עכברוש עורק הראש מבוקר לחץ על פגיעה בבלון מגזרי עם יישום טיפולי Periadventitial
Summary
הפציעה בבלון עורק התרדמה של החולדה מחקה את הליך האנגיופלסטיקה הקליני המבוצע כדי לשחזר את זרימת הדם בכלי טרשת עורקים. מודל זה גורם לתגובת פגיעה עורקית על ידי התנפצות דופן העורקים, ו denuding את השכבה האינטימית של תאי אנדותל, בסופו של דבר גורם שיפוץ ותגובה היפרפלסטית מולדת.
Abstract
מחלות לב וכלי דם נשאר הגורם המוביל למוות ונכות ברחבי העולם, בין השאר עקב טרשת עורקים. לוחית טרשת עורקים מצמצמת את שטח הפנים הזוהר בעורקים ובכך מפחיתה זרימת דם נאותה לאיברים ולרקמות דיסטליות. קלינית, נהלי revascularization כגון אנגיופלסטיקה בלון עם או בלי מיקום סטנט שואפים לשחזר את זרימת הדם. למרות הליכים אלה מחדש את זרימת הדם על ידי הפחתת נטל פלאק, הם פוגעים בקיר כלי הדם, אשר יוזם את תגובת ריפוי העורקים. תגובת הריפוי הממושכת גורמת לרסטנוזיס עורקי, או להצטמצם מחדש, ובסופו של דבר מגבילה את ההצלחה ארוכת הטווח של הליכי revascularization אלה. לכן, מודלים פרה-קוליניים של בעלי חיים הם חלק בלתי נפרד מניתוח המנגנונים הפתופיזיולוגיים המניעים את restenosis, ומספקים את ההזדמנות לבחון אסטרטגיות טיפוליות חדשניות. דגמי מורין זולים וקלים יותר לתפעול מאשר מודלים גדולים של בעלי חיים. בלון או פגיעה תיל הם שני אופני פציעה מקובלים בשימוש במודלים מורין. מודלים של פגיעת בלון במיוחד מחקים את הליך האנגיופלסטיקה הקלינית וגורמים נזק הולם לעורק להתפתחות restenosis. בזאת אנו מתארים את הפרטים הכירורגיים לביצוע וניתוח היסטולוגי של מודל הפגיעה בבלון עורק הראש של עכברושים שעבר שינוי, הנשלט בלחץ. בנוסף, פרוטוקול זה מדגיש כיצד יישום periadventitial המקומי של טיפולים יכול לשמש כדי לעכב היפרפלזיה ניאוינטימיאלית. לבסוף, אנו מציגים מיקרוסקופיית פלואורסצנטיות של יריעות אור כגישה חדשנית להדמיה ותדמיינות של הפגיעה העורקית בשלושה ממדים.
Introduction
מחלות לב וכלי דם (CVD) נשאר הגורם המוביל למוות ברחבי העולם1. טרשת עורקים היא הגורם הבסיסי לרוב התחלואה והתמותה הקשורות ל- CVD. טרשת עורקים היא הצטברות של פלאק בתוך העורקים שתוצאתו לומן צר, מעכב זלוף דם תקין לאיברים ורקמות דיסטליות2. התערבויות קליניות לטיפול טרשת עורקים חמורה כוללים אנגיופלסטיקה בלון עם או בלי מיקום סטנט. התערבות זו כרוכה בקידום קטטר בלון לאתר של פלאק, וניפוח הבלון כדי לדחוס את השלט לקיר העורקים, הרחבת האזור הזוהר. הליך זה פוגע בעורק, עם זאת, ייזום תגובת פגיעה עורקית3. הפעלה ממושכת של תגובת פציעה זו מובילה לרסטנוזיס עורקי, או להצטמצמות מחדש, משנית להיפרפלזיה ניאו-ינטילית ולשיפוץ כלי שיט. במהלך אנגיופלסטיקה השכבה האינטימית היא denuded של תאי אנדותל המוביל גיוס טסיות מיידית דלקת מקומית. איתות מקומי גורם לשינויים פנוטיפיים בתאי שריר חלקים בכלי הדם (VSMC) ופיברובלסטים הרפתקניים. זה מוביל הגירה והתפשטות של VSMC ו fibroblasts פנימה אל הלומן, המוביל היפרפלזיה ניאוינטימל4,5. במחזור תאים אב ותאי החיסון גם לתרום את הנפח הכולל של restenosis6. במידת הצורך, סטנטים מעוררי סמים (DES) הם התקן הנוכחי לעיכוב restenosis7. DES לעכב אנדותל עורקי מחדש, עם זאת, ובכך ליצור סביבה פרו טרומבוטית שיכולה לגרום פקקת מאוחרת סטנט8. לכן, מודלים של בעלי חיים הם חלק בלתי נפרד הן להבנת הפתופיזיולוגיה של restenosis, והן לפיתוח אסטרטגיות טיפוליות טובות יותר כדי להאריך את היעילות של הליכי revascularization.
מספר מודלים גדולים וקטנים של בעליחיים 9 מנוצלים לחקר פתולוגיה זו. אלה כוללים פגיעה בבלון3,10 או פציעהתיל 11 של הצד הזוהר של העורק, כמו גם קשירה חלקית12 או מיקום חפתים13 סביב העורק. פגיעת הבלון והחוט הן מנודה את שכבת האנדותל של העורק, מחקה את מה שקורה קלינית לאחר אנגיופלסטיקה. בפרט, מודלים של פגיעה בבלונים משתמשים בכלים דומים כמו בסביבה הקלינית (כלומר, קטטר בלון). הפגיעה בבלון מבוצעת בצורה הטובה ביותר בדגמי עכברושים, שכן עורקי חולדה הם בגודל מתאים לקטטרים בלון זמינים מסחרית. בזאת אנו מתארים פגיעה עורקית מגזרית מבוקרת לחץ, גרסה מבוססת ומותנית היטב של פגיעת בלון עורק הראש של החולדה. גישה זו מבוקרת לחץ מחקה מקרוב את הליך האנגיופלסטיקה הקלינית, ומאפשרת היווצרות היפרפלזיה ניאוינטילית הניתנת לשחזור שבועיים לאחר פציעה14,15. בנוסף, זה פגיעה עורקית מבוקרת לחץ תוצאות שיקום שכבת אנדותל מלאה על ידי 2 שבועות לאחר הניתוח16. זה מנוגד ישירות לדגם פגיעת הבלון המקורי, המתואר על ידי Clowes, שבו שכבת האנדותל לעולם לא חוזרת לכיסוי מלא3.
לאחר הניתוח, ניתן להחיל טיפולי או להפנות לכיוון העורק הפצוע באמצעות מספר גישות. השיטה המתוארת בזאת משתמשת ביישום periadventitial של מולקולה קטנה מוטבע בתמיסת ג’ל פלורונית. באופן ספציפי, אנו מיישמים פתרון של 100 μM אלדהיד סיננמי ב 25% פלורוניק-F127 ג’ל לעורק מיד לאחר פציעה כדי לעכב היווצרות היפרפלזיה ניאוינטילית15. Pluronic-F127 הוא ג’ל לא רעיל, תרמו הפיך מסוגל לספק תרופות באופן מקומי באופן מבוקר17. בינתיים, פגיעה עורקית היא מקומית, ולכן הממשל המקומי מאפשר לבדוק עיקרון פעיל תוך מזעור השפעות מחוץ ליעד. עם זאת, אספקה יעילה של טיפול בשיטה זו תהיה תלויה בכימיה של המולקולה הקטנה או הביולוגית המשמשת.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפציעה בבלון עורק הראש של החולדה היא אחד המודלים הנפוצים ביותר שנחקרו בבעלי חיים. הן מודל פגיעת הבלון המקורי3 והן וריאציית הפציעה הסגמנטית הנשלטת על ידי לחץשונה 10 הודיעו היבטים רבים של תגובת הפגיעה בעורקים המתרחשת גם בבני אדם, כאשר המגבלות המעטות הן כי פקקת עשירה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
N.E.B נתמכה על ידי מענק הכשרה מהמכון הלאומי למדעי בריאות הסביבה (5T32ES007126-35, 2018), ומלגת קדם דוקטורט של איגוד הלב האמריקאי (20PRE35120321). E.S.M.B. היה חוקר KL2 נתמך חלקית על ידי UNC קליני ותרגום מדע פרס-K12 חוקרים תוכנית (KL2TR002490, 2018), ואת הלב הלאומי, ריאות, מכון הדם (K01HL145354). המחברים מודים לד”ר פבלו אריאל מהמעבדה לשירותי מיקרוסקופיה של UNC על הסיוע ב-LSFM. מיקרוסקופיית פלואורסצנטיות של יריעות אור בוצעה במעבדה לשירותי מיקרוסקופיה. המעבדה לשירותי מיקרוסקופיה, המחלקה לפתולוגיה ורפואת מעבדה, נתמכת בחלקה על ידי P30 CA016086 מרכז סרטן מרכז הליבה תמיכה מענק למרכז הסרטן מקיף UNC Lineberger.
Materials
| 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
- American Heart Association. Cardiovascular Disease: A Costly Burden for America, Projections Through 2035. American Heart Association CVD Burden Report. , (2017).
- Singh, R. B., Mengi, S. A., Xu, Y. J., Arneja, A. S., Dhalla, N. S. Pathogenesis of atherosclerosis: A multifactorial process. Experimental and Clinical Cardiology. 7 (1), 40-53 (2002).
- Clowes, A. W., Reidy, M. A., Clowes, M. M. Mechanisms of stenosis after arterial injury. Laboratory Investigation. 49 (2), 208-215 (1983).
- 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. 49 (3), 327-333 (1983).
- Sartore, S., et al. Contribution of adventitial fibroblasts to neointima formation and vascular remodeling: from innocent bystander to active participant. Circulation Research. 89 (12), 1111-1121 (2001).
- Tanaka, K., et al. Circulating progenitor cells contribute to neointimal formation in nonirradiated chimeric mice. The FASEB Journal. 22 (2), 428-436 (2008).
- Henry, M., et al. Carotid angioplasty and stenting under protection. Techniques, results and limitations. The Journal of Cardiovascular Surgery. 47 (5), 519-546 (2006).
- Kounis, N. G., et al. Thrombotic responses to coronary stents, bioresorbable scaffolds and the Kounis hypersensitivity-associated acute thrombotic syndrome. Journal of Thoracic Disease. 9 (4), 1155-1164 (2017).
- Jackson, C. L. Animal models of restenosis. Trends in Cardiovascular Medicine. 4 (3), 122-130 (1994).
- Shears, L. L., et al. Efficient inhibition of intimal hyperplasia by adenovirus-mediated inducible nitric oxide synthase gene transfer to rats and pigs in vivo. Journal of the American College of Surgeons. 187 (3), 295-306 (1998).
- Takayama, T., et al. A murine model of arterial restenosis: technical aspects of femoral wire injury. Journal of Visualized Experiments. (97), (2015).
- Zhang, L. N., Parkinson, J. F., Haskell, C., Wang, Y. X. Mechanisms of intimal hyperplasia learned from a murine carotid artery ligation model. Current Vascular Pharmacology. 6 (1), 37-43 (2008).
- Jahnke, T., et al. Characterization of a new double-injury restenosis model in the rat aorta. Journal of Endovascular Therapy. 12 (3), 318-331 (2005).
- Gregory, E. K., et al. Periadventitial atRA citrate-based polyester membranes reduce neointimal hyperplasia and restenosis after carotid injury in rats. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 307 (10), 1419-1429 (2014).
- Buglak, N. E., Jiang, W., Bahnson, E. S. M. Cinnamic aldehyde inhibits vascular smooth muscle cell proliferation and neointimal hyperplasia in Zucker Diabetic Fatty rats. Redox Biology. 19, 166-178 (2018).
- Bahnson, E. S., et al. Long-term effect of PROLI/NO on cellular proliferation and phenotype after arterial injury. Free Radical Biology and Medicine. 90, 272-286 (2016).
- Gilbert, J. C. W., Davies, M. C., Hadgraft, J. The behaviour of Pluronic F127 in aqueous solution studied using fluorescent probes. International Journal of Pharmaceutics. 40 (1-2), 93-99 (1987).
- Tulis, D. A. Histological and morphometric analyses for rat carotid balloon injury model. Methods in Molecular Medicine. 139, 31-66 (2007).
- Buglak, N. E., et al. Light Sheet Fluorescence Microscopy as a New Method for Unbiased Three-Dimensional Analysis of Vascular Injury. Cardiovascular Research. , (2020).
- Renier, N., et al. iDISCO: a simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging. Cell. 159 (4), 896-910 (2014).
- Ariel, P. . UltraMicroscope II – A User Guide. , (2018).
- Touchard, A. G., Schwartz, R. S. Preclinical restenosis models: challenges and successes. Toxicologic Pathology. 34 (1), 11-18 (2006).
- Xiangdong, L., et al. Animal models for the atherosclerosis research: a review. Protein Cell. 2 (3), 189-201 (2011).
- Chen, H., Li, D., Liu, M. Novel Rat Models for Atherosclerosis. Journal of Cardiology and Cardiovascular Sceinces. 2 (2), 29-33 (2018).
- Xing, D., Nozell, S., Chen, Y. F., Hage, F., Oparil, S. Estrogen and mechanisms of vascular protection. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 29 (3), 289-295 (2009).
- Tulis, D. A. Rat carotid artery balloon injury model. Methods in Molecular Medicine. 139, 1-30 (2007).
- Pellet-Many, C., et al. Neuropilins 1 and 2 mediate neointimal hyperplasia and re-endothelialization following arterial injury. Cardiovascular Research. 108 (2), 288-298 (2015).
- Wu, B., et al. Perivascular delivery of resolvin D1 inhibits neointimal hyperplasia in a rat model of arterial injury. Journal of Vascular Surgery. 65 (1), 207-217 (2017).
- Tan, J., Yang, L., Liu, C., Yan, Z. MicroRNA-26a targets MAPK6 to inhibit smooth muscle cell proliferation and vein graft neointimal hyperplasia. Scientific Reports. 7, 46602 (2017).
- Pearce, C. G., et al. Beneficial effect of a short-acting NO donor for the prevention of neointimal hyperplasia. Free Radical Biology and Medicine. 44 (1), 73-81 (2008).
- Cao, T., et al. S100B promotes injury-induced vascular remodeling through modulating smooth muscle phenotype. Biochimica et Biophysica Acta – Molecular Basis of Disease. 1863 (11), 2772-2782 (2017).
- Madigan, M., Entabi, F., Zuckerbraun, B., Loughran, P., Tzeng, E. Delayed inhaled carbon monoxide mediates the regression of established neointimal lesions. Journal of Vascular Surgery. 61 (4), 1026-1033 (2015).
- Khurana, R., et al. Angiogenesis-dependent and independent phases of intimal hyperplasia. Circulation. 110 (16), 2436-2443 (2004).
- Tsihlis, N. D., Vavra, A. K., Martinez, J., Lee, V. R., Kibbe, M. R. Nitric oxide is less effective at inhibiting neointimal hyperplasia in spontaneously hypertensive rats. Nitric Oxide. 35, 165-174 (2013).
- Chen, J., et al. Inhibition of neointimal hyperplasia in the rat carotid artery injury model by a HMGB1 inhibitor. Atherosclerosis. 224 (2), 332-339 (2012).
- Mano, T., Luo, Z., Malendowicz, S. L., Evans, T., Walsh, K. Reversal of GATA-6 downregulation promotes smooth muscle differentiation and inhibits intimal hyperplasia in balloon-injured rat carotid artery. Circulation Research. 84 (6), 647-654 (1999).
- Becher, T., et al. Three-Dimensional Imaging Provides Detailed Atherosclerotic Plaque Morphology and Reveals Angiogenesis after Carotid Artery Ligation. Circulation Research. 126 (5), 619-632 (2020).
