastisch, recht gegloeid, licht oxide, diameter 500 μm | op maat gemaakt product | Institute for Textile Technology and Mechanical Engineering |
| siliconen buis | IFK Isofluor, Duitsland | op maat gemaakt product | diameter 500 μm, doorsnede dikte 100 μm, polytetrafluorethyleen katheter |
| stereomicroscoop | Olympus | SZ/X9 | |
| tang | FST, Duitsland | 91197-00 | standaard gebogen punt 0.17 mm |
| Ketamine 10% | CEVA, Duitsland | ||
| Xylazine 2% | Medistar, Duitsland | ||
| Bepanthene | Bayer, Duitsland | ||
| Schaar | FST, Duitsland | 91460-11 | Recht |
| Vannas schaar | Aesculap, Duitsland | OC 498 R | |
| 5/0 Zijde | Seraflex | IC 108000 | |
| 7/0 Zijde | Seraflex | IC 1005171Z | |
| geleidedraad | Abbott Vascular | 1001782-HC | 0.014-inch angioplastie geleidedraad |
| Michel hechtklemmetjes | Aesculap, Duitsland | BN507R | 7.5 x 1.75 mm |
| Michel Pincet | Aesculap, Duitsland | BN730R |
Referenties
- Ross, R., et al. Response to injury and atherogenesis. Am. J. Pathol. 86, 675-684 (1977).
- Virmani, R., et al. Pathology of the vulnerable plaque. J. Am. Coll. Cardiol. 47, 13-18 (2006).
- Farb, A., et al. Pathology of acute and chronic coronary stenting in humans. Circulation. 99, 44-52 (1999).
- Weber, C., Noels, H. Atherosclerosis: current pathogenesis and therapeutic options. Nat. Med. 17, 1410-1422 (2011).
- Lenzen, M. J., et al. Management and outcome of patients with established coronary artery disease: the Euro Heart Survey on coronary revascularization. Eur. Heart J. 26, 1169-1179 (2005).
- Babapulle, M. N., et al. A hierarchical Bayesian meta-analysis of randomised clinical trials of drug-eluting stents. Lancet. 364, 583-591 (2004).
- Wiviott, S. D., et al. Intensive oral antiplatelet therapy for reduction of ischaemic events including stent thrombosis in patients with acute coronary syndromes treated with percutaneous coronary intervention and stenting in the TRITON-TIMI 38 trial: a subanalysis of a randomised trial. Lancet. 371, 1353-1363 (2008).
- van Werkum, J. W., et al. Predictors of coronary stent thrombosis: the Dutch Stent Thrombosis Registry. J. Am. Coll. Cardiol. 53, 1399-1409 (2009).
- Finn, A. V., et al. Vascular responses to drug eluting stents: importance of delayed healing. Arterioscler. Thromb Vasc. Biol. 27, 1500-1510 (2007).
- Joner, M., et al. Pathology of drug-eluting stents in humans: delayed healing and late thrombotic risk. J. Am. Coll. Cardiol. 48, 193-202 (2006).
- Cines, D. B., et al. Endothelial cells in physiology and in the pathophysiology of vascular disorders. Blood. 91, 3527-3561 (1998).
- Hristov, M., Weber, C. Endothelial progenitor cells: characterization, pathophysiology, and possible clinical relevance. J. Cell Mol. Med. 8, 498-508 (2004).
- Rabelink, T. J., et al. Endothelial progenitor cells: more than an inflammatory response? Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 24, 834-838 (2004).
- Schwartz, R. S., et al. Preclinical evaluation of drug-eluting stents for peripheral applications: recommendations from an expert consensus group. Circulation. 110, 2498-2505 (2004).
- Schwartz, R. S., et al. Differential neointimal response to coronary artery injury in pigs and dogs. Implications for restenosis models. Arterioscler. Thromb. 14, 395-400 (1994).
- Schwartz, R. S., et al. Restenosis and the proportional neointimal response to coronary artery injury: results in a porcine model. J. Am. Coll. Cardiol. 19, 267-274 (1992).
- Ali, Z. A., et al. Increased in-stent stenosis in ApoE knockout mice: insights from a novel mouse model of balloon angioplasty and stenting. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 27, 833-840 (2007).
- Chamberlain, J., et al. A novel mouse model of in situ stenting. Cardiovasc. Res. 85, 38-44 (2010).
- Rodriguez-Menocal, L., et al. A novel mouse model of in-stent restenosis. Atherosclerosis. 209, 359-366 (2010).
- Costa, F., et al. Covalent immobilization of antimicrobial peptides (AMPs) onto biomaterial surfaces. Acta Biomaterialia. 7, 1431-1440 (2011).
- Soehnlein, O., et al. Neutrophil-derived cathelicidin protects from neointimal hyperplasia. Science Translational Medicine. 3, 103ra198(2011).
Herprints en machtigingen
