Summary

Venstre fremre synkende koronararterieligering for iskemi-reperfusjonsforskning: modellforbedring via tekniske modifikasjoner og kvalitetskontroll

Published: December 16, 2022
doi:

Summary

Her presenterer vi en protokoll som fokuserer på kvalitetskontroll av venstre fremre synkende koronararterieligering ved teknisk modifisering av den tradisjonelle prosedyren hos rotter for akutt myokardiskemi-reperfusjonsforskning.

Abstract

Koronar hjertesykdom er den ledende dødsårsaken globalt. Fullstendig opphør av blodstrømmen i koronararteriene forårsaker ST-segmentelevasjonsinfarkt (STEMI), noe som resulterer i kardiogent sjokk og dødelig arytmi, som er forbundet med høy dødelighet. Primær koronar intervensjon (PCI) for rekanalisering av koronararterien forbedrer resultatene av STEMI betydelig, men fremskritt som er gjort for å forkorte dør-til-ballongtiden, har ikke klart å redusere dødeligheten på sykehuset, noe som tyder på at ytterligere terapeutiske strategier er nødvendige. Venstre fremre synkende koronararterie (LAD) ligering hos rotter er en dyremodell for akutt myokardial IR-forskning som er sammenlignbar med det kliniske scenariet der rask koronar rekanalisering gjennom PCI brukes til STEMI; PCI-indusert ST-elevasjonsinfarkt er imidlertid en teknisk utfordrende og komplisert operasjon forbundet med høy dødelighet og stor variasjon i infarktstørrelse. Vi identifiserte den ideelle posisjonen for LAD ligering, opprettet en gadget for å kontrollere en skarptrommesløyfe, og støttet en modifisert kirurgisk manøver, og dermed redusere vevskader, for å etablere en pålitelig og reproduserbar akutt myokardiskemi-reperfusjon (IR) forskningsprotokoll for rotter. Dette er en ikke-overlevelse kirurgi. Vi foreslår også en metode for å validere kvaliteten på studieresultatene, noe som er et kritisk skritt for å bestemme nøyaktigheten av påfølgende biokjemiske analyser.

Introduction

Iskemisk hjertesykdom er en ledende dødsårsak over hele verden 1,2. I tillegg til kontroll av modifiserbare risikofaktorer for å forebygge utvikling av koronar hjertesykdom, er terapeutiske strategier avgjørende for akutt koronarsyndrom 3,4. Kardiogent sjokk og fatal arytmi ved akutt ST-elevasjonsinfarkt (STEMI) er funnet å øke sannsynligheten for sykehusdødelighet 5,6,7,8. Primær perkutan koronar intervensjon (PCI) er den foretrukne behandlingen ved ST-elevasjonsinfarkt 9,10,11; De terapeutiske effektene har imidlertid et tak når dør-til-ballong-tiden er <90 min12,13. Ytterligere strategier er nødvendige for ytterligere å forbedre de kliniske resultatene av sykdommen 14,15,16,17,18,19.

Et akutt myokardiskemi-reperfusjonseksperiment (IR) som involverer venstre fremre synkende arterie (LAD) ligering hos rotter er en av dyremodellene som kan sammenlignes med det kliniske scenariet, hvor korte dør-til-ballongtider kreves for pasienter med ST-elevasjonsinfarkt for å redde hjertet fra iskemisk skade. Operasjonsindusert ST-elevasjonsinfarkt hos små dyr er imidlertid ofte teknisk utfordrende fordi det er en kompleks operasjon forbundet med høy dødelighet og stor variasjon i infarktstørrelse 20,21,22,23,24. For å overvinne den tekniske utfordringen utviklet denne studien en omfattende og effektiv dyremodell hos rotter (fordi de er større enn mus) for å etablere en pålitelig og reproduserbar akutt myokardial IR-forskningsprotokoll gjennom teknisk modifikasjon. Den foreslåtte protokollen resulterer i færre kirurgiske komplikasjoner, mindre vevskader og mindre sannsynlighet for dødelighet under operasjonen. I tillegg ble det brukt en prosedyre for å måle infarktstørrelse og risikoområde (AAR) og dermed verifisere kvaliteten på studieresultatene. Den foreslåtte protokollen kan brukes til å undersøke de patofysiologiske prosessene for akutt myokardial IR-stress for å utvikle nye terapeutiske strategier mot skaden.

Protocol

Alle dyreforsøk ble utført i samsvar med Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, utgitt av US National Institutes of Health (NIH publikasjon nr. 85-23, revidert 1996). Studieprotokollen ble godkjent av og i samsvar med retningslinjene fra Institutional Animal Care and Use Committee ved Fu-Jen katolske universitet. 1. Forberedelse før kirurgi Tilberedning av saltvann våte bomullsballerTa på en kirurgisk maske og hansker. Klem av en li…

Representative Results

Ved slutten av myokardiskemi og reperfusjon bør kvaliteten på LAD-ligering vurderes før ytterligere biokjemiske eller molekylære analyser. Tilstrekkeligheten av LAD-okklusjon gjennom ligering ble bestemt ved å injisere 1 ml 2% Evans blå fargestoff gjennom det sentrale venekateteret. Deretter ble myokard med koronar perfusjon farget blått sammenliknet med det ikke-perfunderte området, som forble rødt (figur 1A). Den røde regionen er AAR av hjerteinfarkt.<…

Discussion

Den foreslåtte protokollen har flere særegne egenskaper, for eksempel å identifisere den nøyaktige posisjonen for LAD-ligering, lage en gadget for å kontrollere en skarptrommeløyfe i en enkelt sutur, og støtte en modifisert kirurgisk manøver for å redusere vevskader, og dermed gjøre det mulig for forskere å ligere LAD nøyaktig, sikkert og konsekvent, samt kontrollere tilstanden til skarptrommesløyfen umiddelbart for akutt myokardial IR-forskning.

Plasseringen av LAD ligering påvi…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne modellen ble utviklet med økonomisk støtte fra departementet for vitenskap og teknologi, Taiwan (MOST 109-2320-B-030-006-MY3).

Materials

Evan’s blue Sigma Aldrich E2129
Forceps Shinva
Pentobarbital Sigma Aldrich 1507002
Scalpel blades Shinva s2646
Scalpel handles Shinva
Silk sutures SharpointTM DC-2150N
Surgical needle AnchorTM
Triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution Solarbio T8170-1
Ventilator Harvard Rodent Ventilator

References

  1. Khan, M. A., et al. Global epidemiology of ischemic heart disease: Results from the global burden of disease study. Cureus. 12 (7), 9349 (2020).
  2. Nowbar, A. N., Gitto, M., Howard, J. P., Francis, D. P., Al-Lamee, R. Mortality from ischemic heart disease. Circulation: Cardiovascular Quality and Outcomes. 12 (6), 005375 (2019).
  3. Kuo, F. Y., et al. Effect of CYP2C19 status on platelet reactivity in Taiwanese acute coronary syndrome patients switching to prasugrel from clopidogrel: Switch Study. Journal of the Formosan Medical Association. , (2022).
  4. Li, Y. H., et al. Guidelines of the Taiwan Society of Cardiology, Taiwan Society of Emergency Medicine and Taiwan Society of Cardiovascular Interventions for the management of non ST-segment elevation acute coronary syndrome. Journal of the Formosan Medical Association. 117 (9), 766-790 (2018).
  5. Liu, Y. B., et al. Dyslipidemia is associated with ventricular tachyarrhythmia in patients with acute ST-segment elevation myocardial infarction. Journal of the Formosan Medical Association. 105 (1), 17-24 (2006).
  6. Anghel, L., Sascău, R., Stătescu, C. Myocardial infarction with cardiogenic shock-the experience of a primary PCI center from North-East Romania. Signa Vitae. 17 (5), 64-70 (2021).
  7. Samat, A. H. A., Embong, H., Harunarashid, H., Maskon, O. Predicting ventricular arrhythmias and in-hospital mortality in acute coronary syndrome patients presenting to the emergency department. Signa Vitae. 16 (1), 55-64 (2020).
  8. Wang, Y. C., et al. Outcome of primary percutaneous coronary intervention in octogenarians with acute myocardial infarction. Journal of the Formosan Medical Association. 105 (6), 451-458 (2006).
  9. Markovic, D., et al. Effects of a percutaneous coronary intervention or conservative treatment strategy on treatment outcomes in elderly female patients with acute coronary syndrome. Signa Vitae. 12 (1), 96-100 (2016).
  10. Hannan, E. L., et al. Effect of onset-to-door time and door-to-balloon time on mortality in patients undergoing percutaneous coronary interventions for ST-segment elevation myocardial infarction. American Journal of Cardiology. 106 (2), 143-147 (2010).
  11. McNamara, R. L., et al. Effect of door-to-balloon time on mortality in patients with ST-segment elevation myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology. 47 (11), 2180-2186 (2006).
  12. Pehnec, Z., Sinkovië, A., Kamenic, B., Marinšek, M., Svenšek, F. Baseline characteristics, time-to-hospital admission and in-hospital outcomes of patients hospitalized with ST-segment elevation acute coronary syndromes, 2002 to 2005. Signa Vitae. 4 (1), 14-20 (2009).
  13. Menees, D. S., et al. Door-to-balloon time and mortality among patients undergoing primary PCI. The New England Journal of Medicine. 369 (10), 901-909 (2013).
  14. Ku, H. C., Chen, W. P., Su, M. J. DPP4 deficiency preserves cardiac function via GLP-1 signaling in rats subjected to myocardial ischemia/reperfusion. Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology. 384 (2), 197-207 (2011).
  15. Lee, S. Y., Ku, H. C., Kuo, Y. H., Chiu, H. L., Su, M. J. Pyrrolidinyl caffeamide against ischemia/reperfusion injury in cardiomyocytes through AMPK/AKT pathways. Journal of Biomedical Science. 22 (1), 18 (2015).
  16. Ku, H. C., et al. TM-1-1DP exerts protective effect against myocardial ischemia reperfusion injury via AKT-eNOS pathway. Naunyn-Schmiedeberg’s Archives of Pharmacology. 388 (5), 539-548 (2015).
  17. Ku, H. C., Lee, S. Y., Yang, K. C., Kuo, Y. H., Su, M. J. Modification of caffeic acid with pyrrolidine enhances antioxidant ability by activating AKT/HO-1 pathway in heart. PLoS ONE. 11 (2), 0148545 (2016).
  18. Alonso-Herranz, L., et al. Macrophages promote endothelial-to-mesenchymal transition via MT1-MMP/TGFbeta1 after myocardial infarction. eLife. 9, 57920 (2020).
  19. Liu, J., Zheng, X., Zhang, C., Zhang, C., Bu, P. Lcz696 alleviates myocardial fibrosis after myocardial infarction through the sFRP-1/Wnt/beta-catenin signaling pathway. Frontiers in Pharmacology. 12, 724147 (2021).
  20. Goldman, S., Raya, T. E. Rat infarct model of myocardial infarction and heart failure. Journal of Cardiac Failure. 1 (2), 169-177 (1995).
  21. Ke, J., Zhu, C., Zhang, Y., Zhang, W. Anti-arrhythmic effects of linalool via Cx43 expression in a rat model of myocardial infarction. Frontiers in Pharmacology. 11, 926 (2020).
  22. Houde, M., et al. Mouse mast cell protease 4 deletion protects heart function and survival after permanent myocardial infarction. Frontiers in Pharmacology. 9, 868 (2018).
  23. Chen, J., Ceholski, D. K., Liang, L., Fish, K., Hajjar, R. J. Variability in coronary artery anatomy affects consistency of cardiac damage after myocardial infarction in mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 313 (2), 275-282 (2017).
  24. Kainuma, S., et al. Influence of coronary architecture on the variability in myocardial infarction induced by coronary ligation in rats. PLoS ONE. 12 (8), 0183323 (2017).
  25. Heil, J., Schlapfer, M. A reproducible intensive care unit-oriented endotoxin model in rats. Journal of Visualized Experiments. (168), e62024 (2021).
  26. Schleimer, K., et al. Training a sophisticated microsurgical technique: Interposition of external jugular vein graft in the common carotid artery in rats. Journal of Visualized Experiments. (69), e4124 (2012).
  27. Lindsey, M. L., et al. Guidelines for experimental models of myocardial ischemia and infarction. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 314 (4), 812-838 (2018).
  28. Li, H., et al. A new model of heart failure post-myocardial infarction in the rat. Journal of Visualized Experiments. (172), e62540 (2021).
  29. Opitz, C. F., Mitchell, G. F., Pfeffer, M. A., Pfeffer, J. M. Arrhythmias and death after coronary artery occlusion in the rat. Continuous telemetric ECG monitoring in conscious, untethered rats. Circulation. 92 (2), 253-261 (1995).
  30. Kawashima, T., Sato, F. Clarifying the anatomy of the atrioventricular node artery. International Journal of Cardiology. 269, 158-164 (2018).
  31. Vikse, J., et al. Anatomical variations in the sinoatrial nodal artery: A meta-analysis and clinical considerations. PLoS ONE. 11 (2), 0148331 (2016).
  32. Xu, Z., Alloush, J., Beck, E., Weisleder, N. A murine model of myocardial ischemia-reperfusion injury through ligation of the left anterior descending artery. Journal of Visualized Experiments. (86), e51329 (2014).
  33. Klocke, R., Tian, W., Kuhlmann, M. T., Nikol, S. Surgical animal models of heart failure related to coronary heart disease. Cardiovascular Research. 74 (1), 29-38 (2007).
  34. De Villiers, C., Riley, P. R. Mouse models of myocardial infarction: Comparing permanent ligation and ischemia-reperfusion. Disease Models & Mechanisms. 13 (11), (2020).
  35. Reichert, K., et al. Murine left anterior descending (LAD) coronary artery ligation: An improved and simplified model for myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (122), e55353 (2017).
  36. Lugrin, J., Parapanov, R., Krueger, T., Liaudet, L. Murine myocardial infarction model using permanent ligation of left anterior descending coronary artery. Journal of Visualized Experiments. (150), e59591 (2019).
  37. Wu, Y., Yin, X., Wijaya, C., Huang, M. H., McConnell, B. K. Acute myocardial infarction in rats. Journal of Visualized Experiments. (48), e2464 (2011).
  38. Muthuramu, I., Lox, M., Jacobs, F., De Geest, B. Permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in mice: a model of post-myocardial infarction remodelling and heart failure. Journal of Visualized Experiments. (94), e52206 (2014).
  39. Langer, K. On the anatomy and physiology of the skin. British Journal of Plastic Surgery. 31 (4), 277-278 (1978).
  40. Carmichael, S. W. The tangled web of Langer’s lines. Clinical Anatomy. 27 (2), 162-168 (2014).
  41. Chang, L. R., Marston, G., Martin, A. Anatomy, Cartilage. StatPearls. , (2022).
  42. Kolk, M. V., et al. LAD-ligation: A murine model of myocardial infarction. Journal of Visualized Experiments. (32), e1438 (2009).

Play Video

Cite This Article
Ku, H., Chien, D., Chao, C., Lee, S. Left Anterior Descending Coronary Artery Ligation for Ischemia-Reperfusion Research: Model Improvement via Technical Modifications and Quality Control. J. Vis. Exp. (190), e63921, doi:10.3791/63921 (2022).

View Video