$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Сердечные препараты Ex-vivo были основным продуктом физиологических, патофизиологических и фармакологических исследований на протяжении более века. Основываясь на работе Элиаса Сайона в 1860-х годах, Оскар Лангендорф адаптировал изолированную модель лягушки для ретроградной перфузии, создавая давление на корень аорты, чтобы обеспечить коронарный поток насыщенным кислородом перфусатом1. Используя свою адаптацию, Лангендорф смог продемонстрировать корреляцию между коронарным кровообращением и механической функцией2. Ретроградное перфузированное сердце ex-vivo, позже одноименное названное техникой Лангендорфа, оставалось краеугольным камнем физиологических исследований, используя свою простоту для мощного изучения изолированного сердца в отсутствие потенциальных путаниц. Препарат Лангендорфа был дополнительно модифицирован, чтобы позволить сердцу выбрасываться (так называемое «работающее сердце») и позволять перфусату рециркулировать3. Однако первичные физиологические конечные точки, представляющие интерес, остались неизменными. Такие конечные точки включают меры сократительной функции, электрической проводимости, сердечного метаболизма и коронарного сопротивления4.
Чтобы оценить сердечную функцию в своем первоначальном препарате для сердца лягушки, Лангендорф измерил напряжение, создаваемое сокращением желудочков в продольной оси, используя шов, соединенный между вершиной сердца и датчиком силы. 5 Изометрическое сокращение количественно определяли таким образом с базальным напряжением, приложенным к сердцу при отсутствии желудочкового наполнения. Усовершенствование подхода привело к заполненным жидкостью баллонам, помещенным в левый желудочек через левое предсердие для оценки производительности миокарда во время изоволюмического сокращения6. Для оценки сердечного ритма и частоты сердечных сокращений поверхностные провода могут быть размещены на полюсах сердца, чтобы позволить исследователям записывать электрокардиограмму. Однако относительной брадикардии можно ожидать, учитывая обязательную денервацию. Внешняя кардиостимуляция может служить для преодоления этого и устранения вариабельности сердечного ритма между экспериментами1. Другой показатель исхода, метаболизм миокарда, может быть оценен путем измерения содержания кислорода и метаболического субстрата в коронарном перфусате и сточных водах и расчета разницы между ними7. Количественная оценка лактата в коронарных стоках может помочь в характеристике периодов анаэробного метаболизма, как это наблюдается при гипоксии, гипоперфузии, ишемии-реперфузии или метаболических возмущениях7.
Оригинальная работа Лангендорфа позволила изучить сердце млекопитающих ex-vivo, используя кошек в качестве основного предмета5. Оценка изолированного сердца крысы приобрела популярность в середине 1900-х годов у Говарда Моргана, который подробно описал модель крысы «рабочего сердца» в 1967году 5. Использование мышей началось только 25 лет назад из-за технической сложности, хрупкости тканей и относительно небольшого размера сердца мышей. Несмотря на проблемы, связанные с исследованием на мышах, более низкие затраты и простота генетических манипуляций увеличили привлекательность и спрос на такие мышиные препараты ex-vivo. К сожалению, применение метода было ограничено взрослыми животными, причем молодые 4-недельные мыши были самыми молодыми субъектами, используемыми для исследования ex-vivo до недавнеговремени 8,9. В то время как молодые мыши «относительно незрелые» по сравнению со взрослыми, их полезность в качестве субъектов для исследований биологии развития ограничена, потому что они, по большому счету, отлучены от своей родовой плотины и скоро начнут половое созревание10. Подростковый возраст наступает далеко за пределами постнатального перехода в использовании субстрата миокарда от глюкозы и лактата к жирным кислотам11. Таким образом, большая часть информации о метаболических изменениях в сердце новорожденных исторически была получена в результате работы ex-vivo у более крупных видов, таких как кролики и морская свинка11.
Действительно, существуют альтернативные подходы к подготовке Лангендорфа. К ним относятся эксперименты in vitro, в которых отсутствуют все функциональные данные и контекст органа, или исследования in vivo. Это может быть технически сложным и сложным из-за смешивания переменных, таких как сердечно-сосудистые и респираторные эффекты необходимого анестетика, влияние нейрогуморального ввода, последствия температуры ядра, питательный статус животного и доступность субстрата12,13. Поскольку подход Лангендорфа позволяет изучать изолированно-перфузированное сердце ex-vivo более контролируемым образом в отсутствие таких путаниц, он считался и продолжает считаться мощным инструментом исследования. Таким образом, представленная здесь методика дает исследователям экспериментальный подход к исследованию ex-vivo сердца новорожденных мышей и ограничивает время до реперфузии.
Исследование сердца в периоды развития является важным соображением, учитывая широкий спектр биохимических, физиологических и анатомических переходов, которые происходят во время созревания миокарда. Переход от анаэробного метаболизма к окислительному фосфорилированию, изменения в использовании субстрата и прогрессирование от пролиферации клеток к гипертрофии являются динамическими процессами, которые уникально происходят в незрелом сердце11,14. Другим важным аспектом развивающегося сердца является то, что стрессоры, встречающиеся в течение необходимых периодов, могут вызывать повышенные реакции в сердце новорожденного и изменять будущую восприимчивость к оскорблениям во взрослом возрасте15. Хотя предыдущая работа использовала новорожденных крыс, ягнят и кроликов для изучения неонатального сердца, перфузированного Лангендорфом, достижения, разрешающие использование мышей, необходимы, учитывая важность этого вида для исследований биологии развития16. Чтобы удовлетворить эту потребность, недавно была создана первая модель сердца новорожденного с перфузией Лангендорфа с использованием 10-дневных животных6. Здесь представлен метод, позволяющий обеспечить успешную канюляцию аорты и установить ретроградную перфузию изолированного сердца новорожденных мышей. Этот подход может быть использован для фармакологии, ишемии-реперфузии или исследований метаболизма, ориентированных на функцию всего органа, или может быть адаптирован для выделения кардиомиоцитов.