Мышиной модели имплантации стента в сонной артерии по изучению рестеноза

Medicine
 

Summary

Модель имплантации стента в артерии мыши сонных описано. По сравнению с другими подобными методами, эта процедура является очень быстрым, простым и доступным, предлагая возможность учиться в удобном виде сосудистой реакции стены различных стентов с лекарственным покрытием и молекулярные механизмы рестеноза.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Simsekyilmaz, S., Schreiber, F., Weinandy, S., Gremse, F., Sönmez, T. T., Liehn, E. A. A Murine Model of Stent Implantation in the Carotid Artery for the Study of Restenosis. J. Vis. Exp. (75), e50233, doi:10.3791/50233 (2013).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в развитии стента в последние десятилетия, сердечно-сосудистые заболевания остаются основной причиной смерти в западных странах. Помимо преимуществ, предлагаемых развитие различных стентов с лекарственным покрытием, коронарной реваскуляризации несет и опасных для жизни риски в тромбоз стента и рестеноза. Исследование новых терапевтических стратегий нарушается из-за отсутствия соответствующих методов для изучения имплантации стента и рестеноза процессов. Здесь мы описываем быстрой и доступной процедурой имплантации стента в сонную артерию мышь, которая предоставляет возможность учиться в удобном виде молекулярных механизмов ремоделирования сосудов и влияния различных покрытий препарата.

Introduction

Сердечно-сосудистые заболевания, вызванные прогрессирование атеросклероза являются ведущей причиной смерти в промышленно развитых странах. Атеросклероз представляет собой координационный, воспалительные фиброзно-пролиферативный ответ сосудистой стенки к повреждение эндотелия 1, в результате чего формирование расширенной бляшки в просвет сосуда, влияющие на кровоток в коронарных артерий. Более 75% инфарктов миокарда результат от разрыва тонкой крышкой волокнистых воспаленного 2 бляшки. Так как это осложнение может быть фатальным, чрескожная (коронарная) ангиопластика (ЧТКА) с имплантацией стента стал первым выбором терапии в современной медицинской практике. Метод позволяет расширение суженной коронарной артерии и, следовательно, восстановление кровотока. Одновременно это вызывает степень повреждения эндотелия и стенки сосуда 3. Однако длительное действие этой терапии ограничена чрезмерной артериальной ReModeЛин и рестеноза 4.

По занятость стентов, PTCA стал более эффективным в лечении сложных поражений, позволяя реваскуляризации после экстренного закрытия сосуда 5. Этот способ снижает частоту рестеноза в стенте до менее чем 10% 6. Помимо этих преимуществ, это первый выбор терапии для коронарной реваскуляризации несет и опасных для жизни риски в тромбоз стента и рестеноза.

В тромбоза вызвана де-эндотелизации сосуда, а затем массовый адгезию тромбоцитов и фибрина пострадавшим сайта. 26% пациентов страдают от В-тромбоза стента и 63% умирают от инфаркта миокарда 7. Рестеноз относится к процессу заживления раны после механического повреждения стенки сосуда, включая гиперплазию неоинтимы (миграцию и пролиферацию клеток гладких мышц сосудов (VSMC), отложение внеклеточного матрикса (ECM) и ремоделированиесосуда. Часто инвазивных повторное вмешательство становится необходимым dilatate сильно сузился атеросклеротических сосудов за счет В-тромбоза стента и рестеноза.

Для предотвращения в тромбоз стента, длительное лечение с анти лекарственные препараты необходимо 8. Для предотвращения рестеноза, новое поколение покрытых стентов элюирования антипролиферативные агенты, такие как иммунодепрессанты (например, сиролимус, эверолимуса, Zotarolimus) и противораковых лекарственных средств (например, паклитаксел) с полимерным покрытием в течение нескольких месяцев 9,10. Хотя эти препараты уменьшить образование неоинтимы и рестеноза, они сохраняют высокий риск в тромбоза путем ингибирования повторного эндотелизации.

После повреждения артерий, содержание эндотелиальных отсека является необходимым для предупреждения тромботических осложнений. В физиологических условиях эндотелия человека показывает небольшую текучесть кадров 11. Под Pathological условиях, однако, эндотелиальные целостность нарушена, так что быстрое восстановление окружающими зрелых эндотелиальных клеток и циркулирующих эндотелиальных клеток-предшественников (EPC) требуется 12,13.

Изучение этих сложных молекулярных механизмов в более крупных животных в 14-16 или мыши артерии аорты является очень сложной процедурой, предлагая ограниченные данные 17-19. Для проверки работоспособности новых стент-покрытий для уменьшения в тромбоз стента и рестеноза новых моделей являются императивными.

Нитинол представляет собой идеальную платформу для стентов из-за его "высокая эластичность, эффект памяти формы и хорошую переносимость у пациентов, успешно используются в качестве голых металлических стентов в клинической практике. Этот сплав сделали возможным создание миниатюрных стента с внешним диаметром 500 мкм, которое может быть нанесено покрытие 20 и имплантировали в сонной артерии мышей. Развитие миниатюрных нитинола стента для мыши сarotid артерии, позволяет исследовать точные молекулярные механизмы индуцированного имплантации стента и дает возможность проверить быстрого и эффективного воздействия различных наркотиков покрытия для предотвращения рестеноза. Более того, существование различных нокаут мышей штаммами представляет огромное преимущество в выяснении роли различных молекул, участвующих в росте и неоинтима в тромбоз стента.

Protocol

1. Стент Подготовка и внедрение

  1. Стент-распорки (Fort Wayne Metals, Castlebar, Ирландия) были плетеные, а затем сократить до нужного размера в Институте текстильной технологии и машиностроения, Университет Аахена в Германии (рис. 1А).
  2. До имплантации стентов должны быть переданы в два силиконовую трубку см, с помощью пинцета и помещают 2 мм на одну концевую область, называемый передним концом (рис. 1А).
  3. Передняя часть должна быть сокращена наклонно, чтобы обеспечить острый наконечник для имплантации.
  4. До имплантации стента должно быть обильно поливают, чтобы обеспечить скольжение.

2. Имплантация стента

  1. 10-12 недель самцам мышей C57BL / 6 мышей дикого типа, 25-27 г анестезируют использованием внутрибрюшинной инъекции 100 мг / кг кетамина и 10 мг / кг ксилазина. Правильное обезболивания подтверждена до операции в связи с отсутствием рефлексов иборода движения. Для предотвращения сухости под наркозом, мышь глаза покрыты пленкой крема bepanthene.
  2. После бритья и надлежащей дезинфекции вентральной области шеи, небольшой средний разрез 1 см выполняется под стереомикроскопом, с помощью ножниц. После разделения две жирные тела стерильной пинцетов, левую общую сонную артерию можно видеть пульсирующий вместе с трахеи.
  3. 1 см левой общей сонной артерии и бифуркации должна быть свободна подготовлены. 1 узел, используя 5/0 шелковой нити будут связаны вокруг левой общей сонной артерии, два узла с использованием 7/0 шелковые нити будут связаны вокруг левой наружной сонной артерии, и один узел использованием 7/0 шелковой нити будут связаны вокруг внутренней сонной артерии (рис. 1В).
  4. Кровоток затем прекращают путем связывания узлов на внутреннюю сонную артерию и проксимальный наружной сонной артерии прочно, а также путем вытягивания узла объемногоING общей сонной артерии. Судно должно быть установлено таким образом, чтобы общее и наружной сонной артерии находятся в прямой линии.
  5. Небольшой разрез в наружной сонной артерии выполняется, вблизи проксимального узел, используя Vannas ножницами. Кремний трубки, содержащей стент вводят в наружную сонную артерию, с острым концом вперед, используя направляющий проволоки. После того, как стент достигнет желаемого положения, силиконовую трубку отводится назад по направляющей проволоки и позволяет с памятью формы расширении стента (фиг.1В).
  6. Дистальный узел на наружной сонной артерии связать плотно закрыть месте разреза и узлы на внутренней и общей сонной артерии удаляются, тем самым восстановление кровотока.
  7. Разрез кожи закрывают 3-4 шва Мишель клипы и Мишель щипцов. Мышь помещали под красным светом до полного выздоровления. Обезболивающей терапии не является необходимым.
  8. доски могут быть проанализированы через 1-3 недель. Для изучения повторного эндотелизации, ранее последнего времени необходима точка (3-4 дня). Мы наблюдали в нашей модели имплантации стента, что через 4 недели после этого хирургического вмешательства, особенно при использовании конкретных покрытий biofunctionalize миниатюрных стенты, неоангиогенезом происходит приблизительно 30% образца. Это задние для реконструкции и регенеративных процессов, с различными механизмами и представляющих другого патологического проблемы. Сосредоточиться на неоинтимы, внутри стента стеноз и / или анализа механизмов, лежащих в основе этих побочных эффектов после имплантации стента последнего времени точка 3 недели было бы полезно, чтобы не перепутать с регенеративные эффекты, вызванные наступлением неоангиогенезом.

3. Анализ образования зубного налета

  1. В конце-временной точке, животных анестезируют использованием внутрибрюшинной инъекции 100 мг / кг кетамина и 10 мг / кг ксилазина.Правильное обезболивания подтверждена до операции в связи с отсутствием рефлексов и бороду движения.
  2. Животные погибают от внутрисердечную обескровливания. Сыворотке крови собирают для последующего анализа.
  3. После открытия грудной полости и PBS стиральной через внутрисердечной пункции, тело перфузии 4% параформальдегида (PFA) раствор выполняется в течение 5 мин. Левую сонную артерию содержащей стент рассеченные, непосредственно помещали в 4%-ном растворе PFA и по крайней мере 16 часов позже embbeded в пластик.
  4. Толщиной 50 мкм разделам выполняются из пластика-встроенные образцы помощью алмазной ленточной пилой.
  5. Для измерения размера бляшки, Гимза окрашивания выполняется.
  6. Для анализа скорости повторного эндотелизации внутри стента площадь поперечного сечения сосуда, иммуногистохимии для выявления фактора фон Виллебранда (ФВ) выполняется.

Representative Results

  1. Имплантация стента миниатюрных нитинолом в левую сонную артерию мышей занимает 25-30 мин и показывает смертность на 10% в основном за счет повреждения судна во время вмешательства. Лучший коэффициент выживаемости наблюдали у мышей, имеющего массу более 25 г в момент имплантации стента (смертность на 5%). Поэтому мы выбрали для имплантации мышам с весом 25-27 г. После операции, мыши оправиться от наркоза в течение 2-5 мин, а не физические недостатки, как, например, паралича, не наблюдается. Micro-компьютерной томографии (микро-КТ) изображения выполняется через неделю после имплантации стента показали, что стенты не осложненный кровотока (рис. 1в). К сожалению, анализ неоинтимы в этих изображениях не представляется возможным в связи с металлом полученных артефактов (рис. 1D, 1E).
  2. Мы не наблюдали любого судна или повреждения эндотелиальных unstented площади судна, непосредственно под стента, Как обнаруживается гистологические (фиг. 2А) и конкретными окрашивание на эндотелий (Фиг.2В, анти-CD31 антитело мыши). Для лучшего обзора, раздел был сканировать с помощью двухфотонного лазерной сканирующей микроскопии (рис. 2В, 2С).
  3. В стентированного сосуд, постоянное расширение 15% обнаружено (отношение стента: артерии, 1,15:1) на мышах весом 25-27 г. Неоинтимы и тромб формирования могут быть проанализированы классические гистологического окрашивания (например, гематоксилин-эозином, Гимзе, Movat, Toluidin синий, Массон-Trichrom-Голднером, 3А, 3В). Так как пластинка наружный и международных не видны больше, зубной налет размер рассчитывали как разность внешнего и просвета областей (среднее площади бляшки: 234566 ± 3315 мкм 2, средняя площадь просвета: 12036 ± 2662 мкм 2). Внешняя окружность также измеряли (в среднем 1799 ± 14 мкм). Для анализаклеточного состава, секции должны быть deplastified и окрашивали специфических маркеров. Для повторного эндотелизации мы использовали Cy-3 конъюгированных анти-CD31 антитело и пролиферации клеток гладких мышц FITC-конъюгированные анти-SMA антитела (фиг.3С). Повторное эндотелизации рассчитывали как процент CD-31 положительных окрашенных к общей поверхности просвета (среднее: 23,07 ± 3,14%) через одну неделю после имплантации стента.

Конечно, неограниченное количество специфического окрашивания можно, в зависимости от каждой лаборатории опыт. Анализ тяжелой цепи миозина, за лучшую характеристику гладкомышечных клеток, а также анализ проникли клетки (моноциты, лимфоциты) или окрашивания для различных воспалительных цитокинов также может быть выполнена, в зависимости от цели исследования.

Рисунок 1 C = "/ files/ftp_upload/50233/50233fig1.jpg" />
Рисунок 1. Схематический обзор хирургической процедуры (A). Кровоток прерван путем связывания узлов на внутреннюю сонную артерию и проксимальный наружной сонной артерии прочно, а также путем вытягивания узла окружающих общей сонной артерии. Кремний трубки, содержащей стент вводят в наружную сонную артерию через небольшой разрез на наружной сонной артерии. После того, как стент достигнет желаемого положения, силиконовую трубку отводится назад по направляющей проволоки и позволяет с памятью формы расширении стента. Микро-CT изображения, показывающие положения стента через одну неделю после хирургической имплантации (B). Благодаря материалу полученных артефактов, анализ роста неоинтимы не возможно (С, D).

3fig2highres.jpg "SRC =" / files/ftp_upload/50233/50233fig2.jpg "/>
Рисунок 2. Unstented площади судна не влияет на время хирургической процедуры, как показано на Toluidin синий (А) и эндотелиальных конкретных CD31 окрашивание (B, C).

Рисунок 3
Рисунок 3. Анализ доски могут быть выполнены классической гистологического окрашивания (например Masson-Trichrom-Goldner) (А). Организованной тромб может быть обнаружен черный окрашенных отложений фибрина внутри неоинтимы в некоторых случаях полной окклюзии сосуда наблюдается (В). Повторное эндотелизации (Cy3, красный) или пролиферации клеток гладких мышц (FITC, зеленый) был обнаружен двойной иммунофлуоресценции окрашивание с использованием специфических маркеров.Контрастного проводили с 4 ',6-диамидино-2-фенилиндола (DAPI, синий) (С). Мы заметили, завершил повторное эндотелиализацию стента (слева, двойной стрелки) по сравнению с незавершенного просвета повторного эндотелизации (справа, одна стрелка).

Discussion

Для снижения риска в тромбоз стента и рестеноза, а также обеспечить разработку новых покрытий для стентов с лекарственным покрытием, легким, простым и доступным методом имплантации стента в животной модели не требуется. Мышей доставить идеальной системы для изучения сложных механизмов артериальной ремоделирования после имплантации стента и эффективность таких препаратов. Существующие модели для рестеноза стента в мышь трудно, требует высоких хирургических навыков и подразумевают высокий риск осложнений, как кровотечение или паралич 17-19. Например, в модели стента имплантации в торакальной аорты мыши-донора после баллонной дилатации сосуда и затем трансплантации стентированного сегмента в сонной артерии у мыши получатель 17, изучение пато-механизмы не влияет только получатель реакция на донорский материал, но и массивным повреждением сосуды ваз и адвентиции. Имплантация нержавеющей SteeL стента непосредственно в брюшной аорты после баллонной дилатации 19 сопровождается высокой смертностью (35%) из-за паралич задних конечностей после тромбоза или кровотечения из брюшного отдела аорты на сайте артериотомии. Имплантация спиралевидные саморасширяющимся нитинолом-стента в брюшную аорту через бедренную артерию 18 нуждается в высокой хирургических навыков, в основном из-за слепо направляя стента вдоль отходящих от бедренной артерии в аорту поставить стент в нужное положение. Эта процедура выполняется высоким риском повреждения бедренный нерв, поэтому паралич задних ног. По сравнению с этими процедурами, наша модель имплантации стента в мышь не нужно высоких хирургических навыков.

Наша модель предлагает простой, легкий и эффективный метод для анализа влияния различных наркотиков покрытий на артериальную реконструкцию, размещение стента производится по виду, и нет риска повреждения нервов или других структур. COMсложные молекулярные механизмы могут быть исследованы проще в нашей модели мыши стентирование сонной артерии, не только прямой доступ судна, но и в связи с существованием различных нокаут мышей штаммами.

Как одно ограничение, по сравнению с клинической процедуры, наша модель использует здоровых мышей / артерии и не выполняет стентирования на уже существующих бляшек (не в рестенозом, но внутри стента стеноз). Мы также не выполняют баллонного расширения стента до имплантации. Тем не менее, в связи с массовым повреждение стенки сосуда в обеих моделях репарационных процессы аналогичны. К сожалению, из-за металла полученных артефактов в естественных условиях мониторинга неоинтимы рост не является возможным существующих методов визуализации, как УЗИ или компьютерной томографии. Другим ограничивающим фактором является тонким секционирования на основе металлов стенты, которые требуется некоторый опыт в обработке металла.

С помощью этого метода мыудалось показать, что нейтрофилы инструктаж biofunctionalized миниатюрных нитинолом-стенты, покрытые LL-37 снижения рестеноза внутри стента, обеспечивая новую концепцию содействия сосудистой заживления после инвазивного лечения 21.

Несмотря на эти ограничения, эта модель, кажется, до сих пор, наиболее подходящие системы, тем самым денег и экономия времени, исследовать новый препарат-покрытий для стентов и их влияния на молекулярные события, во время артериальной реконструкции. Кроме того, эта модель может быть легко адаптирована к хомяк, который больше похож на человека, так что каждый терапевтических гипотеза может быть проверена до обращения в более крупных животных или человека, чтобы избежать неприятных и неожиданных эффектов.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

Мы благодарим г-жа Ангела Фройнд за отличную техническую помощь в секционирования пластиковых встроенных стентов. Мы благодарим также г-жа Roya Солтан и г-жа Ангела Фройнд для профессиональной помощи иммуногистохимического окрашивания.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
nitinol-stents (self-made from nitinol-struts) Fort Wayne Metals, Castlebar, Ireland NiTi#1, superelastic, straight annealed, light oxide, diameter 500 μm custom-made product Institute for Textile Technology and Mechanical Engineering
silicon tube IFK Isofluor, Germany custom-made product diameter 500 μm, section thickness 100 μm, polytetrafluorethylene catheter
stereomicroscope Olympus SZ/X9
forceps FST, Germany 91197-00 standard tip curved 0.17 mm
Ketamine 10% CEVA, Germany
Xylazine 2% Medistar, Germany
Bepanthene Bayer, Germany
Scissors FST, Germany 91460-11 Straight
Vannas scissor Aesculap, Germany OC 498 R
5/0 Silk Seraflex IC 108000
7/0 Silk Seraflex IC 1005171Z
guide-wire Abbott Vascular 1001782-HC 0.014-inch angioplastie guide-wire
Michel suture clips Aesculap, Germany BN507R 7.5 x 1.75 mm
Michel Forcep Aesculap, Germany BN730R

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ross, R., et al. Response to injury and atherogenesis. Am. J. Pathol. 86, 675-684 (1977).
  2. Virmani, R., et al. Pathology of the vulnerable plaque. J. Am. Coll. Cardiol. 47, 13-18 (2006).
  3. Farb, A., et al. Pathology of acute and chronic coronary stenting in humans. Circulation. 99, 44-52 (1999).
  4. Weber, C., Noels, H. Atherosclerosis: current pathogenesis and therapeutic options. Nat. Med. 17, 1410-1422 (2011).
  5. Lenzen, M. J., et al. Management and outcome of patients with established coronary artery disease: the Euro Heart Survey on coronary revascularization. Eur. Heart J. 26, 1169-1179 (2005).
  6. Babapulle, M. N., et al. A hierarchical Bayesian meta-analysis of randomised clinical trials of drug-eluting stents. Lancet. 364, 583-591 (2004).
  7. Wiviott, S. D., et al. Intensive oral antiplatelet therapy for reduction of ischaemic events including stent thrombosis in patients with acute coronary syndromes treated with percutaneous coronary intervention and stenting in the TRITON-TIMI 38 trial: a subanalysis of a randomised trial. Lancet. 371, 1353-1363 (2008).
  8. van Werkum, J. W., et al. Predictors of coronary stent thrombosis: the Dutch Stent Thrombosis Registry. J. Am. Coll. Cardiol. 53, 1399-1409 (2009).
  9. Finn, A. V., et al. Vascular responses to drug eluting stents: importance of delayed healing. Arterioscler. Thromb Vasc. Biol. 27, 1500-1510 (2007).
  10. Joner, M., et al. Pathology of drug-eluting stents in humans: delayed healing and late thrombotic risk. J. Am. Coll. Cardiol. 48, 193-202 (2006).
  11. Cines, D. B., et al. Endothelial cells in physiology and in the pathophysiology of vascular disorders. Blood. 91, 3527-3561 (1998).
  12. Hristov, M., Weber, C. Endothelial progenitor cells: characterization, pathophysiology, and possible clinical relevance. J. Cell Mol. Med. 8, 498-508 (2004).
  13. Rabelink, T. J., et al. Endothelial progenitor cells: more than an inflammatory response? Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 24, 834-838 (2004).
  14. Schwartz, R. S., et al. Preclinical evaluation of drug-eluting stents for peripheral applications: recommendations from an expert consensus group. Circulation. 110, 2498-2505 (2004).
  15. Schwartz, R. S., et al. Differential neointimal response to coronary artery injury in pigs and dogs. Implications for restenosis models. Arterioscler. Thromb. 14, 395-400 (1994).
  16. Schwartz, R. S., et al. Restenosis and the proportional neointimal response to coronary artery injury: results in a porcine model. J. Am. Coll. Cardiol. 19, 267-274 (1992).
  17. Ali, Z. A., et al. Increased in-stent stenosis in ApoE knockout mice: insights from a novel mouse model of balloon angioplasty and stenting. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 27, 833-840 (2007).
  18. Chamberlain, J., et al. A novel mouse model of in situ stenting. Cardiovasc. Res. 85, 38-44 (2010).
  19. Rodriguez-Menocal, L., et al. A novel mouse model of in-stent restenosis. Atherosclerosis. 209, 359-366 (2010).
  20. Costa, F., et al. Covalent immobilization of antimicrobial peptides (AMPs) onto biomaterial surfaces. Acta Biomaterialia. 7, 1431-1440 (2011).
  21. Soehnlein, O., et al. Neutrophil-derived cathelicidin protects from neointimal hyperplasia. Science Translational Medicine. 3, 103ra198 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics