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Medicine

Un modèle murin d'implantation d'une endoprothèse dans l'artère carotide pour l'étude de la resténose

Published: May 14, 2013
doi:
10.3791/50233
, , , , ,
1Institute for Molecular Cardiovascular Research,RWTH Aachen University, 2Institute for Textile Technology and Mechanical Engineering,RWTH Aachen University, 3Institute for Applied Medical Engineering,Helmholtz-Institute of RWTH Aachen University, 4Department of Experimental Molecular Imaging,RWTH Aachen University, 5Department of Oral and Maxillofacila Surgery,RWTH Aachen University

Summary

Un modèle d'implantation d'une endoprothèse dans l'artère carotide souris est décrite. Comparé à d'autres méthodes similaires, cette procédure est très rapide, simple et accessible, offrant la possibilité d'étudier d'une manière pratique, la réaction de la paroi vasculaire à différents stents à élution médicamenteuse et les mécanismes moléculaires de la resténose.

Abstract

Malgré les progrès considérables accomplis dans le développement stent dans les dernières décennies, les maladies cardiovasculaires demeurent la principale cause de décès dans les pays occidentaux. Outre les avantages offerts par le développement des différents stents à élution médicamenteuse, la revascularisation coronaire porte également les risques mortels de thrombose intra-stent et de la resténose. La recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques est affaiblie par l'absence de méthodes appropriées pour étudier l'implantation du stent et les processus de resténose. Ici, nous décrivons une procédure rapide et accessible de l'implantation du stent dans l'artère carotide souris, qui offre la possibilité d'étudier de manière pratique les mécanismes moléculaires de remodelage vasculaire et les effets des revêtements de médicaments différents.

Introduction

Les maladies cardiovasculaires causées par la progression de l'athérosclérose est la principale cause de décès dans les pays industrialisés. L'athérosclérose est une réponse inflammatoire focale, fibro-proliférative de la paroi vasculaire d'une lésion endothéliale, ce qui entraîne la formation d'une plaque étendue dans la lumière du vaisseau, ce qui affecte le débit sanguin dans les artères coronaires. Plus de 75% de l'infarctus infarctus du résultat de la rupture de la chape fibreuse mince de la plaque 2 enflammée. Depuis cette complication peut être fatale, un transluminale percutanée (coronaire) percutanée (ACTP) avec implantation d'un stent est devenu le traitement de premier choix dans la pratique médicale courante. Le procédé permet la dilatation de l'artère coronaire rétrécie et donc le rétablissement de la circulation sanguine. En même temps, il provoque une certaine mesure blessure à l'endothélium et paroi de la cuve 3. Cependant, l'effet à long terme de ce traitement est limitée par une remode artérielle excessiveling et de la resténose 4.

Par l'emploi de stents, le PTCA est devenue plus efficace dans le traitement des lésions compliquées, ce qui permet la revascularisation après une fermeture de vaisseau aiguë 5. Cette méthode diminue l'incidence de resténose intra-stent à moins de 10% 6. A côté de ces avantages, ce traitement de premier choix pour la revascularisation coronaire porte également les risques mortels de thrombose intra-stent et de la resténose.

La thrombose intra-stent est causée par un désendothélialisation du récipient, suivie d'une adhésion massive de plaquettes et de fibrine au site blessé. 26% des patients souffrent de thrombose intra-stent et de la matrice de 63% des infarctus du myocarde 7. La resténose se réfère au processus de cicatrisation de la plaie après une lésion mécanique de la paroi du récipient, comportant l'hyperplasie néo-intimale (migration et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), dépôt d'une matrice extracellulaire (ECM), et le remodelagedu récipient. Souvent, une ré-intervention invasive devient nécessaire de dilater vaisseaux athérosclérotiques sévèrement rétrécis à cause de thrombose intra-stent et de la resténose.

Pour prévenir la thrombose intra-stent, un traitement à long terme avec des médicaments anti-thrombotiques est nécessaire 8. Pour éviter la resténose, la nouvelle génération de stents à élution médicamenteuse élution agents anti-prolifératifs tels que les médicaments immunosuppresseurs (par exemple, le sirolimus, l'évérolimus, zotarolimus) et les médicaments anti-cancer (p. ex paclitaxel) à partir d'un revêtement polymère pendant plusieurs mois 9,10. Bien que ces médicaments diminuent la formation de néo-intima et la resténose, ils maintiennent un risque élevé de thrombose intra-stent en inhibant la ré-endothélialisation.

Après une lésion artérielle, le maintien du compartiment endothélial est essentiel pour prévenir les complications thrombotiques. Dans les conditions physiologiques, l'endothélium humain montre un faible taux de roulement 11. Sous Patholconditions giques, cependant, l'intégrité endothéliale est altérée, de sorte qu'une reprise rapide en entourant les cellules endothéliales matures et les cellules progénitrices endothéliales (EPC) de circulation est nécessaire 12,13.

L'étude de ces mécanismes moléculaires complexes dans les grands animaux 14-16 ou dans l'artère aorte de souris est une procédure très difficile, offrant peu de données 17-19. Pour tester l'efficacité de nouveaux stent-revêtements à réduire la thrombose intra-stent et de la resténose nouveaux modèles sont impératives.

Nitinol représente la plateforme idéale pour les stents en raison de sa «grande élasticité, effet mémoire de forme et une bonne tolérance chez les patients, étant utilisé avec succès comme les stents métalliques nus dans l'utilisation clinique. Cet alliage a permis de créer un stent miniaturisé avec un diamètre extérieur de 500 um, qui peuvent être revêtus 20 et implanté dans l'artère carotide de souris. Le développement d'un stent en nitinol miniaturisé pour la souris carotid artère, permet l'étude des mécanismes moléculaires précis induite par l'implantation du stent et offre la possibilité de tester rapidement et efficacement les effets des différents revêtements pour des médicaments pour prévenir la resténose. Par ailleurs, l'existence de différentes souches de souris knock-out représente un énorme avantage à clarifier le rôle des différentes molécules impliquées dans la croissance de néo-intima et de la thrombose intra-stent.

Protocol

1. Préparation de stent et Implantation Le stent-entretoises (Fort Wayne Metals, Castlebar, en Irlande) étaient tressés et ensuite coupé à la taille désirée à l'Institut de technologie du textile et de génie mécanique, Université RWTH Aachen en Allemagne (figure 1A). Avant l'implantation, les stents doivent être transférés dans un tube de silicium de 2 cm, en utilisant une pince, et placés de 2 mm à une extrémité terminale, dite extrémité avant (figure 1A). L'extrémité avant doit être coupée en oblique, afin d'assurer une pointe acérée pour l'implantation. Avant l'implantation, le stent doit être abondamment arrosé, de veiller à ce glissement. 2. Implantation d'un stent 10-12 semaines mâles C57BL / 6 de type sauvage, 25-27 g sont anesthésiés par injection intrapéritonéale de 100 mg / kg de kétamine et 10 mg / kg de xylazine. Anesthésie correcte est confirmée avant la chirurgie par l'absence de réflexes etmouvement de la barbe. Pour prévenir la sécheresse sous anesthésie, les yeux de souris sont recouverts d'un film de crème bepanthene. Après le rasage et la désinfection appropriée de la zone du cou ventral, une petite incision médiane de 1 cm est effectuée sous une loupe binoculaire, à l'aide de ciseaux. Après séparation des deux corps gras avec une pince incurvés stériles, l'artère carotide commune gauche est visible pulsé avec la trachée. 1 cm de l'artère carotide commune gauche et la bifurcation doivent être libres de préparation. 1 noeud à l'aide d'un fil 5/0 de la soie sera lié autour de l'artère carotide commune gauche, 2 noeuds en utilisant 7/0 fils de soie seront tenus autour de l'artère carotide externe gauche, et 1 noeud à l'aide d'un fil 7/0 soie seront tenus autour de l'artère carotide interne (figure 1B). La circulation du sang est alors interrompue en liant les noeuds sur l'artère carotide interne et l'artère carotide externe proximale fermement, ainsi que en tirant sur le noeud d'ambiancetion de l'artère carotide commune. Le navire doit être fixé d'une manière qui l'artère carotide commune et externe sont en ligne droite. Une petite incision au niveau de l'artère carotide externe est effectuée, près du nœud proximal, en utilisant une paire de ciseaux de Vannas. Le tube de silicium contenant le stent est introduit dans l'artère carotide externe, avec l'extrémité pointue en son centre, à l'aide d'un guide-fil. Après l'endoprothèse vasculaire a atteint la position souhaitée, le tube de silicium est tiré vers l'arrière sur le guide-fil et permet l'extension de mémoire de forme de l'endoprothèse vasculaire (figure 1B). Le nœud distale de l'artère carotide externe est lie étroitement à fermer le site d'incision et les noeuds à l'artère carotide interne et commun sont supprimés, rétablissant ainsi la circulation sanguine. L'incision cutanée est fermée en utilisant 3-4 clips de suture Michel et Michel forcep. La souris est placé sous la lumière rouge jusqu'à la guérison complète. Un traitement antalgique n'est pas nécessaire. Leplaque peut être analysé après 1-3 semaines. Pour étudier la ré-endothélialisation, un point de la fin des temps est nécessaire plus tôt (3-4 jours). Nous avons observé dans notre modèle d'implantation d'un stent que 4 semaines après cette intervention chirurgicale, en particulier par l'utilisation de revêtements spécifiques pour biofunctionalize les stents miniaturisés, néoangiogénèse survient chez environ 30% de l'échantillon. Il s'agit d'une biche pour les processus de remodelage et de régénération, avec des mécanismes différents et représentant un autre problème pathologique. Pour se concentrer sur la formation de néo-intima, la sténose intra-stent et / ou l'analyse des mécanismes qui sous-tendent ces effets secondaires après l'implantation du stent un point de 3 semaines fin des temps serait bénéfique à ne pas confondre avec les effets régénérateurs induites par l'apparition de la néo-angiogénèse. 3. Analyse de la formation de plaques Au point de la fin des temps, les animaux sont anesthésiés par injection intrapéritonéale de 100 mg / kg de kétamine et 10 mg / kg de xylazine.Anesthésie correcte est confirmée avant la chirurgie par l'absence de réflexes et les mouvements de la barbe. Les animaux sont tués par exsanguination intracardiaque. Le sérum sanguin sont recueillis pour une analyse ultérieure. Après l'ouverture de la cavité thoracique et PBS lavage par ponction intracardiaque, un corps-perfusion avec une solution de paraformaldéhyde 4% (PFA) est effectuée pendant 5 min. L'artère carotide gauche contenant le stent est disséqué, directement placé dans une solution à 4% PFA et au moins 16 heures plus tard embbeded en plastique. 50 sections épaisses um sont réalisées à partir de plastique intégrés échantillons à l'aide d'une bande de scie à diamant. Pour mesurer la taille de la plaque, Giemsa est effectuée. Afin d'analyser le taux de la ré-endothélialisation de la zone stent de la cuve, pour l'immunohistochimie facteur de von Willebrand (FvW) est effectuée.

Representative Results

L'implantation d'un stent en nitinol miniaturisé dans l'artère carotide gauche de la souris prend 25-30 min et affiche un taux de mortalité de 10% principalement en raison de la détérioration du navire pendant l'intervention. Un meilleur taux de survie est observée chez les souris ayant un poids supérieur à 25 g au moment de l'implantation d'un stent (taux de mortalité de 5%). Par conséquent, nous avons choisi pour les souris d'implantation d'un poids entre 25-27 g. Après la chirurgie, les souris se remettre de l'anesthésie dans les 2-5 min et aucun des déficiences physiques, comme par exemple la paralysie, sont respectées. Tomographie micro-informatique (micro-TDM) effectuée une semaine après l'implantation du stent a montré que les stents sont pas disloqués par le flux sanguin (figure 1C). Malheureusement, l'analyse de la formation de néo-intima dans ces images n'est pas possible en raison des artefacts métalliques dérivés (figure 1D, 1E). Nous n'avons pas observé de tout navire ou dommages endothéliales de la zone unstented du navire, juste en dessous du stent, Comme détectables par histologique (figure 2A) et par coloration spécifique pour l'endothélium (figure 2B, anti-souris CD31 anticorps). Pour une meilleure vue d'ensemble, la section a été analysé à l'aide d'un microscope à balayage laser à deux photons (figure 2B, 2C). Dans le récipient stent, une dilatation permanente de 15% est détecté (ratio stent: artère, 1,15:1) par les souris ayant un poids entre 25-27 g. Formation de néo-intima et de thrombus-formation peuvent être analysés par colorations histologiques classiques (par exemple hématoxiline-éosine, Giemsa, Movat, toluidine bleue, Masson-Trichrom-Goldner, la figure 3A, 3B). Depuis la lame externe et internationales ne sont plus visibles, la taille de la plaque a été calculé comme la différence de l'extérieur et les zones luminal (zone de plaque signifier: 234566 ± 3315 um 2, la surface moyenne luminal: 12036 ± 2662 um 2). Circonférence externe a également été mesurée (moyenne: 1799 ± 14 um). Pour l'analyse de lacomposition cellulaire, les sections doivent être deplastified et colorées avec des marqueurs spécifiques. Pour la ré-endothélialisation, nous avons utilisé un anticorps anti-CD31 conjugué à Cy3 et la prolifération des cellules musculaires lisses, un anticorps anti-SMA conjugué au FITC (figure 3C). Réendothélialisation a été calculée en pourcentage du CD-31 taché positive à la surface luminale totale (moyenne: 23,07 ± 3,14%) une semaine après l'implantation du stent. Bien sûr, un nombre illimité de coloration spécifique est possible, en fonction de l'expérience de chacun des laboratoires. Analyse de la myosine chaîne lourde, pour une meilleure caractérisation des CML, mais aussi l'analyse des cellules infiltrées (monocytes, lymphocytes), ou des colorations pour différentes cytokines inflammatoires peut également être effectuée en fonction de l'objectif de l'étude. <img alt="Figure 1" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50233/50233fig1highres.jpg" sr c = "/ files/ftp_upload/50233/50233fig1.jpg" /> Figure 1. Aperçu schématique de la procédure chirurgicale (A). La circulation du sang est interrompue en liant les noeuds sur l'artère carotide interne et l'artère carotide externe proximale fermement, ainsi que en tirant sur le noeud qui entoure l'artère carotide commune. Le tube de silicium contenant le stent est introduit dans l'artère carotide externe par une petite incision dans l'artère carotide externe. Après l'endoprothèse vasculaire a atteint la position souhaitée, le tube de silicium est tiré vers l'arrière sur le guide-fil et permet l'extension de mémoire de forme de l'endoprothèse vasculaire. Micro-images CT indiquant la position de stent, une semaine après l'implantation chirurgicale (B). En raison des artefacts matériels dérivés, une analyse de la croissance néo-intima n'est pas possible (C, D). 3fig2highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50233/50233fig2.jpg "/> Figure 2. Zone Unstented du navire n'est pas affecté par la procédure chirurgicale, comme le montre toluidine bleue (A) et CD31 coloration endothélial spécifique (B, C). Figure 3. Analyse de la plaque peut être réalisée par colorations histologiques classiques (par exemple, Masson-Trichrom-Goldner) (A). Les thrombus organisés peuvent être détectés par des dépôts de fibrine teinté noir à l'intérieur de la néo-intima, dans certains cas, on observe une occlusion complète du navire (B). La ré-endothélialisation (Cy3, rouge) ou de la prolifération des cellules des muscles lisses (FITC, vert) a été détectée par coloration à double immunofluorescence en utilisant des marqueurs spécifiques.La contre-coloration a été réalisée avec 4 ',6-diamidino-2-phénylindole (DAPI, bleu) (C). Nous avons remarqué une réendothélialisation complété des entretoises du stent (gauche, double flèche) par rapport à un inachevée luminal réendothélialisation (à droite, flèche simple).

Discussion

Pour réduire le risque de thrombose intra-stent et de la resténose et de soutenir le développement de nouveaux revêtements pour les stents à élution médicamenteuse, une méthode facile, simple et accessible de l'implantation du stent dans un modèle animal est nécessaire. Souris offrir le système idéal pour étudier les mécanismes complexes de remodelage artériel après l'implantation du stent et l'efficacité de ces médicaments. Les modèles existants pour la resténose intra-stent chez la souris sont difficiles, exigent des compétences chirurgicales élevées et impliquent des risques élevés de complications comme des saignements ou une paralysie 17-19. Par exemple, dans le modèle du stent implantation dans l'aorte thoracique d'une souris donneuse après ballon-dilatation du vaisseau, puis transplantation du segment stent dans l'artère carotide d'un destinataire souris 17, l'étude des patho-mécanismes n'est pas influencé seulement par la réaction du destinataire de matériau donneur, mais aussi par le massif dommageable de vasa vasorum et l'adventice. Implantation d'un STEE inoxydablel stent directement dans l'aorte abdominale après dilatation par ballonnet 19 est suivie par un taux de mortalité élevé (35%) en raison de la paralysie des pattes postérieures après une thrombose ou hémorragie de l'aorte abdominale sur le site de arteriotomy. Implantation d'une spirale auto-expansible en nitinol-stent dans l'aorte abdominale via l'artère fémorale 18 a besoin de compétences chirurgicales élevés, principalement en raison de diriger aveuglément le stent le long de la ramification de l'artère fémorale à l'aorte à placer le stent à la bonne position. Cette procédure est suivie par un risque élevé d'endommager le nerf fémoral, donc une paralysie de la jambe arrière. Par rapport à ces procédures, notre modèle d'implantation d'un stent chez la souris n'a pas besoin de compétences chirurgicales élevées.

Notre modèle offre une méthode simple, facile et efficace pour analyser les effets des différentes drogues revêtements sur le remodelage artériel, la mise en place du stent est faite en vertu de la vue, et il n'y a aucun risque d'endommager les nerfs ou d'autres structures. La commécanismes moléculaires complexes peuvent être étudiés plus facile dans notre modèle de souris artère carotide stenting, non seulement par l'accessibilité directe du navire, mais aussi en raison de l'existence de différentes souches de souris knock-out.

Comme une limitation, en comparant avec la procédure clinique, notre modèle utilise la souris / la santé des artères et n'effectue pas la pose de stents sur des plaques pré-existants (pas resténose intra-stent, mais sténose intra-stent). Nous n'avons pas non exécutée de ballon-dilatation avant stent implantation. Toutefois, en raison des dommages massive de la paroi de la cuve dans les deux modèles, les processus réparatrices sont similaires. Malheureusement, en raison des artefacts métalliques dérivés, un suivi in vivo de la croissance néo-intimale n'est pas possible par des méthodes d'imagerie existants que l'échographie ou tomographie par ordinateur. Un autre facteur limitant est la mince sectionnement des stents à base de métal, ce qui nécessite une certaine expertise dans le traitement des métaux.

En utilisant cette méthode, nous avonsen mesure de démontrer que les neutrophiles instruire biofonctionnalisés miniaturisé nitinol stents enduits de LL-37 réduire resténose intra-stent, offrant un concept novateur pour favoriser la guérison vasculaire après un traitement interventionnel 21.

Malgré ces limites, ce modèle semble être, jusqu'à présent, le système le plus approprié, ainsi de l'argent et de gagner du temps, d'enquêter sur de nouveaux revêtements pour des médicaments pour les stents et leurs effets sur les événements moléculaires au cours de remodelage artériel. En outre, ce modèle peut être facilement adapté au hamster, qui est plus semblable à l'humain, de sorte que chaque hypothèse thérapeutique peut être vérifiée avant de s'adresser à de plus grands animaux ou humains pour éviter les effets désagréables et inattendu.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nous remercions Mme Angela Freund pour l'excellente assistance technique en sectionnant les stents embarqués en plastique. Nous remercions également Mme Roya Soltan et Mme Angela Freund pour l'aide professionnelle à la coloration immunohistochimique.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments (optional)
nitinol-stents (self-made from nitinol-struts) Fort Wayne Metals, Castlebar, Ireland NiTi#1, superelastic, straight annealed, light oxide, diameter 500 μm custom-made product Institute for Textile Technology and Mechanical Engineering
silicon tube IFK Isofluor, Germany custom-made product diameter 500 μm, section thickness 100 μm, polytetrafluorethylene catheter
stereomicroscope Olympus SZ/X9  
forceps FST, Germany 91197-00 standard tip curved 0.17 mm
Ketamine 10% CEVA, Germany    
Xylazine 2% Medistar, Germany    
Bepanthene Bayer, Germany    
Scissors FST, Germany 91460-11 Straight
Vannas scissor Aesculap, Germany OC 498 R  
5/0 Silk Seraflex IC 108000  
7/0 Silk Seraflex IC 1005171Z  
guide-wire Abbott Vascular 1001782-HC 0.014-inch angioplastie guide-wire
Michel suture clips Aesculap, Germany BN507R 7.5 x 1.75 mm
Michel Forcep Aesculap, Germany BN730R  

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References

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Simsekyilmaz, S., Schreiber, F., Weinandy, S., Gremse, F., Sönmez, T. T., Liehn, E. A. A Murine Model of Stent Implantation in the Carotid Artery for the Study of Restenosis. J. Vis. Exp. (75), e50233, doi:10.3791/50233 (2013).
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