En mus modell av stentimplantation i halspulsådern för studier av restenos

Medicine
 

Summary

En modell av stent implantation i mus halspulsådern beskrivas. Jämfört med andra liknande metoder, är detta förfarande mycket snabb, enkelt och lättillgängligt, erbjuder möjligheten att studera i ett bekvämt sätt kärlväggen reaktion på olika läkemedelsavgivande stentar och den molekylära mekanismen av restenos.

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

Trots de betydande framsteg som gjorts i stenten utvecklingen under de senaste decennierna, hjärt-och kärlsjukdomar är fortfarande den största dödsorsaken i västvärlden. Förutom de fördelar som erbjuds genom utvecklingen av olika läkemedelsavgivande stentar, bär koronar revaskularisering även de livshotande riskerna för in-stent trombos och restenos. Forskning om nya terapeutiska strategier försämras av brist på lämpliga metoder för att studera stentimplantation och processer restenos. Här beskriver vi en snabb och lättillgänglig förfarande av stentimplantation i mus halspulsådern, vilket ger möjlighet att studera i ett bekvämt sätt den molekylära mekanismen av fartygets ombyggnad och effekterna av olika läkemedel beläggningar.

Introduction

Kardiovaskulära sjukdomar som orsakas av utvecklingen av ateroskleros är den ledande dödsorsaken i de industrialiserade länderna. Ateroskleros är en samlingspunkt, inflammatorisk fibro-proliferativa responsen hos kärlväggen till endotelskada 1, vilket resulterar i bildningen av en utsträckt plack in i lumen av kärlet, som påverkar blodflödet genom kranskärlen. Över 75% av hjärtinfarkt, resulterar från ruptur av tunna fibrös locket på inflammerad plack 2. Eftersom denna komplikation kan vara dödlig, blev en perkutan transluminal (koronar) angioplastik (PTCA) med stentimplantation förstahandsvalet terapi i nuvarande medicinsk praxis. Metoden medger dilatation av den avsmalnade kransartären och därmed återställande av blodflödet. Samtidigt orsakar den en utsträckning skada på endotelet och kärlväggen 3. Emellertid är den långsiktiga effekten av denna terapi begränsas av en överdriven arteriell RemodeLing och restenos 4.

Genom anställning av stentar, blev PTCA mer effektiva vid behandling av komplicerade lesioner, vilket revaskularisering efter en akut kärlstängning 5. Denna metod minskar förekomsten av in-stent restenos till mindre än 10% 6. Förutom dessa fördelar, bär denna första-val terapi för koronar revaskularisering även de livshotande riskerna för in-stent trombos och restenos.

I-stent trombos orsakas av en de-endotelialisering av kärlet, följt av en massiv adhesion av blodplättar och fibrin till det skadade stället. 26% av patienterna lider av in-stent-trombos och 63% dör av hjärtinfarkt 7. Restenos avser processen av sårläkning efter mekanisk skada på kärlväggen, som involverar neointimal hyperplasi (migrering och proliferation av vaskulära glatta muskelceller (VSMC), avsättning av extracellulär matris (ECM), och ombyggnadav kärlet. Ofta blir en invasiv reingrepp nödvändigt att dilatate allvarligt krympte aterosklerotiska kärl på grund av in-stent trombos och restenos.

För att förhindra in-stent trombos, är en långvarig behandling med antitrombotiska läkemedel behövs 8. För att förhindra restenos, ny generation av läkemedelsavgivande stentar eluera antiproliferativa medel såsom immunosuppressiva läkemedel (t.ex. sirolimus, everolimus, Zotarolimus) och anti-cancer läkemedel (t.ex. paclitaxel) från en polymer beläggning i flera månader 9,10. Även dessa läkemedel minska neointimabildning och restenos, behåller de en hög risk för in-stent trombos genom att hämma återendotelisation.

Efter arteriell skada, är underhållet av den endoteliala facket viktigt att förhindra trombotiska komplikationer. Under fysiologiska betingelser, visar den humana endotelet en liten omsättningshastighet 11. Under Pathological betingelser, emellertid den endotelial integritet försämras, så att en snabb återhämtning genom att omge mogna endotelceller och cirkulerande endoteliala progenitorceller (EPCs) krävs 12,13.

Studiet av dessa komplexa molekylära mekanismer i större djur 14-16 eller i mus aorta artär är en mycket svår process, som erbjuder begränsade data 17-19. För att testa effektiviteten av nya stent-beläggningar för att minska in-stent trombos och restenos nya modeller är tvingande.

Nitinol representerar den idealiska plattformen för stentar grund av dess "höga elasticitet, form-minne effekt och god tolerans hos patienter, som framgångsrikt använts som bare metal stent i klinisk användning. Denna legering gjort det möjligt att skapa en miniatyriserad stent med en yttre diameter av 500 | im, som kan beläggas 20 och förs in till halsartären hos möss. Utvecklingen av en miniatyriserad nitinol stent för mus carotid artär, tillåter studiet av exakta molekylära mekanismer som induceras av stentimplantation och erbjuder möjligheten att testa snabbt och effektivt effekterna av olika drog-beläggningar för att förhindra restenos. Dessutom utgör förekomsten av olika knock-out-möss stammar en stor fördel i att klargöra betydelsen av olika molekyler som är inblandade i neointima tillväxt och in-stent trombos.

Protocol

Ett. Stent Förbereda och implantation

  1. Stent-stagen (Fort Wayne Metals, Castlebar, Irland) var flätat och sedan klippa till önskad storlek vid Institutet för textil teknik och maskinteknik, RWTH Aachen University i Tyskland (Figur 1A).
  2. Innan implantation måste stentar överföras till en 2 cm kisel röret, med hjälp av pincett och placeras 2 mm i ena änden, som avses främre änden (Figur 1A).
  3. Den främre änden bör skäras snett, för att säkerställa en skarp spets för implantation.
  4. Före implantation bör stenten vara rikligt vattnas, för att säkerställa glidning.

2. Stent Implantation

  1. 10-12 veckor gamla C57BL / 6 möss av vildtyp, 25-27 g sövs med intraperitoneal injektion av 100 mg / kg ketamin och 10 mg / kg xylazin. Korrekt anesthetization bekräftas före operation av bristen på reflexer ochskägg rörelse. För att förhindra torrhet under anestesi, är musen ögon täcks av en film av bepanthene grädde.
  2. Efter rakning och korrekt desinfektion av ventrala halsområdet, är en liten median snitt av 1 cm som utförs under ett stereomikroskop, med sax. Efter separering av 2 feta kroppar med steril böjd pincett, kan den vänstra gemensamma halspulsådern ses pulsera tillsammans med luftstrupen.
  3. 1 cm av den vänstra gemensamma halspulsådern och bifurkationen bör vara fri beredd. 1 knop med en 5/0 silkestråd kommer att vara bunden runt vänster gemensamma halspulsådern, kommer 2 knop med 7/0 silke trådar bindas runt vänstra yttre halspulsådern, och en knut med en 7/0 silkestråd kommer att vara bunden runt den inre halspulsådern (Figur 1B).
  4. Blodflödet avbryts sedan genom att binda knutar på den inre karotidartären och den proximala yttre halspulsådern stadigt, liksom genom att dra i knut surroundning den gemensamma halsartären. Fartyget bör fastställas på ett sådant sätt att den gemensamma och yttre halspulsådern är i en rak linje.
  5. Ett litet snitt vid den yttre halspulsådern utförs, nära den proximala knut, med användning av en Vannas sax. Den kisel rör innehållande stenten införs i yttre halspulsådern, med spetsen framför, med användning av en styrtråd. Efter stenten når den önskade positionen, är kisel röret dras tillbaka över styrtråd och tillåter formminne expansion av stenten (Figur 1B).
  6. Den distala knut på den externa halspulsådern binds hårt för att stänga platsen för snittet och knop vid interna och gemensamma halsartären avlägsnas, därigenom återställa blodflödet.
  7. Huden snitt stängs med 3-4 Michel suturklämmor och Michel forcep. Musen placeras under rött ljus tills fullständig återhämtning. En analgetisk behandling är inte nödvändigt.
  8. Denplack kan analyseras efter 1-3 veckor. Att studera återendotelisation, är en tidigare sluttid punkt behövs (3-4 dagar). Vi observerade i vår modell av stent implantation som 4 veckor efter detta kirurgiska ingrepp, i synnerhet genom användning av särskilda beläggningar för att biofunctionalize de miniatyriserade stentar, förekommer neoangiogenes hos cirka 30% av provet. Detta är en hind för ombyggnad och regenererande processer, med olika mekanismer och representerar en annan patologiska problem. Att koncentrera sig på neointimabildning, in-stent stenos och / eller analys av mekanismerna bakom dessa biverkningar efter stentimplantation ett slut-tidpunkt efter 3 veckor skulle vara fördelaktigt att inte blanda ihop med de regenerativa effekter induceras av uppkomsten av neoangiogenes.

Tre. Analys av plackbildning

  1. Vid slutet-tidpunkten, djuren bedövas med hjälp av intraperitoneal injektion av 100 mg / kg ketamin och 10 mg / kg xylazin.Korrekt anesthetization bekräftas före operation av bristen på reflexer och skägg rörelse.
  2. Djuren dödas av intracardial avblodning. Serumet blod uppsamlas för ytterligare analys.
  3. Efter öppnandet brösthålan och PBS tvättar via intracardial punktion, ett organ-perfusion med 4% paraformaldehyd (PFA) lösning utförs under 5 min. Den vänstra karotidartären innehållande stenten dissekeras, direkt placeras i en 4% PFA-lösning och minst 16 h senare embbeded i plast.
  4. 50 um tjocka sektioner utförs från plast-inbäddade prover med en diamant bandsåg.
  5. För att mäta plackstorlek är Giemsa-färgning utförs.
  6. För att analysera graden av återendotelisation inom stented område av fartyget, är immunohistokemi för von Willebrand faktor (vWF) utförs.

Representative Results

  1. Implantation av en miniatyriserad nitinol stent in i den vänstra halspulsådern av möss tar 25-30 minuter och visar en dödlighet på 10% främst på grund av skador på fartyget under interventionen. En bättre överlevnad observeras i möss som har en vikt mer än 25 g vid tidpunkten för stentimplantation (dödlighet på 5%). Därför valde vi för implantation möss med en vikt mellan 25-27 g.. Efter operation, mössen återhämta sig från anestesi inom 2-5 minuter och inga fysiska funktionsnedsättningar, som t.ex. förlamning, iakttas. Micro-datortomografi (Micro-CT) utförs en vecka efter stentimplantation visade att stentar inte vrickat av blodflödet (Figur 1C). Olyckligtvis är analysen av neointimabildning i dessa bilder inte möjlig på grund av de metall-härledda artefakter (figur 1D, 1E).
  2. Vi observerade inte något fartyg eller endothelial skador av ostentad kärlyta, omedelbart nedanför stenten, Som detekteras genom histologisk (Figur 2A) och genom specifik färgning för endotel (Figur 2B, anti-mus-CD31-antikropp). För en bättre överblick, var avsnittet skannas med en två-photon mikroskopi laserskanning (Figur 2B, 2C).
  3. I stented kärlet, är en permanent utvidgning av 15% upptäcks (ratio stent: artär, 1,15:1) av möss med en vikt mellan 25-27 g.. Neointimabildning och tromb-bildning kan analyseras genom klassiska histologiska färgningar (t.ex. Hematoxilin-eosin, Giemsa, Movat, Toluidin Blå, Masson-Trichrom-Goldner, figur 3A, 3B). Eftersom lamina extern och internationell syns inte längre, var plackstorlek beräknas som skillnaden mellan den externa och den luminala områden (betyder plackytan: 234566 ± 3315 ìm 2, menar luminal yta: 12036 ± 2662 ìm 2). Extern omkrets mättes också (medel: 1799 ± 14 nm). För analys av dencellulära sammansättning, sektionerna måste deplastified och färgades med specifika markörer. För återendotelisation, använde vi en Cy3-konjugerad anti-CD31-antikropp och för glattmuskelcellproliferation ett FITC-konjugerat anti-SMA-antikropp (figur 3C). Återendotelisation beräknades i procent av CD-31 positivt färgade till den totala luminalytan (medelvärde: 23,07 ± 3,14%) en vecka efter stentimplantation.

Naturligtvis är ett obegränsat antal specifik färgning möjligt, beroende på varje laboratoriernas erfarenhet. Analys av myosin tung kedja, för en bättre karakterisering av SMC, men också analys av infiltrerade celler (monocyter, lymfocyter), eller färgningar för olika inflammatoriska cytokiner kan också utföras, beroende på syftet med studien.

Figur 1 c = "/ files/ftp_upload/50233/50233fig1.jpg" />
Figur 1. Schematisk översikt över det kirurgiska förfarandet (A). Blodflödet avbryts genom bindning knutar på den inre karotidartären och den proximala yttre halspulsådern stadigt, liksom genom att dra i knut omger gemensamma halspulsådern. Den kisel rör innehållande stenten införs i yttre halspulsådern genom ett litet snitt vid den yttre halspulsådern. Efter stenten når den önskade positionen, är kisel röret dras tillbaka över styrtråd och tillåter formminne expansion av stenten. Micro-CT-bilder som visar stenten positionen en vecka efter kirurgisk implantation (B). På grund av de material som härrör artefakter, är en analys av neointima tillväxt inte är möjlig (C, D).

3fig2highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50233/50233fig2.jpg "/>
Figur 2. Ostentad kärlyta påverkas inte av det kirurgiska ingreppet, vilket framgår av Toluidin Blue (A) och endotel-specifika CD31 färgning (B, C).

Figur 3
Figur 3. Analys av plack kan utföras genom klassiska histologiska färgningar (t.ex. Masson-Trichrom-Goldner) (A). De organiserade tromb kan detekteras genom svartbetsad fibrin nedfall inne i neointima, i vissa fall en fullständig ocklusion av kärlet observeras (B). Återendotelisation (Cy3, röd) eller proliferation av glatta muskelceller (FITC, grön) detekterades genom dubbel immunofluorescens-färgning med användning av specifika markörer.Motfärgning genomfördes med 4 ',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI, blå) (C). Vi märkte en klar återendotelisation av stenten stöttor (vänster, dubbel pil) jämfört med en Felaktiga luminal återendotelisation (höger, enkel pil).

Discussion

För att minska risken för in-stent trombos och restenos och stödja utvecklingen av nya beläggningar för läkemedelsavgivande stentar, ett lätt, enkelt och lättillgängligt metod för stentimplantation i en djurmodell behövs. Möss leverera idealiskt system för att studera komplexa mekanismer för arteriell ombyggnad efter stentimplantation och effektiviteten av sådana läkemedel. Befintliga modeller för in-stent restenos i musen är svårt, kräver hög kirurgisk kompetens och innebär stora risker för komplikationer som blödningar eller förlamning 17-19. Till exempel i den modell av stent-implantation i aorta av en donator mus efter ballong-dilatation av kärlet och sedan transplantation av stented segmentet i halspulsådern av en mottagare mus 17, är studiet av de sjukdomsframkallande mekanismerna inte påverkas endast av mottagaren reaktion till donator material, men också genom den massiva skada av vasa vasorum och adventitia. Implantation av en rostfriL stent direkt i bukaorta efter ballong-dilatation 19 följs av en hög dödlighet (35%) på grund av bakbenet förlamning efter blodpropp eller blödning från bukaorta på plats av arteriotomi. Implantation av en spiralformad självexpanderande nitinol-stenten i bukaorta via femoralartären 18 behöver hög kirurgisk kompetens, främst på grund av blint styra stenten längs avgrening från femoralartären till aorta för att placera stenten i rätt position. Detta förfarande följs av en hög risk för att skada den femorala nerven därför förlamning av bakbenet. Jämfört med dessa förfaranden, behöver vår modell av stent implantation i musen inte hög kirurgisk kompetens.

Vår modell erbjuder en enkel, enkel och effektiv metod för att analysera effekterna av olika drog-beläggningar på arteriell ombyggnad, är placeringen av stenten gjord i sikte, och det finns inga risker för skadliga nerver eller andra strukturer. The comkomplexa molekylära mekanismer kan utredas lättare i vår modell för musen halspulsådern stentning, inte bara genom direkt tillgång till fartyget, men också på grund av förekomsten av olika knock-out-möss stammar.

Som en begränsning, att jämföra med den kliniska undersökningen, använder vår modell friska möss / artärer och inte utför stentning på redan existerande plack (ej in-stent restenos, men i-stent stenos). Vi också utför inte ballong-dilatation före stent-implantation. Men på grund av den massiva skador på kärlväggen i båda modellerna, de reparatory processer är likartade. Olyckligtvis, på grund av metall-härledda artefakter, är en in vivo övervakning av neointimal tillväxt inte är möjlig med existerande avbildningsmetoder som ultraljud eller dator-tomografi. En annan begränsande faktor är tunn sektionering av metallbaserade stents, som kräver viss expertis inom metallbearbetning.

Med denna metod, var vikunna visa, att neutrofilmedierad instruera biofunctionalized miniatyriserade nitinol-stentar belagda med LL-37 minska in-stent restenos, ger ett nytt koncept för att främja vaskulär läkning efter interventionell terapi 21.

Trots dessa begränsningar, verkar denna modell vara, tills nu, det mest lämpliga systemet, och därmed pengar och tidsbesparande, att utforska nya drog-beläggningar för stentar och deras effekter på de molekylära händelser under arteriell ombyggnad. Dessutom kan denna modell enkelt anpassas till hamstern, som är mer lik människan, så att varje terapeutisk hypotesen kan verifieras innan på större djur eller människor för att undvika obehagliga och oväntade effekter.

Disclosures

Inga intressekonflikter deklareras.

Acknowledgments

Vi tackar Mrs Angela Freund för utmärkt tekniskt bistånd sektionering plast inbäddade stentar. Vi tackar också Mrs Roya Soltan och Mrs Angela Freund för professionell hjälp med immunohistokemi färgning.

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