En kanin venøs interposition model efterligne revaskularisering Kirurgi ved hjælp af vene transplantater til at vurdere intimal hyperplasi under arteriel blodtryk
Summary
Den nuværende protokol har til formål at eksperimentelt skabe venøs intimal hyperplasi ved at udsætte vener til arteriel blodtryk for at udvikle strategier til at dæmpe venøs intimal hyperplasi efter revaskularisering kirurgi ved hjælp af vene transplantater.
Abstract
Selv om venetransplantater har været almindeligt anvendt som autologe grafts i revaskularisering operationer for iskæmisk eidømmelse, den langsigtede patency forbliver dårlig på grund af accelerationen af intimal hyperplasi på grund af eksponering for arteriel blodtryk. Denne protokol er designet til etablering af eksperimentel venøs intimal hyperplasi ved interposing kanin halspulsårer til ipsilaterale halspulsårer. Protokollen kræver ikke kirurgiske procedurer dybt inde i kroppen stammen og omfanget af snittet er begrænset, hvilket er mindre invasivt for dyrene, så langvarig observation efter implantation. Denne enkle procedure gør det muligt for forskere at undersøge strategier til at dæmpe udviklingen af intimal hyperplasi af de implanterede venetransplantater. Ved hjælp af denne protokol rapporterede vi virkningerne transduktion af microRNA-145 (miR-145), som er kendt for at kontrollere fænotype af vaskulære glatte muskelceller (VSMCs) fra proliferering til kontraktile tilstand, i høstede venetransplantater. Vi bekræftede dæmpningen af intimal hyperplasi af venetransplantater ved at transducing miR-145 før implantation kirurgi gennem fænotype ændring af VSMC’er. Her rapporterer vi en mindre invasiv eksperimentel platform til at undersøge de strategier, der kan bruges til at dæmpe intimal hyperplasi af venetransplantater i revaskularisering operationer.
Introduction
Antallet af patienter, der oplever iskæmiske sygdomme på grund af åreforkalkning er stigende på verdensplan1. På trods af de nuværende fremskridt inden for medicinske og kirurgiske behandlinger for hjerte-kar-sygdomme, iskæmisk hjertesygdomme, såsom myokardieinfarkt, fortsat en væsentlig årsag til sygelighed og dødelighed2. Desuden fremkalder perifere arterielle sygdomme karakteriseret ved nedsat blodgennemstrømning til lemmerne kritisk ekstremitetiskæmi, hvor ca. 40% af patienterne mister deres ben inden for 6 måneder efter diagnosen, og dødeligheden er op til 20%3.
Revaskularisering operationer, såsom koronararterie bypass podning (CABG) og bypass kirurgi for perifere arterier, er store terapeutiske muligheder for iskæmisk eitreiske sygdomme. Formålet med disse operationer er at give en ny blod vej til at give tilstrækkelig blodgennemstrømning mod det distale sted for stenotiske eller okkluderede læsioner af aterosklerotiske arterier. Selv in situ arterielle grafts, såsom interne thorax arterier for CABG, foretrækkes som bypass grafts på grund af den forventede længere patency, vene grafts, såsom autologe saphenous vener, er almindeligt anvendt på grund af den højere tilgængelighed og tilgængelighed4. Det svage punkt i venetransplantater er den dårlige patency sats i forhold til arterietransplantatet5 på grund af accelereret intimal hyperplasi, når de udsættes for arterielt tryk, hvilket fører til venetransplantat sygdom6.
Venetransplantat sygdom udvikler sig gennem følgende tre trin: 1) trombose; 2) intimhyperplasi; og 3) åreforkalkning7. For at løse venegraft sygdom, en masse grundforskning er blevet gennemført8. Hidtil, ingen farmakologisk strategi bortset fra antiplatelet og lipid-sænkende behandlinger anbefales til sekundær forebyggelse efter koronar eller perifer revaskularisering operationer i de seneste retningslinjer9,10,11,12. For at overvinde venetransplantatsygdommen, især timal hyperplasi, er det derfor nødvendigt at etablere en relevant forsøgsplatform til yderligere undersøgelser.
Intimal hyperplasi er et adaptivt fænomen, der opstår som reaktion på ændringen i omgivelserne, hvor vaskulære glatte muskelceller (VSMCs) formere sig, ophobes, og generere ekstracellulære matrix i intima. Derfor præsenterer det et fundament for graft atheroma7. I hyperplastiske intima, VSMCs bære spredning, og produktion snarere end sammentrækning, kaldes “fænotypiske forandring”8. Det er et vigtigt forskningsmål at kontrollere fænotypen af VSMCs af venetransplantater for at forebygge venetransplantat sygdom, og talrige grundlæggende undersøgelser er blevet gennemført om dette emne8. Men, en randomiseret kontrolleret klinisk undersøgelse, der havde til formål at opnå farmakologisk kontrol af VSMC fænotype viste begrænsede resultater13. Yderligere, der er ingen standardiserede behandlinger for at forhindre intimal hyperplasi. Mere grundforskning, herunder dyremodelundersøgelser, er nødvendig.
For at fremme forskning på dette område, er det afgørende at etablere en dyremodel, der opsummerer venetransplantater under arterielt blodtryk, så en langsigtet, postoperativ observation. Carrel et al. etableret en hunde model for implantation af den eksterne halspulsåren i halspulsåren14. Der er anvendt en række venetransplantater til at undersøge de fysiologiske og patologiske virkninger af ændringer i arteriel blodtryk, herunder den ringere vena cava indpodet i brystkassen eller abdominal aorta, eller saphenous vene indpodet i lårpulsåren15,16,17. Disse modeller blev bygget i større dyr, såsom svin eller hunde, der er egnet til at efterligne en venetransplantat sygdom i et klinisk tilfælde. Men, etablering af et dyr model, der kan fremstilles uden særlige kirurgiske teknikker og til en lavere pris ville være ideelt for forskere, der forsøger at udvikle en ny terapeutisk strategi for at dæmpe intimal hyperplasi gennem VSMC fænotype kontrol in vivo. I første omgang blev interposition af halspulsåren i halspulsåren i en kanin indført inden for neurokirurgi18,19. Derefter blev det anvendt til forskning i intimal hyperplasi20,21. Den oprindelige model består af venøs interposition alene, hvilket sparer tid. Desuden viste en efterfølgende undersøgelse, at præparatet af en venetransplantat også påvirkede den intimalhyperplasi22. Davies et al. evaluerede effekten af ballonkateterskade på intimal hyperplasi i en kaninvenøs interposition model23,24. Selv om ballonkateterskade ud over veneinterposition var mere relevant for en klinisk indstilling, ønskede man også en mere reproducerbar model. Jiang et al. undersøgte således virkningen af differensflowmiljøer på intimhyperplasi og etablerede en distalegrenligationsom en reproducerbar model25. Men de anvendte en manchet teknik på tidspunktet for vene transplantat interposition, der synes forskellig fra håndsyet anastomose i den kliniske indstilling. I denne protokol rapporterer vi en reproducerbar, klinisk relevant og bredt tilgængelig procedure til fremstilling af en kaninvenøs interposition model til vurdering af intimal hyperplasi under arterielt blodtryk.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne protokol er designet til at give en eksperimentel platform til at teste forskellige molekylære eller genetiske interventioner for VSMCs at kontrollere fænotype fra proliferativ til kontraktile tilstand og efterfølgende dæmpe udviklingen af venøs intimal hyperplasi in vivo. Ved hjælp af denne model, vi med succes forberedt intimal hyperplasi på 2 uger efter operationen (Figur 1A) og angivet det terapeutiske potentiale af microRNA-145 til at kontrollere VSMC fænotype<sup class="x…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af forskningsbevillinger fra Ministeriet for Uddannelse, Kultur, Sport, Videnskab og Teknologi, Japan (25462136).
Materials
| 10% Povidone-iodine solution | Nakakita | 872612 | Surgical expendables |
| 2-0 VICRYL Plus | Johnson and Johnson | VCP316H | Surgical expendables |
| 4-0 Silk suture | Alfresa pharma | GA04SB | Surgical expendables |
| 8-0 polypropylene suture | Ethicon | 8741H | Surgical expendables |
| Cefazorin sodium | Nichi-Iko Pharmaceutical | 6132401D3196 | Antibiotics |
| Fogarty Catheter (2Fr) | Edwards Lifesciences LLC | E-060-2F | Surgical expendables |
| Heparin | Nipro | 873334 | Anticoagulant |
| Intravenous catheter (20G) | Terumo | SR-OT2051C | Surgical expendables |
| Isoflurane | Fujifilm | 095-06573 | Anesthesia |
| Lidocaine hydrochloride | MP Biomedicals | 193917 | Anesthesia |
| Pentobarbital sodium | Tokyo Chemical Industry | P0776 | Anesthesia |
References
- Causes of death, 2000-2016, Global Health Estimates (GHE). World Health Organization (WHO) Available from: https://www.who.int/healthinfo/global_burden_disease/estimates/en/ (2019)
- Benjamin, E. J., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2019 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 139 (10), 56 (2019).
- Norgren, L., et al. Inter-Society Consensus for the Management of Peripheral Arterial Disease (TASC II). Journal of Vascular Surgery. 45, 5-67 (2007).
- Caliskan, E., et al. Saphenous vein grafts in contemporary coronary artery bypass graft surgery. Nature Reviews: Cardiology. , (2020).
- Goldman, S., et al. Long-term patency of saphenous vein and left internal mammary artery grafts after coronary artery bypass surgery: results from a Department of Veterans Affairs Cooperative Study. Journal of the American College of Cardiology. 44 (11), 2149-2156 (2004).
- Muto, A., Model, L., Ziegler, K., Eghbalieh, S. D., Dardik, A. Mechanisms of vein graft adaptation to the arterial circulation: insights into the neointimal algorithm and management strategies. Circulation Journal. 74 (8), 1501-1512 (2010).
- Motwani, J. G., Topol, E. J. Aortocoronary saphenous vein graft disease: pathogenesis, predisposition, and prevention. Circulation. 97 (9), 916-931 (1998).
- Schachner, T. Pharmacologic inhibition of vein graft neointimal hyperplasia. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 131 (5), 1065-1072 (2006).
- Kulik, A., et al. Secondary prevention after coronary artery graft surgery: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 131 (10), 927-964 (2015).
- Gerhard-Herman, M. D., et al. 2016 AHA/ACC Guideline on the Management of Patients With Lower Extremity Peripheral Artery Disease: Executive Summary: A Report of the American College of Cardiology/American Heart Association Task Force on Clinical Practice Guidelines. Circulation. 135 (12), 686-725 (2017).
- Aboyans, V., et al. 2017 ESC Guidelines on the Diagnosis and Treatment of Peripheral Arterial Diseases, in collaboration with the European Society for Vascular Surgery (ESVS): Document covering atherosclerotic disease of extracranial carotid and vertebral, mesenteric, renal, upper and lower extremity arteries Endorsed by: the European Stroke Organization (ESO) The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Peripheral Arterial Diseases of the European Society of Cardiology (ESC) and of the European Society for Vascular Surgery (ESVS). European Heart Journal. 39 (9), 763-816 (2018).
- Neumann, F. J., et al. 2018 ESC/EACTS Guidelines on myocardial revascularization. European Heart Journal. 40 (2), 87-165 (2019).
- Alexander, J. H., et al. Efficacy and safety of edifoligide, an E2F transcription factor decoy, for prevention of vein graft failure following coronary artery bypass graft surgery: PREVENT IV: a randomized controlled trial. Journal of the American Medical Association. 294 (19), 2446-2454 (2005).
- Carrel, A., Guthrie, C. C. Uniterminal and biterminal venous transplantations. Surgery, Gynecology and Obstetrics. 2 (3), 266-286 (1906).
- Nabatoff, R. A., Touroff, A. S. The maximal-size vein graft feasible in the replacement of experimental aortic defects, long term observations concerning the function and ultimate fate of the graft. Bulletin of the New York Academy of Medicine. 28 (9), 616 (1952).
- Kanar, E. A., et al. Experimental vascular grafts. I. The effects of dicetyl phosphate on venous autografts implanted in the thoracic aorta of growing pigs: a preliminary report. Annals of Surgery. 138 (1), 73-81 (1953).
- Jones, T. I., Dale, W. A. Study of peripheral autogenous vein grafts. AMA Archives of Surgery. 76 (2), 294-306 (1958).
- Stehbens, W. E. Experimental production of aneurysms by microvascular surgery in rabbits. Vascular Surgery. 7 (3), 165-175 (1973).
- Bannister, C. M., Mundy, L. A., Mundy, J. E. Fate of small diameter cervical veins grafted into the common carotid arteries of growing rabbits. Journal of Neurosurgery. 46 (1), 72-77 (1977).
- Bergmann, M., Walther, N. Ultrastructural changes of venous autologous bypass grafts in rabbits: correlation of patency and development. Basic Research in Cardiology. 77 (6), 682-694 (1982).
- Murday, A. J., et al. Intimal hyperplasia in arterial autogenous vein grafts: a new animal model. Cardiovascular Research. 17 (8), 446-451 (1983).
- Quist, W. C., LoGerfo, F. W. Prevention of smooth muscle cell phenotypic modulation in vein grafts: a histomorphometric. Journal of Vascular Surgery. 16 (2), 225-231 (1992).
- Davies, M. G., Dalen, H., Svendsen, E., Hagan, P. O. Influence of perioperative catheter injury on the long-term vein graft function and morphology. Journal of Surgical Research. 66 (2), 109-114 (1996).
- Davies, M. G., Dalen, H., Svendsen, E., Hagan, P. O. Balloon catheter injury and vein graft morphology and function. Annals of Vascular Surgery. 10 (5), 429-442 (1996).
- Jiang, Z., et al. A novel vein grat model: adaptation to differential flow environments. American Journal of Physiology Heart and Circulatory Physiology. 286 (1), 240-245 (2004).
- Ohnaka, M., et al. Effect of microRNA-145 to prevent vein graft disease in rabbits by regulation of smooth muscle cell phenotype. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 148 (2), 676-682 (2014).
- Nishio, H., et al. MicroRNA-145-loaded poly(lactic-co-glycolic acid) nanoparticles attenuate venous intimal hyperplasia in a rabbit model. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 157 (6), 2242-2251 (2019).
- Ohno, N., et al. Accelerated reendothelialization with suppressed thrombogenic property and neointimal hyperplasia of rabbit jugular vein grafts by adenovirus-mediated gene transfer of C-type natriuretic peptide. Circulation. 105 (14), 1623-1626 (2002).
- Osgood, M. J., et al. Surgical vein graft preparation promotes cellular dysfunction, oxydative stress, and intimal hyperplasia in human saphenous vein. Journal of Vascular Surgery. 60 (1), 202-211 (2014).
- Shintani, T., et al. Intraoperative transfection of vein grafts with the NFkappaB decoy in a canine aortocoronary bypass model: a strategy to attenuate intimal hyperplasia. Annals of Thoracic Surgery. 74 (4), 1132-1137 (2002).
- Petrofski, J. A., et al. Gene delivery to aortocoronary saphenous vein grafts in a large animal model of intimal hyperplasia. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 127 (1), 27-33 (2004).
- Steger, C. M., et al. Neointimal hyperplasia in a porcine model of vein graft disease: comparison between organ culture and coronary artery bypass grafting. European Surgery. 43 (3), 174-180 (2011).
- Thim, T., et al. Oversized vein grafts develop advanced atherosclerosis in hypercholesterolemic minipigs. BMC Cardiovascular Disorders. 12 (24), (2012).
- Zou, Y., et al. Mouse model of venous bypass graft arteriosclerosis. American Journal of Pathology. 153 (4), 1301-1310 (1998).
- de Vries, M. R., Simons, K. H., Jukema, J. W., Braun, J., Quax, P. H. Vein graft failure: from pathophysiology to clinical outcomes. Nature Reviews Cardiology. 13 (8), 451-470 (2016).
- Dietrich, H., et al. Rapid development of vein graft atheroma in ApoE-deficient mice. American Journal of Pathology. 157 (2), 659-669 (2000).
- Kumar, A., Lindner, V. Remodeling with neointima formation in the mouse carotid artery after cessation of blood flow. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 17 (10), 2238-2244 (1997).
- Lindner, V., Fingerie, J., Reidy, M. A. Mouse model of arterial injury. Circulation Research. 73 (5), 792-796 (1993).
- Moroi, M., et al. Interaction of genetic deficiency of endothelial nitric oxide, gender, and pregnancy in vascular response to injury in mice. Journal of Clinical Investigation. 101 (6), 1225-1232 (1998).
