Method Article
Ici, un protocole est présenté pour l’implantation d’un greffon vasculaire issu de l’ingénierie tissulaire dans l’artère carotide de souris à l’aide de la technique du ballonnet, fournissant un modèle animal approprié pour l’étude des mécanismes de régénération du tissu vasculaire.
Le développement de greffes vasculaires de petit diamètre a été une entreprise mondiale, avec de nombreux groupes de recherche contribuant à ce domaine. L’expérimentation animale joue un rôle central dans l’évaluation de l’efficacité et de l’innocuité des greffes vasculaires, en particulier en l’absence d’applications cliniques. Par rapport aux modèles animaux alternatifs, le modèle d’implantation de souris offre plusieurs avantages, notamment un patrimoine génétique bien défini, une méthode mature de construction de modèles de maladies et une procédure chirurgicale simple. Sur la base de ces avantages, la présente étude a mis au point une technique simple de brassard pour l’implantation de greffons vasculaires issus de l’ingénierie tissulaire dans l’artère carotide de la souris. Cette technique a commencé par la fabrication de greffons vasculaires de petit diamètre en polycaprolactone (PCL) par filage électrostatique, suivie de l’ensemencement de macrophages sur les greffons par adsorption par perfusion. Par la suite, les greffons vasculaires cellularisés issus de l’ingénierie tissulaire ont été transplantés dans l’artère carotide de la souris à l’aide de la technique du ballonnet pour évaluer la perméabilité et la capacité de régénération. Après 30 jours d’implantation in vivo , la perméabilité vasculaire s’est avérée satisfaisante, avec des signes de régénération néo-tissulaire et la formation d’une couche endothéliale dans la lumière des greffons. Toutes les données ont été analysées à l’aide d’un logiciel de statistiques et de graphiques. Cette étude a permis d’établir un modèle d’implantation de l’artère carotide chez la souris qui peut être utilisé pour explorer les sources cellulaires de la régénération vasculaire et les mécanismes d’action des substances actives. De plus, il fournit un soutien théorique pour le développement de nouvelles greffes vasculaires de petit diamètre.
La prévalence et la mortalité des maladies cardiovasculaires augmentent à l’échelle mondiale, ce qui représente un problème de santé publique important1. Le pontage vasculaire est une intervention efficace pour les maladies coronariennes graves et les maladies vasculaires périphériques2. L’utilisation de greffes vasculaires artificielles d’un diamètre supérieur à 6 mm a été bien documentée en milieu clinique. À l’inverse, ceux dont le diamètre est inférieur à 6 mm sont sujets à la thrombose et à l’hyperplasie intimale, ce qui peut entraîner un risque considérable de resténose3. Malgré des avancées significatives dans la recherche et le développement de greffes vasculaires de petit diamètre ces dernières années, avec plusieurs produits approchant l’application clinique, de multiples défis subsistent 4,5. Il s’agit notamment d’un taux de perméabilité à long terme relativement faible, d’une régénération vasculaire limitée et d’une compréhension insuffisante du mécanisme de régénération.
L’évaluation préclinique de nouveaux greffons vasculaires de petit diamètre repose sur l’implantation in vivo dans divers modèles animaux. Les modèles les plus couramment utilisés comprennent l’artère carotide de mouton, l’artère fémorale de chien, l’artère carotide de lapin et les modèles d’implantation d’artère abdominalede rat 6,7,8,9. La perméabilité des greffes vasculaires peut être évaluée chez des animaux de taille moyenne à grande, tels que les moutons, les porcs et les chiens. Cependant, ces études impliquent des coûts importants en raison de l’expertise et de l’équipement requis. De plus, leur complexité technique pose un défi à la mise en œuvre. En revanche, les modèles de petits animaux tels que les lapins et les rats manquent d’espèces transgéniques bien établies avec des antécédents génétiques clairement définis, ce qui représente un obstacle important dans l’étude des mécanismes de régénération vasculaire.
Par rapport aux modèles animaux susmentionnés, le modèle murin offre une procédure chirurgicale relativement simple, une méthodologie bien établie pour générer des souris génétiquement modifiées et un patrimoine génétique clairement défini. Cependant, le petit diamètre des vaisseaux sanguins de souris rend l’anastomose de bout en bout dans la greffe vasculaire techniquement complexe, nécessitant une expertise significative et produisant un taux de réussite relativement faible. Afin de réduire la complexité de la procédure et d’améliorer le taux de réussite de l’implantation d’une greffe vasculaire, la présente étude a utilisé la technique du brassard dans un modèle d’implantation de l’artère carotide chez la souris.
Suite à une implantation in vivo , les greffes vasculaires peuvent recruter des cellules endogènes qui contribuent à la régénération du tissu vasculaire. La présence de ces cellules facilite l’endothélialisation et la régénération de la couche musculaire lisse des greffons. 10. Cependant, la source et le type de cellules impliquées dans la régénération du tissu vasculaire restent incertains, et de multiples théories concurrentes sont à l’étude11. Parmi celles-ci, les recherches ont porté sur les rôles des cellules inflammatoires et des cellules souches. Breuer et al. ont ensemencé des monocytes dérivés de la moelle osseuse humaine (hBMC) sur des greffes vasculaires et ont constaté que les cellules ensemencées recrutaient des cellules hôtes dans la paroi du greffon par la libération de la protéine chimioattractante des monocytes 1 (MCP-1), favorisant ainsi la régénération du tissu vasculaire12. Dans cette étude, une méthode efficace d’ensemencement cellulaire par adsorption de perfusion a été proposée et utilisée avec succès pour ensemencer des macrophages sur des greffons vasculaires de petit diamètre en polycaprolactone (PCL). Après l’implantation, ces cellules ont montré une viabilité soutenue.
Cet article détaille la méthodologie de préparation des greffes vasculaires issues de l’ingénierie tissulaire et la procédure d’implantation de l’artère carotide chez la souris à l’aide de la technique du brassard. Le processus commence par la fabrication de greffons vasculaires PCL de petit diamètre avec des paramètres définis par filage électrostatique. Par la suite, les greffons jugés aptes à l’implantation subissent des tests mécaniques. Les macrophages sont ensuite ensemencés sur les greffons vasculaires à l’aide de la méthode d’adsorption par perfusion. Enfin, des greffons vasculaires ensemencés de macrophages sont implantés dans l’artère carotide de la souris à l’aide de la technique du brassard, et la perméabilité et les propriétés régénératives sont analysées après un mois d’implantation in vivo .
Cette technique a le potentiel d’améliorer l’efficacité et les taux de réussite de la greffe vasculaire dans des modèles murins. De plus, le modèle peut être utilisé pour étudier les mécanismes sous-jacents aux sources cellulaires, aux gènes pivots et aux facteurs actifs de la régénération vasculaire, fournissant un soutien théorique et méthodologique pour la modification fonctionnelle et le développement de nouveaux greffons vasculaires de petit diamètre.
Toutes les procédures sur les animaux ont été approuvées par le Comité d’éthique des expériences sur les animaux de l’Institut de médecine radiologique de l’Académie chinoise des sciences médicales et étaient conformes aux Directives pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire. Des souris C57BL/6 mâles, âgées de 6 à 8 semaines, d’un poids corporel de 25 à 30 g, ont été utilisées dans cette étude. Les détails des réactifs et des équipements utilisés dans cette étude sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Fabrication de greffons vasculaires de petit diamètre
REMARQUE : Fabriquez des greffons vasculaires PCL de petit diamètre en utilisant la technique d’électrofilage13.
2. Ensemencement de macrophages sur des greffes vasculaires
REMARQUE : Assurez-vous que toutes les solutions et tous les matériaux sont stériles. Effectuer toutes les opérations dans la salle de culture cellulaire.
3. Modèle d’implantation de l’artère carotide de souris
REMARQUE : Maintenez une zone chirurgicale stérile pour les procédures animales. Stérilisez tous les instruments chirurgicaux et les produits jetables avant l’opération.
4. Soins et analyse post-opératoires
Des greffons vasculaires de petit diamètre avec différents paramètres ont été préparés avec succès par électrofilage. Les images MEB ont révélé que les fibres étaient uniformément réparties et présentaient une disposition irrégulière à l’intérieur de la paroi du greffon, avec la présence de structures poreuses (Figure 4). Au fur et à mesure que la concentration de PCL augmentait, le diamètre de la fibre et la taille des pores augmentaient. Les valeurs spécifiques pour chaque groupe de greffes vasculaires sont présentées dans le tableau 2. Les résultats des tests mécaniques ont démontré que toutes les greffes vasculaires répondaient aux normes mécaniques requises. La charge et la déformation maximales à la rupture augmentaient avec des concentrations plus élevées de LCP et une plus grande épaisseur de paroi vasculaire (figures 5A-C), tandis que le module d’élasticité diminuait (figure 5D). Sur la base de ces résultats, des greffons vasculaires de petit diamètre avec une concentration de PCL de 15 % et une épaisseur de paroi de 150 μm ont été sélectionnés comme les greffons optimaux pour les expériences ultérieures.
Dans cette étude, les macrophages ont été ensemencés sur des greffons vasculaires en utilisant la méthode d’adsorption par perfusion. L’analyse MEB a confirmé que les macrophages ont été ensemencés avec succès sur les greffons vasculaires et ont présenté une distribution uniforme (Figure 6A). Des greffons en coupe transversale soumis à une coloration DAPI ont révélé que les macrophages ensemencés s’étaient infiltrés de la lumière du greffon dans la paroi du greffon (Figure 6B).
Trente jours après l’implantation in vivo , le taux de survie des animaux était de 100 %, et deux des trois greffons vasculaires implantés restaient patents, ce qui était un résultat satisfaisant dans les modèles murins. Aucun anévrisme ou encapsulation fibreuse discernable des greffons n’a été observé au stéréomicroscope (Figure 7A). L’étendue de l’infiltration cellulaire et de la régénération tissulaire a été évaluée plus en détail par analyse histologique. La coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (H&E) a révélé une infiltration cellulaire importante dans la paroi du greffon et la formation de néotissus dans la lumière interne du greffon (Figure 7B). La coloration par immunofluorescence CD31 a démontré la régénération d’une seule couche de tissu endothélial dans la lumière interne des greffons, avec une couverture cellulaire endothéliale relativement intacte (Figure 7C).
Figure 1 : Procédure d’ensemencement cellulaire. (A) Culture de cellules RAW264.7. Barre d’échelle : 100 μm. (B) Schéma du processus d’ensemencement des cellules. (C) Cellules RAW264.7 ensemencées sur la paroi du greffon à l’aide de la méthode de perfusion-adsorption. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Technique du brassard. (A) Préparation des brassards vasculaires. (B) Représentation schématique de la technique du brassard vasculaire. Des greffes vasculaires ont été implantées dans l’artère carotide à l’aide de cette méthode. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Procédure chirurgicale d’implantation d’un greffon vasculaire dans un modèle murin. (A) Injection d’anesthésiques, positionnement de la souris en position couchée et immobilisation des pattes. (B) Exposition de la zone chirurgicale. (C) Isolement de l’artère carotide. (D) Placement du brassard autour de l’artère carotide. (E) Eversion de l’artère sur le corps du brassard et fixation à l’aide d’une suture 9-0. (F) Gainage du greffon vasculaire sur le ballonnet artériel et suture. (G) Retrait des pinces vasculaires. (H) Fermeture de la peau. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Morphologie des greffes vasculaires de polycaprolactone électrofilée (PCL). Des images représentatives de microscopie électronique à balayage (MEB) démontrant la structure fibreuse bien définie des greffons vasculaires. Barres d’échelle : 500 μm et 50 μm (images agrandies). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Propriétés mécaniques des greffes vasculaires PCL électrofilées. Caractérisation mécanique des greffons vasculaires dans le sens longitudinal, montrant la charge maximale (A), la contrainte maximale (B), la déformation à la rupture (C) et le module d’élasticité (D). Les données sont exprimées en moyenne ± en écart-type (ET) (n = 3). *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ANOVA à un facteur suivie du test post hoc de Tukey. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Caractérisation des greffons chargés de cellules. (A) Des images MEB représentatives et (B) une coloration au 4',6-diamidino-2-phénylindole (DAPI) de greffons vasculaires chargés de cellules, montrant une implantation réussie de macrophages et une distribution uniforme. Barres d’échelle : 30 μm et 100 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 7 : Analyse histologique de greffons vasculaires explantés un mois après l’implantation. (A) Image stéréoscopique ne montrant aucune formation d’anévrisme ou d’encapsulation fibreuse. Barre d’échelle : 500 μm. (B) Coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (H&E) démontrant une bonne cellularisation et une bonne régénération tissulaire. Barre d’échelle : 200 μm. (C) Coloration par immunofluorescence CD31 révélant une monocouche de cellules endothéliales sur la surface luminale. Barre d’échelle : 200 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Groupe | Concentration de PCL solution ( %) | Épaisseur du greffon vasculaire (μm) | Distance aiguille-collecteur (cm) | débit (mL/h) | tension (kV) |
10%-100 | 10 | 100 | 15 | 2 | 18 |
10%-150 | 10 | 150 | 15 | 2 | 18 |
10%-200 | 10 | 200 | 15 | 2 | 18 |
15%-100 | 15 | 100 | 15 | 2 | 18 |
15%-150 | 15 | 150 | 15 | 2 | 18 |
15%-200 | 15 | 200 | 15 | 2 | 18 |
20%-100 | 20 | 100 | 13 | 8 | 12 |
20%-150 | 20 | 150 | 13 | 8 | 12 |
20%-200 | 20 | 200 | 13 | 8 | 12 |
Tableau 1 : Description des groupes de greffes vasculaires. PCL, polycaprolactone.
Groupe | Diamètre de la fibre (μm) | Taille des pores (μm) |
10%-100 | 0,51±0,12 | 2.48±1.38 |
10%-150 | 0,91±0,4 | 1,83±0,84 |
10%-200 | 0,73±0,35 | 2,24±0,83 |
15%-100 | 1,85±0,3 | 8,91±2,87 |
15%-150 | 1,82±0,34 | 8.41±2.72 |
15%-200 | 2,18±0,47 | 9.59±3.01 |
20%-100 | 3.61±1.02 | 13.95±4.7 |
20%-150 | 3,06±0,56 | 13.12±3.36 |
20%-200 | 3,46±0,66 | 13.92±4.19 |
Tableau 2 : Paramètres structurels des différentes greffes vasculaires.
Groupe | Diamètre intérieur (mm) | Diamètre extérieur (mm) | Épaisseur de paroi (μm) | Longueur(cm) |
carotide | 0.5-0.6 | 0.6-0.7 | 100 | / |
greffe vasculaire | 0.7 | 1 | 150 | 0.8 |
manchette | 0.5 | 0.63 | 65 | / |
Tableau 3 : Données dimensionnelles du ballonnet, de l’artère carotide et de la greffe vasculaire.
L’utilisation de la technique du brassard pour l’implantation de greffes vasculaires issues de l’ingénierie tissulaire dans l’artère carotide de la souris représente une avancée significative dans la recherche cardiovasculaire15. Les étapes critiques de cette technique comprennent l’ensemencement cellulaire et l’implantation de greffons. Cette étude a utilisé une approche d’adsorption par perfusion pour améliorer la densité d’ensemencement des macrophages afin de résoudre les problèmes liés à l’ensemencement cellulaire non uniforme et à la faible viabilité cellulaire. Cette méthode a permis aux macrophages de s’infiltrer dans la paroi vasculaire du greffon et de la répartir uniformément.
En ce qui concerne l’implantation vasculaire, la technique du ballonnet, par opposition à l’anastomose de bout en bout16, peut être associée à une incidence plus élevée de sténose, en particulier lorsqu’elle est appliquée sur des vaisseaux de plus petits diamètres. Pour minimiser cet effet, des brassards dont les diamètres interne et externe correspondent étroitement à ceux des artères carotides de souris ont été sélectionnés. Les dimensions pertinentes sont indiquées dans le tableau 3.
Cette technique facilite une procédure chirurgicale plus simple pour l’implantation d’un greffon vasculaire dans l’artère carotide de la souris. Les modèles animaux les plus fréquemment utilisés dans les études précédentes sur les greffes vasculaires de petit diamètre comprennent la fistule artérioveineuse jugulaire de mouton et les modèles d’implantation de l’artère abdominale chez le rat17,18. Ces modèles sont efficaces pour évaluer la résistance mécanique et la capacité de remodelage tissulaire des greffes vasculaires ; Cependant, leur capacité à élucider les mécanismes sous-jacents est limitée. Les souris génétiquement modifiées sont apparues comme un modèle important pour l’étude des mécanismes de régénération vasculaire, en remédiant aux limites d’autres modèles animaux.
Par exemple, les souris knock-out de l’apolipoprotéine E (ApoE) développent spontanément une hypercholestérolémie et des lésions athéroscléreuses19, ce qui en fait un modèle précieux pour simuler des conditions cliniques nécessitant une transplantation vasculaire. L’évaluation de la perméabilité et de la régénération vasculaires chez les souris knock-out ApoE fournit des données de référence importantes pour l’application clinique des greffons vasculaires. De plus, les souris déficientes en gènes peuvent être utilisées pour étudier les rôles des gènes clés dans la régénération vasculaire. L’oxyde nitrique synthase endothéliale (eNOS), un régulateur essentiel de la fonction vasculaire, est une source primaire d’oxyde nitrique20. Les souris déficientes en gène eNOS servent de modèle de recherche pour élucider les mécanismes par lesquels ce gène influence le remodelage vasculaire. De plus, l’origine des cellules impliquées dans la régénération du tissu vasculaire peut être explorée grâce au marquage cellulaire in vivo et au traçage de la lignée à l’aide de souris outils de gènes rapporteurs21,22.
Cette technique présente certaines limites concernant le nombre d’animaux utilisés et la durée de la transplantation. La présente étude s’est principalement concentrée sur l’évaluation de la faisabilité de cette méthode de greffe à l’aide d’une approche in vivo à court terme. Les études futures devraient augmenter la taille de l’échantillon et mener des évaluations à long terme afin d’évaluer de manière exhaustive l’impact de cette méthode sur la formation d’anévrisme, la perméabilité et l’hyperplasie intimale.
De plus, le taux de perméabilité du greffon était de 66,6 %, ce qui peut avoir été influencé par un décalage de diamètre (2,3 fois) au site d’anastomose. Ce décalage peut entraîner des troubles localisés de la circulation sanguine, augmentant le risque de thrombose. D’autres études sont nécessaires pour optimiser la conception des brassards afin de réduire les écarts de diamètre et d’étudier leurs effets sur les taux de perméabilité.
En conclusion, le modèle d’implantation de l’artère carotide de souris basé sur la technique du brassard fournit un modèle animal simple et efficace pour l’évaluation biologique des greffes vasculaires de petit diamètre. De plus, il permet d’étudier les rôles de différents types de cellules dans le remodelage des tissus vasculaires et les mécanismes de régénération sous-jacents.
Les auteurs n’ont pas d’intérêts financiers conflictuels.
Le financement de cette étude a été fourni par les projets de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n° 32101098, 32071356 et 82272158) et le Fonds d’innovation CAMS pour les sciences médicales (n° 2022-I2M-1-023).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1% penicillin-streptomycin | Solarbio | P1400 | |
10% fetal bovine serum | Gibco | A5256701 | |
4% paraformaldehyde | Solarbio | P1110 | |
4',6-Diamidino-2-Phenylindole (DAPI) | SouthernBiotech | 0100-20 | |
Alcohol | Tianjin Chemical Reaggent Company | 1083 | |
Anti-Mouse CD31 primary antibody | BD Bioscience | 553370 | |
Arterial clips | RWD Life Science | R31005-06 | |
C57BL/6 mice | Beijing Vital River Laboratory Animal Technology Company | ||
Dulbecco's modified eagle medium (DMEM) | Gibco | 11966025 | |
Electrostatic spinning machine | Yunfan Technology | DP30 | |
Goat anti-rat IgG (Alexa Fluor 555) | Invitrogen | A-21434 | |
Hematoxylin and eosin (H&E) | Solarbio | G1120 | |
Hexafluoroisopropanol (HFIP) | McClean | H811026 | |
Iodophor | LIRCON | V273068 | |
Microscissors | World Precision Instruments | 14124 | |
Microtweezers | World Precision Instruments | 500338 | |
Normal goat serum | Boster | AR0009 | |
Normal saline | Cisen Pharmaceutical company | H20113369 | |
Nylon tube for cuff | Portex | ||
Optimal cutting temperature compound (OCT) | Sakara | 4583 | |
Pentobarbital sodium | Sigma | P3761 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Solarbio | P1003 | |
Poly(ε-caprolactone) (PCL) pellets (Mn = 80,000) | Sigma | 704067 | |
RAW264.7 macrophages | Biyuntian Biotechnology | ||
Scanning electron microscope (SEM) | Zeiss | PHENOM-XL-G2 | |
Surgical sutures 6-0 | Ningbo Chenghe microapparatus factory | 220919 | |
Surgical sutures 9-0 | Ningbo Chenghe microapparatus factory | 221006 | |
Syringe | Changqiang Medical Devices | 0197 | |
Tensile testing machine | Instron | WDW-5D |
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