Summary
La blessure de ballon d’artère carotide de rat imite la procédure clinique d’angioplastie exécutée pour reconstituer le flux sanguin dans les vaisseaux athérosclérostiques. Ce modèle induit la réponse artérielle de dommages en distendant la paroi artérielle, et en dénudant la couche intimal des cellules endothéliales, causant finalement le remodelage et une réponse hyperplastique intimale.
Abstract
Les maladies cardiovasculaires demeurent la principale cause de décès et d’invalidité dans le monde, en partie à cause de l’athérosclérose. La plaque athéroclérotique rétrécit la surface luminaire dans les artères réduisant ainsi le flux sanguin adéquat vers les organes et les tissus distals. Cliniquement, les procédures de revascularisation telles que l’angioplastie de ballon avec ou sans placement de stent visent à reconstituer le flux sanguin. Bien que ces procédures rétablissent le flux sanguin en réduisant le fardeau de la plaque, elles endommagent la paroi du vaisseau, ce qui déclenche la réponse artérielle de guérison. La réponse de guérison prolongée provoque une reposnose artérielle, ou re-rétrécissement, limitant finalement le succès à long terme de ces procédures de revascularisation. Par conséquent, les modèles animaux précliniques font partie intégrante de l’analyse des mécanismes pathophysiologiques qui conduisent la restenose, et offrent la possibilité de tester de nouvelles stratégies thérapeutiques. Les modèles Murine sont moins chers et plus faciles à utiliser que les grands modèles animaux. Les blessures par ballon ou par fil sont les deux modalités de blessures couramment acceptées utilisées dans les modèles murins. Les modèles de dommages de ballon en particulier imitent la procédure clinique d’angioplastie et causent des dommages proportionnés à l’artère pour le développement de la restenosis. Ci-après, nous décrivons les détails chirurgicaux pour effectuer et analyser histologiquement le modèle modifié et contrôlé par pression de dommages de ballon d’artère de rat. En outre, ce protocole met en évidence comment l’application périadventitiale locale des thérapeutiques peut être employée pour inhiber l’hyperplasie néointimale. Enfin, nous présentons la microscopie de fluorescence de feuille de lumière comme approche nouvelle pour l’imagerie et la visualisation des dommages artériaux dans trois dimensions.
Introduction
Les maladies cardiovasculaires (MCV) demeurent la principale cause de décès dans lemonde 1. L’athérosclérose est la cause sous-jacente de la plupart des morbidités et mortalités liées aux MCV. L’athérosclérose est l’accumulation de plaque à l’intérieur des artères qui se traduit par un lumen rétréci, ce qui entrave la perfusion sanguine appropriée aux organes et aux tissus distals2. Les interventions cliniques pour traiter l’athérosclérose grave incluent l’angioplastie de ballon avec ou sans placement de stent. Cette intervention consiste à faire avancer un cathéter de ballon jusqu’au site de la plaque et à gonfler le ballon pour comprimer la plaque jusqu’à la paroi artérielle, élargissant ainsi la zone luminaire. Cette procédure endommage l’artère, cependant, initiant la réponse artérielle de dommages3. L’activation prolongée de cette réponse de blessure mène à la restenosis artérielle, ou re-rétrécissement, secondaire à l’hyperplasie néointimale et au remodelage de navire. Pendant l’angioplastie, la couche intimale est dénudée des cellules endothéliales menant au recrutement immédiat de plaquettes et à l’inflammation locale. La signalisation locale induit des changements phénotypiques dans les cellules musculaires lisses vasculaires (VSMC) et les fibroblastes adventitiels. Cela conduit à la migration et la prolifération de VSMC et fibroblastes vers l’intérieur vers le lumen, conduisant à l’hyperplasie néointimale4,5. Les cellules progénitrices circulants et les cellules immunitaires contribuent également au volume global de restenose6. Le cas échéant, les endosseurs d’échappement de médicaments (DES) sont la norme actuelle pour inhiber la restenose7. Des inhiber la ré-endothélialisation artérielle, cependant, créant ainsi un environnement pro-thrombotic qui peut avoir comme conséquence la thrombose tard dans-stent8. Par conséquent, les modèles animaux font partie intégrante à la fois pour comprendre la pathophysiologie de la restenose, et pour développer de meilleures stratégies thérapeutiques pour prolonger l’efficacité des procédures de revascularisation.
Plusieurs grands et petits modèlesanimaux 9 sont utilisés pour étudier cette pathologie. Il s’agit notammentde ballon-blessure 3,10 ou wire-blessure11 du côté luminal d’une artère, ainsi que la ligature partielle12 ou le placement de manchette13 autour de l’artère. Les dommages de ballon et de fil denudent la couche endothéliale de l’artère, imitant ce qui se produit médicalement après angioplastie. En particulier, les modèles de ballons-blessures utilisent des outils similaires à ceux du milieu clinique (c.-à-d. cathéter ballon). La blessure de ballon est mieux exécutée dans les modèles de rat, car les artères de rat sont une taille appropriée pour les cathéters disponibles dans le commerce de ballon. Nous décrivons ici une blessure artérielle segmentale contrôlée par pression, une version bien établie et modifiée de la blessure de ballon d’artère carotide de rat. Cette approche contrôlée par pression imite étroitement la procédure clinique d’angioplastie, et permet la formation néointimal reproductible d’hyperplasie deux semainesaprès blessure 14,15. En outre, cette blessure artérielle contrôlée par pression a comme résultat la restauration complète de couche endothéliale par 2 semaines après chirurgie16. Cela contraste directement avec le modèle original de blessure de ballon, décrit par Clowes, où la couche endothéliale ne revient jamais à la couverture complète3.
Après la chirurgie, des thérapeutiques peuvent être appliquées ou dirigées vers l’artère blessée par plusieurs approches. La méthode décrite ci-après utilise l’application périadventitiale d’une petite molécule intégrée dans une solution de gel pluronique. Plus précisément, nous appliquons une solution d’aldéhyde cimnamic de 100 μM dans le gel Pluronic-F127 de 25% à l’artère immédiatement après blessure pour inhiber la formation néointimale d’hyperplasie15. Pluronic-F127 est un gel thermoréversible non toxique capable de livrer des médicaments localement d’une manière contrôlée17. Pendant ce temps, les lésions artérielles sont locales, d’où l’administration locale permet de tester un principe actif tout en minimisant les effets hors cible. Néanmoins, la livraison efficace d’une thérapeutique utilisant cette méthode dépendra de la chimie de la petite molécule ou biologique utilisée.
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Protocol
Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par l’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
1. Procédures préopératoires
- Stériliser les instruments chirurgicaux. Autoclave tous les instruments chirurgicaux avant la chirurgie. Si vous effectuez plusieurs interventions chirurgicales le même jour, stérilisez les instruments entre les chirurgies à l’aide d’un stérilisateur de perles sèches.
- Préparer thérapeutique dans 25% pluronique-127 gel (dilué dans de l’eau distillée stérile).
- Installez un cathéter de ballon Fogarty 2F jusqu’à l’insufflateur et placez l’extrémité ballon du cathéter dans une seringue de 1 mL remplie de solution saline.
- Induire l’anesthésie en plaçant le rat dans une chambre avec 5% d’isoflurane.
- Retirez le rat de la chambre et enregistrez le poids du rat. Utilisez des tondeuses à cheveux pour raser la fourrure sur la région ventrale du cou.
- Remettre le rat dans la chambre avec 5% d’isoflurane pour assurer l’induction de l’anesthésie.
- Placez la supine de rat sur une plate-forme chirurgicale, insérant le visage dans le cône de nez de sorte que le visage de rat soit vers le chirurgien.
- Réduire l’anesthésie par inhalation à 1,5% d’isoflurane. Vérifiez la profondeur de l’anesthésie par un réflexe de pincement des pieds sur les quatre pieds.
- Tapez les quatre jambes jusqu’à la plate-forme chirurgicale.
- Allumez la lampe thermique.
- Injecter de l’atropine (0,01 mg/kg) sous-cutanée pour réduire les sécrétions des voies respiratoires.
- Injecter du carprofène (5 mg/kg) sous-cutané pour la gestion de la douleur prophylactique. Si les anti-inflammatoires ne sont pas acceptables pour l’expérience se réfèrent aux étapes 3.2.2 et 3.2.3.
- Appliquer de l’onguent lubrifiant sur les deux yeux à l’aide d’un coton-tige stérile pour empêcher les cornées de sécher pendant la chirurgie.
- Écouvillonner le cou trois fois dans un mouvement circulaire alternant entre 70% d’alcool éthylique suivi de betadine du centre de la région rasée vers l’extérieur pour stériliser le site d’incision.
- Infiltrer la ligne d’incision .c. avec 0,25% de bupivacaine.
- Mettez des gants chirurgicaux stériles avant de manipuler des instruments chirurgicaux stériles et des fournitures.
- Déposer tous les instruments chirurgicaux autoclavés sur une feuille chirurgicale stérile.
- Couper trois brins indépendants de 1 pouce de suture stérile 7-0 Prolene.
- Déposer les cotons-tiges et la gaze sur une feuille chirurgicale.
- Draper le rat d’une feuille chirurgicale stérile qui n’expose que la région du cou stérilisée.
- Couper une petite ouverture supplémentaire en feuille qui expose une partie du cône avant. Ce sera le site pour enregistrer le cathéter ballon pendant les blessures.
2. Procédures opérationnelles
- Pendant toute la procédure chirurgicale, évaluer la profondeur de l’anesthésie en surveillant le taux respiratoire (le taux doit être constant et jugé normal) ainsi que par pincement des pieds toutes les 15 minutes. Si le taux respiratoire augmente ou s’il y a une réponse au pincement de l’orteil, alors interrompez la manipulation chirurgicale et augmentez l’isoflurane jusqu’à 2,5%.
- Exposer l’artère carotide commune (CCA).
- Faire une incision superficielle, droite et longitudinale encolure entre les os de la mâchoire du rat. Incision sera d’environ 1,5-2 cm de longueur.
- Faire une incision à travers le tissu conjonctif sous la peau jusqu’à ce que la couche musculaire soit exposée. Déplacez les glandes salivaires sous la peau pour accéder au tissu musculaire.
- Séparez brutalement le tissu conjonctif du muscle en insérant des ciseaux fermés entre la couche musculaire et le tissu conjonctif et en ouvrant doucement le ciseaux tout en tirant la peau vers le haut.
- Disséquer les deux muscles visibles (sternohyoid et sternomastoid) longitudinoïdement le long du côté gauche de la trachée jusqu’à ce qu’un troisième muscle (omohyoid) qui court perpendiculairement aux deux muscles superficiels soit observé.
- Utilisez des forceps pour créer une fenêtre séparant ce muscle perpendiculaire (omohyoid) du muscle longitudinal (sternohyoid) fonctionnant au sommet de la trachée. Effectuez doucement cette séparation pour éviter un traumatisme contondant à la trachée.
- Atteindre les forceps sous le muscle perpendiculaire et couper pour séparer les deux muscles longitudinals et exposer le CCA.
- Disséquer la CCA.
- Disséquer le CCA près de la bifurcation jusqu’à ce que l’artère carotide interne (ICA) et l’artère carotide externe (ECA) soient exposées.
- Disséquer l’artère thyroïdienne supérieure (STA), qui se ramifie de l’ECA.
- À l’aide des sutures prolènes pré-coupées, ligatez le STA et l’ECA près de leur bifurcation respective. Laisser la majorité de la suture d’un côté du nœud et saisir chaque suture avec un hémostat incurvé.
- Finissez de disséquer autour de l’ICA, atteignez les forceps en dessous et autour de l’ICA, et utilisez une pince vasculaire non concassante pour atteindre le contrôle distal. Serrez l’artère occipitale avec l’ICA.
- Disséquer le CCA proximal à la bifurcation, en veillant à séparer le nerf vague de la CCA.
- Atteindre les forceps en dessous et autour de la CCA et utiliser une pince vasculaire non concassante pour atteindre le contrôle proximal. Placer la pince à au moins 5 mm de la bifurcation.
- Effectuer des blessures ballon.
- Manœuvrez les hémostats incurvés tenant chaque branche ligatée d’artère pour exposer la bifurcation entre l’ECA et la branche supérieure.
- Disséquer délicatement le tissu à la bifurcation, puis faire une incision artériotomie entre l’ECA et la branche supérieure à l’aide de ciseaux de microdissection.
- Utilisez un coton-tige pour pousser tout le sang hors de la CCA et nettoyer le site d’artériotomie.
- Insérez le cathéter ballon non gonflé à travers l’artériotomie et avancez dans le CCA jusqu’à ce que l’extrémité proximale du ballon soit passée la bifurcation.
- Cathéter de bande au cône avant de sorte que le ballon ne glisse pas hors de l’artère pendant l’inflation.
- Gonflez lentement le ballon à 5 atmosphères de pression et laissez dans le CCA pendant 5 min pour induire des blessures artérielles. Assurez-vous que la pression reste constante pendant toute la durée de 5 minutes.
- Après 5 min, dégonfler le ballon et retirer délicatement du CCA par l’artériotomie.
- Rincer le CCA en pressant doucement sur la pince du CCA. N’enlevez pas la pince.
- Ligate l’ECA proximal à l’artériotomie, puis enlever les pinces de la CCA et ICA pour rétablir le flux sanguin à travers le CCA à l’ICA. Assurez-vous qu’il n’y a pas de saignement visible autour de l’artériotomie et que le CCA vibre.
- Appliquez 100 μL de véhicule thérapeutique ou de gel pluronique seul periadventitially le long de la CCA blessée. Faites-le en appliquant 50 μL sur le côté gauche du CCA, puis 50 μL sur le côté droit du CCA pour assurer un revêtement même de l’artère blessée.
- Fermez le site de la plaie.
- Couper l’excès de sutures Prolene.
- Fermez la plaie à l’aide de couches vicryl interrompues de 4 à 0 ou 6-0 le long du tissu conjonctif.
- Terminer la fermeture de la plaie à l’aide d’une suture en nylon 4-0 le long de la peau.
3. Procédures postopératoires
- Placez le rat seul dans une cage propre avec la moitié de la cage sous une lampe chauffante et surveillez jusqu’à ce que le rat reprenne suffisamment conscience pour maintenir la récumbence sternale. Gardez le rat dans une cage séparée jusqu’à ce que l’animal soit complètement alerte et mobile avant de le transférer dans sa cage d’origine.
- Surveillez le rat tous les jours pendant les trois prochains jours, puis trois fois par semaine jusqu’à l’euthanasie. Euthanasier à l’aide d’une surdose d’isoflurane suivie d’une thoracotomie bilatérale décrite ci-dessous.
- Utilisez l’échelle de grimace du Centre national pour le perfectionnement et la réduction des animaux dans la recherche (NC3Rs) pour identifier les niveaux de douleur postopératoire. Si un animal semble éprouver de la douleur ou développer un compromis neurologique, sacrifiez immédiatement.
- Pour les animaux qui ne reçoivent pas de carprofène, administrer de l’acétaminophène 6 mg/mL dans leur eau potable 24 h avant la chirurgie par 48 h après la chirurgie. L’acétaminophène fournit une analgésie avec un minimum d’effets anti-inflammatoires.
- Alternativement, d’autres stratégies d’analgésie avec des effets anti-inflammatoires minimaux peuvent être employées, telles que la buprénorphine ou la libération prolongée de buprénorphine. Consultez l’équipe vétérinaire de votre établissement.
4. Récolte et imagerie des tissus
- Deux semaines après la chirurgie, euthanasier le rat par surdose d’anesthésie (5% d’isoflurane). Alternativement, euthanasier les rats à un moment plus précoce pour analyser les différents aspects de la réponse des blessures artérielles.
- Une fois que la respiration s’arrête effectuer thoracotomy bilatérale comme une méthode secondaire de l’euthanasie.
- Faire une incision latérale à travers l’abdomen, puis couper vers le haut, à travers le diaphragme et les côtes, exposant la cavité thoracique.
- Perfuser et réparer les artères.
- Insérez une canule de 18 G attachée à un système gravitationnel de perfusion-fixation par le ventricule gauche. Maintenir une pression équivalente entre les rats en marquant la hauteur du système de perfusion par rapport au dessus du banc (élévation de 120 cm, équivalent à 91 ± 3 mmHg).
- Serrez la canule avec le ventricule à l’aide d’un hémostat incurvé.
- Faire une coupe dans l’atrium droit, l’ouverture du circuit vasculaire, et commencer la perfusion avec PBS suivie de 2-4% paraformaldéhyde (environ 250 mL chacun).
- Préparez du paraformaldéhyde dilué dans PBS le jour du sacrifice, ou tout au plus la veille du sacrifice. Si vous vous préparez le jour du sacrifice, assurez-vous que le paraformaldéhyde a refroidi à température ambiante avant de commencer la perfusion. Conserver le paraformaldéhyde à 4 °C.
- Après fixation, extraire les artères carotides gauche et droite et les conserver à 4 °C pendant 2 h en paraformaldéhyde de 2 à 4 %.
- Transférer les artères à 30% de saccharose et les conserver toute la nuit à 4 °C.
- Après 16-24 h, intégrer les artères dans le composé de température de coupe optimale (OCT) et congeler les blocs d’artère oct-incorporés.
- Conditionner les artères en OCT à température ambiante pendant 10 min. Placez l’artère parallèle au plan du cryomold rempli d’OCT, marquant le côté du cryomold auquel la bifurcation artérielle est confrontée. Snap-freeze dans l’azote liquide.
- Conserver les blocs congelés à long terme à -80 °C.
- Sectionz les blocs congelés à l’aide d’un cryostat.
- Recueillir six sections transversales artérielles de 5 μm d’épaisseur par diapositive, la diapositive 1 commençant à la bifurcation.
- Section blocs gelés jusqu’à ce que l’hyperplasie ne soit plus visible (environ 100 diapositives).
- Hematoxylin & eosin (H&E) diapositives de tache18
- Trouvez la zone de blessure en soudant une diapositive sur dix le long de toute l’artère à partir de la bifurcation (p. ex., diapositives 1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 et 100).
- Tacher d’autres toboggans autour du site de la blessure pour trouver la glissade avec occlusion maximale (p. ex., diapositives 20, 30 et 40 avaient une hyperplasie visible, donc des glissades de taches 15, 25, 35 et 45).
- Tacher et quantifier la diapositive à l’aide d’occlusion maximale et de diapositives équidistantes avant et après la glissade d’occlusion maximale (p. ex., occlusion maximale trouvée à la diapositive 35, puis tacher et quantifier les diapositives 25, 45, etc.) pour un total de 3 à 10 diapositives par rat.
- Pour l’imagerie par microscopie par fluorescence des feuilles lumineuses, conserver les artères pendant la nuit à 4 °C après fixation à l’étape 4.4.
- Sondez l’artère avec 1:500 dilution de l’anticorps primaire anti-CD31 de lapin dans le diluant (pH 7.4) pendant 3 jours. Puis contre-tache artère avec 1:500 dilution de l’anti-lapin Alexa Fluor 647 anticorps secondaire pendant 2 jours19.
- Dégagez l’artère à l’aide d’iDISCO+20.
- Image de l’artère à l’aide d’un microscope à fluorescence feuillede lumière 21. Rendre les images à l’aide d’un logiciel (p. ex., Imaris)19.
- Quantifier l’hyperplasie néointimale. Effectuez la quantification d’une manière aveuglée si possible.
- Utilisez le logiciel ImageJ pour tracer le périmètre de l’intima, du lamina élastique interne (IEL) et du lamina élastique externe (EEL) d’une artère sur chacune des 3 à 10 diapositives déterminées ci-dessus (étape 4.8.3).
- Quantifier la superficie de chaque région tracée dans ImageJ et exporter ces valeurs. La trace d’intima donne la zone de lumen, la trace IEL cède la zone IEL, et la trace EEL donne la zone EEL.
- Moyenne des valeurs obtenues à partir des diapositives 3-10 pour obtenir la blessure moyenne (% occlusion, intima:media (I:M) ratio, hyperplasie néointimale) par artère carotide de rat.
Hyperplasie néointimale = zone IEL - Région de Lumen
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Representative Results
La figure 1 montre tous les matériaux et les outils chirurgicaux utilisés pour effectuer cette chirurgie. L’hématoxyline et l’éosine (H&E) soudant des sections artérielles transversales blessées de deux semaines permettent une visualisation claire de l’hyperplasie néointimale. La figure 2 montre des images représentatives de sections artérielles tachées de H&E d’une artère saine, blessée et traitée. La figure 2 décrit également comment quantifier le niveau d’hyperplasie néointimale dans une artère blessée à l’aide d’ImageJ, un logiciel de traitement d’image largement utilisé. En utilisant cette approche, le périmètre du néointima, ainsi que le lamina élastique interne et externe sont tracés pour quantifier les zones respectives. La méthode des blessures segmentales contrôlées par pression que nous décrivons entraîne un rapport intima/média de 0,80 avec un écart type de 0,29 (2 chirurgiens différents et n=11 rats). Le traitement avec l’application périadventitiale de CA dans Pluronic a comme conséquence une inhibition de l’hyperplasie néointimale, comme nous l’avons montré avant (réduction de 61% de l’occlusion de pourcent) 15.
La figure 3 illustre la création d’une artériotomie optimale lors de la bifurcation de l’ECA et de la STA. Enfin, la figure 4 montre comment la microscopie par fluorescence des feuilles lumineuses peut être utilisée pour visualiser toute la région des blessures le long de la longueur de l’artère. La coloration CD31 pour visualiser les cellules endothéliales tapissant la couche intimale peut être effectuée sur des artères fixes. Les artères peuvent ensuite être intégrées dans 1 % d’agarose et défrichées à l’aide de la méthode iDISCO+ pour homogénéiser l’indice réfractif del’échantillon 20. Ensuite, les artères peuvent être photographiées dans un microscope à fluorescence feuille de lumière et les images peuvent être rendues à l’aide d’un logiciel pour quantifier le rapport I:M. En utilisant cette approche, nous avons obtenu un ratio I:M de 0,86, ce qui est en accord avec les résultats h&e.
| Numéro de section | Référence |
| 10 sections | 27 |
| 8 sections | 28 |
| 6-10 sections | 29 |
| 6 sections | 30 |
| 5 sections | 31 |
| 3 sections | 32 |
Tableau 1. Nombre couramment utilisé de sections transversales artérielles pour l’analyse de l’hyperplasie.
Figure 1. Instruments et outils chirurgicaux. Dans le sens des aiguilles d’une montre à partir du coin supérieur gauche de l’image:( A) Coton-tiges; (B) solution betadine; (C) Gaze; (D) 70% solution d’alcool éthylique; (E) seringues 1cc avec aiguille; (F) Atropine; (G) Rétracteurs; trombones pliés utilisés ici; (H) Rimadyl; (I) Pince micro-serrefine appliquant des pinces; (J) Porte-aiguilles; (K) suture en nylon 4-0; (L) 4-0 suture vicryl; (M) Rideaux stériles; (N) Ciseaux Mayo; (O) Forceps standard; (P) Forceps incurvés fins; (Q) Ciseaux de microdissection; (R) Pinces Micro serrefine; (S) Ciseaux fins; (T) T-pins; (U) Hemostats incurvés; (V) Trois sutures Prolene 7-0 coupées à environ 1 pouce; (W) 100 μL de gel pluronique-127 à 25 %; (X) Pommade lubrifiante des yeux; (Y) 2 Français cathéter embolectomy ballon dans la solution saline stérile; (Z) Insufflator. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2. Hematoxylin & Eosin (H&E) colorant et analyse des sections transversales de l’artère carotide de rat. (A) Section transversale de l’artère carotide droite saine et non blessée. IEL = Lamina élastique interne, EEL = Lamina élastique externe. (B) Section transversale d’une artère carotide gauche blessée de deux semaines traitée avec le véhicule Pluronic-F127. (C) Section transversale de l’artère carotide gauche blessée de deux semaines traitée avec l’aldéhyde cinnamic de 100 μM. Barre d’échelle = 100 μm. (D) Schéma de section des artères gelées pour quantifier les blessures. La diapositive 1 commence à la bifurcation et six sections artérielles de 5 μm de largeur sont prises par diapositive. La section continue généralement de glisser 70, car la blessure se produit habituellement avant cette glissade. (E) Section transversale de l’artère carotide gauche blessée traitée avec le véhicule pluronique (B). La ligne noire la plus intime trace le néointima et délimite la zone luminale. La ligne jaune moyenne délimite la zone du lamina élastique interne, ou tunica intima. La ligne bleue extérieure délimite la zone du lamina élastique externe, ou adventitia de tunica. Barre d’échelle = 100 μm. (F) Calculs utilisés pour mesurer l’occlusion des vaisseaux en pourcentage et le rapport intima:media (I:M) basé sur les mesures obtenues à partir de (E). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3. Création d’artériotomie. Illustration des étapes pour créer une artériotomie appropriée, et éviter une fausse région. CCA = Artère carotide commune, ECA = Artère carotide externe, ICA = Artère carotide interne, OA = Artère occipitale, STA = Artère thyroïdienne supérieure. Isoler la bifurcation entre les branches ECA et STA. Disséquer cette bifurcation jusqu’à ce que la zone change à une couleur plus brillante, indiquant l’amincissement de la paroi artérielle, puis créer une artériotomie à l’aide de ciseaux de microdissection. Soulevez l’artériotomie à l’aide de forceps fins pour aider à l’insertion de ballons. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4. Microscopie de fluorescence de feuille légère pour visualiser des dommages artériaux. Sections transversales longitudinales le long de la longueur de l’artère carotide commune d’un rat Sprague Dawley de 14 semaines avec une section transversale représentative ci-dessous. Les artères sont tachées de CD31 et contre-tachées d’AF647. (A) Sections transversales de l’artère carotide droite saine et non blessée. Blanc = CD31, Vert = Élastique Lamina, L = Lumen, Barre d’échelle = 200-500 μm. (B) Sections transversales d’artère carotide gauche blessée traitée avec le véhicule Pluronic-F127. Les pointes de flèche indiquent des régions d’hyperplasie néointimale. (C) Intima par rapport aux médias (I:M) ratio d’artère carotide non blessée et blessée, avec une valeur exacte indiquée pour chaque groupe (n =1). S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
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Discussion
La blessure de ballon d’artère carotide de rat est l’un des modèles animaux de restnosis les plus largement utilisés et étudiés. Le modèle original de blessure deballon 3 et la variation segmentaire modifiée de dommages segmentaires sous pression10 ont informé beaucoup d’aspects de la réponse artérielle de dommages qui se produit également chez l’homme, avec les quelques limitations étant que le thrombus fibrin-riche se développe rarement et l’inflammation locale est minimale comparée à d’autres modèles de dommages tels que dans les modèles hypercholestérolémiques de lapin ou de porcine9,22. Les rats peuvent également être sacrifiés à différents moments pour quantifier et analyser les différents aspects de la réponse aux lésions artérielles. Par exemple, des points de temps plus tôt peuvent être utilisés pour étudier des aspects de la réponse tôt aux dommages tels que la prolifération cellulaire, le commutateur phénotypique des cellules vasculaires lisses de muscle, et la réponse immunisée tôt. Nous avons précédemment montré que l’infiltration des leucocytes et la prolifération cellulaire sont maximales entre 3 jours et 1semaine 16. Des points de temps intermédiaires peuvent être utilisés pour évaluer le taux de ré-endothélialisation. Le point de temps de deux semaines est le point de temps suggéré le plus tôt pour mesurer l’hyperplasie néointimale pendant que l’artère est la plupart du temps ré-endothélialisée à ce point16. Une limitation majeure pour traduire ce modèle est que la blessure est exécutée dans une artère saine, tandis que cette procédure se produit dans les patients présentant la maladie athérosclérostique. Cette limitation existe en partie en raison de l’absence précédente de modèles disponibles d’athéroscléroserat 23,24. Cependant, les progrès dans les technologies d’édition des gènes ont permis le développement de modèles fiables de rat athéroclérotique24, ce qui peut donner de nouvelles idées dans l’étude de la pathophysiologie de la restenose.
Comparativement, les rats mâles donnent une blessure plus robuste que les rats femelles, qui développent typiquement moins d’hyperplasie néointimale probablement due à un effet protecteur del’oestrogène 25. Cependant, le modèle décrit est toujours approprié pour étudier la guérison artérielle chez les femelles. Les rats mâles vieillissant 12-16 semaines, entre 300-400 g produisent la formation néointimale la plus robuste et reproductible. Les rats de moins de 12 semaines peuvent être utilisés; cependant, les artères de ces rats plus jeunes peuvent être trop petites pour que le ballon 2F pénètre facilement dans l’artère selon la souche de rat. Les rats pesant moins de 200 grammes ne doivent pas être exploités avec ce modèle car le ballon ne s’adapte pas facilement à travers l’artériotomie et peut effectivement déchirer l’artère s’il est forcé. En outre, l’utilisation de rats âgés de plus de 16 semaines peut donner une réponse variable dans la formation néointimale. Diverses souches de rat peuvent être utilisées pour effectuer ce modèle de blessure, avec des rats Sprague Dawley étant les plus souvent utilisés dans toute la littérature26. Pour commencer la chirurgie, d’abord obtenir l’alignement approprié et l’orientation du site d’incision dans le cou en se sentant pour les os de la mâchoire et en utilisant le nez du rat pour trouver la ligne médiane. Après l’incision initiale, disséquer le tissu jusqu’à ce que deux muscles longitudinals (sternohyoid et sternomastoid) fonctionnant parallèlement l’un à l’autre soient visualisés. Utilisez le muscle du cou (masseur) comme limite inférieure de la fenêtre d’opération, vers la tête. Séparez les muscles parallèles, qui courent vers le corps, l’un de l’autre jusqu’à ce qu’un muscle qui court perpendiculairement à ces deux est visualisé. Couper le muscle perpendiculaire permettra une rétractation facile des deux muscles parallèles, exposant l’artère carotide. Comme l’anatomie peut varier légèrement de chaque animal, avec leur positionnement, il peut y avoir une branche artérielle mineure qui repose sur le dessus de l’ICA. Cette branche mineure peut être serrée avec l’ICA; toutefois, lorsque cette petite branche n’est pas serrée, il ne devrait pas y avoir de problèmes avec l’exécution de la procédure. De plus, assurez-vous de disséquer le nerf vague de l’ICA et de la CCA avant qu’il n’y ait des pincements et des sutures. Il est important d’être doux et d’éviter les lésions nerveuses à ce stade. Si l’animal tremble après avoir mis sur une pince qui peut être une réponse du nerf vague entrer en contact avec la pince métallique; envisager de réajuster la pince.
Sans doute l’étape la plus délicate de toute la procédure est de faire l’artériotomie. C’est parce qu’il est possible de faire une « fausse » artériotomie, et l’insertion d’un ballon à travers cette « fausse » artériotomie fera courir le ballon au-dessus de l’artère, plutôt qu’à l’intérieur de l’artère. Si cela se produit, puis faire une nouvelle artériotomie plus proche de la bifurcation à la CCA est une solution possible, mais si le ballon a été forcé dans l’artère, alors la chirurgie peut ne pas être sauvé. Pour éviter une « fausse » artériotomie (figure 3), disséquer la couche adventitielle à la bifurcation ECA et STA à l’aide de forceps fines jusqu’à ce que l’apparence est significativement plus rouge que les régions voisines, et cette partie de l’artère semble dépasser. Ensuite, utilisez les micro-ciseaux pour créer l’artériotomie en insérant rapidement une prong des ciseaux dans la zone défrichée à la bifurcation, puis en coupant. Après avoir fait l’artériotomie, utilisez les forceps fins pour soulever l’ouverture de l’artère et pousser le ballon dans le lumen. Le ballon doit glisser facilement à travers l’artériotomie et dans le CCA. Selon le positionnement du rat, il peut être utile de guider le ballon dans le CCA en utilisant des forceps fins pour tirer doucement vers le haut à l’extérieur du CCA tout en guidant le cathéter ballon dans le CCA. Une fois que le ballon est inséré dans le CCA, tapez le cathéter vers le bas de sorte que le ballon ne sort pas de l’artère car il est gonflé.
L’application périadventitiale de la thérapeutique permet l’administration locale et dirigée de drogue seulement au site de la blessure. Cette approche limite les effets hors cible potentiels ainsi que les limitations de dosage par rapport à quelque chose livré systématiquement par les administrations orales, intraperitoneal, ou intraveineuses. Pluronic-F127 est thermoréversible, ce qui signifie qu’il est liquide à température froide et gels à température ambiante. Cela permet à la thérapeutique d’être facilement préparée dans une solution liquide avant les gels pluroniques, tandis que le gel peut être appliqué uniformément sur l’artère immédiatement après la blessure. Alors que le sommet de la CCA est facilement accessible pour couvrir efficacement toute la région des blessures, le CCA devrait être délicatement soulevé pour enrober la partie inférieure de la CCA. Toutefois, les chercheurs doivent s’assurer d’alimenter l’étude de façon appropriée afin de tenir compte de la variabilité potentielle entre les animaux traités. Il est important d’avoir une estimation de la taille de l’effet attendu et de l’écart type du résultat pour alimenter l’étude de façon appropriée. La limitation de la méthode périadventitiale de livraison est qu’elle n’est pas une approche médicalement pertinente puisque l’artère d’un patient n’est pas exposée pendant une angioplastie, qui est exécutée comme procédure percutanée. Néanmoins, l’application périadventitiale permet des essais préliminaires des molécules et des produits biologiques livrés localement au site de lablessure 15,27,28,29,30.
La méthode standard actuelle de quantification de l’hyperplasie néointimale est basée sur l’analyse morphométrique des diapositives tachées de H&E. L’artère carotide blessée est physiquement sectionnée sur des toboggans en tranches de 5 μm. Ces diapositives sont ensuite tachées à l’aide de H&E et les images sont prises à l’aide d’un microscope léger. Le logiciel ImageJ est ensuite utilisé pour mesurer les zones et périmètres délimités par l’intima, le laminage interne et le laminage externe. Même si nous avons signalé une précision accrue à l’aide de 10 diapositives pour quantifier l’hyperplasie19,il n’existe aucun consensus dans la littérature sur le nombre de diapositives à mesurer, la méthodologie signalée variant de 3 à 10 sections espacées uniformément (tableau 1)31,32,33,34,35,36. On peut s’attendre à un ratio I:M de 0,8 avec un écart type de 0,29 (n=11) à l’aide de cette méthodologie (plage : 0,54-1,51). Nous et d’autres avons précédemment rapporté la microscopie de fluorescence de feuille de lumière (LSFM) fournit une approche nouvelle à visualiser des dommages artériaux19,37. LSFM permet l’imagerie de l’artère carotide entière dans le plan x, y et z. LSFM permet le tranchage optique pour générer des sections artérielles transversales pour analyse, donnant des estimations plus précises de l’hyperplasie (coefficient de variation : 28% par LSFM contre 41% par histologie) que les approches histologiquestraditionnelles 19,37. Comme on le voit à la figure 4, le ratio I:M obtenu par LSFM (0,86, n=1) est comparable aux résultats que nous avons obtenus grâce à l’analyse histologique classique (0,8 ± 0,29).
En conclusion, la blessure segmentaire contrôlée par pression récapitule la réponse artérielle de dommages qui se produit après des procédures cliniques de revascularisation, ce qui en fait un modèle idéal pour étudier la pathophysiologie de la restenose. L’application de médicaments périadventitial est une méthode utile de livraison de preuve de concept pour évaluer l’efficacité thérapeutique de l’administration locale de médicaments, et peut éclairer le développement d’approches systémiques ciblées de livraison de médicaments.
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Disclosures
Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts concernant la publication de ce manuscrit.
Acknowledgments
N.E.B. a reçu une subvention de formation du National Institute of Environmental Health Sciences (5T32ES007126-35, 2018) et une bourse prédoctorale de l’American Heart Association (20PRE35120321). E.S.M.B. était un boursier KL2 partiellement soutenu par le Programme des boursiers du Prix des sciences cliniques et translationnelles de l’UNC-K12 Scholars Program (KL2TR002490, 2018) et le National Heart, Lung, and Blood Institute (K01HL145354). Les auteurs remercient le Dr Pablo Ariel, du Laboratoire des services de microscopie de l’UNC, d’avoir aidé à la LSFM. La microscopie de fluorescence de feuille de lumière a été exécutée au laboratoire de services de microscopie. Le Laboratoire des services de microscopie, Département de pathologie et de médecine de laboratoire, est soutenu en partie par P30 CA016086 Cancer Center Core Support Grant au Centre complet de cancérologie Lineberger de l’UNC.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1 mL Syringe | Fisher | 14955450 | |
| 1 mL Syringe with needle | BD | 309626 | |
| 2 French Fogarty Balloon Embolectomy Catheter | Edwards LifeSciences | 120602F | |
| 4-0 Ethilon (Nylon) Suture | Ethicon Inc | 662H | |
| 4-0 Vicryl Suture | Ethicon Inc | J214H | |
| 7-0 Prolene Suture | Ethicon Inc | 8800H | |
| 70% ethyl alcohol | |||
| Anti-Rabbit Alexa Fluor 647 | Thermo Fisher Scientific | A21245 | |
| Atropine Sulfate | Vedco Inc | for veterinary use | |
| Cotton Swabs | Puritan | 806-WC | |
| Curved Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Fine Curved Forceps | Fine Science Tools | 11203-25 | |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
| Gauze | Covidien | 2252 | |
| IHC-Tek Diluent (pH 7.4) | IHC World | IW-1000 | |
| Insufflator | Merit Medical | IN4130 | |
| Iodine solution | |||
| Lubricating Eye Ointment | Dechra | for veterinary use | |
| Mayo Scissors | Fine Science Tools | 14010-15 | |
| Micro Serrefines | Fine Science Tools | 18055-05 | |
| Microdissection Scissors | Fine Science Tools | 15004-08 | |
| Micro-Serrefine Clamp Applying Forceps | Fine Science Tools | 18057-14 | |
| Needle Holder | Fine Science Tools | 12003-15 | |
| Pluronic-127 (diluted in sterile water) | Sigma-Aldrich | P2443 | 25% prepared |
| Rabbit Anti-CD31 | Abcam | ab28364 | |
| Retractor | Bent paper clips work well | ||
| Rimadyl (Carprofen) | Zoetis Inc | for veterinary use | |
| Saline solution | |||
| Standard Forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Sterile Drape | Dynarex | 4410 | |
| T-Pins |
References
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