Бивентрикулярная оценка сердечной функции и плотно-объемных петель с помощью закрытой грудной катетеризации у мышей
15 июня 2020 г.
Здесь представлен протокол оценки бивентрикулярной функции сердца у мышей путем генерации контуров давления-объема (ВП) из правого и левого желудочков у одного и того же животного с использованием закрытой катетеризации грудной клетки. Основное внимание уделяется техническому аспекту хирургии и сбору данных.
Этот протокол позволяет всесторонне и надежно охарактеризовать сердечную функцию, а также количественно оценить систолическую и диастолическую функцию в левом и правом желудочках мышей. Этот метод предлагает глобальную характеристику сердечной функции у мышей, поскольку он предлагает левую и правую категоризацию у одного и того же животного. Для начала изолируйте правую сонную артерию с помощью тупой диссекции, чтобы сместить грудинную подъязычную мышцу латерально, чтобы обнажить и изолировать правую сонную артерию.
Затем с помощью щипцов отшлифуйте тупое рассечение, чтобы изолировать сонную артерию от блуждающего нерва и проведите три хирургических шва 4-0 под артерией, но не под нервом. Для изоляции правой яремной вены сместите подчелюстные и околоушные железы латерально. Визуализируйте правую яремную вену и с помощью щипцов тупо рассеките и обнажите правую яремную вену.
Тщательно рассеките вену, чтобы удалить окружающую фасцию, и пропустите щипцы под яремную вену. Проденьте хирургический шов под вену, и завяжите шов на краниальной стороне вены. С помощью гемостатического зажима наложите мягкое вытяжение на шов в направлении головки, и проведите два дополнительных шва под яремную вену.
С помощью второго зажима аккуратно потяните самый дистальный шов в каудальном направлении и сделайте свободный узел в середине шва. Затем поместите несколько капель подогретого физиологического раствора на сосуд в месте предполагаемой венотомии. Для катетеризации правого желудочка поместите мышь под стереомикроскоп и определите яремную вену.
Аккуратно нанесите превосходное вытяжение на вену и вставьте изогнутую иглу 30 калибра между черепом и швами под углом 140 градусов. Для обеспечения ввода иглы коаксиальным образом. После введения переместите иглу, чтобы расширить венотомию, и введите шестимиллиметровый кончик катетера под иглу в венотомию.
После введения катетера в правый желудочек контролируйте классическую форму волны давления правого желудочка на непрерывном мониторе, чтобы подтвердить правильное положение катетера. При необходимости осторожно вращайте стержень катетера до тех пор, пока не будет достигнуто оптимальное расположение катетера вдоль оси правого желудочка. Чтобы обеспечить правильное положение катетера в правом и левом желудочковом диапазоне, вы должны внимательно считывать и интерпретировать давление, объем, величину, фазы, следы в то же время, когда вы перемещаете катетер.
Когда будет получен сигнал петли оптимальной величины давления, нажмите клавишу Enter на консоли, чтобы выполнить сканирование базовой линии и контролировать частоту сердечных сокращений. Чтобы создать объемные петли давления, измените параметр оси X с величины на объем, оставив давление в качестве оси Y. Когда сигнал контура объема давления оптимален.
Запись в течение 30 секунд. По окончании анализа остановите запись. Затем поместите удаленный катетер в раствор гепарина натрия хлорида.
Для катетеризации левого желудочка аккуратно приподнять правую сонную артерию щипцами, и перевязать черепной шов, тем самым окклюзив артерию. С помощью гемостатического зажима мягко наложите краниально направленное вытяжение на сосуд и с помощью зажима оттяните самый дистальный шов в каудальном направлении. Сделайте свободный узел на среднем шве и добавьте несколько капель подогретого физиологического раствора на сосуд в месте предполагаемой артериотомии.
С помощью микроскопа сфокусируйтесь на краниальном срезе между каудальным и средним швами и аккуратно нанесите превосходное вытяжение на артерию. После введения катетера, как показано для правого желудочка, подтверждено, что запись канала давления показывает типичный след аорты, продвижение катетера в левый желудочек будет очевидно по внезапному падению диастолического давления в аорте. Чтобы стабилизировать давление в левом желудочке, используйте петлю объема давления, чтобы подтвердить правильное расположение катетера в левом желудочке.
Остановите запись и извлеките катетер. Поместите катетер в раствор гепарина натрия хлорида и завяжите каудальный шов. Затем очистите катетер ферментным моющим средством.
На этом рисунке можно наблюдать репрезентативные петли оптимального давления, генерируемые катетером, правильно введенным через яремную вену и продвигающимся в правый желудочек. Неправильное расположение в правом желудочке проявляется в виде дефектных петель объема давления. Оптимальное ретроградное размещение катетера поперек аортального клапана в левом желудочке также приводит к определенному паттерну петли давления.
Это проявляется в виде дефектных петель в случае неправильно расположенного катетера. Эта методика позволяет получить комплексные значения систолического давления левого и правого желудочка. Он также предоставляет данные о диастолических параметрах и дает информацию о многочисленных расширенных измерениях сократительной способности и люзитропии.
Эта методика также облегчает оценку эффективности левого и правого желудочков и постнагрузки фазы желудочка. Этот метод может быть использован для оценки функции правого и левого желудочков при сердечно-сосудистых заболеваниях. Например, его можно использовать для оценки функции правого желудочка в ответ на повышенную постнагрузку при легочной гипертензии.
Общая практика, хорошее поле для выведения, хороший хирургический инструмент, поддержание гидратации угловой вены сонной артерии являются ключом к успеху этой процедуры.
Обзор
В данном протоколе подробно описан метод оценки функции обоих желудочков сердца мышей путем построения петель «давление-объем» (PV-петель) с использованием катетеризации при закрытой грудной клетке. Особое внимание уделяется хирургическим методам и сбору данных, необходимым для получения точных измерений.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Физиология сердечно-сосудистой системы
- Модели на мышах
- Оценка сердечной функции
Обзор
- Понимание функций сердца имеет решающее значение для изучения сердечно-сосудистых заболеваний.
- Петли «давление-объем» позволяют получить представление как о систолической, так и о диастолической функции.
- Данный метод позволяет проводить одновременную оценку обоих желудочков у одного и того же животного.
- Катетеризация при закрытой грудной клетке представляет собой минимально инвазивный подход для проведения таких исследований.
Цель исследования
- Разработать протокол для комплексной характеристики функции сердца у мышей.
- Количественно оценить систолическую и диастолическую функции обоих желудочков.
- Обеспечить возможность проведения исследований сердечно-сосудистых заболеваний с использованием моделей на мышах.
Используемые методы
- Изоляция правой сонной артерии и яремной вены для катетеризации.
- Введение катетеров в правый и левый желудочки для измерения давления и объема.
- Мониторинг кривых давления для подтверждения правильного расположения катетеров.
- Регистрация петель «давление — объем» для анализа сердечной функции.
Основные результаты
- Успешное построение петель «давление-объем» для обоих желудочков.
- Количественное определение полученных показателей систолического и диастолического давления.
- Определение оптимального расположения катетера путем анализа формы волны.
- Получение данных о сократительной способности и эффективности работы сердца.
Выводы
- Данный метод представляет собой надежный способ оценки сердечной функции у мышей.
- Его можно применять для изучения влияния различных сердечно-сосудистых патологий.
- Правильная хирургическая техника и правильное расположение катетера имеют решающее значение для успешного проведения процедуры.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Оценка бивентрикулярной функции сердца в доклинических моделях имеет решающее значение для снижения рисков при разработке сердечно-сосудистых лекарственных препаратов, предоставляя понимание механизмов систолической и диастолической функции. Регистрация петель «давление-объем» при закрытой грудной клетке у мышей позволяет проводить физиологически релевантное гемодинамическое профилирование, которое имитирует клиническую катетеризацию, что повышает трансляционную достоверность при валидации мишеней и оптимизации соединений-лидеров. Данный подход уменьшает биологическую неопределенность на ранних этапах поиска за счет получения количественных, воспроизводимых данных о взаимозависимости желудочков и сократимости.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем количественной оценки систолической и диастолической функций обоих желудочков у одного и того же животного.
- Практическая ценность: обеспечивает воспроизводимые гемодинамические параметры, что способствует биологическому снижению рисков при работе с мишенями, участвующими в сократимости миокарда и ремоделировании желудочков.
- Прогностическая ценность: облегчает сортировку портфеля препаратов, предоставляя показатели сократимости и люзитропии, которые позволяют предсказать сигналы эффективности и безопасности in vivo.
Скрининг и разработка анализа
- Готовность анализа: Позволяет получать стандартизированные петли «давление-объем», которые служат количественными функциональными показателями для скрининга соединений в моделях сердечно-сосудистых заболеваний.
- Воспроизводимость: Требует единообразия хирургической техники и позиционирования катетера для обеспечения надежной морфологии петель и корректного извлечения гемодинамических параметров.
- Масштабируемость: Поддерживает лонгитюдную оценку в моделях прогрессирования заболеваний, что позволяет проводить анализ зависимости «доза-ответ» и анализ временной динамики в терапевтических исследованиях.
Трансляционные и доклинические исследования
- Значимость для исследования заболеваний: позволяет оценивать функцию правого желудочка в моделях легочной гипертензии путем измерения показателей постнагрузки и систолического давления.
- Трансляционная преемственность: повторяет клинические процедуры катетеризации, что повышает релевантность данных для изучения сердечно-сосудистой патофизиологии человека.
- Снижение механистических рисков: обеспечивает получение уточненных показателей эффективности работы желудочков и диастолической функции, что позволяет принимать решения о целесообразности дальнейшего доклинического продвижения.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в континуум разработки лекарственных средств — от валидации мишени и идентификации соединений-лидеров до тестирования предварительной эффективности, обеспечивая функциональное фенотипирование сердца на каждом этапе.
- Фундаментальная биология: обеспечивает проверку гипотез за счет одновременного анализа зависимости давления от объема в левом и правом желудочках для уточнения специфических эффектов сигнальных путей на функцию сердца.
- Скрининг: предоставляет количественные данные, готовые для анализа, такие как конечно-систолическое давление, конечно-диастолический объем и ударная работа, для оценки влияния соединений на гемодинамику.
- Аналитика: предоставляет расчетные параметры, включая сократимость (ESPVR), лузитропию (tau) и эффективность желудочков, для сравнительного анализа различных экспериментальных групп.
- Трансляционные исследования: связывает этап раннего поиска с доклинической валидацией, предлагая клинически аналогичное профилирование гемодинамики на моделях заболеваний.
- Корпоративное повторное использование: создает многократно используемую хирургическую и аналитическую платформу для сердечно-сосудистого фенотипирования в различных терапевтических областях и на разных этапах проекта.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов при валидации мишеней за счет снижения механистической неопределенности при оценке сердечной функции.
- Операционная ценность: Повышает воспроизводимость и стандартизацию благодаря четко определенным хирургическим критериям и пороговым значениям качества петель «давление-объем».
- Стратегическая ценность: Повышает эффективность использования капитала, обеспечивая раннее выявление кардиотоксичных или неэффективных кандидатов, что снижает риск неудач на поздних этапах.
- Влияние на портфель: Поддерживает принятие решений о продвижении проектов с учетом рисков на основе объективных количественных биомаркеров систолической и диастолической функции желудочков.
Особенности реализации
- Требуется опыт в микрохирургических техниках изоляции сонной артерии и яремной вены у мышей.
- Зависимость от высокоточных систем катетеров для измерения давления и объема, а также от технологии адмиттанса для точного измерения объемной проводимости.
- Необходима стандартизированная подготовка для обеспечения согласованности позиционирования катетера и получения петель у разных операторов.
- При сборе данных необходимо учитывать такие физиологические переменные, как частота сердечных сокращений, условия нагрузки и температура.
- Ограничение связано с технической сложностью обеспечения стабильного коаксиального размещения катетера в обоих желудочках, что напрямую влияет на точность петель и параметров.
