Echocardiografie-geleide percutane intramyocardiale injectie vertegenwoordigt een efficiënte, betrouwbare en richtbare modaliteit voor de levering van genoverdracht agentia of cellen in muizen hart. Naar aanleiding van de stappen in dit protocol, kan de operator snel bevoegd in deze veelzijdige, minimaal invasieve techniek geworden.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Echogeleide Transthoracale intramyocardiale Injectie in Muizen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Muismodellen van hart-en vaatziekten zijn van belang voor het onderzoek naar pathofysiologische mechanismen en het verkennen van potentiële regeneratieve therapieën. Experimenten met myocard injectie worden momenteel uitgevoerd door directe chirurgische toegang via een thoracotomie. Terwijl handig wanneer uitgevoerd bij de andere experimentele manipulatie zoals coronaire arterie ligatie, de noodzaak van een invasieve procedure voor intramyocardial bezorging beperkt mogelijke proefopzetten. Met steeds betere echo resolutie en geavanceerde niet-invasieve beeldvormende technieken is het nu mogelijk om routinematig echogeleide percutane intramyocardiale injectie. Deze modaliteit efficiënt en betrouwbaar levert agenten om een gerichte regio myocard. Voordelen van deze techniek omvatten het vermijden van chirurgische morbiditeit, de mogelijkheid om gebieden van myocardium selectief richten onder echografische begeleiding en de mogelijkheid om injectaat leveren aan de myocardium op verschillende, vooraf bepaalde intervallen. Met beoefend techniek, complicaties van intramyocardiale injectie zijn zeldzaam, en muizen snel terug te keren naar de normale activiteit op het herstel van verdoving. Naar aanleiding van de stappen in dit protocol, de exploitant met basis echocardiografie ervaring kan snel bevoegd in deze veelzijdige, minimaal invasieve techniek geworden.
Inleiding
Hart-en vaatziekten is de belangrijkste doodsoorzaak voor zowel mannen als vrouwen in de Verenigde Staten, goed voor 600.000 doden per jaar 1. Muismodellen van hart-en vaatziekten zijn van cruciaal belang voor het onderzoek naar pathofysiologische mechanismen en voor het verkennen van mogelijke therapieën. Myocardiale levering van gentherapie vectoren, stamcellen, gemodificeerd RNA, en andere therapeutische middelen vergunningen studie van hun therapeutisch potentieel voor hartkwaal 2-7. Momenteel zijn er beperkte mogelijkheden voor myocardiale afgifte van therapeutische middelen in muismodellen 6. Intramyocardiale injectie onder directe visualisatie wordt algemeen gebruikt, maar vereist een sternotomie of thoracotomie en is beperkt tot het blootgestelde gebied van het hart. Terwijl handig wanneer uitgevoerd bij de andere experimentele manipulatie zoals LAD ligatie, de noodzaak van een invasieve procedure voor intramyocardial bezorging beperkt mogelijke proefopzetten en introduceert eenvullende effecten van de procedure (bijvoorbeeld fibrose als gevolg van thoracotomie). Percutane pericardiale afgifte van virale vectoren is gemeld, maar de plaats en verdeling van het therapeutische middel niet homogeen en is moeilijk te controleren 8. Percutane coronaire injectie resulteert in een meer homogene verdeling van het geïnjecteerde materiaal, maar efficiënt en reproduceerbaar coronaire levering is een uitdaging in muismodellen.
We beschrijven hier een gesloten kist intramyocardiale injectie techniek die minimaal invasieve, exploitant gecontroleerde targeting van therapeutische middelen onder echografische begeleiding mogelijk maakt. De techniek is eenvoudig te leren, ondervangt de noodzaak voor thoracotomie of sternotomie, met de bijbehorende experimentele complicaties, en biedt een grotere flexibiliteit op de timing en de websites van intramyocardiale injectie. Zo-echocardiografie ondersteunde intramyocardiale injectie is een technisch eenvoudige en zeer effectieve werkwijze voor het manipulerenmyocardium in murine experimentele modellen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle beschreven stappen werden uitgevoerd onder protocollen door de Institutional Animal Care en gebruik Comite van Boston Children's Hospital goedgekeurd.
Bereiding 1
- Voeren hartfunctie anatomische en functionele beoordeling door echocardiografie voorafgaand aan de start van de injectie-protocol, zoals de optimale vaste transducer positie voor intramyocardiale injectie kan niet de optimale standaard weergaven voor het afbakenen van de anatomie en de beoordeling van de functie opleveren.
- De injectie setup is getoond in Figuren 1A-1C. Plaats een lege spuit met een naald in de schede gestoken, schuine gericht naar boven, in de spuit klem (zie figuur 1C) en zet de ultrasone transducer sonde in de scan-kop klem (zie figuur 1B). Draai de scan-kop klem kogelborging joint (Figuur 1B) en manipuleren transducer oriëntatie zodat deze parallel loopt aan de as van de naald. Bevestig de scan-positie van het hoofd door het aandraaien van de scan-kop klem bal lock gewricht.
OPMERKING: Voor injectie in volwassen muizen, een 30 G naald met een 1 in / 2,5 cm lengte is optimaal. Een spuit 1 ml kunnen worden gebruikt voor grotere volumes, terwijl een gasdichte injectiespuit kan worden gebruikt voor meer nauwkeurige controle kleinere volumes (5-10 pi). - Breng ultrasound gel royaal de transducer tip met een spatel om het hoofd langs zijn geheel te dekken. Schede trekken de naald voorzichtig en gebruik de naald te monteren controles om de naald vooruit direct onder de transducer en binnen de ultrasound gel voor visualisatie. Maak kleine aanpassingen met behulp van de naald te monteren controle zodat de naald duidelijk wordt gevisualiseerd in de lengte op het ultrasone beeld. Als de transducer goed parallel met de naald werd uitgelijnd in stap 1.4, dan is de naald moet in het beeldvlak blijven zoals het is gevorderd en ingetrokken met de injectie draaiknop (figuur 1C).
- In daaropvolgende stappen, hebben de noodzaak niet storenle / transducer horizontale uitlijning door het verplaatsen of in de horizontale as. Integendeel, op specifieke gebieden van het hart voor injectie aan door de verticale (y-as) positie van de naaldhouder en bewegen het dier platform.
- Beweeg de transducer craniaal van het dier platform met de scan hoogteregeling (Figuur 1B) latere plaatsing van de verdoofde muis toestaan op het dier platform. Hierdoor wordt de x-as uitlijning van de transducer niet verstoren op de lengteas van de naald.
- Verwijder de spuit, dat werd gebruikt voor de uitlijning van de spuit klem en gooi aandachtig. Laad de nieuwe naald en spuit met de injectiemiddel Om de uiteindelijke doelstelling volume, waardoor dode ruimte in de spuit. Wees voorzichtig om luchtbellen te verwijderen. Plaats de spuit in de spuit klem zonder het aanpassen van de x-as uitlijning. Volledig in te trekken van de spuit met behulp van de injectie controle.
OPMERKING: Voor de initiële opleiding doeleinden, het gebruik van Evan's bluekleurstof (1%), kunnen trypan blue stain (0.4%) of een suspensie van fluorescerende microbolletjes als het injectaat de bestuurder te helpen bij het bevestigen competentie en succes gerichte injectie.
2 Injectie
- Schakel de geïntegreerde warmer van de verwarming platform en stel ze tot 37 ° C. Plaats het dier platform 180 ° van de gebruikelijke beeldvorming oriëntatie, met de anesthesie slangklem en de kop van het dier die het dichtst bij de bestuurder. Hierdoor kan het hart (in de linkerkant van de borst) om ipsilateraal aan de injectiespuit en naald klem zijn. Opmerking: Aanvullende minder kloksgewijze rotatierichting aanpassingen van de dieren platform kan nodig zijn om het hart kunnen oriënteren voor het parasternale korte as beeldvlak die wordt gebruikt voor injectie (Figuur 2A).
- Bereid muizen voor echocardiografie zoals eerder gemeld 9. Verdoven van de muis in een inductie kamer met 2% isofluraan. Verwijder borsthaar met ontharingscrème eend druppeltje gel beide ogen om uitdroging van de sclera te voorkomen.
- Til de omvormer met behulp van de scan hoofd hoogteregeling (Figuur 1B). Plaats de verdoofde muis liggende boven de verwarmde dier platform met de snuit in een neuskegel leveren van 1-3% isofluraan (Figuren 2A-2B). Steek voorzichtig een rectale sonde en plak de vier poten van de ECG-elektroden, het toepassen van de elektrode gel voor elektrisch contact.
OPMERKING: Een passend niveau van anesthesie moet worden gezorgd voor de humane behandeling van het dier. Er mag geen verandering in hartfrequentie en geen reactie op de plaatsing van de naald door de borstwand worden. Geïntegreerde homeostatische temperatuurregeling het dier platform moeten worden gebruikt normothermia (37 ± 0,5 ° C) te houden, zoals hypothermie zal resulteren in relatieve bradycardie, ventriculaire dilatatie en eventuele ongemak. - Zodra de muis veilig is op het dier-platform, laat de transducer op de depilated borst met behulp van de scan hoofd hoogteregeling (Figuur 1B). De optimale ultrasound setup voor injectie is voor het hart te worden gevisualiseerd in de parasternale as oriëntatie kort, volgens de standaard echocardiografische techniek. Draai het dier platform 20-30 ° met de klok mee om het optimale akoestische venster voor injectie in de korte as beeldvlak (Figuren 2A-2B) te verkrijgen. Opmerking: Als alternatief injectie kan worden uitgevoerd vanaf een parasternale as oriëntatie lang door tegen de klok in draaien van de dier-platform (figuur 2C).
- Gebruik het dier platform instellingswaarden het gezichtsveld passen en elke gewenste injectieplaats in de linker ventriculaire myocardium richten. Pan heen en weer van de apex tot de basis van het hart naar de gewenste locatie injectie in de linker ventriculaire myocardium (Figuren 3A-3C) richten. Opmerking: De midpapillary parasternale korte-as view (Figuur 3A) biedt reproducible oriëntatiepunten die follow-beeldvorming van de plaats van injectie toe. Opmerking: Als alternatief kan de parasternale lange as oog worden om een vooraf bepaalde injectieplaats (Figuur 3D) richten.
- Te beginnen met de spuit in de volledig teruggetrokken spuitklem, langzaam vooruit de spuit naar de borst van het dier door de injectie met de klok mee (Figuur 4A). Om duidelijk ultrasound visualisatie van zowel het hart en de naald mogelijk bij het naderen van de borst, gebruik voldoende ultrasone gel over de linkerkant van de borst en het akoestische venster optimaliseren door een breed gezichtsveld op echocardiografie controles. Stel het brandpunt / zone op de doellocatie voor injectie. Kleine aanpassingen aan de naaldhouder bedieningselementen het beeld van de naald langs de lengte optimaliseren.
OPMERKING: Sommige ultrasone machines een naaldgeleider software functie om een lijn langs de lengteas van de naald digitaal uitstrekken door het doel myocardium(Figuur 4B). Een dergelijke software tool kan nuttig zijn maar is niet essentieel. - Met het dier adequaat gesedeerd (1-3% isofluraan gemengd met 0,5-0,8 L / min 100% zuurstof), vooraf de naald door de borstwand van de muis en in het myocardium, de positie van de afgeschuinde naaldpunt zorgvuldig waarnemen helemaal tijden. Stop met het bevorderen wanneer de naald is binnen de doelstelling myocard (Figuur 4C). De hele afgeschuinde tip moet stevig in de hartspier, te injectaat lekkage te voorkomen in de pericardiale ruimte.
- Wanneer de punt zich op de gewenste locatie, levert het injectaat door op de zuiger. Lever de injectaat langzaam, dan 5-30 sec (afhankelijk van het volume wordt geleverd). Tot 50 ul van injectaat kan worden geleverd, zonder afbreuk te doen aan de ventriculaire functie. Een voorbijgaande echobright uiterlijk aan de geïnjecteerde myocardiale gebied kan duidelijk na succesvolle injectie. Een korte (seconden) periode van relatieve bradycardia is af en toe opgemerkt met een injectie in de hartspier en snel opgelost.
- Zodra de injectaat is toegediend, onmiddellijk terug te trekken van de naald door het tegen de klok in draaien van de injectie-knop. De muis moet onder narcose worden gehouden voor enkele minuten van echocardiografische observatie te behouden ventriculaire functie en geen postprocedurele complicaties te bevestigen. Indien geïndiceerd, kan meerdere gebieden van het myocard in serie worden geïnjecteerd door de herpositionering van de invalshoek van de naald door aanpassing van het dier platform. Na intramyocardiale injectie, wordt de muis in een kooi op zijn eigen en toegestaan om te herstellen van anesthesie onder observatie.
- Heeft een dier niet zonder toezicht laten totdat het voldoende weer bij bewustzijn is om borstligging behouden. Heeft een dier dat intramyocardiale injectie heeft ondergaan om het gezelschap van andere dieren tot ze volledig hersteld niet meer terug. De kooi moet op een Thermisch pad met re worden geplaatstady verstrekken van water en muis dieet. Postprocedurele ongemak wordt niet verwacht en het niet normaal gedrag adequaat te hervatten kort na tussenkomst suggereert een mogelijke complicatie (zie Discussie).
- Weggooien van de naald onmiddellijk na afronding van intramyocardiale injectie om het risico van scherpe voorwerpen letsel van de gebruiker of omstanders minimaliseren zorgvuldig. Hergebruik van een naald kan leiden tot afstomping van de punt waardoor het moeilijker om het myocardium te prikken en resulteert in een hoger risico op complicaties.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Muizen intramyocardiale Injectie met Blue Dye of TL-microsferen
Injectie van blauwe kleurstof Evan's is nuttig voor trainingsdoeleinden. Kort na injectie euthanaseren de muis en verwijder het hart om de locatie van het geïnjecteerde blauwe kleurstof zichtbaar. Figuur 5 toont een voorbeeld van een succesvolle injectie, met blauwe kleurstof infiltreren het myocard op het midden-papillairspier level (figuur 5A omsloten gebied door stippellijn). Evans blauwe kl...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Biologics kan aan de hartspier worden geleverd door directe intramyocardiale injectie, intrapericardiale injectie, of indirect beheer via de bloedbaan. Recente celtherapie proeven in myocardinfarct modellen hebben een open thoracotomie aanpak beschreven om de levering van injectaat 12-14. Een belangrijke factor in het succes van een myocard therapeutische interventie hangt af van de keuze van de levering route. De hoogste lokale dosis biologische bereikt door intramyocardial levering 15,16. Intramy...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
TWP werd gefinancierd door de Irish Cardiac Society Brian McGovern Travelling Fellowship. WTP werd gefinancierd door R01 HL095712 en een AHA Established Investigator Award.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Vevo 2100 echografiebeeldvormingssysteem | Visualsonics | ||
| Vevo Integrated Rail System III | Visualsonics | ||
| Microscan MS400 transducer | Visualsonics | ||
| Microscan MS550D transducer | Visualsonics | ||
| PrecisionGlide naalden | BD | 305128 | 30 G x 1 in/2.5 cm |
| 1 cc slip tip spuit | Exel International | 26048 | of equivalent |
| Gastight 50 μl glazen spuiten | Hamilton | 1705 | |
| Trypan blauwe kleurstof (0,4%) | Gibco | 15250 | of equivalent |
| Isofluraan | Baxter | AHN3640 | of equivalent |
| Aquasonic 100 | Parker Laboratories | (01-08) | of equivalent |
| Polystyreen microsferen (rood fluorescerend) | Life Technologies | F-8842 | of equivalent |
Referenties
- Kochanek, K. D., et al. Deaths: final data for 2009. Natl Vital Stat Rep. 60 (3), 1-117 Forthcoming.
- Strauer, B. E., Steinhoff, G. 10 years of intracoronary and intramyocardial bone marrow stem cell therapy of the heart: from the methodological origin to clinical practice. J Am Coll Cardiol. 58, 1095-1104 (2011).
- Cheng, K., et al. Intramyocardial autologous cell engraftment in patients with ischaemic heart failure: a meta-analysis of randomised controlled trials. Heart Lung Circ. 22 (11), 887-894 (2013).
- Fischer-Rasokat, U., et al. A pilot trial to assess potential effects of selective intracoronary bone marrow-derived progenitor cell infusion in patients with nonischemic dilated cardiomyopathy: final 1-year results of the transplantation of progenitor cells and functional regeneration enhancement pilot trial in patients with nonischemic dilated cardiomyopathy. Circ Heart Fail. 2, 417-423 (2009).
- Seth, S., et al. Percutaneous intracoronary cellular cardiomyoplasty for nonischemic cardiomyopathy: clinical and histopathological results: the first-in-man ABCD (autologous bone marrow cells in dilated cardiomyopathy) trial. J Am Coll Cardiol. 48, 2350-2351 (2006).
- Ladage, D., et al. Percutaneous methods of vector delivery in preclinical models. Gene Ther. 19, 637-641 (2012).
- Zangi, L., et al. Modified mRNA directs the fate of heart progenitor cells and induces vascular regeneration after myocardial infarction. Nat Biotechnol. 31, 898-907 (2013).
- Laakmann, S., et al. Minimally invasive closed-chest ultrasound-guided substance delivery into the pericardial space in mice. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 386 (3), 227-238 (2013).
- Respress, J. L., Wehrens, X. H. Transthoracic echocardiography in mice. J Vis Exp. (39), e1738(2010).
- Wang, G., et al. Characterization of cis-regulating elements and trans-activating factors of the rat cardiac troponin T gene. J Biol Chem. 269, 30595-30603 (1994).
- Shimshek, D. R., et al. Codon-improved Cre recombinase (iCre) expression in the mouse. Genesis. 32, 19-26 (2002).
- Lichtenauer, M., et al. Intravenous and intramyocardial injection of apoptotic white blood cell suspensions prevents ventricular remodelling by increasing elastin expression in cardiac scar tissue after myocardial infarction. Basic Res Cardiol. 106 (4), 645-655 (2011).
- Herrmann, J. L., et al. Postinfarct intramyocardial injection of mesenchymal stem cells pretreated with TGF-alpha improves acute myocardial function. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 299 (1), 371-378 (2010).
- Zhou, Y., et al. Direct injection of autologous mesenchymal stromal cells improves myocardial function. Biochem Biophys Res Commun. 390 (3), 902-907 (2009).
- Campbell, N. G., Suzuki, K. Cell delivery routes for stem cell therapy to the heart: current and future approaches. J Cardiovasc Transl Res. 5 (5), 713-726 (2012).
- Hou, D., et al. Radiolabeled cell distribution after intramyocardial, intracoronary, and interstitial retrograde coronary venous delivery: implications for current clinical trials. Circulation. 112, Suppl 9. 150-156 (2005).
- Dib, N., et al. Recommendations for successful training on methods of delivery of biologics for cardiac regeneration: a report of the International Society for Cardiovascular Translational Research). JACC Cardiovasc Interv. 3 (3), 265-275 (2010).
- Dib, N., et al. Cell therapy for cardiovascular disease: a comparison of methods of delivery. J Cardiovasc Transl Res. 4 (2), 177-181 (2011).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
