Ten protokół opisuje złożony model zwierzęcy z narażeniem na cząstki stałe (PM), które nasilają niedokrwienie mięśnia sercowego z miażdżycą.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół opisuje złożony model zwierzęcy z narażeniem na cząstki stałe (PM), które nasilają niedokrwienie mięśnia sercowego z miażdżycą.
Problemy zdrowotne spowodowane zanieczyszczeniem powietrza (zwłaszcza zanieczyszczeniem cząstkami stałymi) cieszą się coraz większą uwagą, zwłaszcza wśród pacjentów z chorobami układu krążenia, co pogarsza skomplikowane zaburzenia i powoduje złe rokowania. Prosty model narażenia na niedokrwienie mięśnia sercowego (MI) lub cząstki stałe (PM) nie nadaje się do takich badań chorób o wielu przyczynach. W tym artykule opisano metodę konstruowania złożonego modelu łączącego ekspozycję na PM, miażdżycę i niedokrwienie mięśnia sercowego. Myszy ApoE−/− karmiono dietą wysokotłuszczową przez 16 tygodni w celu rozwoju miażdżycy, przeprowadzono wkraplanie tchawicy standardowej zawiesiny PM w celu symulacji narażenia płuc na PM, a lewą przednią zstępującą tętnicę wieńcową podwiązano tydzień po ostatniej ekspozycji. Wkraplanie PM do tchawicy może symulować ostre narażenie płuc, jednocześnie znacznie obniżając koszty eksperymentu; Klasyczne podwiązanie lewej tętnicy zstępującej przedniej z nieinwazyjną intubacją tchawicy i nowym pomocniczym urządzeniem rozszerzającym może zapewnić zwierzęciu przeżywalność i zmniejszyć trudność operacji. Ten model zwierzęcy może w rozsądny sposób symulować patologiczne zmiany zawału mięśnia sercowego u pacjenta nasilone przez zanieczyszczenie powietrza i stanowić odniesienie do budowy modeli zwierzęcych związanych z badaniami dotyczącymi chorób o wielu przyczynach.
Zanieczyszczenie powietrza wiąże się z wysoką śmiertelnością z jakiejkolwiek przyczyny i przyczynia się do znacznego obciążenia chorobami bardziej niż suma zanieczyszczenia wody, zanieczyszczenia gleby i narażenia zawodowego1. Raport WHO ujawnił, że zanieczyszczenie powietrza na zewnątrz spowodowało 4,2 miliona przedwczesnych zgonów zarówno w miastach, jak i na obszarach wiejskich na całym świecie w 2016 roku2. 91% ludzi na całym świecie mieszka w miejscach, w których jakość powietrza przekracza limity określone w wytycznych WHO2. Co więcej, drobny pył zawieszony (PM) (≤2,5 μm średnicy, PM2,5) jest uznawany za największe zagrożenie zanieczyszczenia powietrza dla globalnego zdrowia publicznego3, szczególnie dla ludzi mieszkających w miastach krajów o niskich i średnich dochodach.
Niekorzystny wpływ zanieczyszczenia powietrza na choroby sercowo-naczyniowe zasługuje na większą uwagę. Wcześniejsze badania wykazały, że PM prowadzi do zwiększonego ryzyka chorób sercowo-naczyniowych (CVD)4. Narażenie na wysokie stężenia ultradrobnych cząstek przez kilka godzin może prowadzić do zwiększonej śmiertelności z powodu zawału mięśnia sercowego. W przypadku osób z przebytym zawałem mięśnia sercowego narażenie na ultradrobne cząstki może znacznie zwiększyć ryzyko nawrotu5. Ponadto powszechnie przyjmuje się, że narażenie na PM przyspiesza postęp miażdżycy6.
Dla badań medycznych kluczowe jest wybranie odpowiedniego modelu zwierzęcego. Proste modele zwierzęce miażdżycy7, modele zwierzęce niedokrwienia mięśnia sercowego8 i modele zwierzęce ekspozycji PM9 już istnieją. Mysz ApoE−/− (znokautowana apolipoproteina E) jest tradycyjnym modelem myszy stosowanym w badaniach nad miażdżycą. Zdolność do usuwania lipoprotein osocza u myszy ApoE−/− jest poważnie upośledzona. Żywienie dietą wysokotłuszczową spowodowałoby ciężką miażdżycę, przypominającą zależność od diety w miażdżycowej chorobie serca obserwowaną u ludzi7. Podwiązanie lewej przedniej zstępującej tętnicy wieńcowej (LAD) jest klasyczną metodą wywoływania zdarzenia niedokrwiennego8,10. Napar z tchawicy był używany w wielu badaniach i wyróżnia się na tle modeli ekspozycji11,12 ze względu na lepszą symulację i niższy koszt.
Jednak modele zwierzęce pojedynczej choroby mają znaczące ograniczenia w badaniach naukowych. Niedokrwienie mięśnia sercowego wywołane jedynie przez podwiązanie LAD nie jest symulowane w rzeczywistej sytuacji. W stanie naturalnym niedokrwienie mięśnia sercowego jest zwykle spowodowane pęknięciem blaszki miażdżycowej i zablokowaniem tętnic wieńcowych13. Pacjenci z kardiomiopatią niedokrwienną zwykle mają podstawowe zmiany miażdżycowe13. W organizmie występują również nieprawidłowy metabolizm lipidów i reakcje zapalne14. Dlatego niedokrwienie spowodowane czynnikami fizycznymi lub w warunkach naturalnych ma różne objawy patologiczne. Istniejące badania wykazały, że zawał i stan zapalny w modelach niedokrwienia mięśnia sercowego z miażdżycą jest bardziej dotkliwy15,16. Narażenie na PM może dodatkowo nasilać miażdżycę i niedokrwienie mięśnia sercowego poprzez wywoływanie stanu zapalnego i stresu oksydacyjnego1. W stanie naturalnym zwykle współistnieją trzy czynniki, więc rzeczywistą sytuację można lepiej zasymulować za pomocą modelu złożonego.
Ten protokół opisuje opracowanie zwierzęcego modelu niedokrwienia mięśnia sercowego (MI) łączącego miażdżycę (AS) i ostrą ekspozycję na PM. Myszy ApoE−/− były karmione dietą wysokotłuszczową w celu wywołania miażdżycy. Narażenie płuc na PM było imitowane przez kapanie zawiesiny PM przez tchawicę. Podwiązanie LAD u myszy stosowano w celu wywołania niedokrwienia mięśnia sercowego. Metody te połączono i zoptymalizowano, aby lepiej symulować stan chorobowy i poprawić wskaźnik przeżywalności zwierząt. Nie jest potrzebna żadna jednostka naświetlająca ani aparat do znieczulenia gazowego, dzięki czemu eksperyment jest łatwy do przeprowadzenia. Model ten może być wykorzystany do badania wpływu narażenia na PM w zanieczyszczeniu powietrza na miażdżycę i kardiomiopatię niedokrwienną oraz prowadzenia badań nad nowymi lekami opracowanymi do leczenia chorób z tak złożonymi czynnikami.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane tutaj działania związane ze zwierzętami zostały zatwierdzone przez Komitet Etyki Zwierząt Instytutu Chińskiej Materia Medica, Chińskiej Akademii Chińskich Nauk Medycznych. Do badania wykorzystano samce myszy ApoE−/− (tło C57BL/6) w wieku 6-8 tygodni.
1. Przygotowanie eksperymentalne
2. Indukcja miażdżycy u myszy
3. Intubacja ustno-tchawicza i ostre narażenie na cząstki stałe
UWAGA: PM będzie narażony raz w tygodniu przez 4 tygodnie po 12 tygodniach wysokotłuszczowego karmienia i ciągłym podawaniu diety wysokotłuszczowej.
4. Podwiązanie tętnic wieńcowych
UWAGA: Operacja modelowania niedokrwienia mięśnia sercowego (podwiązanie tętnicy wieńcowej) jest wykonywana w 16 tygodniu.
5. Odzyskiwanie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Myszy zostały uśpione 24 h po podwiązaniu tętnicy wieńcowej, a krew pobrano po wprowadzeniu w stan znieczulenia. Myszy znieczulono tribromoetanolem (zgodnie z krokiem 3.2), a próbkę krwi pobrano z zatoki zaocznej. Wyjęto serce, a stopień niedokrwienia oceniono za pomocą barwienia chlorkiem 2,3,5-trifenylo-tetrazoliu (TTC) (Rycina 1). Tkanki prawidłowe barwią się na czerwono w wyniku reakcji TTC z dehydrogenazą bursztynianową, natomiast tkanki niedokrwione pozostają blade z p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ustanowienie złożonego modelu zwierzęcego różni się nieco od pojedynczego modelu MI. Utrzymanie wysokiego wskaźnika przeżycia jest wyzwaniem przy opracowywaniu modelu złożonego. Nasilenie miażdżycy u myszy ApoE−/− stanie się poważniejsze wraz z wydłużeniem czasu karmienia o wysokiej zawartości tłuszczu7, a osłabienie myszy prowadzi do zwiększonej śmiertelności. Dlatego konieczne jest ciągłe monitorowanie stanu myszy podczas eksperymentu i dostosowywanie czasu indukcji miażdżycy do potrz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają żadnych konkurencyjnych interesów finansowych, które mogliby zadeklarować.
Ten model został opracowany dzięki wsparciu Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (nr 81673640, 81841001 i 81803814) oraz Głównego Narodowego Programu Nauki i Technologii Chin dla Innowacyjnego Leku (2017ZX09301012002 i 2017ZX09101002001-001-3).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 2,2,2-Tribromoetanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| 75% alkoholowy środek | |||
| Wentylator dla zwierząt | Shanghai Alcott Biotech | ALC-V8S | |
| Waciki bawełniane | Sterylne | ||
| Waciki bawełniane dla niemowląt | Sterylne, o średnicy około 3 mm | ||
| Naczynie | hodowlaneCorning | 430597 | 150 mm x 25 mm |
| Diesel Particulate Matter | National Institute of Standards Technology | 1650b | |
| Tablica | Około 25 x 17 cm. Deskę preparacyjną można zastąpić drewnianą deską tego samego rozmiaru | ||
| Dieta wysokotłuszczowa dla myszy | Recepta: żółtko jaja w proszku 10%, smalec 10%, sterol 1%, pasza konserwacyjna 79% | ||
| Jodoforowy środek | |||
| Reflektor | 5 V, 3 W, z wężami i zaciskami | ||
| Kulka z przędzy jedwabnej medycznej | Shanghai Medical Suture Needle Factory Co., Ltd. | - | 0-0 |
| Taśma medyczna | 3M | 1527C-0 | |
| Mikronaczyniowe kleszcze hemostatyczne | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Fabryka instrumentów chirurgicznych | W40350 | |
| Uchwyty do igieł | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Fabryka instrumentów chirurgicznych | JC32010 | |
| Sól fizjologiczna | |||
| Nożyczki okulistyczne | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Fabryka Instrumentów Chirurgicznych | Y00040 | |
| Pęseta okulistyczna, 10cm, zakrzywiona, z haczykami | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Fabryka Instrumentów Chirurgicznych | JD1080 | |
| Pęseta okulistyczna, 10cm, zakrzywiona, z zębami | Shanghai Medical Instruments (Group) Ltd., Corp. Fabryka Instrumentów Chirurgicznych | JD1060 | |
| Końcówki do pipet | Axygen | T-200-Y-R-S | 0-200 μ L |
| Pipeta | eppendorf | 3121000074 | 100 uL |
| Agrafka | długości około 4,5 cm, do wykonywania narzędzi do otwierania klatki piersiowej | ||
| Małe zwierzęta I.V. Kaniule | Baayen healthcare suzhou | BAAN-322025 | CEWNIK DOŻYLNY 22FG x 25 MM |
| Igła do szwów z gwintem | Shanghai Medical Sheture Needle Factory Co., Ltd. | - | 6-0, Nylonowa linia |
| Igła do szwów z gwintem | JinHuan Medical | F503 | 5-0 |
| Strzykawka | 1 ml | ||
| alkoholu | |||
| Mikroskop zoom-stereo | Mshot | MZ62 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.