Method Article
Этот протокол предусматривает подробную пошаговую процедуру индукции расслоения грудного отдела аорты у мышей. В частности, он включает в себя точный расчет необходимых доз β-аминопропионитрила и ангиотензина II, процедуру наполнения осмотическим насосом и технику имплантации осмотического насоса.
Расслоение грудной аорты (ТАД) является смертельным сердечно-сосудистым заболеванием, которое не поддается эффективному лечению. Воспроизведение животных моделей патофизиологии ТАД имеет важное значение для изучения внутренних механизмов ТАД. Широко используемая модель TAD, индуцированная β-аминопропионитрилом (BAPN, необратимый и перорально активный ингибитор лизилоксидазы) у мышей, имеет ограничение, заключающееся в непостоянной частоте успеха. В этом протоколе подробно описана модифицированная мышиная модель ТАД, индуцированной пероральным приемом БАТН в сочетании с подкожной инфузией ангиотензина II (Ang II). После четырех недель введения БАТН с последующей инфузией Ang II в течение 24 ч была надежно индуцирована мышиная модель с характеристиками, аналогичными человеческому ТАД, и вероятность успешного построения модели ТАД значительно улучшилась. Пероральный прием BAPN ингибирует сшивку эластина и коллагена, что приводит к разрушению структуры стенки аорты и в определенной степени индуцирует образование дилатации и расслоения аорты. Последующая индукция Ang II еще больше усугубляет дегенерацию стенки аорты, тем самым способствуя возникновению ТАД. Следовательно, комбинация BAPN и Ang II представляет собой усовершенствованный подход к построению мышиной модели TAD, предлагая ценный инструмент для изучения патогенеза и потенциальных терапевтических подходов к TAD.
Расслоение грудной аорты (ТАД) – это серьезное заболевание аорты, вызванное разрывом интимы из-за кровотечения в стенке грудной аорты, в результате которого слои стенки аорты отрываются, кровь попадает в среду стенки аорты, образуя ложный просвет и вызывая давление на истинный просвет 1,2,3. Эпидемиологические исследования показывают, что заболеваемость ТАД составляет от 7 до 9 случаев на 100 000 человек вгод4. В настоящее время считается, что патогенез ТАД обусловлен аномальной структурой и гемодинамикой среднего звена аорты, а такие факторы, как гипертония, дислипидемия и наследственные сосудистые заболевания, увеличивают риск развития ТАД5. Хирургическое вмешательство остается основным вариантом лечения ТАД. Тем не менее, в связи с высокими периоперационными рисками, изучение патогенеза ТАД и методы раннего вмешательства для задержки его прогрессирования имеют существенное значение для улучшения прогноза ТАД. Поскольку получить человеческие образцы и провести эксперименты непосредственно на людях очень сложно, необходимо создать животные модели ТАД, которые имитируют характеристики человеческого ТАД.
За последние несколько десятилетий было широко известно о многих животных моделях аневризмы аорты (АА). Тем не менее, до сих пор существует мало исследований по созданию моделей TAD; некоторые исследователи даже считают ТАД побочным продуктом животной моделиАА 6. Фактически, учитывая, что ТАД возникает в результате первоначального интимального разрыва грудной аорты с последующим быстрым расширением ложного просвета, это значительное различие в механизме отличает ТАД от аневризмыаорты 7. На сегодняшний день наиболее часто используемой моделью ТАД является индуцированная β-аминопропионитрилом (BAPN) расслоением аорты у грызунов. БАПН, специфический и необратимый ингибитор лизилоксидазы, ингибирует сшивание эластических волокон и коллагеновых волокон в стенке аорты и широко используется на животных моделях расслоения аорты 8,9,10. В большинстве случаев BAPN добавляли в питьевую воду мышей для построения моделей TAD, а комбинацию BAPN и ангиотензина II (Ang II) с помощью осмотического насоса использовали для построения моделей TAD11,12. Однако эти методы построения ТАД-моделей подробно не описаны. Из-за различий в линиях мышей, введении BAPN, а также концентрации и продолжительности Ang II, частота и степень поражения TAD были нестабильными в разных экспериментах. Поэтому существует острая потребность в стабильном методе построения мышиных ТАД-моделей.
В данном протоколе подробно и шаг за шагом описывается простой и весьма успешный метод с использованием комбинации воды, обогащенной BAPN, и осмотического насоса Ang II для построения мышиной модели TAD. Этот протокол применим к большинству лабораторий и прост в освоении, что позволяет даже исследователям, не имеющим опыта в создании мышиных моделей, выполнять его последовательно.
Протоколы содержания животных были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию Тяньцзиньского медицинского университета (номер одобрения TMUaMEC 2022036). В этом исследовании использовались трехнедельные самцы мышей C57BL/6J. Подробная информация об используемых реагентах и оборудовании приведена в Таблице материалов.
1. Содержание и группировка животных
2. Подготовка к питьевой воде с добавлением БАТН
3. Расчет массы Ang II
4. Роспуск Ang II
5. Наполнение осмотического насоса
6. Хирургическая процедура по имплантации помпы
7. Послеоперационный уход за животными
8. Забор, фиксация, очистка и визуализация аорты
В общей сложности 70 самцов мышей C57BL/6J в возрасте 3 недель были включены в это исследование и случайным образом распределены в четыре группы: контрольная (n = 10), BAPN (n = 20), BAPN + физиологический раствор (n = 20) и BAPN + Ang II (n = 20). В группе BAPN у 11 из 20 мышей развилось расслоение грудной аорты (TAD) через 28 дней после введения BAPN, при этом 4 мыши умерли от разрыва аорты. В группе BAPN + физиологический раствор у 12 из 20 мышей развился TAD, 4 из которых умерли из-за разрыва. Примечательно, что в группе BAPN + Ang II у всех 20 мышей развился TAD, и 7 из них умерли от разрыва аорты. В контрольной группе образования ТАД не наблюдалось (рис. 2А). Репрезентативные изображения аорты из каждой группы показаны на рисунке 2B.
Средние максимальные диаметры аорты составляли 1,00 ± 0,09 мм (контроль), 2,57 ± 0,22 мм (BAPN), 2,57 ± 0,33 мм (BAPN + физиологический раствор) и 2,78 ± 0,23 мм (BAPN + Ang II) (рис. 2C). По сравнению с контрольной группой, все три модельные группы показали значительно увеличенный максимальный диаметр аорты; Тем не менее, существенных различий между самими модельными группами не наблюдалось.
Гистологический анализ с использованием H&E окрашивания выявил утолщение стенок аорты и выраженную воспалительную инфильтрацию клеток в группах BAPN, BAPN + Физиологический раствор и BAPN + Ang II по сравнению с контрольной группой. Окрашивание EVG также продемонстрировало фрагментацию и потерю эластичных волокон в этих группах (рис. 3).
Рисунок 1: Схематический протокол для индукции расслоения грудного отдела аорты. Расслоение аорты индуцировали у 3-недельных мышей C57BL/6J путем перорального введения β-аминопропионитрила (BAPN) или последующей инфузии ангиотензина II (Ang II). Мыши в контрольной группе и группе БАТН получали обычную питьевую воду или питьевую воду с добавлением БАТН (1 мг/г/день) в течение 4 недель соответственно. Мышам в группе BAPN + Ang II или в группе BAPN + физиологический раствор вводили Ang II (1 нг/г/мин) или эквивалентный объем физиологического раствора в течение 24 ч после завершения четырехнедельного лечения BAPN. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 2: Частота и морфология расслоения аорты в каждой группе. (A) Частота расслоения и разрыва аорты в каждой группе. (B) Репрезентативная общая морфология аорты из каждой группы; масштабная линейка = 5 мм. (C) Количественная оценка максимальных диаметров аорты у мышей с расслоением аорты (n = 6 в группе); p < 0,001. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Рисунок 3: Гистологическая характеристика расслоенных аорт . Репрезентативные гематоксилин и эозин (ПЭ) и эластин ван Гизон (ЭВГ) окрашивали участки аортальной ткани из каждой группы. Черные стрелки указывают на ложные просветы (F); масштабная линейка = 100 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Расчет суммы BAPN | |
Доза | 1 мг/г/сут |
Общая масса тела | х г |
Дозировка для индукционного цикла | y мг = 1,3 x (x g x 1 мг/г/d x1 d) |
Расчет объема воды | |
Потребление воды (за последние сутки) | мл |
Объем воды для индукционного цикла | b мл = 1,3 x a мл |
Таблица 1: Расчет дозировки БАТН и объема воды. Необходимое количество BAPN основывалось на общей массе тела мышей в клетке и среднесуточном потреблении воды. Чтобы обеспечить достаточный забор, расчетный объем воды был умножен на коэффициент 1,3. Например, для четырех мышей с общей массой тела 72,1 г и суточной нормой воды 10,9 мл 93,7 мг БАТН растворяли в 14,17 мл питьевой воды в течение одного индукционного цикла.
Расчет суммы Ang II | ||
Общее состояние | Доза | 1 нг/г/мин |
Масса тела (самая тяжелая) | х г | |
Скорость выпуска | 1 мкл/ч | |
Количество мышей | b | |
На мышь | Дозировка в час | y нг/ч = x г × 60 мин × 1 нг/г/мин |
Концентрация раствора | z нг/мкл = (y нг/ч) / (1 мкл/ч) | |
Требуемый объем раствора на одну мышь | 130 мкл | |
Требуемая масса Ang II на одну мышь | a ng = z ng/μL × 130 μL | |
Все мыши | Общее требование Ang II | m mg = a ng x 10-6 x b |
Объем растворенного вещества | n μL = 130 μL x b |
Таблица 2: Расчет количества Ang II для инфузии осмотическим насосом. Требуемая масса Ang II была рассчитана для достижения скорости подачи 1 нг/г/мин для каждой мыши, исходя из расчета 130 мкл раствора на насос. Например, для мыши массой 23,5 г требуемая концентрация раствора составляла 1410 нг/мкл, в результате чего общая масса Ang II составила 1,833 мг для 10 мышей. Это количество растворяли в 1300 мкл физиологического раствора.
Расчет объема наполнения | ||||
Масса тела | Том Ang II | Объем солевого раствора | Общий объем | |
Мышь 1# | 23,5 г | 100 мкл | 0 μл | 100 мкл |
Мышь 2# | х г | μЛ | b μL | 100 мкл |
Таблица 3: Расчет объемов наполнения Ang II и солевым раствором на одну мышь. Объемы наполнения регулировались в соответствии с массой тела индивидуальной мыши, максимум 100 μл на насос. Например, мышь весом 22 г получала 93,6 мкл раствора Ang II, а оставшиеся 6,4 мкл заполняли физиологическим раствором для достижения общего объема в 100 мкл.
Из-за ограниченного понимания угрожающего жизни расслоения грудного отдела аорты (ТАД) создание стабильных животных моделей имеет важное значение для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе возникновения и прогрессирования ТАД. β-аминопропионитрил (БАПН), ингибитор лизилоксидазы, широко используется в моделях ТАД у грызунов, поскольку он нарушает сшивание коллагена и эластина, тем самым ослабляя стенку аорты и повышая ее восприимчивость к механическимнагрузкам13. Тем не менее, применение только БАТН часто приводит к непоследовательной заболеваемости ТАД в разных исследованиях.
Являясь ингибитором лизилоксидазы, BAPN необратимо ингибирует сшивание эластина и коллагена10. Принято считать, что во время ювенильной фазы сшивание этих компонентов внеклеточного матрикса все ещепродолжается14. Таким образом, введение БАПН в течение этого критического окна развития может быть особенно эффективным для нарушения созревания матрицы, увеличивая вероятность успешной индукции ТАД. Несколько исследований показали, что БАТН сам по себе может индуцировать ТАД у молодых мышей, хотя зарегистрированная частота варьирует в широких пределах, варьируясь от 9% до 91% после 4 недель введения БАТН 12,15,16.
Примечательно, что в последние десятилетия возникновение ТАД у людей показало тенденцию к более молодому возрасту, при этом некоторые исследования показывают, что средний возраст осложнений аорты приходится на период от 30 до 40 лет17,18. Поскольку BAPN индуцирует TAD у мышей в возрасте от 3 до 4 недель, нарушая поперечное сшивание эластина и коллагена во время развития внеклеточного матрикса, эта модель может лучше отражать патофизиологию и молекулярные особенности раннего начала TAD у людей.
Напротив, одного БАТН недостаточно для индуцирования ТАД у взрослых мышей 9,20. Чтобы решить эту проблему, различные исследования сочетали BAPN с дополнительными вмешательствами. Например, было показано, что одновременное введение метилового эфира NG-нитро-L-аргинина (L-NAME), BAPN и ангиотензина II (Ang II) индуцирует TAD у взрослых мышей21. Среди них комбинация BAPN и Ang II является наиболее часто используемой стратегией для повышения заболеваемости TAD. Ren et al. сообщили о 100% частоте ТАД при введении Ang II в течение 24 ч после 4-недельного режима приема БАТН, что согласуется с результатами данного исследования12. Кроме того, введение Ang II было связано с дозозависимыми показателями смертности 14%, 39% и 67% после 12 ч, 24 ч и 48 ч инфузии, соответственно,22, что также согласуется с показателями смертности, наблюдаемыми в нашей экспериментальной модели.
Существует несколько режимов введения БАТН, включая доставку через питьевую воду, осмотические насосы, желудочный зонд, диету и внутрибрюшинную инъекцию 21,22,23,24. Среди них введение через питьевую воду является наиболее часто используемым методом для молодых мышей. Осмотические насосы, с другой стороны, хорошо зарекомендовали себя для обеспечения последовательного и устойчивого высвобождения соединений и часто используются для инфузии Ang II на мышиных моделях аневризмы аорты25. Несмотря на то, что подкожная инфузия с помощью насосов может считаться оптимальным методом доставки БАТН, растворимость БАТН и производительность насоса ограничивают его осуществимость. Максимальная растворимость БАТН в воде составляет примерно 50 мг/мл, что недостаточно для удовлетворения требований к концентрации для эффективной доставки с помощью насоса. Следовательно, необходим высококонцентрированный раствор БАТН. Как и в настоящем исследовании, в последних протоколах принят комбинированный подход, предусматривающий введение BAPN в питьевую воду и доставку Ang II с помощью осмотических насосов26. Этот метод представляется оптимальным для доставки БАТН молодым мышам.
В настоящее время в литературе не существует стандартизированного консенсуса относительно оптимальной дозы и продолжительности введения БАТН. В то время как во многих исследованиях использовалась доза 1 мг/г/день, когда БАТН поступает через питьевую воду, другие описывали концентрации БАТН в терминах 1-3 мг/мл или от 0,2% до 0,6% (масс./об.)27,28,29,30,31. Добавление БАТН в питьевую воду может изменить количество воды, потребляемой мышами, а потребление воды может не коррелировать линейно с массой тела. Следовательно, фиксированная концентрация БАТН может привести к изменчивости фактического потребления БАТН на одну мышь. Чтобы решить эту проблему, текущее исследование скорректировало ежедневную дозу питьевой воды с добавлением BAPN в зависимости от массы тела и потребления воды, стремясь поддерживать постоянную дозу 1 мг/г/день.
Однако этот протокол имеет несколько ограничений. Во-первых, в нем отсутствуют исходные данные о частоте и патологическом прогрессировании ТАД в промежуточные временные точки. Во-вторых, в этом исследовании использовались только самцы мышей. В то время как ТАД более распространен среди мужчин, сообщается, что у женщин наблюдаются худшие исходы, включая более высокую смертность и снижение долгосрочной выживаемости после хирургического лечения32,33. Интересно, что в некоторых исследованиях наблюдалась более низкая частота расслоения аорты у самок мышей, получавших BAPN и Ang II26,34, что требует дальнейшего изучения. В-третьих, начало индукции ТАД в возрасте 3 недель (аналогично подростковому возрасту человека) может не полностью отражать патофизиологические механизмы, лежащие в основе ТАД у взрослых. Наконец, групповое содержание в период введения БАТН (4 мыши в клетке) приводит к вариабельности индивидуального потребления воды, что может способствовать различиям в воздействии БАТН и тяжести симптомов.
В заключение, этот протокол описывает стабильную, высокочастотную и воспроизводимую мышиную модель ТАД, которая точно имитирует патологические особенности ТАД человека. Благодаря своей простоте и надежности, эта модель представляет собой ценную полезность для исследования молекулярных механизмов, лежащих в основе возникновения и прогрессирования ТАД, а также для оценки потенциальных терапевтических стратегий.
Авторы данной рукописи не могут заявить об отсутствии конфликта интересов.
Эта работа была поддержана грантом Национального фонда естественных наук Китая (82370299) и Тяньцзиньским проектом строительства ключевой медицинской дисциплины (специальности) (TJYXZDXK-060B).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
3-Aminopropionitrile Fumarate salt | Sigma-Aldrich | A3134 | |
Analytical balance | Radwag | AS 220.R2 | |
Anesthesia Machine | Shanghai Renyi Biological Technology Co. Ltd. | MSS-3 | |
Angiotensin II | MCE | HY-13948 | |
C57BL/6J Male Mice | GemPharmatech | N000013 | |
Chow Diet | Sibeifu Beijing Biotechnology Co. Ltd | SPF-F02-002 | |
Electrothermal constant temperature water tank | Yiheng Technical Co. Ltd. | DK-8D | |
EVG Staining Kit | Solarbio | G1590 | |
GraphPad Prism | Graphpad | Ver 10.0.2 | |
H&E Staining Kit | Servicebio | G1076 | |
Hemostat | Shinva Medical Instrument Co. Ltd. | ZH240RN | |
Isoflurane | RWD | R510-22-10 | |
Microtube | Axygen Scientific, Inc. | MCT-150-C | |
Needle forcep | Shinva Medical Instrument Co. Ltd. | ZM234R/RN/RB | |
Osmotic pump | Alzet | 1003D | |
Paraformaldehyde | Servicebio | G1101 | |
PBS, 1x | Servicebio | G4202 | |
Saline | Servicebio | G4702 | |
Scalpel | Shinva Medical Instrument Co. Ltd. | ZB084R/RN | |
Scissor | Shinva Medical Instrument Co. Ltd. | ZC480RN/RB/RNj/RNh | |
Stereo microscope | Leica | EZ4 | |
Suture | Jinhuan Medical Supplies Co. Ltd. | F604 | |
Tweezer | Shinva Medical Instrument Co. Ltd. | ZO022RB |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены