Opstelling en bevestiging van een postnataal muismodel met overbelasting van het rechterventrikelvolume
Summary
Dit protocol presenteert de opstelling en bevestiging van een postnataal rechterventrikelvolume-overbelasting (VO)-model bij muizen met abdominale arterioveneuze fistel (AVF), dat kan worden toegepast om te onderzoeken hoe VO bijdraagt aan de postnatale hartontwikkeling.
Abstract
Rechterventrikel (RV) volumeoverbelasting (VO) komt vaak voor bij kinderen met een aangeboren hartafwijking. Met het oog op verschillende ontwikkelingsstadia kan het RV-myocardium anders reageren op VO bij kinderen dan bij volwassenen. De huidige studie heeft tot doel een postnataal RV VO-model op te stellen bij muizen met behulp van een gemodificeerde abdominale arterioveneuze fistel. Om de aanmaak van VO en de volgende morfologische en hemodynamische veranderingen van de RV te bevestigen, werden gedurende 3 maanden abdominale echografie, echocardiografie en histochemische kleuring uitgevoerd. Als gevolg hiervan vertoonde de procedure bij postnatale muizen een acceptabele overleving en slagingspercentage van fistels. Bij VO-muizen werd de RV-holte vergroot met een verdikte vrije wand en werd het slagvolume binnen 2 maanden na de operatie met ongeveer 30%-40% verhoogd. Daarna nam de systolische druk van RV toe, werd overeenkomstige longklepregurgitatie waargenomen en trad kleine remodellering van de longslagader op. Concluderend is gemodificeerde arterioveneuze fistelchirurgie (AVF) haalbaar om het RV VO-model bij postnatale muizen vast te stellen. Gezien de waarschijnlijkheid van fistelsluiting en verhoogde weerstand van de longslagader, moeten echografie van de buik en echocardiografie worden uitgevoerd om de modelstatus vóór toepassing te bevestigen.
Introduction
Volumeoverbelasting (VO) van het rechterventrikel (RV) komt vaak voor bij kinderen met een aangeboren hartafwijking (CHD), wat leidt tot pathologische myocardiale remodellering en een slechte prognose op lange termijn 1,2,3. Een diepgaand begrip van RV-remodellering en gerelateerde vroege gerichte interventies is essentieel voor een goed resultaat bij kinderen met CHD. Er zijn verschillende verschillen in de moleculaire structuren, fysiologische functies en reacties op stimuli in de harten van volwassenen en kinderen 1,4,5,6. Onder invloed van drukoverbelasting is de proliferatie van cardiomyocyten bijvoorbeeld de belangrijkste reactie in neonatale harten, terwijl fibrose optreedt in volwassen harten 5,6. Bovendien hebben veel effectieve geneesmiddelen bij de behandeling van hartfalen bij volwassenen geen therapeutisch effect op hartfalen bij kinderen en kunnen ze zelfs verdere schade veroorzaken 7,8. Daarom kunnen conclusies van volwassen dieren niet rechtstreeks worden toegepast op jonge dieren.
Het arterioveneuze fistelmodel (AVF) wordt al tientallen jaren gebruikt om chronische hart-VO en bijbehorende hartdisfunctie te induceren bij volwassen dieren van verschillende soorten 9,10,11,12,13. Er is echter weinig bekend over het model bij postnatale muizen. In onze eerdere studies werd met succes een VO postnataal muismodel gegenereerd door het maken van een abdominale AVF. Het veranderde RV-ontwikkelingstraject in het postnatale hart werd ook aangetoond14,15,16,17.
Om het onderliggende gemodificeerde chirurgische proces en de kenmerken van het huidige model te onderzoeken, wordt een gedetailleerd protocol gepresenteerd; Het model wordt in deze studie gedurende 3 maanden geëvalueerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Voorheen werd het klassieke RV VO-model gemaakt met behulp van klepregurgitatie21; in vergelijking met AVF kan openhartklepchirurgie echter meer geavanceerde technieken vereisen en kan het in verband worden gebracht met een aanzienlijk hogere mortaliteit, vooral bij postnatale muizen. Omdat dierstudies hebben aangetoond dat hetzelfde effect van VO is bereikt door AVF22, werd in deze studie een aangepaste abdominale fisteloperatie met minder trauma gebruikt.
<p class="jo…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Science Foundation of China (nr. 82200309) en het Innovation Project of Distinguished Medical Team in Ningbo (nr. 2022020405)
Materials
| 70% Ethanol | Tiandz,Chia | ||
| ACETAMINOPHEN Oral Solution | VistaPharm, Inc. Largo, FL 33771, USA | NDC 66689-054-01 | |
| Anesthesia machine | RWD Life Science,China | R550IP | |
| Anesthesia mask | RWD Life Science,China | 68680 | |
| C57BL/6 mice | Xipu’er-bikai Experimental Animal Co., Ltd (Shanghai, China) | ||
| Hair removal cream | Veet, France | VT-200 | |
| Hematoxylin and eosin Kit | Beyotime biotech | C0105M | |
| Isoflurane | RWD Life Science,China | R510-22-10 | |
| Microscope | Yuyan Instruments, China | SM-301 | |
| Surgical suture needles | NINGBO MEDICAL NEEDLE CO.,LTD, China | ||
| Thermostatic heating platform | Qingdao Juchuang Environmental Protection Group Co., Ltd, China | ||
| Ultrasound device | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | Image modes includes B-Mode, Color Doppler Mode and Pulsed Wave Doppler Mode |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories,United States | REF 01-08 | |
| Ultrasound transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | MS 400 |
References
- Sanz, J., Sanchez-Quintana, D., Bossone, E., Bogaard, H. J., Naeije, R. Anatomy, function, and dysfunction of the right ventricle: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 73 (12), 1463-1482 (2019).
- Alonso-Gonzalez, R., Dimopoulos, K., Ho, S., Oliver, J. M., Gatzoulis, M. A. The right heart and pulmonary circulation (IX). The right heart in adults with congenital heart disease. Revista Española de Cardiología. 63 (9), 1070-1086 (2010).
- Kovacs, A., Lakatos, B., Tokodi, M., Merkely, B. Right ventricular mechanical pattern in health and disease: beyond longitudinal shortening. Heart Failure Reviews. 24 (4), 511-520 (2019).
- Ye, L., et al. Role of blood oxygen saturation during postnatal human cardiomyocyte cell cycle activities. JACC: Basic to Translational Science. 5 (5), 447-460 (2020).
- Ye, L., et al. Pressure overload greatly promotes neonatal right ventricular cardiomyocyte proliferation: a new model for the study of heart regeneration. Journal of the American Heart Association. 9 (11), e015574 (2020).
- Geraets, I. M. E., Glatz, J. F. C., Luiken, J., Nabben, M. Pivotal role of membrane substrate transporters on the metabolic alterations in the pressure-overloaded heart. Cardiovascular Research. 115 (6), 1000-1012 (2019).
- Burns, K. M., et al. New mechanistic and therapeutic targets for pediatric heart failure: report from a National Heart, Lung, and Blood Institute working group. Circulation. 130 (1), 79-86 (2014).
- Shaddy, R. E., et al. Carvedilol for children and adolescents with heart failure: a randomized controlled trial. Journal of the American Medical Association. 298 (10), 1171-1179 (2007).
- Flaim, S. F., Minteer, W. J., Nellis, S. H., Clark, D. P. Chronic arteriovenous shunt: evaluation of a model for heart failure in rat. American Journal of Physiology. 236 (5), H698-H704 (1979).
- Liu, Z., Hilbelink, D. R., Crockett, W. B., Gerdes, A. M. Regional changes in hemodynamics and cardiac myocyte size in rats with aortocaval fistulas. 1. Developing and established hypertrophy. Circulation Research. 69 (1), 52-58 (1991).
- Scheuermann-Freestone, M., et al. A new model of congestive heart failure in the mouse due to chronic volume overload. European Journal of Heart Failure. 3 (5), 535-543 (2001).
- Du, Y., Plante, E., Janicki, J. S., Brower, G. L. Temporal evaluation of cardiac myocyte hypertrophy and hyperplasia in male rats secondary to chronic volume overload. The American Journal of Pathology. 177 (3), 1155-1163 (2010).
- Wu, J., Luo, X., Huang, Y., He, Y., Li, Z. Hemodynamics and right-ventricle functional characteristics of a swine carotid artery-jugular vein shunt model of pulmonary arterial hypertension: An 18-month experimental study. Experimental Biology and Medicine. 240 (10), 1362-1372 (2015).
- Sun, S., et al. Postnatal right ventricular developmental track changed by volume overload. Journal of the American Heart Association. 10 (16), e020854 (2021).
- Wang, S., et al. Metabolic maturation during postnatal right ventricular development switches to heart-contraction regulation due to volume overload. Journal of Cardiology. 79 (1), 110-120 (2022).
- Zhou, C., et al. Downregulated developmental processes in the postnatal right ventricle under the influence of a volume overload. Cell Death Discovery. 7 (1), 208 (2021).
- Cui, Q., et al. Volume overload initiates an immune response in the right ventricle at the neonatal stage. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 772336 (2021).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. (84), e51041 (2014).
- Sawada, H., et al. Ultrasound imaging of the thoracic and abdominal aorta in mice to determine aneurysm dimensions. Journal of Visualized Experiments. (145), e59013 (2019).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circulation: Cardiovascular Imaging. 3 (2), 157-163 (2010).
- Mori, Y., et al. A new dynamic three-dimensional digital color doppler method for quantification of pulmonary regurgitation: validation study in an animal model. Journal of the American College of Cardiology. 40 (6), 1179-1185 (2002).
- Bossers, G. P. L., et al. Volume load-induced right ventricular dysfunction in animal models: insights in a translational gap in congenital heart disease. European Journal of Heart Failure. 20 (4), 808-812 (2018).
- Yamamoto, K., et al. The mouse aortocaval fistula recapitulates human arteriovenous fistula maturation. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 305 (12), H1718-H1725 (2013).
- Jouannic, J. M., et al. The effect of a systemic arteriovenous fistula on the pulmonary arterial blood pressure in the fetal sheep. Prenatal Diagnosis. 22 (1), 48-51 (2002).
- Jouannic, J. M., et al. Systemic arteriovenous fistula leads to pulmonary artery remodeling and abnormal vasoreactivity in the fetal lamb. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 285 (3), L701-L709 (2003).
- Patel, M. D., et al. Echocardiographic assessment of right ventricular afterload in preterm infants: maturational patterns of pulmonary artery acceleration time over the first year of age and implications for pulmonary hypertension. Journal of the American Society of Echocardiography. 32 (7), 884-894 (2019).
- Habash, S., et al. Normal values of the pulmonary artery acceleration time (PAAT) and the right ventricular ejection time (RVET) in children and adolescents and the impact of the PAAT/RVET-index in the assessment of pulmonary hypertension. The International Journal of Cardiovascular Imaging. 35 (2), 295-306 (2019).
- Arkles, J. S., et al. Shape of the right ventricular Doppler envelope predicts hemodynamics and right heart function in pulmonary hypertension. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 183 (2), 268-276 (2011).
