En rottemodell av trykkoverbelastning indusert moderat remodeling og systolisk dysfunksjon i motsetning til overt systolisk hjertesvikt

Summary

Vi beskriver opprettelsen av en rottemodell av trykkoverbelastning indusert moderat ombygging og tidlig systolisk dysfunksjon hvor signaltransduksjonsveier som er involvert i initiering av ombyggingsprosessen aktiveres. Denne dyremodellen vil hjelpe til med å identifisere molekylære mål for å bruke tidlige terapeutiske anti-remodeling strategier for hjertesvikt.

Abstract

Som svar på en skade, som hjerteinfarkt, langvarig hypertensjon eller et kardiotoksisk middel, tilpasser hjertet seg i utgangspunktet gjennom aktivering av signaltransduksjonsveier, for å motvirke, på kort sikt, for hjertemyocyttertap og eller økningen i veggstress. Imidlertid blir langvarig aktivering av disse banene skadelig som fører til initiering og forplantning av hjerteremodellering som fører til endringer i venstre ventrikulær geometri og økninger i venstre ventrikulære volumer; fenotype sett hos pasienter med systolisk hjertesvikt (HF). Her beskriver vi opprettelsen av en rottemodell av trykkoverbelastning indusert moderat ombygging og tidlig systolisk dysfunksjon (MOD) ved å klatre opp aortabånd (AAB) via et vaskulært klipp med et internt område på 2 mm². Operasjonen utføres i 200 g Sprague-Dawley rotter. MOD HF fenotype utvikler seg ved 8-12 uker etter AAB og er karakterisert ikke invasivt ved hjelp av ekkokardiografi. Tidligere arbeid antyder aktivering av signaltransduksjonsveier og endret genuttrykk og post-translasjonell modifikasjon av proteiner i MOD HF fenotype som etterligner de som er sett i menneskelig systolisk HF; Derfor gjør MOD HF fenotype en egnet modell for translasjonell forskning for å identifisere og teste potensielle terapeutiske anti-remodeling mål i HF. Fordelene med MOD HF fenotype sammenlignet med den overt systolisk HF fenotype er at det tillater identifisering av molekylære mål involvert i tidlig ombygging sprosessen og tidlig anvendelse av terapeutiske intervensjoner. Begrensningen av MOD HF fenotypen er at det ikke kan etterligne spekteret av sykdommer som fører til systolisk HF hos mennesker. Videre er det en utfordrende fenotype å skape, da AAB-operasjonen er forbundet med høy dødelighet og sviktrater med bare 20% av opererte rotter som utvikler ønsket HF fenotype.

Introduction

Hjertesvikt (HF) er en utbredt sykdom og er forbundet med høy sykelighet og dødelighet¹. Gnagertrykkoverbelastningsmodeller (PO) av HF, produsert ved stigende eller tverrgående aortabånd, brukes ofte til å utforske molekylære mekanismer som fører til HF og for å teste potensielle nye terapeutiske mål i HF. De etterligner også endringer sett i menneskelig HF sekundær tretter til langvarig systemisk hypertensjon eller alvorlig aortastenose. Etter PO øker venstre ventrikulær (LV) veggen gradvis i tykkelse, en prosess kjent som konsentrisk LV hypertrofi (LVH), for å kompensere og tilpasse seg økningen i LV veggstress. Dette er imidlertid forbundet med aktivering av en rekke maladaptive signalveier, noe som fører til derangements i kalsiumsykling og homeostase, metabolsk og ekstracellulær matriseremodeling og endringer i genuttrykk samt forbedret apoptose og autofagi^2,3,4,5,6. Disse molekylære endringene utgjør utløseren for initiering og forplantning av myokardremodellering og overgang til en dekompensert HF fenotype.

Til tross for bruk av innavlede gnagerstammer og standardisering av klipsstørrelse og kirurgisk teknikk, er det enorm fenotypisk variasjon i LV kammerstruktur og funksjon i aortabåndmodeller^7,8,9. Den fenotypic variabilitet oppstått etter PO i rotte, Sprague-Dawley belastning, er beskrevet andre steder^10,11. Av disse oppstår to HF fenotyper med bevis på myokardremodellering og aktivering av signaltransduksjonsveier som fører til en tilstand av økt oksidativt stress. Dette er forbundet med metabolsk ombygging, endret genuttrykk og endringer i posttranslational modifisering av proteiner, helt spiller en rolle i ombyggingsprosessen^10,12. Den første er en fenotype av moderat ombygging og tidlig systolisk dysfunksjon (MOD) og den andre er en fenotype av overt systolisk HF (HFrEF).

PO-modellen av HF er en fordel over myokardinfarkt (MI) modellen av HF fordi po-indusert omkrets og meridional vegg påkjenninger er homogent fordelt på tvers av alle segmenter av myokardiet. Imidlertid lider begge modellene av variasjon i alvorlighetsgraden av PO^10,11 og i infarkt størrelse^13,14 sammen med intens betennelse og arrdannelse på infarktstedet¹⁵ samt vedhendehet til brystveggen og omkringliggende vev, som observeres i MI-modellen av HF. Videre er rottePO indusert HF-modellen utfordrende å skape da den er forbundet med høy dødelighet og sviktrater¹⁰, med bare 20% av de opererte rotter som utvikler MOD HF fenotype¹⁰.

MOD er en attraktiv HF fenotype og utgjør en utvikling av den tradisjonelt opprettede HFrEF fenotype som det gjør det mulig for tidlig målretting av signal transduksjon veier som spiller en rolle i myokardial remodeling, spesielt når det gjelder perturbasjoner i mitokondriedynamikk og funksjon, hjerteinfarkt metabolisme, kalsium sykling og ekstracellulær matrise remodeling. Disse patofysiologiske prosessene er svært tydelige i MOD HF fenotype¹¹. I dette manuskriptet beskriver vi hvordan du oppretter MOD og HFrEF fenotyper, og vi adresserer fallgruver mens vi utfører den stigende aortabanding (AAB) prosedyren. Vi utdyper også hvordan man best kan karakterisere ved ekkokardiografi de to HF fenotypene, MOD og HFrEF, og hvordan du skiller dem fra andre fenotyper som ikke utvikler alvorlig PO eller som utvikler alvorlig PO og konsentrisk ombygging, men uten betydelig eksentrisk ombygging.

Protocol

Alle metoder og prosedyrer beskrevet her er godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved Tulane University School of Medicine. 1. Verktøy og instrumenter for Oppretting av AAB-modell Få desinfeksjonsmidler, som 70% isopropylalkohol og povidonjod. Få ketamin og xylazin for anestesi og buprenorfin for analgesi. Få en varmepute og tung absorbency disponibel underpad med dimensjoner på 18 inches x 30 inches. Få en 100% bomull hys…

Representative Results

Karakterisering av HF fenotyper, som utvikler 8-12 uker etter AAB, kan lett utføres via ekkokardiografi. Representative M-modus bilder av Sham, Uke 3 post-AAB, MOD og HFrEF fenotyper er presentert i figur 1A. Figur 1B og figur 1C viser vaskulær klipsstørrelse for opprettelsen av mod HF fenotype og HFrEF fenotype, henholdsvis. LV end-diastolisk (LVEDV) og end-s…

Discussion

Etter PO relatert til AAB i rotte, LV gjennomgår konsentrisk ombygging ved å øke LV veggtykkelse, kjent som konsentrisk LVH, som en kompenserende mekanisme for å motvirke for økningen i LV vegg stress. Økning i LV veggtykkelse blir merkbar i løpet av den første uken etter AAB og når sin maksimale tykkelse på 2-3 uker etter AAB. I løpet av denne tidsperioden fører aktivering av maladaptive signaltransduksjonsveier til progressiv utvidelse av LV med økninger i LV-volumer, en prosess kjent som eksentrisk hypert…

Materials

Adson forceps	F.S.T.	11019-12	surgical tool
Alm chest retractor with blunt teeth	ROBOZ	RS-6510	surgical tool
Graefe forceps, curved	F.S.T.	11152-10	surgical tool
Halsted-Mosquito Hemostats, straight	F.S.T.	13010-12	surgical tool
Hardened fine iris scissors, straight	Fine Science Tools F.S.T.	14090-11	surgical tool
hemoclip traditional-stainless steel ligating clips	Weck	523435	surgical tool
Mayo-Hegar needle holder	F.S.T.	12004-18	surgical tool
mechanical ventilator	CWE inc	SAR-830/AP	mechanical ventilator for small animals
Weck stainless steel Hemoclip ligation	Weck	533140	surgical tool