De chronische toediening van isoproterenol via een geïmplanteerde osmotische pomp is op grote schaal gebruikt om Geavanceerd hartfalen bij muizen na te bootsen. Hier beschrijven we gedetailleerde methoden in implantatie van een chirurgische minipomp voor de continue behandeling van isoproterenol gedurende 3 weken, evenals een echo cardiografische beoordeling voor het succesvolle model creatie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Implantatie van een isoproterenol mini-pomp voor het opwekken van hartfalen bij muizen
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Isoproterenol (ISO), is een niet-selectieve bèta-adrenerge agonist, die op grote schaal wordt gebruikt voor het opwekken van hart letsel bij muizen. Terwijl het acute model bootst stress-geïnduceerde cardiomyopathie, het chronische model, toegediend via een osmotische pomp, bootst geavanceerde hartfalen bij de mens. Het doel van het beschreven protocol is het creëren van het chronische ISO-geïnduceerde hartfalen model bij muizen met behulp van een geïmplanteerde mini-pomp. Dit protocol is gebruikt om hartfalen te induceren in 100 + stammen van inteelt muizen. Technieken op implantatie van de chirurgische pomp worden gedetailleerd beschreven en kunnen relevant zijn voor iedereen die geïnteresseerd is in het creëren van een hartfalen model bij muizen. Bovendien worden de wekelijkse cardiale remodellering veranderingen op basis van echocardiografische parameters voor elke stam en de verwachte tijd tot modelontwikkeling gepresenteerd. Samengevat is de methode eenvoudig en reproduceerbaar. Continue ISO toegediend via de geïmplanteerde mini-pomp gedurende 3 tot 4 weken is voldoende voor het opwekken van cardiale remodellering. Tot slot, het succes voor ISO-model creatie kan worden beoordeeld in vivo door seriële echocardiografie demonstreren hypertrofie, ventriculaire verwijding, en dysfunctie.
Inleiding
Hartfalen met verminderde ejectiefractie (HFrEF) gaat gepaard met een goed erkende compenserende respons van het sympathische zenuwstelsel om cardiovasculaire homeostase1te handhaven. Hemodynamische stress en schadelijke effecten op het hart en de bloedsomloop werden waargenomen bij chronische activatie. Deze zijn uitgegroeid tot de hoeksteen van de hedendaagse farmacotherapie voor hartfalen en zijn belangrijke mechanismen in de progressie van hartfalen en therapeutische antagonisme van neurohormonale systemen1.
Er zijn verschillende Muismodellen beschikbaar voor basis onderzoeken naar hartfalen. Genetische modellen zijn aantrekkelijk voor het verkennen van moleculaire therapieën en onderzoeken van signalering trajecten. Deze modellen zijn echter mogelijk niet relevant voor veelvoorkomende vormen van hartfalen. Andere gemeenschappelijke modellen omvatten linker anterieure aflopende (LAD) slagader ligatie, transaortische vernauwing (TAC), en isoproterenol (ISO), elk gericht op een andere pathologische etiologie2,3,4,5 ,6. LAD slagader ligatie induceert een anterieure muur myocardinfarct dus het creëren van een model specifiek voor ischemische cardiomyopathie. TAC induceert acute druk overbelasting om een hypertensief model van hartfalen te creëren. Hoewel de drukgradiënt kan worden gemeten, waardoor de stratificatie van hypertrofie mogelijk is, mist het acute begin van hypertensie directe klinische relevantie4. Zowel LAD-als TAC-modellen vereisen een hoog niveau van chirurgische expertise om uit te voeren. Acuut ISO-model van hartfalen bootst stress-geïnduceerde cardiomyopathie, ook bekend als takotsubo ziekte, die wordt gekenmerkt door een duidelijke toename van catecholamines en activiteit in de linker ventrikel die bootst acuut myocardinfarct7, 8. In tegenstelling, chronische ISO-modellen van hartfalen presenteren symptomen kenmerken van gevorderde hartfalen, met chronisch verhoogde niveaus van catecholamines1. De voordelen van het chronische ISO-model zijn dat het zorgt voor chronische adrenerge stimulatie die geavanceerde hartfalen nabootst en dat het relatief eenvoudig te maken is. De onderzoeker moet kiezen voor een model dat het beste hun pathologie van belang hervult.
Het algemene doel van deze methode is het induceren van hartfalen bij muizen met behulp van een geïmplanteerde minipomp die ISO continu vrijgeeft om chronische sympathische activatie gevonden bij patiënten met hartfalen1te imiteren. De methode is eenvoudig en reproduceerbaar. Hoewel er duidelijke variatie is tussen muizenstammen, is ISO toegediend gedurende 3 tot 4 weken bij 30 mg/kg/dag voldoende om in de meeste muizen cardiale remodellering te induceren. Specifiek leidt ISO tot een Pro-hypertrofische compenserende fase tijdens week 1, gevolgd door wand verdunning, ventriculaire verwijding en afname van de systolische functie in week 2 en 32. Succes voor het maken van het ISO-model kan in vivo worden beoordeeld door middel van seriële echocardiografie die hypertrofie, verwijding en ventriculaire disfunctie aantoont, evenals ex vivo via histologische en moleculaire beoordeling van geoogste hartweefsel voor intramyocardial lipide accumulatie, fibrose, er stress, apoptosis, en genexpressie9,10,11,12.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Dit protocol houdt zich aan de richtlijnen voor dierenverzorging van de Universiteit van Californië, Los Angeles (ARC protocol #2010-075). Lezers wordt geadviseerd om zich te houden aan hun eigen IACUC-goedgekeurd protocol, aangezien Peri-procedure muis verzorging en analgesie Management kan zijn specifiek voor de instelling.
1. bereiding van de isoproterenol osmotische pomp
Opmerking: deze procedure is met succes toegepast op 9 + week-oude vrouwelijke muizen met een gewicht van 18 + g van meer dan 100 inteelt muis stammen, evenals, in mannelijke muizen in een subset van stammen. Er is geen maximum limiet voor het lichaamsgewicht voor deze procedure. Neem altijd leeftijdsgebonden controles op, omdat het niet bekend is of de leeftijd van de behandeling invloed heeft op isoproterenol-geïnduceerde gevoeligheid voor ontwikkeling van hartfalen.
- Weeg en noteer het lichaamsgewicht voor elke muis.
- Bereken de juiste hoeveelheid en de concentratie van isoproterenol voor elke muis (Zie tabel 1 ; Aanvullend bestand).
Opmerking: de osmotische pompen die worden gebruikt in dit experiment (tabel met materialen) hebben een reservoir volume van 100 μL en zijn ontworpen om geneesmiddelen te leveren bij continue stroomsnelheden tot 28 dagen. Bereid een extra 20 μL isoproterenol oplossing per pomp voor het volumeverlies in de vulbuis tijdens het laden van de pomp. - Weeg de juiste hoeveelheid isoproterenol (tabel 1) af met behulp van een analytische balans en los deze op in 120 μL steriele 0,9% NaCl-oplossing. Pipetteer krachtig of Vortex gedurende 1 minuut om isoproterenol volledig te solubiliseren.
Opmerking: bereid de osmotische pompen voor in een laboratorium bioveiligheidskast. Pompen moeten worden behandeld met chirurgische handschoenen. De steriele techniek wordt aanbevolen gedurende de bereiding van de osmotische pompen en tijdens de chirurgische implantatie procedure. - Weeg en noteer de lege osmotische pomp samen met de flow moderator en verwijder vervolgens de flow moderator.
- Aspirate 120 μL isoproterenol oplossing in een Injectieflacon van 1,0 mL en bevestig de 27-gauge stompe-tipped vulbuis voorzien van de osmotische pompen.
Opmerking: Zorg ervoor dat de spuit en de vulbuis vrij zijn van luchtbellen. - Terwijl u de pomp rechtop houdt, plaatst u de vulbuis door de opening van de pomp aan de bovenkant totdat de punt van de vulbuis zich in de buurt van de bodem van het pompreservoir bevindt.
- Laad de osmotische pomp door de zuiger van de spuit langzaam te duwen totdat de isoproterenol-oplossing tot aan de opening van de pomp is gevuld.
- Verwijder voorzichtig de vulbuis en veeg de overtollige oplossing af.
- Plaats de flow-moderator terug om de pomp te sluiten en eventuele overtollige oplossing af te vegen.
- Bevestig dat meer dan 90% van het reservoir volume is gevuld door de osmotische pomp opnieuw te wegen.
Opmerking: controle pompen worden op dezelfde manier bereid door het pompreservoir met steriele 0,9% NaCl-oplossing te vullen.
2. bereiding van chirurgische instrumenten
- Reinig alle chirurgische instrumenten, met inbegrip van Fiber Optic O-ring licht Microscoop illuminator, 2 Tang, naald houder, Hot Bead Sterilisatoren, glas kralen, en schaar (tafel van materialen).
- Autoclaaf chirurgische instrumenten bij 121 ° C gedurende 30 min om instrumenten te steriliseren vóór de operatie.
3. isoproterenol osmotische pomp chirurgische implantatie
- Induceren van anesthesie door het plaatsen van de muis in een inductie kamer met 3% Isofluraan in 95% O2 en 5% CO2. Handhaaf anesthesie met 2% Isofluraan via een nosecone.
- Dien 5 mg/kg carprofen s.c. toe aan de Scruff van de nek tussen de schouderbladen voor analgesie.
- Plaats oftalmische zalf op de ogen om corneale uitdroging te voorkomen.
- Controleer de diepte van de anesthesie door het bewaken van de ademhalingsfrequentie, Teen pinch reflex, en de kleur van het slijmvlies.
- Plaats de muis in een liggende positie op een verwarmde pad. Verwijder het haar uit de onderbuik en Desinfecteer de huid met Betadine of chloorhexidine.
Opmerking: Zorg ervoor dat het chirurgische veld vrij is van incident haar om postoperatieve infectie te minimaliseren. - Gebruik een paar chirurgische schaar om een 1 cm lange huid incisie van de middenlijn te snijden. Gebruik een paar stompe-ended scharen om de huid van de onderliggende peritoneale wanden zorgvuldig te ontleden.
Opmerking: een intraperitoneale levering heeft de voorkeur voor de grootte van de pomp. - Trek de peritoneale wanden weg van de onderliggende darm met een tang en snijd een gat van 0,8 cm in de peritoneale wanden met behulp van een fijne chirurgische schaar.
- Plaats de osmotische pomp in de peritoneale holte met het flow moderator einde eerst.
- Sluit de Hold in de peritoneale wanden met 5,0 absorbabele hechtingen op een onderbroken manier. Gebruik 6,0 niet-absorbabele hechtingen om de incisie van de huid op een onderbroken manier te sluiten.
- Plaats de muis in een speciale incubator om hem warm en droog te houden tijdens het herstel. Evalueer herstel van de anesthesie door het bewaken van de muis elke 30 minuten in de eerste twee uur voor terugkeer van normale ademhaling en beweging.
- Zodra de muis volledig is hersteld van anesthesie, terug te keren naar de routine behuizing. Blijf het dier controleren op complicaties dagelijks tot 3 dagen en vervolgens elke 2 tot 3 dagen daarna tot het einde van het experiment.
Opmerking: dieren moeten worden gecontroleerd op bewijs van post-operatieve pijn of infectie, tekenen van gewichtsverlies, gebrek aan mobiliteit, abnormale houding, niet-verzorg, en overmatig likken of bijten van het incisie gebied. - Dien carprofen 5mg/kg s.c. elke 24 uur toe voor maximaal 48 uur en daarna indien nodig.
- Dien 0,25 mg/mL amoxicillaire gedurende 5 dagen in het drinkwater toe om chirurgische infecties van de plaats te voorkomen.
- Verwijder niet-absorbabele hechtingen na 7 tot 10 dagen.
4. echo cardiografische beoordeling onder anesthesie
Opmerking: de echo Cardiografische beoordeling kan herhaaldelijk worden uitgevoerd om de seriële cardiale remodellering gedurende meerdere weken te monitoren. We voerden echocardiografische metingen uit met wekelijkse intervallen gedurende 3 weken.
- Induceren van anesthesie in een inductie kamer bij 1,25% tot 1,5% van isoflurane. Zodra de juiste verdoofd, Beveilig de muis op het echocardiografie platform met tape waardoor de muis te blijven ontvangen anesthesie door middel van een neuskegel.
- Verlaag Isofluraan met een onderhoudsdosering van 1% om de negatieve chronotrope en inotrope effecten van overmatige sedatie te minimaliseren. Neem nota van de respiratoire en hartslag gedurende de studie en pas Isofluraan dosering indien nodig.
- Verwijder het borsthaar met een ontharing lotion en veeg de borst vrij van haar.
- Plaats de ultrasone gel op de borst en Positioneer de ultrasone sonde om het hart te afbeelen.
- In B-modus, afbeelding van de linker ventrikel (LV) in de parasternal lange-as weergave. Pas het echocardiografie platform aan om de aortaklep en de LV-Apex in het vlak van de ultrasone straal uit te lijnen.
- Kantel het echocardiografie platform om de LV lange as op 90 graden te plaatsen op de ultrasone straal en de maximale diameter van de LV in het midden van de afbeelding.
- Afbeelding van de LV korte as door het draaien van de echografie sonde 90 graden.
- In M-modus meten LV wanddikte en interne afmetingen.
- Plaats de muis weer in de kooi. Monitor voor terugkeer van normale ademhaling en spontane lichaamsbewegingen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
In onze eerder gepubliceerde studie, we toegediend een ISO-dosering van 30 mg/kg/d over 21 dagen via de osmotische pomp over 105 hybride muis diversiteits panel (hmdp) stammen2,13. We beoordeelden de uitkomsten met behulp van het echocardiogram uitgevoerd op baseline, week 1, 2 en 3 van de ISO-behandeling (Figuur 1). Net als bij een eerdere studie waarbij de auteurs de impact van isoproterenol onder 23 muis stammen1...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
We hebben deze methode toegepast op meer dan 100 + stammen van inteelt muizen om cardiale uitkomsten te beoordelen als gevolg van chronische bèta-adrenerge stimulatie2,13. Significante verschillen in gevoeligheid voor isoproterenol zijn bekend bij muizenstammen en kunnen worden aangepast aan de stam van belang indien nodig16. Dit kan te wijten zijn aan de variatie in bèta-adrenerge receptor functie tussen muis stammen17
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De auteurs erkennen NIH K08 HL133491 voor financieringssteun.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Micro-Osmotisch Pompsysteem met Flow Moderator in Plaats | Alzet | Model 1004 | Inclusief vulbuis, flow moderator en pomplichaam |
| (-)-Isoproterenol hydrochloride | Sigma-Aldrich | 16504-1G | (-)-Isoproterenol hydrochloride is een poeder dat op -20°C moet worden bewaard. |
| 1 ml steriele spuit | VWR | BD309602 | |
| 30 W LED Glasvezel O-ring licht microscoopverlichting | AmScope | SKU: LED-30WR | |
| 5-0 GESTOFFEERDE VICRYL (polyglactine 910) Hechdraad | Ethicon | J303H | 5-0, absorbeerbaar |
| Fijne Schaar - Scherp | FST | 14060-09 | |
| GlASNaDEN | FST | 18000-46 | |
| Hete naad sterilisatoren | FST | 18000-50 | |
| Iristang | WPI | 15915 | |
| Look Sharpoint 6-0, 18" Zwart Nylon Monofilament Hechdraad | LOOK | AA-2176 | 6-0, niet-absorbeerbaar |
| Naaldhouder | WPI | 15926 | |
| Normale zoutoplossing, 0,9% NaCl | Fisher | 89167-772 |
Referenties
- Hartupee, J., Mann, D. L. Neurohormonal activation in heart failure with reduced ejection fraction. Nature Review Cardiology. 14 (1), 30-38 (2017).
- Wang, J. J., et al. Genetic Dissection of Cardiac Remodeling in an Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model. PLoS Genetics. 12 (7), 1006038(2016).
- Balakumar, P., Singh, A. P., Singh, M. Rodent models of heart failure. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 56 (1), 1-10 (2007).
- Patten, R. D., Hall-Porter, M. R. Small animal models of heart failure: development of novel therapies, past and present. Circulation: Heart Failure. 2 (2), 138-144 (2009).
- Huang, W. Y., Aramburu, J., Douglas, P. S., Izumo, S. Transgenic expression of green fluorescence protein can cause dilated cardiomyopathy. Nature Medicine. 6 (5), 482-483 (2000).
- Breckenridge, R. Heart failure and mouse models. Disease Model and Mechanism. 3 (3-4), 138-143 (2010).
- Wittstein, I. S., et al. Neurohumoral features of myocardial stunning due to sudden emotional stress. New England Journal of Medicine. 352 (6), 539-548 (2005).
- Templin, C., et al. Clinical Features and Outcomes of Takotsubo (Stress) Cardiomyopathy. New England Journal of Medicine. 373 (10), 929-938 (2015).
- Shao, Y., et al. A mouse model reveals an important role for catecholamine-induced lipotoxicity in the pathogenesis of stress-induced cardiomyopathy. European Journal of Heart Failure. 15 (1), 9-22 (2013).
- Kudej, R. K., et al. Effects of chronic beta-adrenergic receptor stimulation in mice. Journal of Molecular Cell Cardiology. 29 (10), 2735-2746 (1997).
- Zhuo, X. Z., et al. Isoproterenol instigates cardiomyocyte apoptosis and heart failure via AMPK inactivation-mediated endoplasmic reticulum stress. Apoptosis. 18 (7), 800-810 (2013).
- El-Demerdash, E., Awad, A. S., Taha, R. M., El-Hady, A. M., Sayed-Ahmed, M. M. Probucol attenuates oxidative stress and energy decline in isoproterenol-induced heart failure in rat. Pharmacology Research. 51 (4), 311-318 (2005).
- Rau, C. D., et al. Mapping genetic contributions to cardiac pathology induced by Beta-adrenergic stimulation in mice. Circulation Cardiovascular Genetics. 8 (1), 40-49 (2015).
- Berthonneche, C., et al. Cardiovascular response to beta-adrenergic blockade or activation in 23 inbred mouse strains. PLoS One. 4 (8), 6610(2009).
- Chang, S. C., Ren, S., Rau, C. D., Wang, J. J. Isoproterenol-Induced Heart Failure Mouse Model Using Osmotic Pump Implantation. Methods Molecular Biology. 1816, 207-220 (2018).
- Shusterman, V., et al. Strain-specific patterns of autonomic nervous system activity and heart failure susceptibility in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 282 (6), 2076-2083 (2002).
- Faulx, M. D., et al. Strain-dependent beta-adrenergic receptor function influences myocardial responses to isoproterenol stimulation in mice. American Journal of Physiology-Heart Circulation Physiology. 289 (1), 30-36 (2005).
- Zhang, G. X., et al. Cardiac oxidative stress in acute and chronic isoproterenol-infused rats. Cardiovascular Research. 65 (1), 230-238 (2005).
- Boluyt, M. O., et al. Isoproterenol infusion induces alterations in expression of hypertrophy-associated genes in rat heart. American Journal of Physiology. 269 (2), Pt 2 638-647 (1995).
- Hohimer, A. R., Davis, L. E., Hatton, D. C. Repeated daily injections and osmotic pump infusion of isoproterenol cause similar increases in cardiac mass but have different effects on blood pressure. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 83 (2), 191-197 (2005).
- Cross, H. R., Murphy, E., Koch, W. J., Steenbergen, C. Male and female mice overexpressing the beta(2)-adrenergic receptor exhibit differences in ischemia/reperfusion injury: role of nitric oxide. Cardiovascular Research. 53 (2), 662-671 (2002).
- Klingman, G. I., McKay, G., Ward, A., Morse, L. Chronic isoproterenol treatment of mice: effects on catecholamines and rectal temperature. Journal of Pharmaceutical Sciences. 62 (5), 798-801 (1973).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
