再狭窄の研究のための頸動脈内ステント留置のマウスモデル

Medicine
 

Summary

マウス頸動脈内ステント移植のモデルが記載されている。他の同様の方法に比べて、この手順が異なる薬剤溶出ステントおよび再狭窄の分子機構に対する血管壁の反応便利な方法で勉強する可能性を提供し、非常に、迅速かつ簡単にアクセスできます。

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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).

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Abstract

最後の数十年でステント開発に大幅な進歩にもかかわらず、心血管疾患は、西洋諸国の死亡の主な原因のまま。別の薬剤溶出型ステントの開発によって提供される利点の横に、冠動脈血行再建術はまた、ステント内血栓症と再狭窄の生命を脅かすリスクを負いません。新たな治療戦略の研究はステント留置および再狭窄プロセスを研究するための適切な方法の欠如によって損なわれる。ここでは、血管リモデリングと異なる薬物コーティングの効果の分子機構便利な方法で研究する可能性を提供するマウス頸動脈内ステント移植の迅速かつアクセス可能な手順を説明する。

Introduction

アテローム性動脈硬化症の進行によって生じる心血管疾患は、先進国における死亡の主要な原因である。アテローム性動脈硬化症、冠状動脈を通る血流に影響を与え、血管の内腔に拡張されたプラークの形成をもたらす、内皮損傷1〜血管壁の焦点距離、炎症性線維増殖性応答である。炎症を起こした歯垢2の薄い線維性被膜の破裂から心筋梗塞結果の75%以上。この合併症は、致命的なことができるので、ステント留置と経皮経管(冠動脈)形成術(PTCA)は、現在の医療行為における第一選択の治療となりました。方法は狭く冠状動脈の拡張、したがって、血流の回復を可能にします。同時に、それは内皮および血管壁3に程度の傷害を引き起こす。しかし、この治療の長期的な効果が過大動脈remodeによって制限される玲と再狭窄4。

ステントの雇用により、PTCAは、急性血管閉鎖5の後に血行再建を可能にし、複雑な病変の治療において、より効果的になりました。この方法は、10%未満6〜ステント内再狭窄の発生率を減少させる。これらの利点の横に、冠動脈血行再建術のためにこの第一選択治療はまた、ステント内血栓症と再狭窄の生命を脅かすリスクを負いません。

ステント内血栓症は、血小板および損傷部位にフィブリンの大量付着続い容器の脱内皮化、によって引き起こされる。患者の26%は、ステント内血栓症や心筋梗塞7の63%ダイ苦しむ。再狭窄は、血管平滑筋細胞(VSMC)、細胞外マトリックス(ECM)の堆積、およびリモデリングの新生内膜過形成(移動および増殖を含む、血管壁に対する機械的損傷後の創傷治癒の過程を指し容器の。多くの場合、侵襲的な再介入はステント内血栓症と再狭窄に起因する深刻な狭めるアテローム性動脈硬化の血管を拡張したことが必要になる。

ステント内血栓症を防止するために、抗血栓薬との長期的な治療が必要である8。再狭窄、数ヶ月のためのポリマーコーティングからの薬物溶出ステント、新世代のような免疫抑制剤( 例えば 、シロリムス、エベロリムス、ゾタロリムス)と抗がん剤などの溶出抗増殖剤( 例えばパクリタキセル)9,10を防ぐために。これらの薬は新生内膜形成および再狭窄を減少させていますが、彼らが阻害再内皮によるステント内血栓症のリスクが高いを維持します。

動脈損傷後、内皮区画の維持が血栓性合併症を防止することが重要である。生理的条件下では、人間の内皮は、小さな回転率11を示しています。病理下ogical条件は、しかし、内皮の整合性が成熟内皮細胞を包囲し、内皮前駆細胞(EPCは)を循環させることにより迅速な回復が12,13必要とされるように、損なわれる。

大型動物で14-16またはマウス大動脈動脈におけるこれらの複雑な分子機構の研究は限られたデータ17-19を提供し、非常に難しい手順です。ステント内血栓症と再狭窄の新モデルを削減する新たなステントコーティングの効率をテストするには不可欠である。

ニチノールがあるため、正常臨床使用におけるベアメタルステントとして使用されているその "高弾性、形状記憶効果と患者に良い耐性のステントのための理想的なプラットフォームを表します。この合金は20を塗布し、マウスの頸動脈に注入することができるが500μm、外径を小型化するステントを作成することが可能となる。マウスcに対する小型化ニチノールステントの開発arotid動脈は、ステント移植によって誘導される正確な分子メカニズムの研究を可能にし、再狭窄を防ぐために、迅速かつ効率的に異なる薬物被覆の効果をテストする可能性を提供する。さらに、異なるノックアウトマウス株の存在が新生内膜の成長とステント内血栓症に関与して異なる分子の役割を明確に巨大な優位性を表しています。

Protocol

1。ステントの準備と注入

  1. ステントストラット(フォートウェイン金属、キャッスル、アイルランド)編組し、次いで繊維技術と機械工学研究所、ドイツのアーヘン工科大学( 図1A)で希望のサイズにカット。
  2. 注入前に、ステントは、鉗子を使用して、2つのセンチメートルシリコンチューブに転送する必要があり、一つの末端で2ミリ置かれ、前端( 図1A)と呼ぶ。
  3. フロントエンドは、移植のための鋭い先端を確実にするために、斜めにカットする必要がある。
  4. 移植の前に、ステントが滑りを確実にするために、豊富に骨抜きにする必要があります。

2。ステント移植

  1. 10〜12週齢のオスのC57BL / 6野生型マウス、25〜27グラ​​ムは100 mg / kgでケタミンおよび10 mg / kgをキシラジンの腹腔内注射を用いて麻酔する。適切な麻酔は、反射の欠如によって手術前に確認されていると髭の動き。麻酔下ながら乾燥を防止するために、マウスの眼をbepantheneクリームの膜で覆われている。
  2. シェービングと腹側頸部領域の適切な消毒した後、1cmの正中小さな切開鋏を用いて、実体顕微鏡下で行われる。無菌の湾曲したピンセットで2脂肪体を分離した後、左総頸動脈は気管と共に脈打つ見ることができます。
  3. 1左総頸動脈のCMと分岐は自由に準備する必要があります。 5/0絹糸を使用して1ノットは、左総頸動脈の周りにバインドされ、7/0絹糸を使用して2ノットが左外頸動脈の周りにバインドされ、7/0絹糸を使用して1ノットは、バインドされます内頸動脈の周囲( 図1B)。
  4. 血流は、その後しっかりと同様に、サラウンド結び目を引っ張って内頸動脈および近位外頸動脈に結び目を結合することによって中断された総頸動脈をING。容器は共通と外頸動脈が直線になっていることの方法で修正する必要があります。
  5. 外頚動脈における小さな切開をVannasはさみを使用して、近位結び目の近くに、行われる。ステントを含むシリコンチューブは、ガイドワイヤを用いて、前方の鋭い端を、外頸動脈に導入される。ステントが所望の位置に達した後、シリコンチューブをガイドワイヤ上に引き戻され、ステント( 図1B)の形状記憶の拡張を可能にする。
  6. 外頸動脈に遠結び目は、それによって血流を回復、切開内部および総頸動脈でノットのサイトが削除されているクローズする強固に結合されています。
  7. 皮膚切開は3-4ミシェルの縫合クリップとミシェル鉗子を使用して閉じている。マウスが完全に回復するまで、赤色光の下に置かれている。鎮痛処置は必要ありません。
  8. ザプラークは1-3週間後に分析することができます。再内皮化を研究するために、以前のエンド時点が必要である(3-4日)。我々は、特に小型化ステントbiofunctionalizeする特定のコーティングの使用により、4週間この外科的介入後のことをステント移植の我々のモデルで観察された、血管新生は、試料の約30%で発生します。これは、異なるメカニズムと別の病理学的問題を表すと、改造と再生プロセスの後ろ足です。ステント留置後3週間の終了時点では血管新生の発症により誘発される再生効果と混同しないことが有益であろうこれらの副作用のメカニズムの新生内膜形成、ステント内狭窄および/または分析に集中する。

3。プラーク形成の分析

  1. エンド時点で、動物は100 mg / kgでケタミンおよび10 mg / kgをキシラジンの腹腔内注射を用いて麻酔する。適切な麻酔は、反射神経と髭の動きの欠如によって手術前に確認された。
  2. 動物は、心臓内放血によって殺されている。血清、血液、さらなる分析のために回収される。
  3. 胸腔を開いて、PBS 4%パラホルムアルデヒド(PFA)溶液で心臓内穿刺、ボディ灌流を介して洗浄した後、5分間行われる。ステントを含む左頸動脈を直接、4%PFA溶液中に配置され、少なくとも16時間後にプラスチックembbeded、解剖されています。
  4. 50μmの厚さの切片を、ダイヤモンドソーバンドを使用してプラスチック包埋サンプルから実行されます。
  5. プラークサイズを測定するために、ギムザ染色が行われる。
  6. 血管のステント領域内に再内皮化の速度を分析するために、フォン·ウィルブランド因子(vWF)のための免疫組織化学を行う。

Representative Results

  1. マウスの左頸動脈に小型化されたニチノールステントの注入が25〜30分かかりますし、介入時の容器の損傷に起因する主に10%の死亡率を示しています。良好な生存率は、ステント植え込みの時間(5%の死亡率)で、重量は25グラム有するマウスで観察されている。したがって、我々は、25〜27グラ​​ムの重量を持つ移植マウスのために選んだ。手術後、マウスは2-5分であり、物理的な障害の中に麻酔から回復する、 例えば麻痺のように、観察される。ステント留置は、ステントは、血流( 図1C)で脱臼されていないことを示した後にマイクロコンピュータ断層撮影(マイクロCT)は、イメージングが一週間行った。残念なことに、これらの画像における新生内膜形成の分析は、金属由来のアーチファクト( 図1D、1E)のため不可能である。
  2. 我々はすぐにステントの下、容器のunstented領域の任意の容器又は内皮損傷は観察されなかった、( 図2A)組織によって検出などと内皮のための特定の染色( 図2B、抗マウスCD31抗体)によって。見やすくするために、セクションは、二光子レーザー走査顕微鏡( 図2B、2C)を用いてスキャンした。
  3. 25〜27グラ​​ムの重量を有するマウス者:ステント容器に、15%の永久的な拡張は、(動脈ステント1,15:1比)が検出される。新生内膜の形成と血栓形成は、古典的な組織学的染色( 例えばヘマトキシリン·エオシン、ギムザ、Movat、トルイジンブルー、マッソン·トリクローム·ゴールドナー、 図3A、3B)により分析することができる。ラミナ外耳と国際はもう表示されませんので、プラークの大きさは、外部との差と腔エリア(:234566±3315μm2で、腔面積を意味する:12036±2662μmの2プラーク面積を意味する)として算出した。外周も(​​:1799±14μmのを意味する)を測定した。分析のための細胞組成、セクションでは、特定のマーカーとdeplastifiedと染色する必要があります。再内皮化のために、我々は、Cy3結合抗CD31抗体を使用し、平滑筋細胞の増殖FITC結合抗SMA抗体( 図3C)である。ステント留置後1週間:再内皮化、総腔面(23.07±3.14パーセントの平均)にCD-31陽性のステンドグラスの割合として算出した。

もちろん、特定の染色の無制限の数は、各研究室の経験に応じて、可能です。種々の炎症性サイトカインのための浸潤細胞(単球、リンパ球)、または染色のミオシン重鎖の分析、平滑筋細胞のより良好な特性評価のためだけでなく、分析は、試験の目的に応じて、実行することができる。

図1 C = "/ files/ftp_upload/50233/50233fig1.jpg" />
外科手術の図1の回路図の概要()。血流がしっかりと同様に、総頸動脈を囲む結び目を引っ張って内頸動脈および近位外頸動脈に結び目を結合することにより遮断される。ステントを含むシリコンチューブを外頸動脈の小さな切開部を通して外頸動脈に導入される。ステントが所望の位置に達した後、シリコンチューブをガイドワイヤ上に引き戻され、ステントの形状記憶の拡張を可能にする。外科的移植(B)の後一週間ステントの位置を示すマイクロCT画像。材料由来のアーチファクトに起因する、新生内膜増殖の分析が不可能である(C、D)。

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図2容器のUnstented面積をトルイジンブルー(A)および内皮CD31特異的染色(B、C)に示されるように、外科的処置によって影響されない。

図3
図3プラークの分析は、古典的な組織学的染色( 例えばマッソン·トリクローム·ゴールドナー())により行うことができる。組織化された血栓がある場合には、容器が完全に閉塞する(B)が観察され、新生内膜内部の黒染色フィブリンの堆積により検出することができる。再内皮化(Cy3で、赤)又は平滑筋細胞の増殖(FITC、緑)の特異的なマーカーを用いて二重免疫蛍光染色によって検出した。対比は4 '、6 -ジアミジノ-2 -フェニルインドール(DAPI、青)(C)を用いて行った。私たちは、未完了腔再内皮(右、シングル矢印)に比べてステントストラットの完了再内皮(左、二重矢印)に気づいた。

Discussion

ステント内血栓症及び再狭窄のリスクを軽減し、薬剤溶出性ステントのための新しいコーティングの開発を維持するために、動物モデルにおけるステント移植を容易、簡単かつアクセス可能な方法が必要とされている。マウスは、ステント留置、そのような薬剤の効率後動脈リモデリングの複雑なメカニズムを研究するための理想的なシステムを提供します。マウスにおけるステント内再狭窄のための既存のモデルは困難であり、高い外科的スキルを必要とし、出血や麻痺17-19などの合併症の高いリスクを暗示する。例えば、血管のバルーン拡張後、レシピエントマウス17の頸動脈にステントセグメントの移植後のドナーマウスの胸部大動脈へのステント移植モデルにおいて、病態のメカニズムの研究ではありません唯一のドナー材料に受信者の反応によってだけでなく、栄養血管と外膜の大規模な損傷によって影響を与えた。ステンレスのsteeの移植バルーン拡張19後直接腹部大動脈へリットルステントがあるため動脈切開のサイト上で腹部大動脈から血栓症や出血後の後肢麻痺の高い死亡率(35%)が続いている。螺旋状の大腿動脈18を介して、腹部大動脈にニチノールステント自己拡張の移植は、盲目的に正しい位置にステントを配置する大動脈に大腿動脈から分岐に沿ってステントを演出する主に起因する高い手術のスキルを必要とします。この手順は、高い大腿神経を損傷する危険したがって、後肢の麻痺が続く。これらの手順と比較して、マウスでのステント移植の我々のモデルは、高い手術のスキルを必要としません。

我々のモデルは、動脈の改造上の異なる薬剤コーティングの効果を分析するために、シンプルで簡単で効率的な方法を提供して、ステントの配置は視界の下で行われ、損傷神経または他の構造のないリスクが存在していません。 COMプレックスは分子メカニズムは、容器の直接アクセスのみならず、マウス頸動脈ステント留置術の我々のモデルで簡単に調べただけでなく、別のノックアウトマウス株の存在に起因することができます。

つの制限として、臨床手順と比較して、我々のモデルは健康なマウス/動脈を使用し、既存のプラーク(いないステント内再狭窄が、ステント内狭窄)にステント留置は実行されません。また、ステント移植前にバルーン拡張を実行しないでください。ただし、両方のモデルで血管壁の大規模な損傷に起因し、reparatoryプロセスが似ています。残念なことに、金属由来のアーチファクトに起因する、新内膜の増殖のin vivoモニタリングにおける超音波またはコンピュータ断層撮影のような既存の撮像方法では不可能である。別の制限要因は、金属加工のいくつかの専門知識を必要とする金属系ステントの薄い切片です。

この方法を用いて、我々はなかったLL-37で被覆された好中球指示biofunctionalized小型化されたニチノール·ステントは介入療法の21の後に血管の治癒を促進するための新しい概念を提供し、再狭窄、ステントに減らすこと。、表示することができ

これらの制限にもかかわらず、このモデルは、と思われる今まで、最も適したシステム、それによって、お金と時間の節約には、ステントと動脈の改造中に分子事象への影響のための新しい薬剤コーティングを調査する。さらに、このモデルは容易にすべての治療仮説が不快と予期しない影響を避けるために、より大きな動物又はヒトに適用する前に検証することができるように、ヒトに、より類似しているハムスター、に適合させることができる。

Disclosures

利害の衝突は宣言されていない。

Acknowledgments

私たちは、プラスチックに埋め込まステントを区画に優れた技術支援のために夫人アンジェラフロイントに感謝します。私たちは、免疫組織化学染色との専門家の助けにも夫人ロヤソルタン夫妻アンジェラフロイントに感謝します。

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

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