Methodenartikel

Een chirurgisch model voor transplantatie van bruin vetweefsel op het hartoppervlak bij muizen

690 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/67289

⸱

11 juli 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Cardiovascular Surgery, The Second Xiangya Hospital of Central South University, 2National Clinical Research Center for Metabolic Diseases, Hunan Provincial Key Laboratory of Metabolic Bone Diseases, and Department of Metabolism and Endocrinology, The Second Xiangya Hospital of Central South University, 3Department of Radiology, the Second Xiangya Hospital, Central South University

In dit artikel

Samenvatting

Er werd een uniek chirurgisch model ontwikkeld voor het transplanteren van bruin vetweefsel op het hartoppervlak bij muizen. Dit model kan het begrip van de effecten van epicardiaal vetweefsel (EAT) op hartaandoeningen en de cardioprotectieve rol van EAT-bruining verbeteren.

Samenvatting

Er moet een muismodel worden ontwikkeld voor het onderzoeken van de paracriene effecten van bruin wordend epicardiaal vetweefsel (EAT) op kransslagaders en het myocardium. Vanwege de speciale anatomische locatie en directe verbinding met het hartoppervlak wordt EAT niet alleen beschouwd als een energieopslagorgaan, maar ook als een essentiële paracriene regulator die betrokken is bij meerdere hart- en vaatziekten. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat EAT-bruining een veelbelovend therapeutisch potentieel heeft voor hart- en vaatziekten door onder andere een ontstekingsremmende fenotypeovergang, het vrijkomen van cardioprotectieve factoren en extracellulaire blaasjes. De aangeboren deficiëntie van EAT in knaagdiermodellen beperkt experimenteel onderzoek naar de functie ervan bij hart- en vaatziekten. Eerdere studies hebben vetweefseltransplantatie gebruikt om de endocriene en paracriene overspraak tussen vetweefsel en andere organen te onderzoeken. Dit benadrukt de noodzaak om een chirurgisch model te ontwikkelen voor het transplanteren van bruin vetweefsel (BAT) op het hartoppervlak van de muis om de paracriene effecten op hart- en vaatziekten te bestuderen en de potentiële beschermende voordelen van EAT-bruining te onderzoeken. Hierin stelt deze studie een unieke chirurgische procedure vast voor het transplanteren van bruin vetweefsel op het hartoppervlak bij muizen en evalueert de overleving van het transplantaat en de levensvatbaarheid van de ontvanger vier weken na de operatie. Dit model kan worden toegepast in toekomstige experimenten om EAT-bruining te onderzoeken.

Inleiding

Epicardiaal vetweefsel (EAT) is een heterogeen en multifunctioneel vetdepot dat zich op het oppervlak van het hart bevindt, zich direct hecht aan het myocardium en de belangrijkste kransslagaders omringt zonder bindweefsel ertussen1. Vanwege de anatomische nabijheid van het myocardium en de kransslagaders, kan EAT actief overvloedige en diverse biofactoren afscheiden op een paracriene afhankelijke manier om hart- en vaatziekten, zoals boezemfibrilleren, atherosclerose en hartfalen, te reguleren 2,3,4. EAT kan een risicofactor zijn voor hart- en vaatziekten en er wordt aangenomen dat EAT een nieuw therapeutisch doelwit kan worden voor cardiometabole medicatie5.

In tegenstelling tot mensen is er echter bijna geen merkbare EAT op het hartoppervlak van de muis. De meeste experimenten met EAT zijn inderdaad in vitro uitgevoerd vanwege het ontbreken van een experimenteel diermodel om de functie van EAT in vivo te observeren 6. Wetenschappers kunnen EAT-secretomen dus alleen in vitro zuiveren en analyseren, en er is geen toepasbaar experimenteel model om de echte functies van EAT in vivo volledig te observeren. Het opzetten van een muismodel met EAT zal daarom nuttig zijn om op te helderen hoe EAT zijn unieke effecten uitoefent op het proximale myocardium en de kransslagaders.

Bruin vetweefsel (BAT) bezit een inherente thermogene capaciteit en verbetert het glucosemetabolisme7. Onlangs hebben onderzoekers ontdekt dat BAT kan functioneren als een cardioprotectief weefsel voor hartaandoeningen. Kleine extracellulaire blaasjes die door BAT worden uitgescheiden, zijn betrokken bij door inspanning geïnduceerde cardioprotectie door cardioprotectieve miRNA's aan het hart af te leveren8. BAT kan 12,13-diHOME en NOS1 vrijgeven om de hartfunctie te verbeteren door de regulering van de calciumcyclus9. Bruin vetweefsel-afgeleid FGF21 verzwakt hypertensieve cardiale remodellering door de A2A-receptor10 te activeren. Bovendien kan BAT BMP3b vrijgeven, wat myocardiale schade bij ischemie-reperfusie (I/R) letsel11 vermindert.

Deze studies geven aan dat BAT een cardioprotectieve rol speelt bij hart- en vaatziekten via endocriene mechanismen. Er zijn ook aanwijzingen dat succesvolle BAT-transplantatiemodellen, waarbij BAT van een normale muis wordt getransplanteerd in het interscapulaire gebied van een vetrijke dieetmuis, zijn waargenomen om het glucosemetabolisme en de insulinegevoeligheid te verbeteren, de vetmassa te verminderen en adipositas bij de ontvangende muis te verbeteren. BBT-transplantatie kan zijn gunstige effecten uitoefenen via verschillende mechanismen, waaronder de endocriene afgifte van BAT-geassocieerde cytokinen, activering van het sympathische zenuwstelsel, verhoogde BBT-opname van triglyceriden en verbeterde glucosetolerantie en insulineresistentie bij zwaarlijdende muizen12,13. BBT-transplantatie kan daarom dienen als een potentiële therapeutische benadering voor hartaandoeningen.

Vanwege verschillen tussen soorten hebben muizen echter een tekort aan EAT op het hart, waardoor de paracriene effecten van BAT op het hart onduidelijk zijn. Bovendien blijft onbekend of in situ transplantatie van BAT op het hartoppervlak superieure voordelen biedt in vergelijking met andere strategieën.

Om de functie van BAT op het hart te evalueren en de paracriene effecten op cardiomyocyten en kransslagaders op te helderen, wil ons team een stapsgewijze procedure beschrijven voor het opzetten van een microchirurgisch model voor in situ BAT-transplantatie op het hart van de muis. In tegenstelling tot subcutane transplantatie, die alleen de endocriene invloeden van BAT kan simuleren, maakt deze benadering het mogelijk om directe paracriene interacties te bestuderen. Routinematige postoperatieve observationele indicatoren zullen worden gebruikt om de succesvolle kolonisatie en overleving van BAT-transplantaten te bevestigen door het tot stand brengen van een bloedtoevoer vanaf het hartoppervlak van de muis.

Protocol

Experimentele protocollen voor het verkrijgen van vetweefsel werden beoordeeld en goedgekeurd door de Central South University Institutional Review Board. Het hieronder vermelde protocol voor het gebruik van dieren is beoordeeld en goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee (Approval No. 20230188) in het Second Xiangya Hospital, Central South University, China, onder Protocol nr. 2024054. Alle experimenten werden uitgevoerd in strikte overeenstemming met de richtlijnen voor dierveiligheid en humane zorg. Voor dit onderzoek werden drie tot acht weken oude C57/BL6 wildtype mannelijke muizen gebruikt, met een gewicht van 12-25 g. De ontvangende dieren kregen 1 uur voor de operatie preventieve anesthesie met buprenorfine in een dosis van 0,1 mg/kg subcutaan. Bij de ontvangende dieren werd buprenorfine na transplantatie opnieuw toegediend in dezelfde dosis en indien nodig opnieuw gedoseerd binnen de eerste 48 uur na de operatie. Details van de gebruikte reagentia en apparatuur staan vermeld in de materiaaltabel.

1. Oogsten van bruin vetweefsel (BAT) van donoren

  1. Verdoof de donormuis van 3 tot 8 weken oud door deze in een inductiekamer te plaatsen die gevuld is met 2% isofluraan gemengd met 0,5-1,0 l/min 100% O2. Om de juiste diepte van de anesthesie te controleren, oefent u druk uit op het nagelbed van de muis of voert u een teenknijpreflextest uit.
  2. Plaats de muis in buikligging op een verwarmingskussen en zet de ledematen vast met plakband.
  3. Identificeer de fossa scapulier door ongeveer 1 cm naar beneden te bewegen langs de middellijn vanaf de nekhuid om een depressie te lokaliseren.
  4. Scheer de haren op deze plek en desinfecteer de huid drie keer met povidon-jodium.
  5. Maak een longitudinale incisie van ongeveer 1 cm om het vetweefsel in de fossa scapulier bloot te leggen. Scheid voorzichtig het oppervlakkige witte vetweefsel en de spierlaag om de onderliggende BAT bloot te leggen, die aan één kant bruinrood lijkt. Verzamel 30 mg BAT voor transplantatie.
  6. Was de BAT om bloed en vuil te verwijderen met een steriele zoutoplossing.
  7. Knip de BAT met een oogheelkundige schaar in kleine stukjes (5 × 5 mm, ongeveer 20 mg) en bewaar deze in een volledig medium voor weefselkweek bij 37 °C terwijl u de ontvangende muis voorbereidt.

2. Voorbereiding op de transplantatie

  1. Steriliseer de microchirurgische instrumenten met behulp van een autoclaafsterilisator en draag steriele handschoenen.
    OPMERKING: De volgende chirurgische instrumenten zijn vereist: stompe schaar, microschaar, microtang, grof gebogen pincet (×2), fijne 45° hoektang (×2), schuine veerschaar, borstretractor, 2-0 resorbeerbare hechtingen, 7/0 prolene-hechtingen en een naaldhouder.
  2. Desinfecteer het operatieveld met 75% isopropylalcohol.
  3. Zorg voor een normale lichaamstemperatuur en een stabiele hartslag tijdens de operatie met behulp van een verwarmingskussen dat is ingesteld op 37 °C ± 1 °C.
  4. Bereid katoenen applicators voor op gebruik in geval van bloedingen.

3. Voorbereiding en intubatie van de muis

  1. Verwijder de vacht vanaf de halslijn tot halverwege de borst van de ontvangende muis met behulp van ontharingscrème.
  2. Verdoof de muis door hem in een inductiekamer te plaatsen die gevuld is met 2% isofluraan gemengd met 0,5-1,0 l/min 100% O2. Eenmaal voldoende verdoofd, handhaaf de anesthesie met 1,7% isofluraan gemengd met 0,7 l/min 100% O2.
  3. Plaats de muis in rugligging op een verwarmingskussen en zet de ledematen vast met plakband.
  4. Desinfecteer het operatieveld met een complexe jodiumoplossing, gevolgd door 70% alcohol. Herhaal dit proces drie keer.
  5. Bedek de muis met een steriel laken en leg alleen het operatieveld bloot om besmetting te voorkomen.
  6. Gebruik een nieuwe set steriele handschoenen voor elke individuele muis.
  7. Plaats een elastiekje over de voortanden om de nek te strekken. Gebruik een gebogen tang in de ene hand om de tong voorzichtig opzij te manipuleren terwijl u de andere hand gebruikt om een PE-90 endotracheale tube in te brengen. Zorg ervoor dat het hoofd van de muis zich ter hoogte van de buis bevindt voor een goede plaatsing.
  8. Controleer of de buis in de luchtpijp is ingebracht in plaats van in de slokdarm. Maak een longitudinale incisie (~6-7 mm) in de cervicale huid om de luchtpijp bloot te leggen, indien nodig ter verificatie.
  9. Sluit de endotracheale tube aan op een knaagdierventilator met volumecyclus, stel de parameters in op 140 ademhalingen/min en een ademvolume van 0.2 ml. Zet de tube vast met plakband.
    OPMERKING: Indicatoren van succesvolle mechanische beademing - De thoracale bewegingen van de muis moeten regelmatig zijn en gesynchroniseerd met de ademhalingsfrequentie van de ventilator.

4. ETEN enten

  1. Voer een middellijn sternale incisie uit vanaf de suprasternale inkeping. Maak een incisie van 1 cm langs de middellijn van het borstbeen (een witte lijn op de voorste borstwand van de muis) om de voorste wand van het hart bloot te leggen. Trek het borstbeen terug met behulp van een borstretractor onder een chirurgische microscoop. Vermijd verwonding van de longen en de interne thoracale slagader tijdens de procedure.
  2. Gebruik een fijne, 45° schuine tang om het epicardiale slijmvlies rond het hart voorzichtig te scheiden en weg te snijden.
  3. Open het hartzakje bij de voorwand van de linker hartkamer. Plaats een schoon, klein stukje BAT dat rijk is aan bloedvaten op het oppervlak van het hart. Gebruik een 7/0 prolene hechtdraad met twee chirurgische knopen om de BAT mechanisch aan het oppervlak van de linkerventrikel te bevestigen. Vermijd het doorboren van de hartwand.
  4. Verwijder het oprolmechanisme van de borstkas en knijp de uitstroom van de ventilator 2 s af om de longen weer op te blazen.
  5. Gebruik een 2-0 resorbeerbare hechtdraad met een onderbroken hechtpatroon om de ribbenkast te sluiten.
  6. Gebruik een 2-0 resorbeerbare hechtdraad met een doorlopend hechtpatroon om de huidlaag te sluiten.

5. Postoperatieve zorg

  1. Dien na de operatie 0,3 ml normale zoutoplossing intraperitoneaal toe voor vloeistofvervanging.
  2. Dien buprenorfine (0,1 mg/kg) subcutaan toe om incisiepijn te verlichten en enrofloxacine (5 mg/kg) om infectie te voorkomen.
  3. Plaats de muis onder een warmtelamp totdat hij uit de anesthesie ontwaakt en terugkeert naar sternale lighouding, zodat hij vrij kan bewegen. Breng de muis vervolgens over naar een aparte kooi met voedsel en water. Zorg voor een gelatinevoedingsbron op de bodem van de kooi voor gemakkelijke toegang vanwege de tijdelijke kleine beperkende beweging van de thorax.
  4. Observeer de ontvangende muis gedurende 1 uur postoperatief voordat u hem terugbrengt naar de kooi. Inspecteer de muis de eerste 24 uur drie keer per dag om de activiteit en voedingsinname te controleren. Controleer de eerste 72 uur op tekenen van pijn en angst. Controleer dagelijks de conditie van het dier en weeg het wekelijks.
  5. Raadpleeg een dierenarts als muizen tekenen van pijn, angst of verminderde voeropname vertonen.
    OPMERKING: Overweeg indien nodig vroege euthanasie. De euthanasietechniek omvat een overdosis CO2 gedurende 7 minuten, gevolgd door cervicale dislocatie (volgens institutioneel goedgekeurde protocollen). Necrose, absorptie of afstoting van het BAT-autotransplantaat wordt gedefinieerd als een specifiek eindpunt dat aanleiding geeft tot euthanasie.

Resultaten

Op basis van observaties van preoperatieve, perioperatieve en postoperatieve resultaten werd dit muismodel voor het transplanteren van bruin vetweefsel (BAT) op het hartoppervlak met succes vastgesteld. BAT werd verzameld in het scapulaire gebied van de donormuis, waarbij elk BAT-transplantaat ongeveer 0,1 g woog.

Hematoxyline-eosinekleuring bevestigde de samenstelling en structuur van het transplantaat als BAT. Bij een lage vergroting werd een groot aantal bruine vetcellen waargenomen die lobulaire structuren vormden in los bindweefsel, dat rijk was aan haarvaten. Het cytoplasma van bruine adipocyten bevatte talrijke kleine vacuolen en hun kernen waren rond en centraal gelegen. Bij hoge vergroting vertoonden bruine vetcellen morfologische overeenkomsten met witte vetcellen, maar waren ze kleiner in diameter. De kernen van bruine vetcellen waren rond of ovaal en bevonden zich centraal of excentrisch in de cel. Het cytoplasma was eosinofiel en bevatte meerdere lipidedruppeltjes van verschillende grootte, die door het cytoplasma werden verspreid. Haarvaten en zenuwen waren ook zichtbaar tussen de bruine vetcellen. Van het getransplanteerde vetweefsel werd verder bevestigd dat het bruin vetweefsel was door middel van immunohistochemische kleuring voor UCP1-expressie (Figuur 1). Het BAT-transplantaat werd met succes op de voorwand van de linkerventrikel bevestigd (Figuur 2).

Vier weken na BAT-transplantatie waren er geen significante veranderingen in dieet, activiteit of lichaamsgewicht bij de ontvangende muis. De incisie in de borstkas genas goed en was volledig bedekt met normaal haar. De ontvangende muis werd geofferd (volgens ethische richtlijnen) en het hart, samen met het epicardiale BAT-transplantaat, werd verwijderd voor histologisch onderzoek. Hematoxyline-eosinekleuring toonde aan dat het BAT-transplantaat levensvatbaar bleef, typische BAT-histologische kenmerken vertoonde en microcirculatie tot stand bracht met het aangrenzende myocardium. Er waren geen tekenen van significante infiltratie van ontstekingscellen of het vloeibaar maken van vet. De trichrome kleuring van Masson onthulde de vorming van vezelig bindweefsel rond de hechtingen die werden gebruikt om het getransplanteerde weefsel in het myocardium te fixeren. Fibreus bindweefsel werd zowel rond als in het transplantaat waargenomen, maar er was geen duidelijke compartimentering of structurele verstoring van het vetweefsel. Immunohistochemische kleuring voor CD31 en UCP1 duidde verder op de vorming van neo-microvaten in de getransplanteerde BAT en bevestigde de overleving van een deel van de bruine vetcellen in het transplantaat (Figuur 3).

figure-results-1
Figuur 1: Isolatie en identificatie van bruin vetweefsel van donormuizen. (A,B) Bruin vetweefsel (BAT) (aangegeven met witte pijlen) verzameld van een donormuis voor transplantatie. (C) Representatieve immunohistochemische kleuring van UCP1-expressie in bruin vetweefsel (schaalbalk = 100 μm). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Inrichting van diermodellen. Deze figuur illustreert de procedure voor het opstellen van het diermodel. Een mediane thoracotomie wordt uitgevoerd om de voorwand van het hart bloot te leggen met behulp van een sternale spreider. Het bruine vetweefsel (BAT) transplantaat wordt op het oppervlak van het hart gefixeerd. De incisie wordt vervolgens gesloten met behulp van intermitterende hechtingen voor de spier- en huidlagen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Beoordeling van implantatie van bruin vetweefsel op het hart van de muis vier weken na de transplantatie. (A) Litteken van de mediane voorste thoracale incisie (witte pijl). (B,C) Bruin vetweefsel (BAT) transplantaat gefixeerd op de top van het hart (witte pijl). (D) Representatieve hematoxyline- en eosinekleuringsbeelden (H&E) van het BAT-transplantaat en myocardium vier weken na de transplantatie (schaalbalk = 100 μm). De effen zwarte driehoek geeft het myocardium aan, * geeft het BAT-transplantaat aan en zwarte pijlen geven haarvaten aan. (E) Vertegenwoordiger Masson's trichrome kleuringsbeelden van het BAT-transplantaat en myocardium vier weken na de transplantatie (schaalbalk = 200 μm). (F) Immunohistochemische kleuring van CD31-expressie in het BAT-transplantaat en myocardium vier weken na transplantatie. Zwarte pijlen geven een positieve CD31-expressie in het allotransplantaat aan (schaalbalk = 100 μm). (G) Immunohistochemische kleuring van UCP1-expressie in het BAT-transplantaat en myocardium vier weken na transplantatie (schaalbalk = 50 μm). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

In deze studie werd met succes een chirurgisch model opgesteld voor het transplanteren van bruin vetweefsel (BAT) op het myocardiumoppervlak. Epicardiaal vetweefsel (EAT) is een uniek vetdepot dat rechtstreeks in verbinding staat met het myocardium en de kransslagaders, een gemeenschappelijke microcirculatie deelt en nauwe overspraak tussen beide mogelijk maakt. Eerdere studies hebben aangetoond dat EAT geassocieerd is met meerdere hartaandoeningen, waaronder coronaire hartziekte, boezemfibrilleren en myocardiale hypertrofie. Hoewel deze onderzoeken aantoonden dat het EAT-volume correleert met de omvang en ernst van hartaandoeningen, moeten de mechanismen waarmee EAT de hartpathologie beïnvloedt nog worden opgehelderd 1,2,3,4,5,14,15,16.

Aan de andere kant wordt aangenomen dat BAT een natuurlijke rol speelt bij het beschermen van zoogdieren tegen onderkoeling. Het cytoplasma bevat meerdere kleine, multiloculaire lipidedruppeltjes en is verrijkt met mitochondriën. BAT is een thermogeen vetweefsel dat het energieverbruik reguleert en de glucose- en lipidenhomeostase handhaaft, waardoor het een potentieel therapeutisch doelwit is voor stofwisselings- en hart- en vaatziekten 17,18,19. Sommige klinische studies hebben aangetoond dat het BBT-volume negatief gecorreleerd is met hart- en vaatziekten. Personen met een hoger BAT-volume hebben een lagere prevalentie van diabetes type 2, coronaire hartziekte, dyslipidemie, congestief hartfalen, cerebrovasculaire aandoeningen en hypertensie 7,20,21.

Een eerdere studie toonde aan dat van BAT afgeleide kleine extracellulaire blaasjes (sEV's) worden opgenomen door cardiomyocyten, waardoor de activering van de myocardiale ischemie/reperfusie (MI/R)-gerelateerde MAPK-route8 wordt onderdrukt. Een andere studie wees uit dat BAT sEV's afgeeft die cardioprotectieve microRNA's bevatten, die bijdragen aan inspanningsgerelateerde cardioprotectie22. Deze bevindingen illustreren de mechanismen die ten grondslag liggen aan de overspraak tussen BAT en cardiomyocyten en benadrukken BAT-sEV's en hun microRNA-inhoud als potentiële kandidaten voor door inspanning geïnduceerde cardioprotectie. Bovendien is aangetoond dat van BAT afgeleide neureguline 4 (Nrg4) endotheelontsteking en atherosclerose bij mannelijke muizen23 vermindert, wat de beschermende endocriene functies van BAT op de cardiovasculaire gezondheid verder aantoont.

Bovendien hebben transcriptieanalyses aangetoond dat humaan EAT BAT markers zoals UCP-1, PRDM16 en PGC-1α sterk tot expressie brengt, op niveaus die hoger zijn dan die gevonden in andere vetdepots 5,6,24,25. Dit suggereert dat EAT gedeeltelijk als BAT kan functioneren. Deze bevindingen ondersteunen de hypothese dat bruining van EAT het myocardium en de kransslagaders zou kunnen beschermen tegen onderkoeling en zou kunnen dienen als een verdedigingsmechanisme tegen ischemie of hypoxie. Gezamenlijk geven deze onderzoeken aan dat BAT meerdere bioactieve factoren vrijmaakt en gunstige en beschermende effecten heeft op het cardiovasculaire systeem6.

In eerdere studies zijn BAT-transplantatiemodellen toegepast op verschillende ziektemodellen om de impact van BAT op het optreden en de progressie van ziekten op te helderen. Deze omvatten studies naar de invloed van BAT-transplantatie bij polycysteus ovariumsyndroom (PCOS)26, de regulerende rol ervan bij veroudering van de eierstokken27 en de effecten ervan op het metabolisme van het hele lichaam28,29. De pathofysiologische effecten van BAT-transplantatie op het hart zijn echter nog niet onderzocht.

Als orgaan dat in staat is om talrijke signaalmoleculen af te scheiden, beïnvloedt BAT voornamelijk de cardiovasculaire pathofysiologie in een normaal organisme via endocriene routes, waarbij deze moleculen aan het hart of de bloedvaten worden afgeleverd11. Of BAT de cardiale pathofysiologie direct kan reguleren via paracriene routes blijft echter onduidelijk. Het opstellen van een geschikt en betrouwbaar model voor BAT-transplantatie op het hartoppervlak zou het onderzoek naar directe interacties tussen BAT en het hart vergemakkelijken.

Aangezien BAT zich anatomisch in het interscapulaire gebied van muizen bevindt, is de overspraak met andere organen voornamelijk afhankelijk van systemische circulatie via endocriene signalering. Bovendien hebben sommige onderzoeken gesuggereerd dat epicardiaal vetweefsel (EAT) het potentieel heeft om een bruiningsovergang te ondergaan. Verschillende dieet-, omgevings- en farmacologische interventies zijn veelbelovend gebleken bij het induceren van EAT-bruinverkleuring bij patiënten met obesitas en/of coronaire hartziekte (CAD). Deze overgang kan helpen bij het verminderen van de hypoxische en inflammatoire micro-omgeving die vasculaire schade verergert en coronaire atherosclerose versnelt 4,24,30. Er is echter verder onderzoek nodig om de specifieke factoren en routes te identificeren die betrokken zijn bij het bruinen van EAT. Bovendien zijn experimentele diermodellen nodig om de relatie tussen het EAT-fenotype en de cardiovasculaire uitkomsten die verband houden met het onevenwichtige ontstekingsprofiel te onderzoeken.

Een van de grootste beperkingen bij het bestuderen van EAT is dat knaagdieren bijna geen merkbare EAT hebben. Bij mensen is het bestuderen van verse EAT ook een uitdaging vanwege de moeilijkheid om monsters te verkrijgen, omdat hiervoor thoracotomie nodig is. Eerdere studies hebben een model gebruikt waarin vetweefsel afkomstig van vetrijke dieetmuizen werd getransplanteerd in de buikholte van muizen met een hartinfarct om aan te tonen dat diabetisch vetweefsel ischemie-reperfusieschade kan verergeren31. De toepassing van vetweefseltransplantatiemodellen maakt het mogelijk om de effecten van BAT op het hart te onderzoeken via paracriene signalering.

Het primaire doel van de ontwikkeling van dit model is het onderzoeken van de potentiële therapeutische effecten van BAT als een EAT-achtig paracrien orgaan voor het myocardium en de kransslagaders. In de toekomst zou dit model kunnen worden gebruikt om de cardioprotectieve effecten van BAT te bestuderen bij het remmen van de progressie van atherosclerotische plaques, het verbeteren van myocardiaal ischemisch letsel en het verlichten van atriumfibrilleren. Bovendien kan het indirect bewijs leveren dat de voordelen van het bevorderen van EAT-bruining ondersteunt.

In 2013 transplanteerde een onderzoeksteam van de Harvard Medical School BAT in de viscerale holte van ontvangende muizen door het weefsel te verbinden met het epididymale vetkussen om verbeteringen in metabole homeostase te beoordelen via verhoogde BAT-massa32. In een eerdere studie uit de jaren 1960 isoleerden onderzoekers BAT uit het interscapulaire gebied van de donor en transplanteerden het onder de niercapsule van de ontvanger gedurende een periode van 1-2 weken. Bovendien werd BAT in een ander onderzoek getransplanteerd in de voorste oogkamer van hamsters en werd histologische analyse gebruikt om te beoordelen of de getransplanteerde BAT12 overleefde. De haalbaarheid en overleving van BAT-transplantatie in het epicardiale gebied van knaagdieren blijven echter onbekend.

Epicardiale chirurgie bij muizen is nu een routineprocedure voor het induceren van myocardinfarctmodellen. Interessant is dat een onderzoeksteam met succes farmacologische middelen heeft afgeleverd in de pericardiale ruimte/vloeistof in een varkensmodel, dat is gebruikt om atriumfibrilleren, relatieve refractaire perioden en ischemische cardiomyopathie te onderzoeken. Op basis van deze studies is het gerechtvaardigd om een knaagdiermodel te ontwikkelen voor epicardiale BAT-transplantatie door middel van chirurgische ingrepen.

Op basis van de experimentele resultaten werden twee stukken BAT gescheiden van de interscapulaire ruimte van de donormuis. De BAT was bedekt met onderhuids vetweefsel (SAT) en vertoonde een donkerdere kleur dan SAT, met een rijke bloedtoevoer. Hematoxyline- en eosine (H&E)-kleuring van BAT onthulde dat bruine vetcellen kleinere multiloculaire lipidedruppeltjes bevatten en sterk gevasculariseerd waren, met rode bloedcellen in het capillaire lumen. Elk verzameld BAT-segment woog ongeveer 30-40 mg. Het getransplanteerde BAT-transplantaat was echter beperkt tot ongeveer 20 mg, omdat verdere vergroting van het transplantaat leidde tot muizensterfte binnen 1-2 dagen na de operatie. Een mogelijke oorzaak van deze uitkomst is de beperkte ruimte tussen de borstholte en de voorwand van het hart. Een relatief groot transplantaat kan overmatige druk uitoefenen, wat kan leiden tot harttamponnade.

De anesthesie werd gehandhaafd via tracheale intubatie en de diepte van de anesthesie werd gecontroleerd door de amplitude en het ritme van thoracale fluctuaties bij de muis te observeren. Er werd gekozen voor een mediane thoracotomie om de voorwand van het hart bloot te leggen, waardoor BAT-transplantatie werd vergemakkelijkt. Aangezien EAT rechtstreeks verbonden is met het myocardium en de kransslagaders zonder dat bindweefsel ze scheidt, omvatte het protocol het openen van het hartzakje, het inbrengen van de BAT op het hartoppervlak en vervolgens het hechten van het hartzakje.

Vier weken na de transplantatie werden de ontvangende muizen geëuthanaseerd (volgens ethische richtlijnen) en werden de borstholtes geopend om de integratie en overleving van BAT te beoordelen. Deze bevindingen bevestigen dat het BAT-transplantaat het met succes heeft overleefd.

Concluderend werd met succes een chirurgisch model ontwikkeld voor het transplanteren van BAT op het hartoppervlak bij muizen. Dit model kan het begrip van de effecten van EAT op hartaandoeningen en het cardioprotectieve potentieel van EAT-bruining verbeteren.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren geen tegenstrijdige belangen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (nr. 81870623, 81770881, 81900286, 82100494, 82100944 en 82070910), Key R&D Plan van de provincie Hunan (2020SK2078) en de Natural Science Foundation van de provincie Hunan (2022JJ70055, 2021JJ40842 en 2022JJ40721)

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
1% penicillin/streptomycinGibco, Invitrogen, New York, USA03-031-1BCSWeefselbehoud voor transplantaat
10% Fetal bovine serum (FBS)Bovogen, New Zealand, Australia1907BWeefselbehoud voor transplantaat
2-0 Absorbable suturesShanghai Pudong Jinhuan Medical Products Company17Y1204JHuiddichting
6- tot 8-weken oude mannelijke C57BL/6J muizenSJA Laboratory Animal Co., Ltd (Hunan, China) 
7/0 Prolene suturesShanghai Pudong Jinhuan Medical Products CompanyR731Het bruine vetweefsel op het hart bevestigen
Alizarin Red staining solutionServicebio, Wuhan, ChinaCR2203058Alizarin Red staining voor transplantaat
Schuine springschaarJinzhong surgical instrument CompanyY3C040Weefseldissectie en -scheiding
Blunte schaarJinzhong surgical instrument CompanyJ22010Weefseldissectie en -scheiding
BorstretractorTIGERGENE CompanyTG-CK-07PKBorst terugtrekken en fixeren
Grof gebogen pincetJinzhong surgical instrument CompanyJD1060Weefseldissectie en -scheiding
DMEM: F12 (1:1) mediumGibco, Invitrogen, New York, USAC11330500BTWeefselbehoud voor transplantaat
Fijne 45° gebogen pincetJinzhong surgical instrument CompanyY4E040Weefseldissectie en -scheiding
IsofluraanShenzhen RuiWoDe Life Technology Co., LTDR510-22Gasanesthesie voor muizen
Micro-pincetJinzhong surgical instrument CompanyJD1050Weefseldissectie en -scheiding
Micro-schaarJinzhong surgical instrument CompanyY00030Weefseldissectie en -scheiding
NaaldhouderJinzhong surgical instrument CompanyY3G150Naald vasthouden voor sluiting
Oogheelkundige schaarJinzhong surgical instrument CompanyY3C060Weefseldissectie en -scheiding
Chirurgisch microscoopMurzider CompanyMSD203Voor chirurgische transplantatie van bruin vetweefsel transplantaat
Volumegecontroleerde knaagdierventilatorNanjing KEWBASIS Biotechnology Co.LTDKW-MZJ-ZGasanesthesie voor muizen

Referenties

  1. Iacobellis, G. Epicardial adipose tissue in contemporary cardiology. Nat Rev Cardiol. 19 (9), 593-606 (2022).
  2. Zobel, E. H., et al. Relation of cardiac adipose tissue to coronary calcification and myocardial microvascular function in type 1 and type 2 diabetes. Cardiovasc Diabetol. 19 (1), 16(2020).
  3. Packer, M. Epicardial adipose tissue may mediate deleterious effects of obesity and inflammation on the myocardium. J Am Coll Cardiol. 71 (20), 2360-2372 (2018).
  4. Napoli, G., et al. Epicardial and pericoronary adipose tissue, coronary inflammation, and acute coronary syndromes. J Clin Med. 12 (23), jcm12237212(2023).
  5. Villasante Fricke, A. C., Iacobellis, G. Epicardial adipose tissue: Clinical biomarker of cardio-metabolic risk. Int J Mol Sci. 20 (23), ijms20235989(2019).
  6. Doukbi, E., et al. Browning epicardial adipose tissue: Friend or foe. Cells. 11 (6), 11060991(2022).
  7. Becher, T., et al. Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health. Nat Med. 27 (1), 58-65 (2021).
  8. Zhao, H., et al. Small extracellular vesicles from brown adipose tissue mediate exercise cardioprotection. Circ Res. 130 (10), 1490-1506 (2022).
  9. Pinckard, K. M., et al. A novel endocrine role for the BAT-released Lipokine 12,13-diHOME to mediate cardiac function. Circulation. 143 (2), 145-159 (2021).
  10. Ruan, C. C., et al. A(2A) receptor activation attenuates hypertensive cardiac remodeling via promoting brown adipose tissue-derived FGF21. Cell Metab. 28 (3), 476-489.e5 (2018).
  11. Martí-Pàmies, Íal, et al. Brown adipose tissue and BMP3b decrease injury in cardiac ischemia-reperfusion. Circ Res. 133 (4), 353-365 (2023).
  12. White, J. D., Dewal, R. S., Stanford, K. I. The beneficial effects of brown adipose tissue transplantation. Mol Aspects Med. 68, 74-81 (2019).
  13. Bartelt, A., et al. Brown adipose tissue activity controls triglyceride clearance. Nat Med. 17 (2), 200-205 (2011).
  14. Rosito, G. A., et al. Pericardial fat, visceral abdominal fat, cardiovascular disease risk factors, and vascular calcification in a community-based sample: the Framingham heart study. Circulation. 117 (5), 605-613 (2008).
  15. Piché, M. E., Poirier, P., Lemieux, I., Després, J. P. Overview of epidemiology and contribution of obesity and body fat distribution to cardiovascular disease: An update. Prog Cardiovasc Dis. 61 (2), 103-113 (2018).
  16. Shaihov-Teper, O., et al. Extracellular vesicles from epicardial fat facilitate atrial fibrillation. Circulation. 143 (25), 2475-2493 (2021).
  17. Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N Engl J Med. 360 (15), 1509-1517 (2009).
  18. Maliszewska, K., Kretowski, A. Brown adipose tissue and its role in insulin and glucose homeostasis. Int J Mol Sci. 22 (4), ijms22041530(2021).
  19. Fernández-Verdejo, R., Marlatt, K. L., Ravussin, E., Galgani, J. E. Contribution of brown adipose tissue to human energy metabolism. Mol Aspects Med. 68, 82-89 (2019).
  20. Takx, R. A., et al. Supraclavicular brown adipose tissue 18F-FDG uptake and cardiovascular disease. J Nucl Med. 57 (8), 1221-1225 (2016).
  21. Chen, H. J., Meng, T., Gao, P. J., Ruan, C. C. The role of brown adipose tissue dysfunction in the development of cardiovascular disease. Front Endocrinol (Lausanne). 12, 652246(2021).
  22. Icli, B., Feinberg, M. W. MicroRNAs in dysfunctional adipose tissue: Cardiovascular implications. Cardiovasc Res. 113 (9), 1024-1034 (2017).
  23. Shi, L., et al. Brown adipose tissue-derived Nrg4 alleviates endothelial inflammation and atherosclerosis in male mice. Nat Metab. 4 (11), 1573-1590 (2022).
  24. González, N., Moreno-Villegas, Z., González-Bris, A., Egido, J., Lorenzo, Ó Regulation of visceral and epicardial adipose tissue for preventing cardiovascular injuries associated to obesity and diabetes. Cardiovasc Diabetol. 16 (1), 44(2017).
  25. Rossi, V. A., Gruebler, M., Monzo, L., Galluzzo, A., Beltrami, M. The different pathways of epicardial adipose tissue across the heart failure phenotypes: From pathophysiology to therapeutic target. Int J Mol Sci. 24 (7), ijms24076838(2023).
  26. Fang, Y. Q., Zhang, H. K., Wei, Q. Q., Li, Y. H. Brown adipose tissue-derived exosomes improve polycystic ovary syndrome in mice via STAT3/GPX4 signaling pathway. Faseb J. 38 (18), e70062(2024).
  27. Chen, L. J., et al. Single xenotransplant of rat brown adipose tissue prolonged the ovarian lifespan of aging mice by improving follicle survival. Aging Cell. 18 (6), e13024(2019).
  28. Quan, Y., Lu, F., Zhang, Y. Use of brown adipose tissue transplantation and engineering as a thermogenic therapy in obesity and metabolic disease. Obes Rev. 25 (3), e13677(2024).
  29. Dewal, R. S., et al. Transplantation of committed pre-adipocytes from brown adipose tissue improves whole-body glucose homeostasis. iScience. 27 (2), 108927(2024).
  30. Horckmans, M., et al. Pericardial adipose tissue regulates granulopoiesis, fibrosis, and cardiac function after myocardial infarction. Circulation. 137 (9), 948-960 (2018).
  31. Gan, L., et al. Small extracellular microvesicles mediated pathological communications between dysfunctional adipocytes and cardiomyocytes as a novel mechanism exacerbating ischemia/reperfusion injury in diabetic mice. Circulation. 141 (12), 968-983 (2020).
  32. Stanford, K. I., et al. Brown adipose tissue regulates glucose homeostasis and insulin sensitivity. J Clin Invest. 123 (1), 215-223 (2013).

Herprints en machtigingen

Tags

Epicardiaal vetweefselvetweefseltransplantaatmuizenhartmodelparacriene effectencardiovasculaire aandoeningenweefseltransplantatiebrowning van EATontstekingsremmend fenotypecardioprotectieve factoren

Dit artikel is gepubliceerd

Video binnenkort beschikbaar

Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.