Vascular Balloon Skada och Intraluminal Administration i Rat carotis
Summary
Detta protokoll använder en ballongkateter för att orsaka en intraluminal skada på råtthalspulsådern och hädan framkalla neointimal hyperplasi. Detta är en väl etablerad modell för att studera de mekanismer som kärlremodellering som svar på skada. Det är också allmänt används för att bestämma giltigheten av potentiella terapeutiska metoder.
Abstract
Den halspulsådern ballongmodell skada hos råttor har väl etablerad i över två decennier. Det är fortfarande en viktig metod för att studera de molekylära och cellulära mekanismer som är involverade i vaskulär glatt muskulatur dedifferentiering, neointimabildning och kärlremodellering. Sprague-Dawley-råttor är de mest frekvent användes djur för denna modell. Honråttor är inte föredragna eftersom kvinnliga hormoner är skyddande mot kärlsjukdomar och därmed introducera en variation i denna procedur. Den vänstra hals typiskt skadade med den högra hals tjänar som en negativ kontroll. Vänstra hals skadan orsakas av den uppblåsta ballongen som denudes endotelet och distend s kärlväggen. Efter skadan, kan potentiella terapeutiska strategier såsom användning av farmakologiska föreningar och antingen genen eller shRNA överföring utvärderas. Typiskt för genen eller shRNA överföring, är den skadade delen av kärllumen lokalt transducerad 30 min med viral partiklar kodar antingen ett protein eller shRNA för leverans och uttryck i den skadade kärlväggen. Neointimal förtjockning representerar proliferativa vaskulära glatta muskelceller toppar vanligtvis vid 2 veckor efter skada. Fartyg är mestadels skördas vid denna tidpunkt för cellulär och molekylär analys av cellsignaleringsvägar liksom gen- och proteinuttryck. Fartyg kan också skördas vid tidigare tidpunkter för att bestämma uppkomsten av uttryck och / eller aktivering av ett specifikt protein eller väg, beroende på de experimentella syften avsedda. Fartyg kan karakteriseras och utvärderas med hjälp av histologisk färgning, immunohistokemi, protein / mRNA-analyser, och aktivitetsanalyser. Den intakta högra karotisartären från samma djur är en idealisk intern kontroll. Skade-inducerade förändringar i molekylära och cellulära parametrar kan utvärderas genom att jämföra de skadade artären till den interna högra kontrollen artär. På samma sätt kan terapeutiska modaliteter utvärderas genom att jämföra injured och behandlade artär till kontroll skadade bara artär.
Introduction
Ballongkatetrar är medicintekniska produkter som används i förfarandet för angioplastik, i syfte att bredda hindras plats (er) av aterom eller blodpropp i ett blodkärl. De förträngda kärllumen tvingas att öppna upp av den uppblåsta ballongen och blodtillförsel skulle återställas sekventiellt för att lindra nedströms ischemi symptom, såsom angina, hjärtinfarkt, och smärta i benen. Ändå har den stora framgången med angioplastik har minskat med postoperativa komplikationer såsom resultat från kraft orsakar kärlbarotrauma (ballongskada), nämligen kärlväggen ombyggnad och i många fall åter förträngning av kärllumen (restenos) 1.
Ett antal djurmodeller har utvecklats imitera angioplastik förfarandet för att hjälpa utredarna att förstå mekanismerna bakom ballongen-skada relaterade kärlväggen ombyggnad 2. Bland alla de djurarter som används för modellering, är råtta den mest använda en. Compared till kaniner, hundar och svin, fördelarna med råttor är deras låga kostnad, deras relativa användarvänlighet och den nuvarande kunskapen om rått fysiologi. Även möss har en extra fördel i ett brett spektrum av genetiskt manipulerade stammar, är de möss kärlet för liten för att infoga en ballongkateter. Under de senaste tre decennierna har experimentråttor tillåtit forskare att få bättre förståelse för de molekylära och cellulära mekanismer som ligger till grund neointimabildning och kärlremodellering 3-6. Bortom ballongskada, är kärlremodellering också involverade i de flesta större vaskulära sjukdomar, såsom åderförkalkning 7,8, hypertoni 9, och aneurysm 10. Således fick kunskap genom ballongskademodellen är i allmänhet bra för övergripande studier kärlväggen sjukdom.
Det övergripande målet för råttballongskada modell är inte bara att ytterligare förstå kärlsjukdomar men också för att testa styrkan av nya medel försjukdomskontroll 11,12. Nuvarande klinisk läkemedelsbehandling till restenos appliceras med läkemedelsavgivande stentar placerade via kärllumen direkt efter angioplastik. I djurmodeller, är ett effektivt men ändå mer ekonomiskt sätt för ny agent testning ett väl utvecklat lokalt intraluminal perfusion metod. Kandidatmedel som har testats genom denna metod inkluderar småmolekylära läkemedel 13,14, cytokin eller tillväxtfaktorer 15,16, gen manipulera medel (cDNA-kloner, siRNA, etc.) 17-20, och nya farmaceutiska beredningar 21,22.
Hittills förblir råttan ballongskada modell en av de mest användbara modeller för att studera vaskulära sjukdomar / störningar. Det är den grundläggande steget från bänk till bedside, vanligen som ett första steg att gå från in vitro till in vivo, men det bör inte vara den sista. Resultatet av råttexperiment måste överlade och kännetecknas vidare innan översättning till människaklinisk användning, på grund av skillnaden i vaskulära bäddar och kärl anatomi liksom inneboende artskillnader mellan människa och råtta 23-26. Det är dock fortfarande ett viktigt verktyg i translationell medicinsk forskning. Även sådan forskning brukade vara begränsad av bristen av genetiskt modifierade råttor har det inte längre varit ett problem eftersom nya iska metoder såsom zink-finger nukleaser 27, Talens 28 och CRISPR-Cas 29 har gjort knockout råttor lättillgänglig.
Protocol
Representative Results
Discussion
Råttan halsballongskada har väl beskrivits av Tulis 2007 34. Det har omfattande diskuterat alla detaljer i detta förfarande av Dr. Tulis. De läsare som är intresserade av att utföra den här proceduren är rekommenderas att läsa Tulis "protokoll. Det finns dock en sak som vi inte överens med Dr Tulis: Istället för att blåsa upp ballongen med koksaltlösning eller någon form av vätska, föreslog vi att blåsa det med luft. Enligt vår egen erfarenhet, blåsa med vätska kan knappast undvika luftbubblor. Dessutom …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We are grateful to Dr. Clowes for first developing and describing this method. We are also thankful to Dr. Tulis for his detailed protocol which has been fundamentally helpful to our previous, current and future work. This work was supported by grants R01HL097111 and R01HL123364 from the NIH to M.T., and by American Heart Association grant 14GRNT18880008 to M.T.
We would like to thank Rachel Newton for her expert technical support and for her valuable help during the filming process.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Fogarty balloon embolectomy catheters, 2 French | Edwards Lifesciences, Germany | 120602F | |
| Deltaphase Operating Board – Includes 2 Pads & 2 Insulators | Braintree Scientific, Inc. | 39OP | |
| LED light source | Fisher Scientific | 12-563-501 | |
| Hartmann Mosquito Forceps 4” curved | Apiary Medical, Inc. San Diego, CA | gS 22.1670 | |
| Crile Retractor 4” double ended | Apiary Medical, Inc. | gS 34.1934 | |
| Other surgical instruments | Roboz Surgical Instrument Company, Inc., Gaithersburg, MD | ||
| Peripheral Intravenous (I.V.) Cannula, 24G | BD | 381312 | |
| Ketamine HCl, 100mg/mL, 10mL | Ketaset- Patterson Vet | 07-803-6637 | |
| Xylazine (AnaSed),20mg/mL,20mL | Ketaset- Patterson Vet | 07-808-1947 | |
| Buprenex, 0.3mg/1ml (5 Ampules/Box) | Ketaset- Patterson Vet | 07-850-2280 | |
| Nair Baby Oil Hair Removal Lotion-9 oz | Amazon/Walmart/CVS | N/A | |
| Inflation Device | Demax Medical | DID30 | |
| D300 3-way Stopcock | B.Braun Medical Inc. | 4599543 | |
| Artificial Tears Ointment | Rugby Laboratories, Duluth, GA | N/A |
References
- Landzberg, B. R., Frishman, W. H., Lerrick, K. Pathophysiology and pharmacological approaches for prevention of coronary artery restenosis following coronary artery balloon angioplasty and related procedures. Progress in Cardiovascular Diseases. 39, 361-398 (1997).
- Muller, D. W., Ellis, S. G., Topol, E. J. Experimental models of coronary artery restenosis. J. Am. Coll. Cardiol. 19, 418-432 (1992).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Kinetics of cellular proliferation after arterial injury. I. Smooth muscle growth in the absence of endothelium. Laboratory Investigation: A Journal of Technical Methods and Pathology. 49, 327-333 (1983).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Mechanisms of stenosis after arterial injury. Laboratory Investigation: A Journal of Technical Methods and Pathology. 49, 208-215 (1983).
- Clowes, A. W., Clowes, M. M. Kinetics of cellular proliferation after arterial injury. IV. Heparin inhibits rat smooth muscle mitogenesis and migration. Circulation Research. 58, 839-845 (1986).
- Li, G., Chen, S. J., Oparil, S., Chen, Y. F., Thompson, J. A. Direct in vivo evidence demonstrating neointimal migration of adventitial fibroblasts after balloon injury of rat carotid arteries. Circulation. 101, 1362-1365 (2000).
- Kiechl, S., Willeit, J. The natural course of atherosclerosis. Part II: vascular remodeling. Bruneck Study Group. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 19, 1491-1498 (1999).
- Yamamoto, S., et al. Derivation of rat embryonic stem cells and generation of protease-activated receptor-2 knockout rats. Transgenic Research. 21, 743-755 (2012).
- Intengan, H. D., Schiffrin, E. L. Vascular remodeling in hypertension: roles of apoptosis, inflammation, and fibrosis. Hypertension. 38, 581-587 (2001).
- Meng, H., et al. Complex hemodynamics at the apex of an arterial bifurcation induces vascular remodeling resembling cerebral aneurysm initiation. Stroke. 38, 1924-1931 (2007).
- Sun, C. K., Shao, P. L., Wang, C. J., Yip, H. K. Study of vascular injuries using endothelial denudation model and the therapeutic application of shock wave: a review. American Journal of Rranslational Research. 3, 259-268 (2011).
- Zhang, W., et al. Orai1-mediated I (CRAC) is essential for neointima formation after vascular injury. Circulation Research. 109, 534-542 (2011).
- Ollinger, R., et al. Bilirubin: a natural inhibitor of vascular smooth muscle cell proliferation. Circulation. 112, 1030-1039 (2005).
- Levitzki, A. PDGF receptor kinase inhibitors for the treatment of restenosis. Cardiovascular Research. 65, 581-586 (2005).
- Asahara, T., et al. Local delivery of vascular endothelial growth factor accelerates reendothelialization and attenuates intimal hyperplasia in balloon-injured rat carotid artery. Circulation. 91, 2793-2801 (1995).
- Lee, K. M., et al. Alpha-lipoic acid inhibits fractalkine expression and prevents neointimal hyperplasia after balloon injury in rat carotid artery. Atherosclerosis. 189, 106-114 (2006).
- Ji, R., et al. MicroRNA expression signature and antisense-mediated depletion reveal an essential role of MicroRNA in vascular neointimal lesion formation. Circulation Research. 100, 1579-1588 (2007).
- Merlet, E., et al. miR-424/322 regulates vascular smooth muscle cell phenotype and neointimal formation in the rat. Cardiovascular Research. 98, 458-468 (2013).
- Huang, J., Niu, X. L., Pippen, A. M., Annex, B. H., Kontos, C. D. Adenovirus-mediated intraarterial delivery of PTEN inhibits neointimal hyperplasia. Arteriosclerosis, Thrombosis, And Vascular Biology. 25, 354-358 (2005).
- Gonzalez-Cobos, J. C., et al. Store-independent Orai1/3 channels activated by intracrine leukotriene C4: role in neointimal hyperplasia. Circulation Research. 112, 1013-1025 (2013).
- Guzman, L. A., et al. Local intraluminal infusion of biodegradable polymeric nanoparticles. A novel approach for prolonged drug delivery after balloon angioplasty. Circulation. 94, 1441-1448 (1996).
- Lipke, E. A., West, J. L. Localized delivery of nitric oxide from hydrogels inhibits neointima formation in a rat carotid balloon injury model. Acta Biomaterialia. 1, 597-606 (2005).
- Osterrieder, W., et al. Role of angiotensin II in injury-induced neointima formation in rats. Hypertension. 18, II60-II64 (1991).
- Powell, J. S., et al. Inhibitors of angiotensin-converting enzyme prevent myointimal proliferation after vascular injury. Science. 245, 186-188 (1989).
- . Does the new angiotensin converting enzyme inhibitor cilazapril prevent restenosis after percutaneous transluminal coronary angioplasty? Results of the MERCATOR study: a multicenter, randomized, double-blind placebo-controlled trial. Multicenter European Research Trial with Cilazapril after Angioplasty to Prevent Transluminal Coronary Obstruction and Restenosis (MERCATOR) Study Group. Circulation. 86, 100-110 (1992).
- Faxon, D. P. Effect of high dose angiotensin-converting enzyme inhibition on restenosis: final results of the MARCATOR Study, a multicenter, double-blind, placebo-controlled trial of cilazapril. The Multicenter American Research Trial With Cilazapril After Angioplasty to Prevent Transluminal Coronary Obstruction and Restenosis (MARCATOR) Study Group. J Am Coll Cardiol. 25, 362-369 (1995).
- Geurts, A. M., et al. Knockout rats via embryo microinjection of zinc-finger nucleases. Science. 325, 433 (2009).
- Tesson, L., et al. Knockout rats generated by embryo microinjection of TALENs. Nature Biotechnology. 29, 695-696 (2011).
- Li, D., et al. Heritable gene targeting in the mouse and rat using a CRISPR-Cas system. Nature Biotechnology. 31, 681-683 (2013).
- Potier, M., et al. Evidence for STIM1- and Orai1-dependent store-operated calcium influx through ICRAC in vascular smooth muscle cells: role in proliferation and migration. FASEB Journal : Official Publication Of The Federation Of American Societies For Experimental Biology. 23, 2425-2437 (2009).
- Aubart, F. C., et al. RNA interference targeting STIM1 suppresses vascular smooth muscle cell proliferation and neointima formation in the rat. Molecular Therapy. The Journal Of The American Society Of Gene Therapy. 17, 455-462 (2009).
- Berra-Romani, R., Mazzocco-Spezzia, A., Pulina, M. V., Golovina, V. A. Ca2+ handling is altered when arterial myocytes progress from a contractile to a proliferative phenotype in culture. American journal of physiology. Cell Physiology. 295, C779-C790 (2008).
- Bisaillon, J. M., et al. Essential role for STIM1/Orai1-mediated calcium influx in PDGF-induced smooth muscle migration. American journal of physiology. Cell Physiology. 298, C993-C1005 (2010).
- Tulis, D. A. Rat carotid artery balloon injury model. Methods In Molecular Medicine. 139, 1-30 (2007).
- Zhang, W., Trebak, M., Szallasi, A., Bíró, T. Balloon Injury in Rats as a Model for Studying TRP Channel Contribution to Vascular Smooth Muscle Remodeling. T TRP Channels in Drug DiscoveryMethods in Pharmacology and Toxicology. , 101-111 (2012).
- Tulis, D. A. Histological and morphometric analyses for rat carotid balloon injury model). Methods In Molecular Medicine. 139, 31-66 (2007).
