פרוטוקול זה מתאר גישה כירורגית שיטתית למידול מפרצות מתקדמות באבי העורקים הבטני בעכברים על ידי שילוב של יישום אלסטאז ישירות על אבי העורקים האינפרא-כלייתי ומתן ß-aminopropionitrile דרך מי שתייה.
מודל האלסטאז מורין המקומי של מפרצת אבי העורקים הבטני (AAA) משופר בשילוב עם מי שתייה בתוספת ß-aminopropionitrile (BAPN) כדי לייצר באופן אמין מפרצת אינפרא כלייתית אמיתית עם התנהגויות המחקות AAA אנושי. יישום מקומי של אלסטאז על האדוונטטיה של אבי העורקים האינפרא-כלייתי גורם נזק מבני לשכבות האלסטיות של דופן אבי העורקים ומתחיל התרחבות מפרצת. מתן משותף של BAPN, מעכב ליזיל אוקסידאז, מקדם ניוון מתמשך של דופן על ידי הפחתת קולגן ואלסטין קרוסלינקינג. שילוב זה גורם ל- AAAs גדולים המתרחבים בהדרגה, יוצרים פקקת תוך לומינלית ומסוגלים להיקרע. זיקוק טכניקות כירורגיות, כגון בידוד היקפי של כל קטע אבי העורקים האינפרא-כלייתי כולו, יכול לסייע בסטנדרטיזציה של ההליך ליישום עקבי ויסודי של אלסטאז לבלב חזירי למרות אופרטורים שונים ושינויים אנטומיים בין עכברים. לכן, מודל האלסטאז/BAPN הוא גישה מעודנת לגרימת AAA כירורגית בעכברים, אשר עשויה לשחזר טוב יותר מפרצות אנושיות ולספק הזדמנויות נוספות לחקר צמיחת מפרצת וסיכון לקרע.
מפרצת מוגדרת כהתרחבות פתולוגית של כלי דם הגדול מ-50% מקוטר כלי הדם הבריא1. למרות שמפרצת אבי העורקים הבטני (AAA) היא מצב שכיח באוכלוסייה המזדקנת, עם שכיחות של כ ->5% מהגברים > גיל 65, אין אסטרטגיות טיפוליות מכוונות לטיפול ב- AAA1. הניהול הנוכחי של AAA מוגבל להפחתת גורמי סיכון ותיקון כירורגי עם ניתוח פתוח או אנדוסקולרי המבוסס על קוטר אבי העורקים או קצב גדילה2. הסכנה הגדולה ביותר של AAA היא קרע במפרצת, שהוא קטלני אם אינו מטופל, ותיקון במצב חירום זה יכול לשאת סיכוני תמותה של למעלה מ -90%1.
הפתופיזיולוגיה של AAA היא מסובכת, רב-גורמית, ולא מובנת במלואה3. תכונות של AAA אנושי כוללות התרחבות מפרצת אמיתית של דופן אבי העורקים עם חדירה של תאים דלקתיים, נוכחות של פקקת intraluminal, והתרחבות מתקדמת שמובילה בסופו של דבר קרע 3,4. בנוסף, AAAs קשורים לגיל מתקדם, יש דומיננטיות מין זכר:נקבה 9: 1, ומתרחשים לרוב באבי העורקים האינפרא כלייתי5. מידול כל התכונות וההתנהגויות של AAAs אנושיים בבעלי חיים נותר אתגר מתמשך6.
מידול AAA הנוכחי מתבצע בעיקר בעכברים, ומפרצות מושרות בדרך כלל באחת משלוש שיטות – על ידי עירוי אנגיוטנסין II (AngII) באמצעות משאבה אוסמוטית מושתלת תת עורית, ועל ידי יישום ישיר של סידן כלורי (CaCl2) או אלסטאז לאבי העורקים7. בשיטה השנייה, אלסטאז לבלב חזירי (PPE) מוחל על קטע של אבי העורקים האינפרא כלייתי וגורם לפירוק אנזימטי של סיבי אלסטין בתוך הלמלה האלסטית של מדיה טוניקה. נזק מבני זה גורם להיחלשות דופן אבי העורקים ולהרחבת המפרצת כלפי חוץ. השימוש באלסטאז מקומי בלבד, לעומת זאת, מייצר מפרצות אינפרא כלייתיות קטנות יחסית, שאינן מצליחות לגדול או להיקרע בהדרגה לאורך זמן. לאחרונה, Lu et al. שיפרו מודל זה על ידי מתן β-aminopropionitrile (BAPN), מעכב בלתי הפיך של ליזיל אוקסידאז, לעכברים שלהם שטופלו באלסטאז8. על ידי מניעת קישור צולב של סיבי אלסטין וקולגן, תוספת BAPN גורמת לאבי העורקים פגום אלסטאז להתרחב בהדרגה עד כדי קרע. למודל האלסטאז/BAPN יש גם שיעור היארעות גבוה יותר של AAA מאשר למודל האלסטאז המקומי, והמפרצות המיוצרות גם גדולות יותר ומכילות פקקת אינטרלומינלית8.
במודל אלסטאז/BAPN, מידת הדיסקציה הכירורגית והחשיפה של אבי העורקים לאלסטאז יכולה להשפיע על ההצלחה והשכפול של מודל זה. בכתב יד זה, אנו מתארים כי מתן משותף של מי שתייה BAPN ויישום אלסטאז מקומי על אבי העורקים לאחר בידוד היקפי של כל המקטע האינפרא-כלייתי של אבי העורקים משפר את יכולת השכפול, מסביר הבדלים אנטומיים בין בעלי חיים, ומביא לשיעור השראת AAA גבוה יותר, גודל מפרצת ושכיחות קרע. במאמר זה נתאר גישה סטנדרטית לגרימת מפרצת מתקדמת באבי העורקים הבטני בעכברים באמצעות שילוב של מים עם אלסטאז מקומי ומים בתוספת BAPN.
הבנת הפתופיזיולוגיה המורכבת של AAA היא קריטית לשיפור הניהול של מחלת מפרצת אבי העורקים. בעוד אסטרטגיות חדשות יותר מפותחות באופן פעיל כדי לשפר את התוצאות הניתוחיות, AAAs עדיין נפוצים בחברה המזדקנת שלנו וקרע מפרצת נשאר גורם המוות המוביל בארצות הברית10. לכן, הצרכים הבלתי מסופקים באסטרטגיות זיהוי, מניעה וטיפול AAA מצדיקים מחקר מפרצת יסודי נוסף11.
מודלים של בעלי חיים המשחזרים באופן מדויק ויעיל את התכונות וההתנהגויות של AAAs אנושיים חיוניים למחקרים מכניסטיים של פתופיזיולוגיה של מפרצת ולזיהוי מטרות טיפוליות פוטנציאליות. בעוד שהמודלים הנוכחיים של בעלי חיים יכולים לחקות את ההיבטים העיקריים של השינויים המפרצתיים המתרחשים במחלות אנושיות, אין מודל יחיד המייצג באופן מלא את המורכבות האמיתית של AAA אנושיים. נכון לעכשיו, עכברים הם המין המקובל ביותר עבור מודלים AAA בעלי חיים. חוקרים צריכים לשקול את נקודות החוזק והחולשה השונות של כל מודל מורין עבור מחקר המפרצת הספציפי שלהם, כגון אלה שתוארו במומחיות בסקירות על ידי Daugherty et al. ו Busch et al.12,13.
השימוש באלסטאז להשראת AAA במכרסמים תואר לראשונה על ידי Anidjar et al. בשנת 199014. ערבוב אבי העורקים עם אלסטאז לבלב חזירי באמצעות משאבת מזרק יוצר התרחבות ראשונית בערך בין 50% ל -70%, והקטעים המורחבים מדגימים לטובה תכונות פתולוגיות דומות של AAA אנושי, כגון ניוון מדיאלי ודלקת אדוונטיאלית. מודל הזילוח הקלאסי, לעומת זאת, הוא ללא ספק מודל המפרצת המאתגר ביותר מבחינה טכנית, והמפרצות הנוצרות בדרך כלל בשבוע השני מתחילות להיפתר בהדרגה לאחר מכן. Bhamidipati et al. בשנת 2012 הוכיחו אז כי יישום אדוונטיטיאלי של אלסטאז יכול גם לגרום בהצלחה למפרצות דומות הניתנות לשחזור יותר בגודל15. מודל אלסטאז אקטואלי, מודל אלסטאז הרבה פחות מאתגר, אומץ באופן נרחב בחקר המפרצת. מתודולוגיה נוספת ויתרונות של מודל האלסטאז האקטואלי נדונים במאמר השיטות של שו ועמיתיו16.
מודל האלסטאז/BAPN של מורין AAA פותח על ידי לו ועמיתיו בשנת 20178. החדרת 0.2% BAPN למי שתייה שיפרה רבות מהביקורות של מודל האלסטאז המקומי הקלאסי, וכעת מייצרת מפרצות שמתרחבות ללא הרף עד כדי קרע AAA. במחקר שלהם משנת 2017, הם הדגימו כי עכברים בקבוצה שטופלה באלסטאז/BAPN היו בעלי שיעורי היווצרות AAA גבוהים משמעותית בהשוואה לקבוצת האלסטאז (93% לעומת 65%, P 800% ויצרו פקקת תוך לומינלית (53.8%), ו-46.2% נקרעו באופן ספונטני לפני סוף הניסוי. מודל זה אפשר לחוקרים לחקור גורמים שעשויים להשפיע על התקדמות המפרצת ויציבותה לאורך זמן.
ברמן ועמיתיו המשיכו לחקור את מודל האלסטאז/BAPN על ידי שינוי הריכוז של אלסטאז מקומי, משך המחקר, עיתוי מתן BAPN וההשפעה של מין בעלי חיים9. טיפול עם 5 מיקרוליטר של אלסטאז מרוכז יותר (5 מ”ג / מ”ל או 10 מ”ג / מ”ל) יצר מפרצות גדולות יותר מ 2.5 מ”ג / מ”ל במשך 56 ימים. השכיחות של היווצרות פקקת תוך לומינלית הייתה תלויה גם בריכוז האלסטאז, שהתרחש ב-28.6% מהעכברים שטופלו ב-5 מ”ג/מ”ל, וב-62.5% מהעכברים שטופלו ב-10 מ”ג/מ”ל. הם גם הדגימו שמודל האלסטאז/BAPN יכול לגרום למפרצת בנקבות עכברים. למרות שרק נקבות עכברים מעטות נחקרו (n=5), הם מצאו שהמפרצות בנקבות היו מועדות יותר לקרע (2 מתוך 5 עכברים) והיו גדולות משמעותית מנקבות AAA זכרים לאחר 56 ימים.
במאמר זה, אנו שואפים לספק שיטה להתמודד עם אחת המגבלות הגדולות ביותר של מודלים כירורגיים, והיא השונות בהליך הכירורגי. ללא הסכמה ברורה על מידת הדיסקציה ואזור אבי העורקים המטופל באלסטאז, התוצאות של מודל זה עשויות להשתנות באופן דרמטי בין בעלי חיים, חוקרים ומוסדות. ראינו שינויים אנטומיים רבים בין עכברים, כולל מספר וגודל העורקים והוורידים המותניים, ומיקום ה- IMA, המראה של וריד הגונדל השמאלי, בין היתר, אשר יכול להיות מגביל כאשר מנסים לטפל רק בחלק או קטע ספציפי של אבי העורקים האינפרא כלייתי. כאן, אנו מראים כי ניתוח מקיף של כל אורכו של אבי העורקים האינפרא כלייתי מעורק הכליה השמאלי בסמיכות לביפורקציה של אבי העורקים מסייע לספק דרגות ניתנות לשחזור של חשיפה לאבי העורקים למרות הבדלים אנטומיים תוך הגדלת ההצלחה של השראת מפרצת ומתן גבולות ברורים למפעיל. בנוסף, הגודל והמיקום הקדמי יותר של IVC נוטה לכסות את רוב אבי העורקים, אשר יכול להשפיע על כמות אבי העורקים מטופל אם לא מבודד IVC. אמנם יש צורך להסיר את החיתולית הרטרופריטונאלית כדי לחשוף את אבי העורקים, אך חשוב לא לנתח באופן מלא את רקמת החיבור של האדוונטיה מאבי העורקים ולחשוף אף אחת משכבות המדיה, מכיוון שבדרך כלל התוצאה היא קרע במהלך תקופת הדגירה האלסטאזית בת 5 הדקות. זה יכול לשמש כבקרה פנימית נוספת למידת הדיסקציה עם מודל זה, אך יכול להיות עקומת למידה מתסכלת בעת אימוץ מודל זה. בנוסף, המפעילים ילמדו אזורים בסיכון גבוה יותר (איור 4) שיכולים להיפצע בקלות במהלך הניתוח ולהוביל לדימום בלתי נשלט.
אמנם חשוב כי השלבים הפרוצדורליים של מודל זה הם עקביים, משך המחקר ואת העיתוי של אולטרה סאונד מרווח יכול להשתנות בהתאם למטרה של המחקר. התרחבות אבי העורקים מתחילה מיד עם יישום אלסטאז, אך מחקרים המשתמשים במודל זה בדרך כלל עוקבים אחר עכברים במשך 28 ימים לאחר ניתוח7, כמו בניסוי לדוגמה זה. הארכת משך המחקר צריכה להיחשב כאשר לומדים AAA מתקדם, צמיחה לטווח ארוך, היווצרות פקקת intraluminal, או קרע.
אמצעים פריאופרטיביים נוספים, כגון שמירה על טמפרטורת הגוף של בעלי החיים ומצב ההידרציה, יכולים לסייע בשיפור הישרדות בעלי החיים בהליך פולשני זה. השימוש בכרית חימום במהלך הניתוח והנחתו בכלוב התאוששות חם יכול לסייע במניעת היפותרמיה. יש לחמם מלח לפני שהוא משמש להשקיית חלל הבטן. בולוס נוזל תת עורי מיד לאחר הניתוח יכול להסביר אובדן נוזלים בלתי מורגש במהלך הניתוח, ולעזור לבעל החיים לשמור על הידרציה מספקת בשלב ההחלמה המיידי. עם טיפול זהיר ברקמות וגישה שיטתית עקבית, מודל האלסטאז/BAPN יכול להתבצע על ידי מפעיל מנוסה בין 30 דקות ל -45 דקות לעכבר ולייצר AAA אמין עם סיבוכים פריאופרטיביים נמוכים מאוד.
התוצאות שלנו מראות כי השילוב של BAPN בנוסף לדיסקציה היקפית של אבי העורקים האינפרא-כלייתי לפני יישום האלסטאז מייצר AAA גדול המתרחב ללא הרף, עם קטרים גדולים יותר ושכיחות קרע בפרקי זמן קצרים יותר. בניסוי זה, AAAs הושרו בהצלחה בכל העכברים הזכרים (6 מתוך 6) והנקבות (6 מתוך 6) שטופלו באלסטאז פעיל. חשיפה לאלסטאז במשך 5 דקות הביאה לעלייה מיידית בקוטר אבי העורקים בכ-30-40%, מה שעוזר לאשר יישום אלסטאז מוצלח ועקבי בקרב קבוצות הטיפול. בדומה לברמן ועמיתיו, הראינו כי מודל זה יכול לגרום ל-AAAs בנקבות עכברים, שגם להן יש תגובת קרע גדולה יותר מאשר לזכרים. מחצית מנקבות העכברים (3 מתוך 6) נקרעו תוך 28 יום, בהשוואה ל-0 מתוך 6 מהזכרים, אולם נקבות העכברים שוקלות פחות מהזכרים. עכברים זכרים הראו עלייה בקוטר AAA ב -257% בהשוואה ל -4% מקבוצת הביקורת הזכרית, בעוד שהנקבות ששרדו הראו עלייה בקוטר 417%, בהשוואה ל -16% מהנקבות בביקורת. קוטר אבי העורקים לא היה שונה באופן משמעותי בין העכברים הזכרים והנקבות ששרדו לאחר 28 ימים בשל מספר הקרעים הגבוה יותר בקבוצת הנקבות. אנו משערים שעכברי הדמה מציגים קוטר קטן יותר של אבי העורקים בסוף המחקר מכיוון שאבי העורקים נוטה להתרחב מעט במהלך הדיסקציה הראשונית ולאחר מכן, יוצר רקמת צלקת תוך 28 יום.
למודל האלסטאז/BAPN יש מגבלות מסוימות. דיסקציה היקפית של אבי העורקים דורשת מיומנויות כירורגיות עדינות אך מסייעת לשפר את יכולת השכפול ואת מידת השראת המפרצת. בדומה למודל האלסטאז המקומי, קיים גם אפקט אצווה בפעילות אנזים האלסטאז, ולכן חשוב להשתמש באותו בקבוק אלסטאז לכל בעלי החיים בניסוי נתון. בעוד שהשכיחות של פקקת תוך לומינלית AAA וקרע עולה עם הזמן וחומרת המפרצת, אלה אינם מובטחים ואינם ניתנים לחיזוי מלא במודל זה.
לסיכום, מודל האלסטאז/BAPN מייצר AAAs אינפרא-כלייתיים גדולים ואמיתיים הן בעכברים זכרים והן בנקבות, אשר מתרחבים בהדרגה עם הזמן, יוצרים פקקת תוך לומינלית ומסוגלים להיקרע. נקודות חוזק אלה של מודל מורין זה מסייעות לשחזר טוב יותר חלק מההתנהגויות והמאפיינים של מפרצות בבני אדם. למרות שקשה מבחינה טכנית, דיסקציה זהירה ויסודית של אבי העורקים יכולה להגביר את תגובת המפרצת. כיום, שיטת אלסטאז/BAPN היא מודל מתקדם לחקר מפרצות באבי העורקים הבטני.
The authors have nothing to disclose.
מחקר זה נתמך על ידי המכון הלאומי ללב, ריאות ודם (NHLBI) של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) תחת 1R01HL149404-01A1 (BL), ופרס שירות המחקר הלאומי על שם רות ל. קירששטיין T32 HL 007936 למרכז המחקר הקרדיווסקולרי של אוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון (JB). האיורים נוצרו או נערכו באמצעות Biorender.com. הניתוח הסטטיסטי בוצע באמצעות תוכנת GraphPad Prism 10.
0.5 L induction chamber | Kent Scientific Corporation | SOMNO-0530XXS | anesthesia induction chamber |
0.9% sodicum chloride injection, USP, 20 mL | Hospira | NDC 0409-4888-03 | normal saline |
3 mL syringe Luer-Lok Tip with BD PrecisionGlide Needle 22 G x 3/4 | BD | REF 309569 | syringe, 22 G needle |
3-Aminopropionitrile Fumarate | TCI | A0796 | BAPN |
3-Aminopropionitrile Fumarate salt | Sigma-Aldrich | A3134-25G | BAPN |
Avant Delux gauze sponges, 2" x 2" 4-Ply | Medline | NON26224 | gauze sponges |
Balding clipper | Whal Clipper Corporation | 8110 | hair clippers |
betadine surgical scrub (povidone-iodine, 7.5%) | Avrio | NCD 67618-154-16 | betadine surgical scrub |
blunt forceps | ROBOZ | RS-5130 | blunt forceps |
Buprenorphine ER-lab | ZooPharm | BERLAB0.5 | buprenorphine |
carprofen | Norbrook | NDC 55529-131-11 | carprofen |
CASTROVIEJO 5.75" straight with lock | ROBOZ | RS-6412 | Castroviejo needle driver |
cotton tipped wood applicators, 6" | Dynarex | No. 4302 | cotton tipped wood applicators |
DESMARRES 5.5' rectractor | ROBOZ | RS-6672 | skin rectractor |
digital caliper, 0-150 mm | World Precision Instruments | 501601 | digital caliper |
DPBS (1x) | Gibco | 14190-144 | DPBS |
Elastase from porcine pancrease Type I | Sigma-Aldrich | E1250-10MG | elastase >4.0 units/mg protein |
Ethanol 200 proof | Decon Labs, Inc | 2701 | ethanol diluted to 70% |
eye lube | Optixcare | 14716 | eye lube |
Germinator 500 dry sterilizer | CellPoint Scientific, Inc | 5-1450 | dry bead sterilizer |
heat therapy mat | Adroit Medical Systems | V016 | heat therapy mat |
heat therapy pump | Adroit Medical Systems | HTP-1500 | heat therapy pump |
isoflurane, USP | Akorn Animal Health | NCD 59399-106-01 | isoflurane |
L-10 pipette | Rainin | LTS 0.5-10 uL | pipette |
Low profile anesthesia mask, small | Kent Scientific Corporation | SOMNO-0801 | anesthesia nose cone |
micro dissector scissors | ROBOZ | RS-5619 | micro dissector scissors |
microscope | Leica | S9i | microscope |
Nii-LED high intensity LED illuminatorLED exertnal light | Nikon Instruments, Inc | 83359 NII-LED | external dissection light |
nylon 5-0 monofilament, black non-absorbable suture | Oasis | MV-661-V | 5-0 nylon suture |
polyisoprene surgical gloves, GAMMEX Non-Latex PI Micro, size 7.5 | Ansell | 20685975 | non-latex surgical gloves |
Reflex 7 mm stainless steel wound clips | CellPoint Scientific, Inc | 203-1000 | wound clips |
scale | Ohaus | Compass CR2200 | scale |
SomnofFlo Accessory Kit | Kent Scientific Corporation | 10-8000-71 | tubing for electronic vaporizer |
SomnoFlo electronic vaporizer | Kent Scientific Corporation | SF2992 | low-flow electronic vaporizer |
SomnoPath Flow Diverter | Kent Scientific Corporation | SP1016 | flow diverter for electronic vaporizer |
SS/45 sharp forceps | ROBOZ | RS-4941 | sharp forceps |
surgical scissors | ROBOZ | RS-6010SC | surgical scissors |
vessel forceps | Dumont | VES 0.35 | vessel forceps |
.