ПРИМЕЧАНИЕ: Все процедуры с животными, описанные в данном протоколе, проводились в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных и были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) Больницы Западного Китая (протокол № 20240311055). В работе использовались самцы мышей C57BL/6 (8–10 недель; примерно 22–25 g) и самки мышей C57BL/6 (8–10 недель; примерно 18–20 g). Все материалы, реагенты, инструменты, программное обеспечение и специализированные устройства, используемые в данном протоколе, включая специализированную платформу для поддержки сосудов, напечатанную на 3D-принтере, перечислены в Таблице материалов.
1. Предоперационная подготовка и хирургический разрез
- Анестезируйте мышь с помощью изофлурана (3% для индукции, 1,5–2% для поддержания), распыленного в 100% кислороде. Подтвердите достаточную глубину анестезии, убедившись в отсутствии педального рефлекса (сжатие пальца ноги).
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Изофлуран является летучим анестетиком. Используйте его при наличии системы активного удаления паров или в хорошо проветриваемом помещении, используйте соответствующие средства индивидуальной защиты и соблюдайте правила техники безопасности вашего учреждения.
- Нанесите офтальмическую мазь на оба глаза. Поместите мышь в положение на спине на терморегулируемую хирургическую платформу, поддерживающую температуру 37 °C.
- Подготовьте операционное поле, удалив шерсть в передней области шеи с помощью химического крема для депиляции.
- Продезинфицируйте кожу, проведя три чередующихся цикла обработки повидон-йодом (или хлоргексидином) и 70% спиртом (или теплым стерильным физраствором), завершив процедуру антисептиком.
- Для проведения превентальной местной анальгезии введите 0,5% лидокаин подкожно вдоль запланированной линии разреза.
- Затем с помощью микрохирургических ножниц сделайте продольный разрез кожи по срединной линии (приблизительно 1,0–1,5 cm) на передней части шеи, сместив разрез немного вправо относительно средней линии трахеи.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Микрохирургические ножницы, иглы, проводники и другие острые предметы могут стать причиной травмы. Обращайтесь с ними осторожно и утилизируйте использованные острые предметы в специальные контейнеры для утилизации.
2. Изоляция сосуда и наложение швов
- Под хирургическим стереомикроскопом обнажите правую общую сонную артерию (RCCA), используя тупую диссекцию через вышележащие слои фасции и мышц. Осторожно отделите RCCA от прилежащего блуждающего нерва и окружающей соединительной ткани, стараясь избегать механического раздражения блуждающего нерва.
ПРИМЕЧАНИЕ: На протяжении всей процедуры поддерживайте слюнные железы и обнаженные ткани во влажном состоянии, орошая их теплым стерильным физиологическим раствором для предотвращения высыхания.
- Наложите постоянную лигатуру на дистальный конец RCCA с помощью шелковой нити 6-0, завязав надежный узел, который не проскальзывает.
- Наложите незатянутый скользящий узел из шелковой нити 6-0 вокруг проксимального сегмента RCCA, оставив его ослабленным для последующего использования при введении проводника.
3. Применение платформы и артериотомия
ПРИМЕЧАНИЕ: Перед операцией стерилизуйте распечатанную на 3D-принтере платформу с помощью газа этиленоксида (EtO) с последующим достаточным проветриванием, а все металлические хирургические инструменты стерилизуйте в автоклаве.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Оксид этилена токсичен, огнеопасен и канцерогенен. Используйте стерилизацию EtO только в специализированных сертифицированных помещениях, обеспечьте надлежащую аэрацию и соблюдайте установленные в учреждении правила утилизации отходов.
- Осторожно вставьте напечатанную на 3D-принтере платформу для поддержки сосудов под изолированный сегмент правой общей сонной артерии (RCCA), расположив перевернутую V-образную вершину непосредственно под сосудом.
- Медленно отрегулируйте положение платформы, чтобы увеличить продольное натяжение RCCA, закрепив предварительно наложенные швы в последовательно более высоких боковых выемках.
ПРИМЕЧАНИЕ: Перевернутая V-образная вершина имеет угол 120°, что позволяет ей соответствовать кривизне сосуда, не сдавливая его стенку. Прекратите увеличивать натяжение в тот момент, когда артериальная пульсация перестанет быть визуально заметной. Этот критический визуальный конечный пункт обеспечивает временный гемостаз без избыточного повреждения сосуда.
- С помощью микрохирургических ножниц выполните небольшую поперечную артериотомию (примерно на половину окружности сосуда) на стабилизированном сегменте RCCA. При правильно установленном натяжении кровотечение должно быть минимальным или отсутствовать.
4. Введение проводника и повреждение клапана
- Под микроскопическим контролем введите проводник (диаметром 0,014 дюйма / 0,36 мм) в просвет артерии через поперечную артериотомию в ретроградном направлении по направлению к корню аорты.
ПРИМЕЧАНИЕ: Данный калибр является стандартным для опубликованных моделей повреждения проводником и приближен к диаметру просвета правой общей сонной артерии (RCCA) мыши (~0,4–0,5 мм), что обеспечивает соотношение диаметра проводника к сосуду примерно 0,7–0,9.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Проводник может перфорировать сосуды или окружающие ткани. Медленно продвигайте его под визуальным контролем; утилизируйте использованные проводники как острые предметы или загрязненные хирургические отходы.
- Затяните предварительно наложенный проксимальный скользящий узел вокруг сосуда и проводника для достижения полного гемостаза в месте введения. После закрепления скользящего узла осторожно удалите напечатанную на 3D-принтере платформу из-под сосуда.
ПРИМЕЧАНИЕ: При возникновении непредвиденного кровотечения во время введения или если диаметр проводника создает чрезмерное трение, временно переместите платформу, чтобы помочь с гемостазом, или слегка ослабьте натяжение платформы, чтобы дать просвету сосуда расшириться перед повторной попыткой введения.
- Осторожно продвигайте проводник в ретроградном направлении через RCCA, за дугой аорты по направлению к аортальному клапану. Под контролем эхокардиографии в режиме реального времени подтвердите, что кончик проводника пересек аортальный клапан и entered в левый желудочек.
- При полностью затянутом проксимальном скользящем узле для поддержания гемостаза выполните механическое повреждение клапана, совершив 100 возвратно-поступательных движений проводником через аортальный клапан, после чего выполните 100 вращательных движений проводника по створкам клапана.
ПРИМЕЧАНИЕ: Количество в 100 возвратно-поступательных и 100 вращательных движений было установлено в ходе обширной внутренней оптимизации как число, наилучшим образом сочетающее время процедуры с надежным индуцированием гемодинамически значимого стеноза.
5. Извлечение проводника и закрытие раны
- После завершения повреждения клапана медленно извлеките проводник из сосуда.
- Сразу же замените проксимальный скользящий узел на постоянный неразвязывающийся узел, чтобы перевязать проксимальную правую общую сонных артерию (RCCA) и предотвратить послеоперационное кровотечение.
- Закройте разрез кожи прерывистыми швами нейлоновой нитью 5-0 или хирургическими зажимами для ран.
- Не назначайте послеоперационный прием нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП). Не вводите периоперационные антибиотики, так как процедура проводится в асептических условиях.
- Переместите животное в чистую, обогреваемую клетку для восстановления и непрерывно наблюдайте за ним до полного восстановления способности к передвижению.
6. Эхокардиографическая оценка трансвальвулярной гемодинамики
- Проведите эхокардиографическую оценку всех выживших мышей через 4 недели после операции для определения степени стеноза аортального клапана.
- Осуществите индукцию анестезии, поместив животное в индукционную камеру с 3% изофлураном в 100% кислороде. Подтвердите глубину анестезии, убедившись в отсутствии рефлекса отдергивания лапы. Депилируйте переднюю стенку грудной клетки с помощью химического крема для удаления волос. Нанесите офтальмологическую мазь на оба глаза для предотвращения высыхания роговицы.
- Переместите анестезированную мышь на платформу для визуализации с регулируемой температурой в положение на спине.
- Зафиксируйте лапы к поверхностным электродам электрокардиографа (ЭКГ) для непрерывного мониторинга частоты сердечных сокращений. Титруйте концентрацию изофлурана (обычно 1,0–1,5%) для поддержания стабильной физиологической частоты сердечных сокращений в диапазоне 450–550 ударов в мин.
- Очистите переднюю стенку грудной клетки и нанесите обильный слой предварительно подогретого акустического контактного геля.
- Получение изображений в B-режиме
- Используя ультразвуковую систему Vevo 3100 с датчиком MX550D (40 MHz), нажмите кнопку управления B-Mode для начала двухмерной визуализации в реальном времени.
- Расположите датчик в левой парастернальной позиции для получения длинной оси левого желудочка, аортального клапана и восходящей аорты в парастернальном сечении. Оптимизируйте глубину, ширину и усиление 2D-сигнала.
- Получение данных в M-режиме и измерение параметров левого желудочка
- Из положения длинной оси в парастернальном сечении нажмите кнопку управления M-Mode. Расположите линию сканирования поперек левого желудочка на уровне папиллярных мышц.
- Нажмите Start для начала регистрации. После получения стабильной кривой, охватывающей не менее трех сердечных циклов, нажмите Save.
- В программе Vevo LAB с помощью инструмента LV Trace обведите эндокард в конце диастолы и конце систолы, зафиксируйте внутренние размеры левого желудочка, толщину передней и задней стенок (LVAWd, LVPWd) и массу левого желудочка.
- Переместите и измените угол наклона датчика для получения специализированного изображения дуги аорты.
ПРИМЕЧАНИЕ: Получение данного специфического ракурса дуги аорты крайне важно для точного измерения трансвальвулярной скорости, так как это обеспечивает оптимальное совмещение ультразвукового луча с направлением кровотока через аортальный клапан.
- Цветовое доплеровское картирование
- В режиме визуализации дуги аорты нажмите кнопку Color. Расположите цветовое окно над аортальным клапаном и проксимальной частью восходящей аорты.
- Отрегулируйте шкалу цветов и усиление так, чтобы систолический струю был четко виден без алиайзинга. Нажмите Start, затем Save.
- Измерение скорости методом импульсно-волнового доплера
- Нажмите кнопку управления PW Doppler. Расположите контрольный объем в самой узкой части струи (vena contracta) и примените коррекцию угла (<60°).
- Нажмите Start для начала записи спектральной кривой; после регистрации не менее трех сердечных циклов нажмите Save. В Vevo LAB измерьте пиковую трансвальвулярную скорость с помощью инструмента Peak Velocity, рассчитав среднее значение как минимум по трем циклам.
7. Гистологическая обработка и окрашивание корня аорты
- После эхокардиографической оценки подтвердите глубокую анестезию, убедившись в полном отсутствии рефлекса отдергивания лапы. Выполните перелом шейных позвонков как вторичный метод эвтаназии в соответствии с Руководством AVMA по эвтаназии животных (издание 2020 г.) и утвержденными в учреждении протоколами.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Трупы животных, иссеченные ткани и материалы, загрязненные кровью, являются биологическими/животными отходами. Утилизируйте их в соответствии с правилами биологической безопасности учреждения и правилами содержания животных.
- Выполните торакотомию с помощью хирургических микроножниц для обнажения сердца.
- Введите перфузионную иглу в верхушку левого желудочка и промойте системный кровоток холодным стерильным фосфатно-солевым буферным раствором (PBS). Признаком успешной перфузии является обесцвечивание печени и легких.
- Извлеките целое сердце и погрузите его в 4% параформальдегид (PFA) при комнатной температуре минимум на 24 ч для обеспечения полной фиксации.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Параформальдегид токсичен и вызывает раздражение. Работайте с 4% PFA в химическом вытяжном шкафу, используя соответствующие СИЗ, и утилизируйте отходы PFA как опасные химические отходы.
- Перенесите фиксированную ткань в автоматический процессор тканей для последовательного обезвоживания через серию градиентных растворов этанола с последующим просветлением ксилолом и инфильтрацией парафином при 65 °C.
ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Ксилол огнеопасен и токсичен, а горячий парафин может вызвать ожоги. Работайте с ксилолом в вытяжном шкафу или в утвержденном процессоре и утилизируйте отходы, содержащие ксилол, как опасные химические отходы.
- Залейте обработанные сердца в парафиновые блоки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Правильная ориентация сердца при заливке имеет решающее значение. Расположите сердце так, чтобы можно было выполнить поперечные срезы через корень аорты на уровне трех створок клапана.
- С помощью ротационного микротома сделайте серийные поперечные срезы толщиной 4–5 µm в плоскости аортального клапана, убедившись, что захвачены все три створки. Закрепите срезы на стеклянных предметных стеклах и храните при комнатной температуре.
- Выполните окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) выбранных стекол для оценки морфологии тканей, структурного ремоделирования и толщины створок клапана.
- Выполните окрашивание по методу фон Косса на соседних серийных срезах для обнаружения и количественной оценки дистрофической кальцификации, которая проявляется в виде темно-коричневых или черных минеральных отложений в створках клапана.
8. Имитация хирургической процедуры (ложнооперация)
ПРИМЕЧАНИЕ: В данном разделе описывается процедура ложнооперированного (sham) контроля. Мыши группы ложнооперированного контроля подвергаются тем же процедурам анестезии, подготовки кожи, обнажения сосуда, артериотомии и ретроградного введения проводника, что и животные в группе с повреждением аорты проволокой (AWI); при этом проводник продвигается до надклапанного уровня, но не проводится через аортальный клапан, и механическое повреждение клапана не выполняется.
- Проведите анестезию мыши и подготовьте операционное поле, как описано в этапах с 1.1 по 1.5.
- Под контролем стереомикроскопа обнажите правую общую сонную артерию (RCCA) методом тупой диссекции, как описано в этапе 2.1.
- Наложите постоянную лигатуру на дистальный конец RCCA шелковой нитью 6-0 и завяжите свободный проксимальный скользящий узел (как в этапах 2.2–2.3).
- Выполните поперечную артериотомию и введите проводник, как описано в этапах с 3.1 по 4.2.
- Под контролем эхокардиографии продвигайте проводник в ретроградном направлении до надклапанного уровня восходящей аорты, убедившись, что кончик проводника НЕ пересекает аортальный клапан.
ПРИМЕЧАНИЕ: НЕ выполняйте движения по выталкиванию-вытягиванию или ротационные движения, которые могут привести к повреждению клапана, описанные в этапе 4.4. Извлеките проводник и немедленно перевяжите проксимальный отдел RCCA, как описано в этапах 5.1–5.2.
- Ушейте разрез кожи прерывающимися швами нейлоновой нитью 5-0 или с помощью зажимов для ран.
ПРИМЕЧАНИЕ: Как и в группе AWI, интраоперационная анальгезия обеспечивается местной инфильтрацией лидокаином (этап 1.5). Перенесите животное в подогреваемую клетку для восстановления и наблюдайте до полного восстановления двигательной активности.
- Мышей группы Sham подвергайте такому же послеоперационному мониторингу, эхокардиографической оценке через 4 недели и гистологической обработке, как и мышей группы AWI.
9. Статистический анализ и дизайн исследования
- В ходе исследования 20 мышам (10 самцов, 10 самок) была проведена процедура AWI, а 6 мышам линии C57BL/6 (3 самца, 3 самки) была проведена имитация процедуры (Sham).
- Измерьте пиковую трансвальвулярную скорость (критерий, определяющий успех моделирования) у всех выживших животных (19 AWI, 6 Sham).
- Проанализируйте подробные эхокардиографические и гистологические показатели в заранее определенной сбалансированной по полу подгруппе из 6 мышей AWI (3 самца, 3 самки).
- Убедитесь, что все эхокардиографические и гистологические измерения проводятся исследователями, не знающими о распределении животных по группам (слепой метод).
- С помощью теста Шапиро-Уилка проверьте данные на нормальность распределения перед проведением параметрического анализа. Сравните две независимые группы (AWI и Sham) с помощью непарного двухстороннего t-критерия Стьюдента.
- Проанализируйте и представьте данные о выживаемости с использованием метода Каплана-Мейера.
- Выполните все анализы в программе GraphPad Prism. Представьте данные как среднее значение ± SEM, где p < 0,05 считается статистически значимым.