Numerosas manipulaciones genéticas y / o inyecciones intramiocárdica de genes, proteínas, células, y / o los biomateriales se superponen a la dimensión del tiempo en los estudios de agudos de isquemia / reperfusión y la remodelación crónica en ratones. Este video ilustra los procedimientos de microcirugía de la isquemia / reperfusión, la ligadura permanente de la arteria coronaria, y los estudios de inyección intramiocárdica.
Mouse models are a valuable tool for studying acute injury and chronic remodeling of the myocardium in vivo. With the advent of genetic modifications to the whole organism or the myocardium and an array of biological and/or synthetic materials, there is great potential for any combination of these to assuage the extent of acute ischemic injury and impede the onset of heart failure pursuant to myocardial remodeling.
Here we present the methods and materials used to reliably perform this microsurgery and the modifications involved for temporary (with reperfusion) or permanent coronary artery occlusion studies as well as intramyocardial injections. The effects on the heart that can be seen during the procedure and at the termination of the experiment in addition to histological evaluation will verify efficacy.
Briefly, surgical preparation involves anesthetizing the mice, removing the fur on the chest, and then disinfecting the surgical area. Intratracheal intubation is achieved by transesophageal illumination using a fiber optic light. The tubing is then connected to a ventilator. An incision made on the chest exposes the pectoral muscles which will be cut to view the ribs. For ischemia/reperfusion studies, a 1 cm piece of PE tubing placed over the heart is used to tie the ligature to so that occlusion/reperfusion can be customized. For intramyocardial injections, a Hamilton syringe with sterile 30gauge beveled needle is used. When the myocardial manipulations are complete, the rib cage, the pectoral muscles, and the skin are closed sequentially. Line block analgesia is effected by 0.25% marcaine in sterile saline which is applied to muscle layer prior to closure of the skin. The mice are given a subcutaneous injection of saline and placed in a warming chamber until they are sternally recumbent. They are then returned to the vivarium and housed under standard conditions until the time of tissue collection. At the time of sacrifice, the mice are anesthetized, the heart is arrested in diastole with KCl or BDM, rinsed with saline, and immersed in fixative. Subsequently, routine procedures for processing, embedding, sectioning, and histological staining are performed.
Nonsurgical intubation of a mouse and the microsurgical manipulations described make this a technically challenging model to learn and achieve reproducibility. These procedures, combined with the difficulty in performing consistent manipulations of the ligature for timed occlusion(s) and reperfusion or intramyocardial injections, can also affect the survival rate so optimization and consistency are critical.
La enfermedad coronaria sigue siendo un método epidemiológico y fiscalmente problema de salud pública. La investigación básica sigue siendo considerable para comprender los mecanismos por los que las lesiones y remodelación proceder y cómo terapéuticos potenciales pueden modular estos procesos para que puedan ser desarrollados para su uso clínico. Los roedores son los más utilizados y la amplia gama de ratones modificados genéticamente, consigue de esta especie un modelo más atractivo.
Aunque hay diferencias entre los ratones y otras especies, hay muchas ventajas para un modelo murino. El uso de un ámbito sencillo de disección o una lupa y las condiciones de buena iluminación permitirá a la vasculatura para ser visto con facilidad (por la anatomía detallada bruto de la vasculatura, véase Salto-Téllez et al., 2004 13). Para reducir el riesgo de mortalidad postoperatoria, es muy importante para evitar la ruptura de grandes vasos ya que el volumen total de sangre de un ratón de 25 g es menor de 2 ml 14. En el caso de que la hemorragia excesiva, aplicación suave de la presión o cauterización señalar se puede utilizar para detener el sangrado.
Este procedimiento también puede ser modificado en una variedad de maneras. Por ejemplo, los ratones pueden ser anestesiados con isoflurano, la ketamina / xilazina, o pentobarbital sódico y la selección apropiada es determinada por la duración del protocolo de 15-18. El reflejo de los pies-pinch es el índice más utilizado de la profundidad de la anestesia. Además, para mejorar la probabilidad de supervivencia a largo plazo, algunos investigadores utilizan fármacos antiarrítmicos como la lidocaína para reducir la incidencia de arritmias letales 19,20 sin embargo, debe tenerse en cuenta que este ha sido recientemente demostrado tener propiedades anti-apoptóticas en una aguda modelo 21. Además, para reducir el dolor postoperatorio, los analgésicos como la buprenorfina puede ser administrada durante las primeras 48 horas después de la cirugía 3,16,17,22,23. Para mantener la temperatura corporal durante la cirugía (especialmente para los más protocolos), una sonda rectal en serie con un cojín de la calefacción es a menudo usado en lugar de la almohadilla isotérmica. De la isquemia / reperfusión / o pre-isquémica o poscondicionamiento: la duración de la oclusión (s) y la reperfusión (s) puede ser alterado;; para oclusión permanente, el tamaño del infarto puede ser modificado mediante el ajuste de la ubicación de la ligadura y para inyección intramiocárdica (por ejemplo, células, proteínas), no puede haber lugares 1.3 de inyección y el volumen por inyección puede ser de hasta 15 l 24. Si las células se inyectan, el calibre de la aguja utilizada (usualmente 26-30) 5,25,26 deben ser elegidos con base en el tamaño de las células de modo que el diámetro interno de la aguja es lo suficientemente grande para evitar Sheering. Para evitar confunde debido a procesos inflamatorios provocados por la cirugía, algunos investigadores han reportado con una trampa que se manipula ex vivo para ocluir y reperfundir el corazón de un ratón de tórax cerrado en cualquier momento después de la cirugía 27-29. Más recientemente, Gao et al. 30 han demostrado que la oclusión temporal y permanente se puede realizar sin la necesidad de ventilación y algunos laboratorios han empezado a utilizar el ultrasonido para llevar a cabo a tórax cerrado intramiocárdica inyecciones 25,31.
Desde el primer estudio que demuestra la viabilidad de la ligadura de la arteria coronaria en ratones fue publicado por Johns y Olson en 1954, de 32 años, muchos otros han adoptado este modelo y lo modificó para estudiar diversos aspectos de la lesión miocárdica y remodelación 3,33-45. La naturaleza de los ratones en términos de tamaño, capacidad de reproducción, y el costo relativamente menor para la compra y mantenimiento hacen que esta especie en una herramienta atractiva para una amplia gama de estudios fisiológicos y fisiopatológicos. A medida que la miniaturización de la tecnología para obtener imágenes de los avances en vivo 46-49, así como los medios para llevar a cabo y analizar la genómica y la proteómica a gran escala, la detección de drogas, la eficacia de las terapias basadas en células y / o proteínas, así como biomateriales 50-64, en combinación con el número cada vez mayor de las manipulaciones genéticas ofrecidas por todas partes o tejidos específicos de los ratones transgénicos o mutantes / octavos de final, el modelo murino de infarto de miocardio, sin duda, seguirá siendo una herramienta muy valiosa en la evaluación del daño cardíaco agudo y la remodelación a largo plazo. Por lo tanto, no es un valor incuestionable en el poder para llevar a cabo estos experimentos de forma fiable y reproducible.
The authors have nothing to disclose.
Me gustaría agradecer al Departamento de Investigación y Estudios de Posgrado para la provisión de fondos para apoyar mi investigación y el Departamento de Medicina Comparada de la vigilancia y asistencia. También me gustaría reconocer el Departamento de Fisiología por su apoyo y orientación, así como los estudiantes y técnicos en mi laboratorio por su ayuda. Por último, me gustaría agradecer a mi post-doctoral mentor, el Dr. Charles E. Murry, de la oportunidad de estudiar durante ese tiempo me enteré de la microcirugía del ratón.
Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
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Long Vanna Scissors | George Tiemann | 160-159 | ||
Micro Dissecting Scissors | George Tiemann | 160-161 | ||
Forceps – straight, 1×2 teeth | George Tiemann | 105-205 | ||
Scalpel handle #3 | George Tiemann | 105-64 | #10 sterile blade | |
Forceps – half curved serrated | George Tiemann | 160-19 | ||
Tissue Scissors | George Tiemann | 105-410 | ||
Castroviejo Needle Holder | Miltex | 18-1828 | ||
Cook Eye Speculum | Miltex | 18-63 | ||
Surgipro II 8-0 | Suture Express | VP-900-X | ||
Prolene 6-0 | Suture Express | 8776 | ||
Germinator 500 Bead Sterilizer | Cellpoint Scientific | 65369-1 | ||
Deltaphase isothermal pad | Braintree Scientific | 39DP | ||
Hamilton syringe – 25μl | Hamilton | 80430 | ||
30 gauge beveled needle | Hamilton | 7803-07 | ||
Ventilator | Kent Scientific | TOPO |