Dwukomorowa ocena czynności serca i pętli ciśnienie-objętość za pomocą cewnikowania w zamkniętej klatce piersiowej u myszy
June 15th, 2020
Prezentowany tutaj jest protokół oceny dwukomorowej funkcji serca u myszy poprzez generowanie pętli ciśnienie-objętość (PV) z prawej i lewej komory u tego samego zwierzęcia za pomocą zamkniętego cewnikowania klatki piersiowej. Nacisk kładziony jest na techniczny aspekt chirurgii i pozyskiwania danych.
Protokół ten pozwala na kompleksową i solidną charakterystykę funkcji serca, a także ilościowe określenie funkcji skurczowej i rozkurczowej w lewej i prawej komorze myszy. Technika ta proponuje globalną charakterystykę funkcji serca u myszy, ponieważ proponuje kategoryzację lewą i prawą u tego samego zwierzęcia. Na początek odizoluj prawą tętnicę szyjną przez rozwarstwienie, aby przemieścić bocznie mięsień gnykowy mostka, aby odsłonić i wyizolować prawą tętnicę szyjną.
Następnie użyj kleszczy, piasku, rozwarstwienia, aby odizolować tętnicę szyjną od nerwu błędnego i wprowadzić trzy chirurgiczne szwy 4-0 pod tętnicą, ale nie nerwem. W celu izolacji prawej żyły szyjnej należy przemieścić bocznie gruczoły podżuchwowe i ślinianki przyuszne. Aby uwidocznić prawą żyłę szyjną i użyj kleszczy, aby tępo wypreparować i odsłonić prawą żyłę szyjną.
Ostrożnie wypreparuj żyłę, aby usunąć otaczającą powięź i przełóż kleszcze pod żyłą szyjną. Przełóż szew chirurgiczny pod żyłą i przywiąż szew do czaszkowej strony żyły. Użyj zacisku hemostatycznego, aby delikatnie naciągnąć szew w kierunku głowy i przełóż dwa dodatkowe szwy pod żyłą szyjną.
Użyj drugiego zacisku, aby delikatnie pociągnąć najbardziej dystalny szew w kierunku ogonowym i zrobić luźny węzeł w środkowym szwie. Następnie umieść kilka kropli podgrzanej soli fizjologicznej na naczyniu w miejscu przewidywanej wenotomii. W celu cewnikowania prawej komory umieść mysz pod mikroskopem stereoskopowym i zidentyfikuj żyłę szyjną.
Delikatnie zastosuj doskonałą trakcję do żyły i włóż zakrzywioną igłę o rozmiarze 30 między czaszkę a szwy pod kątem 140 stopni. Aby upewnić się, że igła wchodzi w sposób koncentryczny. Po wprowadzeniu należy przesunąć igłę, aby rozszerzyć wenotomię i wprowadzić sześciomilimetrową końcówkę cewnika pod igłę do wenotomii.
Po wprowadzeniu cewnika do prawej komory należy monitorować klasyczny przebieg ciśnienia w prawej komorze na monitorze ciągłym, aby potwierdzić prawidłowe ustawienie cewnika. W razie potrzeby delikatnie obracaj trzon cewnika, aż do uzyskania optymalnego umieszczenia cewnika wzdłuż osi prawej komory. Aby zapewnić prawidłowe ułożenie cewnika w prawej i lewej komorze serca, należy uważnie przeczytać i zinterpretować ciśnienie, objętość, wielkość, fazy, ślady, w tym samym czasie, gdy przesuwasz cewnik.
Po uzyskaniu sygnału pętli optymalnej wielkości ciśnienia naciśnij Enter na konsoli, aby wykonać skanowanie linii bazowej i monitorować tętno. Aby wygenerować pętle objętości ciśnienia, zmień parametr osi X z wielkości na objętość, pozostawiając ciśnienie jako oś Y. Gdy sygnał pętli objętości ciśnienia jest optymalny.
Nagrywaj przez 30 sekund. Po zakończeniu analizy zatrzymaj nagrywanie. Następnie umieść usunięty cewnik w roztworze chlorku sodu heparyny.
W celu cewnikowania lewej komory delikatnie podnieś prawą tętnicę szyjną kleszczami i zawiąż szew czaszkowy, zamykając w ten sposób tętnicę. Użyj zacisku hemostatycznego, aby delikatnie nałożyć przyczepność czaszkową na naczynie i użyj zacisku, aby pociągnąć najbardziej dystalny szew w kierunku ogonowym. Wykonaj luźny węzeł na środkowym szwie i dodaj kilka kropli podgrzanej soli fizjologicznej na naczynie w miejscu przewidywanej arteriotomii.
Użyj mikroskopu, aby ustawić ostrość na odcinku czaszki między szwem ogonowym a środkowym i delikatnie nałóż lepszą trakcję na tętnicę. Po wprowadzeniu cewnika, jak pokazano dla prawej komory, potwierdzono, że zapis kanału ciśnieniowego pokazuje typowy ślad aorty, wprowadzenie cewnika do lewej komory będzie widoczne po nagłym spadku na rynku ciśnienia rozkurczowego z aorty. Aby ustabilizować ciśnienie w lewej komorze, użyj pętli objętości ciśnienia, aby potwierdzić prawidłowe ułożenie cewnika w lewej komorze.
Zatrzymaj nagrywanie i wyjmij cewnik. Umieścić cewnik w roztworze heparyny chlorku sodu i zawiązać szew ogonowy. Następnie wyczyść cewnik detergentem enzymatycznym.
Na tym rysunku można zaobserwować reprezentatywne optymalne pętle ciśnienia generowane przez cewnik prawidłowo wprowadzony przez żyłę szyjną i wysunięty do prawej komory. Niewłaściwe ułożenie w prawej komorze objawia się pojawieniem się wadliwych pętli objętości ciśnienia. Optymalne wsteczne umieszczenie cewnika w poprzek zastawki aortalnej do lewej komory również skutkuje specyficznym wzorcem pętli ciśnienia.
Objawia się to wadliwymi pętlami w przypadku nieprawidłowo umieszczonego cewnika. Technika ta pozwala na uzyskanie kompleksowych wartości ciśnienia skurczowego lewej i prawej komory. Dostarcza również parametrów rozkurczowych i dostarcza informacji o wielu zaawansowanych pomiarach kurczliwości i lusitropii.
Technika ta ułatwia również ocenę sprawności lewej i prawej komory oraz obciążenia następczego fazy komory. Technika ta może być stosowana do oceny funkcji prawej i lewej komory w chorobach sercowo-naczyniowych. Na przykład można go wykorzystać do oceny funkcji prawej komory w odpowiedzi na zwiększone obciążenie następcze w nadciśnieniu płucnym.
Ogólna praktyka, dobre pole eliminacji, dobre narzędzie chirurgiczne, utrzymanie nawilżenia żyły kątowej tętnicy szyjnej jest kluczem do sukcesu tej procedury.
Przegląd
Ten protokół szczegółowo opisuje metodę oceny dwukomorowej czynności serca u myszy poprzez generowanie pętli ciśnienie-objętość (PV) za pomocą kateteryzacji z zamkniętą klatką piersiową. Nacisk kładzie na technikach chirurgicznych i pozyskiwaniu danych niezbędnych do dokładnych pomiarów.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Fizjologia układu krążenia
- Modele na myszach
- Ocena czynności serca
Tło
- Rozumienie czynności serca jest kluczowe dla badań nad chorobami układu krążenia.
- Pętle ciśnienie-objętość dostarczają wglądu zarówno w czynność skurczową, jak i rozkurczową.
- Ta technika pozwala na jednoczesną ocenę obu komór w tym samym zwierzęciu.
- Kateteryzacja z zamkniętą klatką piersiową jest minimalnie inwazyjnym podejściem do takich ocen.
Cel badania
- Opracowanie protokołu dla kompleksowej charakterystyki czynności serca u myszy.
- Ilościowa ocena funkcji skurczowej i rozkurczowej obu komór.
- Ułatwienie badań nad chorobami układu krążenia przy użyciu modeli na myszach.
Zastosowane metody
- Izolacja prawej tętnicy szyjnej i żyły szyjnej dla kateteryzacji.
- Wprowadzanie kateterów do prawej i lewej komory w celu pomiaru ciśnienia i objętości.
- Monitorowanie kształtów fal ciśnienia w celu potwierdzenia poprawnego umieszczenia kateterów.
- Rejestrowanie pętli ciśnienie-objętość w celu analizy czynności serca.
Główne wyniki
- Udane generowanie pętli ciśnienie-objętość dla obu komór.
- Ilościowa ocena ciśnień skurczowych i rozkurczowych.
- Identyfikacja optymalnego umieszczenia kateterów poprzez analizę kształtu fal.
- Wgląd w kurczliwość serca i jego efektywność uzyskany z danych.
Wnioski
- Ta technika zapewnia solidną metodę oceny czynności serca u myszy.
- Może być zastosowana do badania wpływu różnych stanów układu krążenia.
- Właściwa technika chirurgiczna i umieszczenie kateterów są kluczowe dla sukcesu.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Assessing biventricular cardiac function in preclinical models is critical for de-risking cardiovascular drug candidates by providing mechanistic insights into systolic and diastolic performance. Closed-chest pressure-volume loop acquisition in mice enables physiologically relevant hemodynamic profiling that mirrors clinical catheterization, supporting translational confidence in target validation and lead optimization. This approach reduces biological ambiguity in early discovery by delivering quantitative, replicable data on ventricular interdependence and contractility.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying systolic and diastolic function in both ventricles within the same animal.
- Operational Value: Provides reproducible hemodynamic parameters that support biological de-risking of targets involved in cardiac contractility and ventricular remodeling.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by delivering contractility and lusitropy metrics that predict in vivo efficacy and safety signals.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized pressure-volume loops that serve as quantitative functional readouts for compound screening in cardiovascular disease models.
- Reproducibility: Requires consistent surgical technique and catheter positioning to ensure reliable loop morphology and hemodynamic parameter extraction.
- Scalability: Supports longitudinal assessment in disease progression models, enabling dose-response and time-course analyses in therapeutic studies.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Allows evaluation of right ventricular function in pulmonary hypertension models by measuring afterload and systolic pressure responses.
- Translational Continuity: Mirrors clinical catheterization procedures, enhancing relevance to human cardiovascular pathophysiology.
- Mechanistic De-risking: Delivers advanced measures of ventricular efficiency and diastolic function that inform go/no-go decisions in preclinical advancement.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, providing functional cardiac phenotyping at each stage.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling simultaneous left and right ventricular pressure-volume analysis to clarify pathway-specific effects on cardiac function.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs such as end-systolic pressure, end-diastolic volume, and stroke work for evaluating compound impact on hemodynamics.
- Analytics: Provides derived parameters including contractility (ESPVR), lusitropy (tau), and ventricular efficiency for comparative analysis across experimental groups.
- Translational Research: Connects early discovery to preclinical validation by offering clinically analogous hemodynamic profiling in disease models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable surgical and analytical platform for cardiovascular phenotyping across multiple therapeutic areas and project stages.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity in cardiac function assessment.
- Operational Value: Enhances reproducibility and standardization through defined surgical criteria and pressure-volume loop quality thresholds.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early identification of cardiotoxic or ineffective candidates, reducing late-stage failure risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement decisions through objective, quantitative biomarkers of ventricular systolic and diastolic performance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgical techniques for carotid artery and jugular vein isolation in mice.
- Dependent on high-fidelity pressure-volume catheter systems and admittance technology for accurate volume conductance measurements.
- Necessitates standardized training to ensure consistent catheter positioning and loop acquisition across operators.
- Must account for physiological variables such as heart rate, loading conditions, and temperature during data collection.
- Limited by the technical challenge of achieving stable, coaxial catheter placement in both ventricles, which directly impacts loop fidelity and parameter accuracy.
