Methodenartikel

Huidige en nieuwe experimentele methoden in onderzoek naar ischemie/reperfusie: van baanbrekende modellen tot innovatieve therapieën

DOI:

10.3791/64995

⸱

10 februari 2023

 , 
1Department of Anesthesiology, Vanderbilt University Medical Center, 2Department of Anesthesiology, TVHS VA Medical Center, 3Department of Pharmacology, Vanderbilt University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

BESPREKTE ARTIKELEN:

Liepinsh, E., Kuka, J., Zvejniece, L., Vilskersts, R., Dambrova, M. Bereiding van knaagdierhart en hersenweefsel voor digitale macrofotografie na ischemie-reperfusie. Journal of Visualized Experiments. (180), e62942 (2022).

Paro, M. R., Mcgonnigle, M., Bulsara, K., Verma, R. Een model voor encephalomyosynangiosis behandeling na door middelste hersenslagader occlusie geïnduceerde beroerte bij muizen. Journal of Visualized Experiments. (184), e63951 (2022).

Compton, T. et al. Niet-thermische infrarood licht behandeling van ischemie/reperfusie letsel en daaropvolgende analyse van macrofaagdifferentiatie. Journal of Visualized Experiments. (178), e62908 (2021).

Lv, B. et al. Inductie van myocardinfarct en myocard ischemie-reperfusie letsel bij muizen. Journal of Visualized Experiments. (179), e63257 (2022).

Barajas, M. B., Levy, R. J. Gemodificeerde techniek voor het gebruik van neonatale muisharten in de Langendorff-voorbereiding. Journal of Visualized Experiments. (181), e63349 (2022).

Li, Z., Hampton, M. J., Barajas, M. B., Riess, M. L. Ontwikkeling van een cel co-cultuur model om cardiale ischemie/reperfusie in vitro te imiteren. Journal of Visualized Experiments. (176), e62913 (2021).

Godoy, J. R., Watson, G., Raspante, C., Illanes, O. Een effectief muismodel van unilateraal nier ischemie-reperfusie letsel. Journal of Visualized Experiments. (173), e62749 (2021).

Redactioneel

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Weefselischemische processen worden vaak gezien in de klinische geneeskunde en blijven een belangrijk onderdeel van huidig onderzoek. Al in 1880 werd catastrofale coronaire arteriële occlusie gebruikt om de effecten van ischemie te demonstreren, maar pas recent werd de afzonderlijke en verschillende schade geassocieerd met reperfusie erkend1. Onderzoek naar ischemie/reperfusieschade (IRI) groeit in een snel tempo. In deze verzameling belichten we belangrijke nieuwe toevoegingen aan het veld, van geavanceerde modellen tot nieuwe therapieën in verschillende preklinische modellen. Deze compilatie brengt nuttige tools samen voor elke onderzoeker in de basiswetenschappen. Bijvoorbeeld, de hersen- of hartischemiemodellen die hier worden voorgesteld, kunnen worden gevisualiseerd met behulp van de 2,3,5-trifenyl-2H-tetrazoolchloride (TTC) kleuringsmethoden zoals beschreven door Liepinsh2. Evenzo gebruiken Paro et al.3 en Compton et al.4 laser Doppler om ischemie- en reperfusietoestanden in verschillende weefsels te bevestigen.

Coronaire occlusie is de belangrijkste oorzaak van plotselinge hartdood5. Veel in vivo modellen proberen deze schade op niet-fysiologische manieren na te bootsen (bijv. door cryoablatie of cauterisatie).6 Door middel van micromanipulatie tonen Lv et al.6 aan dat de linker voorste afdalende slagader (LAD) betrouwbaar kan worden geligatureerd en gereperfuseerd in een goedkoop reproduceerbaar muismodel van coronaire IRI6. De linker ventrikel wordt blootgesteld via thoracotomie, en een dissectiemicroscoop maakt de identificatie van de LAD en de passage van een naald rond de slagader mogelijk. Een slipknoop wordt gebruikt voor de omkeerbare occlusie. Troponine, echocardiografie en TTC-kleuring kunnen worden gebruikt om de IRI te kwantificeren. Dit model heeft brede toepassingen, van therapeutische tot mechanistische studies in deze genetisch modificeerbare soort.

Een beroerte is de tweede meest voorkomende doodsoorzaak, en occlusie van de middelste hersenslagader (MCA) is de meest voorkomende vorm van beroerte7,8. Momenteel is er een gebrek aan effectieve behandelingen voor herstel na de acute stadia van een beroerte. Eerdere benaderingen om de vasculaire groei te verhogen en de noodzakelijke bloedtoevoer terug te brengen, hebben teleurstellende resultaten opgeleverd. Paro et al.3 passen een huidige neurochirurgische procedure aan voor de nieuwe behandeling van ischemische beroerte3. In deze technische aanpak worden intravasculaire occlusie en reperfusie bereikt met behulp van een monofilamentdraad die van de halsslagader naar de MCA wordt geleid. Veranderingen in de bloedstroom worden bevestigd met laser Doppler. De temporalisspier wordt vervolgens geroteerd door een craniotomie om op het blootgestelde hersenoppervlak van de MCA te liggen. Deze procedure moduleert angiogenese-groeifactoren en leidt tot een verhoogde dichtheid van nieuwe vaatgroei binnen ischemische laesies.

Van in vivo naar ex vivo breiden Barajas et al.9 een beproefde model, de Langendorff-hartvoorbereiding, uit om te gebruiken met zich ontwikkelende muishartjes van pasgeborenen9. Dit maakt het mogelijk om genetisch modificeerbare proefpersonen te bestuderen tijdens belangrijke ontwikkelingstijdstippen. Eerdere ontwikkelingsstudies waren beperkt tot grotere dieren. Het pasgeboren hart vertoont verschillen in metabolisme en fysiologische en farmacologische IRI-reacties. Deze methode zal niet alleen de ontwikkeling van pediatrische IRI-modellen ondersteunen, maar kan ook helpen om langstaande ontwikkelingsvragen te beantwoorden. Het pasgeboren muishart is te klein om het hartwerk met een ballon te meten en vereist de gebruik van een krachttransducer die aan de ventrikeltop is bevestigd, wat de klassieke aanpak vertegenwoordigt die door Langendorff in 1895 werd beschreven10.

De hoogwaardige beoordeling van levensvatbare, risicovolle en necrotische weefselgebieden na IRI is van het grootste belang voor het beoordelen van interventies. Een dergelijke kwantificering is van toepassing in de drie hierboven beschreven artikelen. Er bestaan veel hulpmiddelen voor dit proces; echter, een elegant eenvoudige en goedkope stapsgewijze methode wordt gedetailleerd beschreven door Liepinsh et al.2 voor het hart en de hersenen. Dit is een nuttige methodologie in de toolbox van elke ex vivo en in vivo onderzoeker. De juiste behandeling van de weefsels omvat het waarborgen van gestandaardiseerde kleuringsdruk en -tijd, evenals gestandaardiseerde bevriezings- en opslagtijden. De macrofotografie-instellingen moeten handmatig worden aangepast; onjuiste belichting en witbalans, evenals vervaging en reflecties, kunnen zorgvuldig worden voorkomen met hun gedetailleerde setup.

Cel-cel signalen in reactie op IRI komen voor tussen celtypen en tussen cellen, zowel in fysiek contact als op langere afstand van elkaar11. Li et al.12 benadrukken dit fenomeen door gebruik te maken van een door endotheliale-cardiomyocyt crosstalk mogelijk gemaakte, maar fysiek geïsoleerde celco-cultuur12. Deze methode maakt een hoge-fidelity in vitro analyse van een enkele cellijn mogelijk. In hun studie was de demonstratie van endotheliale cel-attenuatie van cardiomyocyt IRI afhankelijk van cel-cel afstand. Dit toont de duidelijke voordelen van niet-gemengde co-culturen en benadrukt voor toekomstige onderzoek

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We willen onze financieringsbronnen bedanken: de Merit Review Award I01 BX003482 van de Biomedical Laboratory R&D Service van het U.S. Department of Veterans Affairs; de Transformative Project Award 962204 van de American Heart Association; de Training in Perioperative Science Award 5T32 GM108554 van de National Institutes of Health; een Starter Grant van de Society of Cardiovascular Anesthesiologists; en institutionele fondsen van het Vanderbilt University Medical Center.

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jennings, R. B. Historical perspective on the pathology of myocardial ischemia/reperfusion injury. Circulation Research. 113 (4), 428-438 (2013).
  2. Liepinsh, E., Kuka, J., Zvejniece, L., Vilskersts, R., Dambrova, M. Rodent heart and brain tissue preparation for digital macro photography after ischemia-reperfusion. Journal of Visualized Experiments. (180), e62942(2022).
  3. Paro, M. R., Mcgonnigle, M., Bulsara, K., Verma, R. A model for encephalomyosynangiosis treatment after middle cerebral artery occlusion-induced stroke in mice. Journal of Visualized Experiments. (184), e63951(2022).
  4. Compton, T., et al. Non-thermal infrared light treatment of ischemia/reperfusion injury and subsequent analysis of macrophage differentiation. Journal of Visualized Experiments. (178), e62908(2021).
  5. Brown, J. C., Gerhardt, T. E., Kwon, E. Risk Factors For Coronary Artery Disease. , StatPearls Publishing. Treasure Island, FL. (2022).
  6. Lv, B., et al. Induction of myocardial infarction and myocardial ischemia-reperfusion injury in mice. Journal of Visualized Experiments. (179), e63257(2022).
  7. Ng, Y. S., Stein, J., Ning, M., Black-Schaffer, R. M. Comparison of clinical characteristics and functional outcomes of ischemic stroke in different vascular territories. Stroke. 38 (8), 2309-2314 (2007).
  8. Donkor, E. S. Stroke in the century: A snapshot of the burden, epidemiology, and quality of life. Stroke Research and Treatment. 2018, 3238165(2018).
  9. Barajas, M. B., Levy, R. J. Modified technique for the use of neonatal murine hearts in the Langendorff preparation. Journal of Visualized Experiments. (181), e63349(2022).
  10. Langendorff, O. Untersuchungen am überlebenden Säugethierherzen [Investigation of the living mammalian heart. Pflügers Arch. 61 (6), 291-332 (1895).
  11. Tirziu, D., Giordano, F. J., Simons, M. Cell communications in the heart. Circulation. 122 (9), 928-937 (2010).
  12. Li, Z., Hampton, M. J., Barajas, M. B., Riess, M. L. Development of a cell co-culture model to mimic cardiac ischemia/reperfusion in vitro. Journal of Visualized Experiments. (176), e62913(2021).
  13. Fitzgibbons, P. G., DiGiovanni, C., Hares, S., Akelman, E. Safe tourniquet use: A review of the evidence. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons. 20 (5), 310-319 (2012).
  14. Godoy, J. R., Watson, G., Raspante, C., Illanes, O. An effective mouse model of unilateral renal ischemia-reperfusion injury. Journal of Visualized Experiments. (173), e62749(2021).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Rodent ModelsMyocardial InfarctionCerebral Artery OcclusionMacrophage DifferentiationCell Co culture ModelCardiac IschemiaRenal Ischemia reperfusion InjuryDigital Macro Photography

Gerelateerde artikelen