Модель аневризмы брюшной аорты мыши, индуцированная периваскулярным применением эластазы
Summary
Настоящий протокол описывает стандартизированный хирургический метод для модели ААА, индуцированной эластазой, путем прямого применения эластазы к адвентициям инфраренальной брюшной аорты у мышей.
Abstract
Аневризма брюшной аорты (ААА), хотя в основном бессимптомная, потенциально опасна для жизни, поскольку разрыв ААА обычно имеет разрушительный результат. В настоящее время существует несколько различных экспериментальных моделей ААА, каждая из которых подчеркивает отдельный аспект патогенеза ААА. Модель ААА, индуцированная эластазой, является второй наиболее используемой моделью ААА грызунов. Эта модель включает прямую инфузию или применение эластазы поджелудочной железы свиней (СИЗ) к инфраренальному сегменту аорты. Из-за технических проблем большинство моделей ААА, индуцированных эластазой, в настоящее время выполняется с внешним применением, а не с внутрипросветной инфузией СИЗ. Инфильтрация эластазы вызовет деградацию эластических ламелей в медиальных слоях, что приведет к потере целостности стенки аорты и последующему расширению брюшной аорты. Однако одним из недостатков модели ААА, индуцированной эластазой, является неизбежное изменение способа проведения операции. В частности, хирургическая техника выделения инфраренального сегмента аорты, материал, используемый для обертывания аорты и инкубации СИЗ, ферментативная активность СИЗ и продолжительность применения СИЗ могут быть важными детерминантами, которые влияют на возможную скорость образования ААА и диаметр аневризмы. Примечательно, что разница в этих факторах из различных исследований ААА может привести к проблемам воспроизводимости. В этой статье подробно описан хирургический процесс модели ААА, индуцированной эластазой, путем прямого применения СИЗ к адвентиции инфраренальной брюшной аорты у мыши. После этой процедуры достижима стабильная скорость образования ААА около 80% у самцов и самок мышей. Согласованность и воспроизводимость исследований ААА с использованием модели ААА, индуцированной эластазой, может быть значительно улучшена путем установления стандартной хирургической процедуры.
Introduction
Аневризма брюшной аорты (ААА) определяется как сегментарная дилатация брюшной аорты с увеличением диаметра сосуда1 по меньшей мере на 50%. ААА потенциально смертельна, так как разрыв может привести к чрезвычайно высокому уровню смертности, даже при вмешательстве 2,3,4. Сообщалось, что ААА несет ответственность примерно за 13 000 смертей в год в США, что делает его10-й ведущей причиной смерти 1,5.
Патогенез ААА еще не до конца изучен 6,7,8. Для исследования молекулярного механизма ААА и тестирования потенциальных терапевтических мишеней было создано несколько экспериментальных моделей ААА 9,10. Модели Грызунов ААА включают модели эластазы, хлорида кальция, ангиотензина II и ксенотрансплантата, среди которых модель ААА, индуцированная эластазой, является второй наиболее используемой моделью 10,11,12,13,14,15,16,17. Эта модель включает прямую инфузию или применение эластазы поджелудочной железы свиней (СИЗ) к инфраренальному сегменту аорты. Проникновение эластазы в медиальный слой аорты вызовет деградацию эластичных ламелей и инфильтрацию воспалительных клеток, что приведет к потере целостности стенки аорты и последующему расширению брюшной аорты 7,18. Модель ААА, индуцированная эластазой, была впервые представлена Anidjar et al. в 1990 году с использованием крыс, у которых изолированный сегмент аорты был перфузирован эластазой17. Позже, в 2012 году, Bhamidipati et al.19 сообщили о модифицированной модели, использующей периадвентициальное применение СИЗ. В настоящее время большинство операций по модели ААА, индуцированной эластазой, вдохновлены группой Бхамидипати и выполняются с внешним применением, а не внутрипросветной перфузией СИЗ. Хотя внешнее применение имеет меньше требований к тонким хирургическим навыкам, уровень заболеваемости ААА относительно ниже и размер несколько меньше, чем у внутрипросветной перфузии11,19.
Несмотря на то, что модель ААА широко используется в исследованиях ААА, индуцированная эластазой, обладает определенными ограничениями. Одним из предостережений этой модели являются неизбежные вариации того, как выполняется операция, что может привести к проблеме воспроизводимости. Например, в хирургической процедуре может существовать различие в отношении того, как изолирован инфраренальный сегмент аорты и какая часть сегмента выбрана для применения СИЗ среди различных лабораторий. Ферментативная активность СИЗ и продолжительность инкубации СИЗ также могут варьироваться. Все они, однако, являются существенными детерминантами, которые влияют на конечную скорость образования ААА и диаметр аневризмы. Изменение этих критических детерминант делает сравнение данных исследований ААА из разных групп с использованием этой модели очень трудным. Поэтому стандартизированная хирургическая процедура необходима в качестве инструмента для получения сопоставимых результатов от различных учреждений.
В этой статье описывается стандартизированный хирургический протокол для модели ААА, индуцированной эластазой, путем прямого применения СИЗ к адвентициям инфраренальной брюшной аорты у мышей. Также будут обсуждаться подробности о хирургическом материале и процедурах, необходимых для успешной и надежной генерации ААА у мышей, использующих эту модель.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модель ААА, индуцированная эластазой, была впервые сообщена Anidjar et al. с использованием крыс в 1990году 17. За последние тридцать лет были введены различные модифицированные версии, наряду со значительным улучшением хирургических методов 19,20,21,22.…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Отдел лабораторной медицины животных Мичиганского университета за помощь в кормлении и разведении животных. Это исследование поддерживается NIH RO1 HL138139, NIH RO1 HL153710 J. Zhang, NIH RO1 HL109946, RO1 HL134569 Y.E. Chen и грантом Американской кардиологической ассоциации 20POST35110064 G. Zhao.
Materials
| 6-0 non-absorbable monofilament suture | Pro Advantage | P420697 | |
| Carprofen | Zoetis Inc. | NDC: 54771-8507 | |
| Chow Diet | LabDiet | 3005659-220 | PicoLab 5L0D |
| Cotton Applicator | Dynarex | 4303 | |
| Cotton Pad | Rael | UPC: 810027130969 | |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Software Inc. | Version 8.4.3 | |
| Grarfe Forceps | Fine Science Tools | 11051-10 | |
| Halsted Mosquito Hemostats | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Ketamine | Par Pharmaceutical | NDC: 42023-0115-10 | |
| Nitrile gloves | Fisherbrand | 19-130-1597 | |
| Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher | 15140122 | |
| Porcine pancreatic elastase | Sigma-Aldrich | E1250-100MG | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14068-12 | |
| Sterile 0.9% saline solution | Baxter | 2B1324X | |
| Xylazine | Akorn | NDC: 59399-110-20 |
References
- Kent, K. C. Clinical practice: Abdominal aortic aneurysms. The New England Journal of Medicine. 371 (22), 2101-2108 (2014).
- Karthikesalingam, A., et al. Mortality from ruptured abdominal aortic aneurysms: Clinical lessons from a comparison of outcomes in England and the USA. Lancet. 383 (9921), 963-969 (2014).
- Noel, A. A., et al. Ruptured abdominal aortic aneurysms: The excessive mortality rate of conventional repair. Journal of Vascular Surgery. 34 (1), 41-46 (2001).
- Lederle, F. A., et al. Rupture rate of large abdominal aortic aneurysms in patients refusing or unfit for elective repair. JAMA. 287 (22), 2968-2972 (2002).
- Kochanek, K. D., Xu, J., Murphy, S. L., Minino, A. M., Kung, H. C. Deaths: Final data for 2009. National Vital Statistics Reports. 60 (3), 1 (2011).
- Daugherty, A., Cassis, L. A. Mechanisms of abdominal aortic aneurysm formation. Current Atherosclerosis Reports. 4 (3), 222-227 (2002).
- Quintana, R. A., Taylor, W. R. Cellular mechanisms of aortic aneurysm formation. Circulation Research. 124 (4), 607-618 (2019).
- Kuivaniemi, H., Ryer, E. J., Elmore, J. R., Tromp, G. Understanding the pathogenesis of abdominal aortic aneurysms. Expert Review of Cardiovascular Therapy. 13 (9), 975-987 (2015).
- Trollope, A., Moxon, J. V., Moran, C. S., Golledge, J. Animal models of abdominal aortic aneurysm and their role in furthering management of human disease. Cardiovascular Pathology. 20 (2), 114-123 (2011).
- Patelis, N., et al. Animal models in the research of abdominal aortic aneurysms development. Physiological Research. 66 (6), 899-915 (2017).
- Senemaud, J., et al. Translational relevance and recent advances of animal models of abdominal aortic aneurysm. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 37 (3), 401-410 (2017).
- Lysgaard Poulsen, J., Stubbe, J., Lindholt, J. S. Animal models used to explore abdominal aortic aneurysms: A systematic review. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 52 (4), 487-499 (2016).
- Tsui, J. C. Experimental models of abdominal aortic aneurysms. Open Cardiovascular Medicine Journal. 4, 221-230 (2010).
- Manning, M. W., Cassi, L. A., Huang, J., Szilvassy, S. J., Daugherty, A. Abdominal aortic aneurysms: Fresh insights from a novel animal model of the disease. Vascular Medicine. 7 (1), 45-54 (2002).
- Chiou, A. C., Chiu, B., Pearce, W. H. Murine aortic aneurysm produced by periarterial application of calcium chloride. Journal of Surgical Research. 99 (2), 371-376 (2001).
- Allaire, E., Guettier, C., Bruneval, P., Plissonnier, D., Michel, J. B. Cell-free arterial grafts: Morphologic characteristics of aortic isografts, allografts, and xenografts in rats. Journal of Vascular Surgery. 19 (3), 446-456 (1994).
- Anidjar, S., et al. Elastase-induced experimental aneurysms in rats. Circulation. 82 (3), 973-981 (1990).
- Sun, J., et al. Mast cells modulate the pathogenesis of elastase-induced abdominal aortic aneurysms in mice. Journal of Clinical Investigation. 117 (11), 3359-3368 (2007).
- Bhamidipati, C. M., et al. Development of a novel murine model of aortic aneurysms using peri-adventitial elastase. Surgery. 152 (2), 238-246 (2012).
- Pyo, R., et al. Targeted gene disruption of matrix metalloproteinase-9 (gelatinase B) suppresses development of experimental abdominal aortic aneurysms. Journal of Clinical Investigation. 105 (11), 1641-1649 (2000).
- Tanaka, A., Hasegawa, T., Chen, Z., Okita, Y., Okada, K. A novel rat model of abdominal aortic aneurysm using a combination of intraluminal elastase infusion and extraluminal calcium chloride exposure. Journal of Vascular Surgery. 50 (6), 1423-1432 (2009).
- Busch, A., et al. Four surgical modifications to the classic elastase perfusion aneurysm model enable haemodynamic alterations and extended elastase perfusion. European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 56 (1), 102-109 (2018).
- Liang, W., et al. KLF11 protects against venous thrombosis via suppressing tissue factor expression. Thrombosis and Haemostasis. , (2021).
- Marinov, G. R., et al. Can the infusion of elastase in the abdominal aorta of the Yucatan miniature swine consistently produce experimental aneurysms. Journal of Investigative Surgery. 10 (3), 129-150 (1997).
- Shannon, A. H., et al. Porcine model of infrarenal abdominal aortic aneurysm. Journal of Visualized Experiments. (153), e60169 (2019).
