En råtta modell av tryck överbelastning inducerad måttlig remodeling och systolisk dysfunktion i motsats till overt systolisk hjärtsvikt

Summary

Vi beskriver skapandet av en råtta modell av tryck överbelastning inducerad måttlig remodeling och tidig systolisk dysfunktion där signal transduktion vägar som deltar i inledandet av remodeling processen aktiveras. Denna djurmodell kommer att bidra till att identifiera molekylära mål för att tillämpa tidiga terapeutiska anti-remodeling strategier för hjärtsvikt.

Abstract

Som svar på en skada, såsom hjärtinfarkt, långvarig hypertoni eller ett kardiotoxiskt medel, hjärtat inledningsvis anpassar sig genom aktivering av signaltransduktion vägar, att motverka, på kort sikt, för hjärt myocyte förlust och eller ökningen av vägg stress. Långvarig aktivering av dessa vägar blir dock skadligt leder till inledande och spridning av hjärt remodeling leder till förändringar i vänster Ventrikulärt geometri och ökningar av vänster Ventrikulärt volymer; en fenotyp sett hos patienter med systolisk hjärtsvikt (HF). Här beskriver vi skapandet av en råtta modell av tryck överbelastning inducerad måttlig ombyggnad och tidig systolisk dysfunktion (MOD) genom stigande kolorektal ränder (AAB) via en vaskulär klämma med ett inre område på 2 mm². Operationen utförs i 200 g Sprague-Dawley råttor. MOD HF fenotyp utvecklas vid 8-12 veckor efter AAB och kännetecknas noninvasively med hjälp av ekokardiografi. Tidigare arbete föreslår aktivering av signaltransduktion vägar och förändrade genuttryck och post-translationell modifiering av proteiner i MOD HF fenotyp som efterliknar de som ses i mänskliga systolisk HF; Därför, vilket gör MOD HF fenotyp en lämplig modell för translationell forskning för att identifiera och testa potentiella terapeutiska anti-remodeling mål i HF. Fördelarna med MOD HF fenotyp jämfört med den overt systolic HF fenotyp är att det möjliggör identifiering av molekylära mål som deltar i den tidiga ombyggnadsprocessen och tidig tillämpning av terapeutiska interventioner. Begränsningen av MOD HF fenotyp är att det inte kan efterlikna spektrumet av sjukdomar som leder till systoliskt HF hos människa. Dessutom är det en utmanande fenotyp att skapa, eftersom AAB kirurgi är associerad med hög dödlighet och felfrekvens med endast 20% av opererade råttor utveckla önskad HF fenotyp.

Introduction

Hjärtsvikt (HF) är en utbredd sjukdom och är associerad med hög sjuklighet och dödlighet¹. Gnagare tryck-överbelastning (PO) modeller av HF, som produceras av stigande eller tvärgående kolorektal ränder, används ofta för att utforska molekylära mekanismer som leder till HF och för att testa potentiella nya terapeutiska mål i HF. De härmar också förändringar sett i mänskliga HF sekundärt till långvarig systemisk hypertoni eller svår aortastenos. Efter PO, den vänstra Ventrikulärt (LV) väggen ökar gradvis i tjocklek, en process som kallas koncentriska LV hypertrofi (LVH), för att kompensera och anpassa sig till ökningen av LV vägg stress. Detta är dock förknippat med aktivering av ett antal maladaptiva signalvägar, vilket leder till derangements i kalcium cykling och homeostas, metabolisk och extracellulär matris remodeling och förändringar i genuttryck samt förbättrad apoptos och autofagi^2,3,4,5,6. Dessa molekylära förändringar utgör utlösande faktor för initiering och spridning av hjärtinfarkt remodeling och övergång till en dekompenserad HF fenotyp.

Trots användning av inavlade gnagare stammar och standardisering av klippstorlek och kirurgisk teknik, det finns enorma fenotypiska variationer i LV kammare struktur och funktion i kolorektal ränder modeller^7,8,9. Fenotypisk variabilitet som uppstått efter PO hos råtta, Sprague-Dawley stam, beskrivs någon annanstans^10,11. Av dessa, två HF fenotyper påträffas med bevis på hjärtinfarkt remodeling och aktivering av signal transduktion vägar som leder till ett tillstånd av förhöjd oxidativ stress. Detta är förknippat med metabolisk ombyggnad, förändrad genuttryck och förändringar i posttranslational modifiering av proteiner, helt spelar en roll i ombyggnadsprocessen^10,12. Den första är en fenotyp av måttlig remodeling och tidig systolisk dysfunktion (MOD) och den andra är en fenotyp av öppna systoliskt HF (HFrEF).

PO-modellen av HF är fördelaktigt jämfört med hjärtinfarkt (MI) modell av HF eftersom PO-inducerad omkrets och meridional vägg spänningar är homogent fördelade över alla segment av hjärtmuskeln. Emellertid, båda modellerna lider av variationer i svårighetsgraden av PO^10,11 och i infarct storlek^13,14 tillsammans med intensiv inflammation och ärrbildning vid infarct plats¹⁵ samt vidhäftning till bröstväggen och omgivande vävnader, som observeras i MI-modellen av HF. Dessutom är råtta PO inducerad HF modell utmanande att skapa eftersom det är förknippat med hög dödlighet och felfrekvens¹⁰, med endast 20% av de opererade råttor utveckla MOD HF fenotyp¹⁰.

MOD är en attraktiv HF fenotyp och utgör en utveckling av den traditionellt skapade HFrEF fenotyp eftersom det möjliggör tidig inriktning av signaltransduktion vägar som spelar en roll i hjärtinfarkt remodeling, särskilt när det gäller perturbationer i mitokondriell dynamik och funktion, hjärtinfarkt metabolism, kalcium cykling och extra matrix remodeling. Dessa patofysiologiska processer är mycket uppenbara i MOD HF fenotyp¹¹. I detta manuskript beskriver vi hur man skapar MOD och HFrEF fenotyper och vi tar itu med fallgropar när du utför stigande kolorektal ränder (AAB) förfarande. Vi utvecklar också hur man bäst karakterisera genom ekokardiografi de två HF fenotyper, MOD och HFrEF, och hur man skiljer dem från andra fenotyper som misslyckas med att utveckla allvarliga PO eller som utvecklar allvarliga PO och koncentriska remodeling men utan betydande excentrisk remodeling.

Protocol

Alla metoder och procedurer som beskrivs här har godkänts av Institutionsdjurvård och användningskommittén (IACUC) vid Tulane University School of Medicine. 1. Verktyg och instrument för skapande av AAB-modeller Få desinfektionsmedel, såsom 70% isopropylalkohol och povidone-jod. Få ketamin och xyazin för anestesi och buprenorfin för analgesi. Få en värmedyna och tung absorbens disponibel underpad med måtten 18 inches x 30 inches. Få en 100…

Representative Results

Karakterisering av HF fenotyper, som utvecklar 8-12 veckor efter AAB, kan enkelt utföras via ekokardiografi. Representativa M-läge bilder av Sham, Vecka 3 post-AAB, MOD och HFrEF fenotyper presenteras i figur 1A. Figur 1B och figur 1C visar kärlklippsstorleken för skapandet av FENOTYPEN MOD HF och HFrEF-fenotypen. LV-end-diastolic (LVEDV) och end-systoliskt (…

Discussion

Efter PO relaterade till AAB hos råtta, LV genomgår koncentriska remodeling genom att öka LV väggtjocklek, känd som koncentriska LVH, som en kompensatorisk mekanism för att motverka för ökningen av LV vägg stress. Ökningen av LV väggtjocklek blir märkbar under den första veckan efter AAB och når sin maximala tjocklek på 2-3 veckor efter AAB. Under denna tidsperiod leder aktivering av maladaptiva signaltransduktionsvägar till progressiv utvidgning av LV med ökningar i LV-volymer, en process som kallas exc…

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