죽상 동맥 경화증의 뮤린 모형은 분자 수준에 병원성 통로를 조사하기 위하여 유용한 공구입니다, 그러나 병변 발달의 표준화한 정량화가 요구됩니다. 이 프로토콜은 대동맥 근, 대동맥 아치 및 brachiocephalic 동맥을 포함하여 주요 동맥 혈관에 있는 병변 크기를 결정하기 위하여 최적화된 방법을 기술합니다.
심혈관 질환은 세계에서 사망의 주요 원인입니다. 대부분의 경우 근본 원인은 동맥 경화증이며, 이는 부분적으로 만성 염증성 질환입니다. 실험적인 죽상 동맥 경화증 연구는 질병 과정에서 콜레스테롤과 염증의 역할을 해명했습니다. 이것은 죽상 동맥 경화증의 임상 표현을 감소시키는 약제와 성공적인 임상 시험으로 이끌어 냈습니다. 질병의 마우스 모형에 있는 신중하고 잘 통제된 실험은 완전히 이해되지 않는 질병의 병인을 더 해명할 수 있었습니다. 표준화된 병변 분석은 실험적 변동성을 줄이고 재현성을 높이는 데 중요합니다. 대동맥 근, 대동맥 아치 및 brachiocephalic 동맥에 있는 병변 크기를 결정하는 것은 실험적인 동맥 경화증에 있는 일반적인 종점입니다. 이 프로토콜은 단일 마우스에서 이러한 모든 부위에서 동맥경화증의 평가를 위한 기술적 설명을 제공한다. 이 프로토콜은 유전자 변형 동물이 특징지어지는 경우가 많듯이 물질이 제한될 때 특히 유용합니다.
심혈관 질환은 허혈성 심장 질환과 뇌졸중으로 세계에서 사망의 주요 원인은 4 명 중 1 명에 대한1. 대부분의 경우 동맥 경화증에 의해 발생, 큰 및 중간 크기의 동맥에 만성 염증의 징후와 지질 라덴 플라크의 느린축적을 특징으로하는 질병 2. 질병은 일반적으로 패의 파열 또는 침식이 허혈성 조직 손상으로 이끌어 내는 동맥 혈전증을 이끌어 내릴 때까지 수십 년 동안 주목되지 않는 남아 있습니다.
정상적인 동맥은 내피 세포가있는 인티마 층과 드물게 분포된 평활근 세포, 평활근 세포및 탄성 라멜라를 가진 미디어 층, 느슨한결합 조직을 가진 주변의 출현 층 3으로 구성됩니다. LDL의 친밀한 유지는 동맥 경화증 개발을상쇄 4. 지단백질의 축적 및 수정은 동맥 인두 내의 응집 및 함정으로 이어진다5. 염증 반응은 갇혀 수정 된 지단백질 6에의해 유발됩니다. 내피 세포는 난류 혈류를 가진 동맥 나무의 부위에서 VCAM-1과 같은 접착 분자를 발현하기 시작하여 순환 단핵구 및 기타백혈구 7의 모집으로 이어진다. 침투 하는 단핵구는 대 식 세포에 후속 변환으로 지질을 삼켜대 식 세포로 분화 8.
죽상 동맥 경화증은 1980 년대 중반 이후 증가 주파수와 마우스 모델에서 공부 하고있다. C57BL/6은 이러한 연구를 위해 가장 일반적으로 사용되는 근친 마우스 균주이며, 유전자 변형 균주9의 대부분에 대한 유전 적 배경으로 사용된다. 이 균주는 1920 년대10에서설립되었으며, 그 게놈은 2002년 11년에 발표되었다. 마우스 모델의 실험에는 여러 가지 이점이 있습니다: 식민지는 빠르게 재현되고, 하우징은 공간 효율적이며, 근친 교배는 실험적 변동성을 감소시킵니다. 모형은 또한 표적한 유전자 삭제 및 전이유전자의 삽입과 같은 유전 조작을 허용합니다. 이것은 질병 및 새로운 치료 표적12의새로운 병리생리학 이해로 이끌어 냈습니다.
야생형 C57BL/6 마우스는 동맥경화증에 자연적으로 내성이 있습니다. 그(것)들은 HDL에 있는 순환 하는 콜레스테롤의 대부분을 가지고 있고, 복잡한 동맥 경화성 병변은 고지방 및 고콜레스테롤규정식13를공급하더라도 형성되지 않습니다. 고콜레스테롤 마우스, 예민한 마우스, 예민한-apoe— C57BL/6-배경에, 따라서 죽상 동맥 경화증의 실험 적인 모형으로 사용된다14, 15. ApoE의 부족은 잔여 지단백질의 간 섭취를 손상시키고 가혹하게 지질 물질 대사를 교배합니다. Apoe-/- 마우스에서, 순환 콜레스테롤은 VLDL 입자에서 주로, 마우스는 일반 차우 다이어트에 복잡 한 죽상 경화 증크를 개발.
Ldlr-/- 마우스는 가족성 콜레스테롤 혈증을 가진 인간에서 보인 동맥 경화증의 발달을 모방합니다16. Ldlr-/- 마우스는 죽상 동맥 경화증을 개발하기 위하여 서양 형 규정식이 필요합니다17. 서양 식단은 인간의 음식 섭취량을 모방하고 일반적으로 0.15 % 콜레스테롤을 포함합니다. LDL 수용체는 ApoB100 및 ApoE를 인식하고 내분비증을 통해 LDL 입자의 섭취를 중재합니다. LDL 수용 체는 순환에서 LDL의 간 정리에 대 한 기본, 조혈 세포에서 LDL 수용 체 수용 체 발현이이 과정에 영향을 하지 않는 동안. 이것은 콜레스테롤 성 Ldlr에 Ldlr+/+ 세포의 골수 이식에 대 한 가능성을 엽니다 -/- 받는 사람 및 동맥 경화 증 개발의 평가. 골수 키메라는 일반적으로 실험적인 죽상 동맥 경화증에 있는 조혈 세포의 참가를 공부하기 위하여 이용되었습니다. 그러나, 골수 이식 은 죽상 경화성 플라크의 크기와 구성에 영향을 미칠 수 있습니다.
추가 유전 변경을 가진 Apoe-/- 및 Ldlr-/- 마우스의 다른 변이체는 질병의 특정 프로세스를 공부하기 위하여 개발되었습니다18. 일례로 인간 APOB100-형질전환 Ldlr-/- (HuBL)마우스는 전신 인간 APOB100 유전자 를 운반하는19,20이다. 이 마우스는 정규 차우 규정식에 콜레스테롤 혈증 및 동맥 경화증을 개발합니다. 그러나, 복잡한 죽상 경화성 플라크의 발달은 적어도 6 달 및 짧은 실험 프로토콜은 일반적으로 서양 규정식21를이용합니다. 혈장 콜레스테롤의 큰 분율은 LDL 입자에서 순환하고, 이는 HuBL 마우스에게 Apoe-/- 및 Ldlr-/- 마우스에 비해 더 인간적인 dyslipidemic 지단백질 단면도를 줍니다. HuBL 마우스는 또한 자가 항원 (22)으로 인간 apoB의 연구를 허용합니다.
죽상 동맥 경화증의 마우스 모델은 인간의 질병의 공유 기능을 가진 복잡한 죽상 경화성 플라크를 개발합니다. 그러나, 플라크는 계속되는 심근 경색으로 파열에 상당히 저항합니다. 아테로스롬보전증은23,24,25를평가하기 위해 산발적으로 검출되고 실험적으로 도전적이다. 플라크 파열의 특수 모델이 개발되었지만 실험 분야는 플라크 안정화 제의 평가를위한 신뢰할 수 있고 재현 가능한 모델이 부족합니다.
죽상 동맥 경화증의 정량화는 문헌에서 여러 가지 방법으로 보고되었습니다. 최근 동물 연구의 실험 설계, 실행 및 보고를 표준화하기 위한 노력26. 조사관은 그들의 실험실에 적응하는 다른 환경 설정 및 기술이 있습니다. 대부분의 연구 프로젝트는 또한 일부 프로토콜 수정을 요구하는 방식으로 고유합니다. 질병의 다인성 특성으로 인해 최적의 제어는 프로젝트마다 다릅니다. 현지 조건 및 표준화의 부족은 연구 필드의 진보를 방해하는 질병 발달에 있는 관찰한 다름을 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 실험 적 가변성의 차이는 또한 통계적 전력 계산이 현지 조건하에서 파일럿 연구를 기반으로 해야 한다는 것을 의미합니다.
동맥 경화증의 정량화는 혈관 나무의 여러 위치에서 권장됩니다. 이 프로토콜은 대동맥 뿌리, 대동맥 아치 및 brachiocephalic 동맥에서 단일 마우스에서 결과를 얻는 방법뿐만 아니라 다른 분석을 위해 나머지 thoraco복부 대동맥을 떠나는 방법을 설명합니다. En 얼굴 제제는 대동맥 아치에서 지질 함유 플라크의 신속한 정량화를 허용합니다. 검체 세포막 동맥의 질병 부담은 표본이 신중하게 표시되는 경우 정량화 될 수 있습니다. 대동맥 근의 시간이 더 소요될수록 플라크 조성물의 상세한 평가에 사용할 수 있는 여러 섹션이 남습니다.
심혈관 질환은 세계의 주요 살인자이며 새로운 예방 측정이 필요합니다2. 질병의 마우스 모델은 병리생리학 및 실험 적 치료의 조사를위한 포괄적 인 플랫폼을 제공합니다13. 신뢰할 수 있는 병변 크기 정량화는 이 접근을 위해 필수적입니다. 그러나 정량화 방법은 실험실마다 다릅니다. 표준화 및 최적화는 1980년대13,27,33,34이후 지속적인 프로세스였습니다. 대동맥 뿌리는 실험적인 죽상 동맥 경화증을 정량화하는 가장 인기있는 사이트로 부상했습니다. 플라크의 단면은 그룹 간의 플라크 볼륨을 비교할 수 있습니다. En 얼굴 제제는 대류의 더 큰 세그먼트에서 병변 정량화를 선호한다. en face 방법은 플라크 수량을 시각화하고 플라크 영역 커버리지의 정량화를 가능하게 하지만 플라크 두께를 고려하지 않습니다. 관찰된 차이에 대한 생물학적 관련성은 혈관 트리의 상이한 위치에서 일관된 결과에 의해 입증됩니다. 다른 위치에서 동맥 경화 증 개발 평가 가능한 사이트 특정 효과 해결. 죽상 동맥 경화증 발달에 이식 된 조혈 세포의 효과는 콜레스테롤 성 Ldlr-/- 키메라에서 평가 될 수있다. 그러나, 전신 조사는 사이트 특정 효력을 가진 동맥 경화증 프로세스에 영향을 미칩니다. 더 눈에 띄는 죽상 경화성 병변은 대동맥 근에서 개발되고, 감소 된 병변 발달은 대동맥 아치(35)에서관찰된다.
중요한 것은 병변 크기뿐만 아니라 실험적 죽상 동맥 경화증의 연구에서 다루어져야한다는 것입니다. 병변 조성물은 또한 중요한 매개변수이다. 몇몇 패는 인간36에있는 질병의 표현과 연관되었습니다. 대동맥 근의 직렬 단면은 플라크 조성물을 주의 깊게 분석하는 데 사용할 수 있는 여러 섹션을 남깁니다. 인간에서플라크 파열은 평활근 세포가 거의 없는 얇은 섬유질 캡, 플라크(36)에서의콜라겐 함량 및 염증의 징후를 특징으로 한다. 플라크 파열은 동맥 경화증의 마우스 모델에서 드문 사건이지만, 플라크 안정성을위한 마커는 평가하는 유익한. 번역 접근법은 마우스 모형에서 기계론적인 사실 인정을 확인하고 인간 질병31의중요한 특징을 밝힐 수 있었습니다. 죽상 경화성 플라크의 염증 상태는 VCAM-1, MHC 클래스 II, 대식세포 및 림프구30의면역 성 화학 염색에 의해 결정될 수 있었다. 일부 프로토콜은 동맥 경화성 병변 크기 및 조성물37을측정하기 위한 대동맥 아치 또는 brachiocephalic 동맥의 관상 측면에서 세로 절편을 사용한다. 그러나 이 대체 방법은 분석할 섹션이 거의 남지 므로 응용 프로그램이 제한됩니다.
이 프로토콜의 초기 중요한 단계는 대류물을 효율적으로 수확하는 기능입니다. 현미경의 밑에 손 과 눈 조정은 연습을 요구하고 현미경 과 대동맥 아치의 후속 고정을 위해 둘 다 중요합니다. 이 프로토콜의 다음 중요한 단계는 대동맥 루트의 직렬 섹션 모음입니다. 각 마우스에 대해 80개의 연속 섹션을 수집해야 하며, 이 섹션은 초점과 인내심이 모두 필요합니다. 방법론적 숙련도는 설명된 프로세스의 속도를 상당히 높일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 죽상 경화성 병변 정량화는 여전히 시간이 많이 걸리는 작업입니다. 새로운 기술, 자동 취급 및 작은 동물 화상 진찰은 미래에 실험적인 동맥 경화증의 정량화를 촉진할 수 있습니다. 동맥 경화증의 진행은 느리고 마우스 모형에 있는 대부분의 실험적인 프로토콜은13를완료하는 4 달 이상 걸립니다. 따라서 대원수는 스터디 엔드포인트에서 최적화된 방식으로 수집되어야 합니다. 이 프로토콜은 대동맥을 효율적으로 수확하는 포괄적 인 가이드를 제공하며 제안 된 처리는 대동맥 뿌리, 대동맥 아치 및 brachiocephalic 동맥의 병변 정량을 포함한 다목적 용도로 대동맥을 준비합니다. 바라건대 프로토콜은 실험 적 가변성을 감소시킬 수 있습니다, 결과의 신뢰성을 향상, 동맥 경화증에 대한 새로운 치료에 대한 길을 열 것입니다 연구 결과로 이어질.
The authors have nothing to disclose.
우리는 지난 반세기 동안이 프로토콜을 개발하는 데 도움이 괴란 K 핸슨의 실험 심장 혈관 연구 단위의 모든 과거 회원에게 감사드립니다. 안토니노 니콜레티, 싱화 저우, 안나 카린 로버트슨, 잉거 보딘의 공헌에 특히 감사드립니다. 이 작품은 프로젝트 보조금 06816및 Linnaeus가 스웨덴 연구 위원회의 349-2007-8703을 지원하고 스웨덴 심장 폐 재단, 스톡홀름 카운티 위원회, 교수 난나 스바르츠 재단, 루와 한스 오스테만에서 보조금에 의해 지원되었다 카롤린스카 연구소의 의학 연구 재단, 카롤린스카 인스티튜트의 연구 재단 및 노인성 질환 재단.
Acetone | VWR Chemicals | 20066.296 | For fixation of sections for immunohistochemistry. |
Black electrical insulation tape (50 mm wide) | Any specialized retailer | – | To create pinning beds for aortic arches. |
Centrifuge | Eppendorf | 5417C | Benchtop microcentrifuge. |
Cork board | Any specialized retailer | – | For cutting hearts in the preparation to cryomount aortic roots. |
Cryostat | Thermo Scientific | Microm HM 560 | For serial cryosectioning of aortic roots. |
Deionized water | – | – | For rinsing and preparation of solutions. |
Digital camera | Leica Microsystems | DC480 | 5.1 megapixel CCD for high-resolution images of aortic arches and aortic root sections. |
Dissecting scissors (10 cm, straight) | World Precision Instruments | 14393 | For general dissection of organs. |
Dumont forceps #5 (11 cm, straight) | World Precision Instruments | 500341 | For microdissection of aorta. |
Ethanol 70% (v/v) | VWR Chemicals | 83801.290 | Highly flammable liquid and vapour, store in a well-ventilated place, and keep cool. |
Ethanol absolute ≥99.8% | VWR Chemicals | 20821.310 | Highly flammable liquid and vapour, store in a well-ventilated place, and keep cool. |
Formaldehyde 4% stabilised, buffered (pH 7.0) | VWR Chemicals | 9713.1000 | Harmful by inhalation, in contact with skin and if swallowed. |
ImageJ | NIH | – | Image analysis software. |
Iris forceps (10 cm, curved, serrated) | World Precision Instruments | 15915-G | Used as anatomical forceps. |
Isopropanol | Merck | 1096341011 | Flammable liquid, causes serious eye irritation, and may cause drowsiness or dizziness. |
Kaiser's glycerol gelatine | Merck | 1092420100 | Aqueous mounting medium containing phenol. Suspected of causing genetic defects. |
Light microscope | Leica Microsystems | DM LB2 | For analysis during sectioning and documentation of Oil Red O stained micrographs. |
Mayer's hematoxylin | Histolab | 1820 | Non-toxic staining solution without chloral hydrate, but causes serious eye irritation. |
Mayo scissors (17 cm, straight) | World Precision Instruments | 501751-G | For general dissection. |
Micro Castroviejo needle holder (9 cm, straight) | World Precision Instruments | 503376 | For pinning of aortic arches. |
Microcentrifuge tubes | Corning | MCT-175-C | Polypropylene microtubes with snaplock cap. |
Microlance 3 needles, 23 gauge | BD | 300800 | For blood collection. |
Microlance 3 needles, 27 gauge | BD | 302200 | For perfusion of mice. |
Microvette 500 µL, K3 EDTA | Sarstedt | 20.1341.100 | For blood collection. |
Microvette 500 µL, Lithium Heparin | Sarstedt | 20.1345.100 | For blood collection. |
Minutien insect pins, 0.10 mm | Fine Science Tools | 26002-10 | For pinning of aortic arches. |
Oil Red O | Sigma-Aldrich | O0625 | Not classified as a hazardous substance or mixture. |
Optimum cutting temperature (OCT) cryomount | Histolab | 45830 | For embedding tissue. |
Parafilm M | Bemis | PM992 | Paraffin wax film used to create pinning beds for aortic arches. |
Petri dishes (100×20 mm) | Any cell culture supplier | – | Proposed as a storage container for pinned aortas. |
Phosphate buffered saline (PBS) | – | – | Sterile and RNase-free solution is required for perfusion of mice. |
Qualitative filter paper (grade 1001) | Munktell | 120006 | For filtering Oil Red O working solution (typical retention 2-3 µm). |
RNAlater RNA stabilization reagent | Qiagen | 76106 | For stabilization of RNA in tissue samples |
RNaseZap RNase Decontamination Solution | Invitrogen | AM9780 | A surface decontamination solution that destroys RNases on contact. |
Scalpel handle #3 (13 cm) | World Precision Instruments | 500236 | For cutting hearts in the preparation to cryomount aortic roots. |
Standard scalpel blade #10 | World Precision Instruments | 500239 | For cutting hearts in the preparation to cryomount aortic roots. |
Stereomicroscope | Leica Microsystems | MZ6 | For dissection and en face documentation |
Sudan IV | Sigma-Aldrich | S4261 | Not classified as a hazardous substance or mixture. |
Superfrost Plus microscope slides | Thermo Scientific | J1800AMNZ | To collect aortic root sections. |
Tissue forceps (15 cm) | World Precision Instruments | 501741-G | For general dissection. |
Tissue-Tek cryomolds (10x10x5 mm) | Sakura | 4565 | For embedding aortic roots in OCT. |
Vannas scissors (8 cm, straight) | World Precision Instruments | 503378 | For microdissection of aorta. |