يصف هذا البروتوكول نهجا جراحيا منهجيا لنمذجة تمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني المتقدم في الفئران عن طريق مزيج من تطبيق الإيلاستاز مباشرة على الشريان الأورطي تحت الكلوي وإعطاء ß-aminopropionitrile من خلال مياه الشرب.
يتم تحسين نموذج فأر الإيلاستاز الموضعي لتمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني (AAA) عند دمجه مع مياه الشرب المكملة ب ß-aminopropionitrile (BAPN) لإنتاج تمدد الأوعية الدموية تحت الكلوي الحقيقي بشكل موثوق مع السلوكيات التي تحاكي AAAs البشرية. يؤدي تطبيق الإيلاستاز موضعيا على مقدمة الشريان الأورطي تحت الكلوي إلى تلف هيكلي للطبقات المرنة لجدار الأبهر ويبدأ تمدد الأوعية الدموية. الإدارة المشتركة ل BAPN ، مثبط ليسيل أوكسيديز ، تعزز تنكس الجدار المستمر عن طريق تقليل تشابك الكولاجين والإيلاستين. ينتج عن هذا المزيج AAAs كبيرة تتوسع تدريجيا ، وتشكل خثرة داخل اللمعة ، وتكون قادرة على التمزق. يمكن أن تساعد التقنيات الجراحية المكررة ، مثل عزل الجزء الأبهري تحت الكلوي بالكامل ، في توحيد الإجراء من أجل تطبيق متسق وشامل لإلاستاز البنكرياس الخنازير على الرغم من اختلاف العوامل والاختلافات التشريحية بين الفئران. لذلك ، فإن نموذج الإيلاستاز / BAPN هو نهج مكرر لتحفيز AAA جراحيا في الفئران ، والذي قد يلخص تمدد الأوعية الدموية البشرية بشكل أفضل ويوفر فرصا إضافية لدراسة نمو تمدد الأوعية الدموية ومخاطر التمزق.
يعرف تمدد الأوعية الدموية بأنه تمدد مرضي لوعاء دموي أكبر من 50٪ من قطر الوعاء الصحي1. على الرغم من أن تمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني (AAA) هو حالة شائعة في شيخوخة السكان ، مع حدوث ما يقرب من >5 ٪ من الذكور > 65 سنة من العمر ، لا توجد استراتيجيات علاجية موجهة لعلاج AAA1. تقتصر الإدارة الحالية ل AAA على تقليل عوامل الخطر والإصلاح الجراحي إما بالجراحة المفتوحة أو داخل الأوعية الدموية بناء على قطر الأبهر أو معدل النمو2. أكبر خطر ل AAA هو تمزق تمدد الأوعية الدموية ، وهو قاتل إذا لم يتم علاجه ، ويمكن أن يؤدي الإصلاح في هذا الوضع الطارئ إلى مخاطر الوفاة بنسبة تزيد عن 90٪ 1.
الفيزيولوجيا المرضية ل AAA معقدة ومتعددة العوامل وغير مفهومة تماما3. تشمل ميزات AAA البشرية تمدد الأوعية الدموية الحقيقي لجدار الأبهر مع تسلل الخلايا الالتهابية ، ووجود خثرة داخل اللمعة ، والتمدد التدريجي الذي يؤدي إلى تمزق 3,4 في نهاية المطاف. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط AAAs بالتقدم في العمر ، ولها غلبة 9: 1 من الذكور والإناث ، وتحدث بشكل شائع في الشريان الأورطي تحت الكلوي5. لا تزال نمذجة جميع ميزات وسلوكيات AAAs البشرية في تمثل تحديا مستمرا6.
يتم إجراء نمذجة AAA الحالية بشكل أساسي في الفئران ، وعادة ما يتم تحفيز تمدد الأوعية الدموية باستخدام واحدة من ثلاث طرق – عن طريق ضخ الأنجيوتنسين II (AngII) عبر مضخة تناضحية مزروعة تحت الجلد ، وعن طريق التطبيق المباشر لكلوريد الكالسيوم (CaCl2) أو الإيلاستاز على الشريان الأورطي7. في الطريقة الأخيرة ، يتم تطبيق إيلاستاز البنكرياس الخنازير (PPE) على جزء من الشريان الأورطي تحت الكلوي ويسبب تدهورا إنزيميا لألياف الإيلاستين داخل الصفيحة المرنة لوسط الغلالة. يؤدي هذا الضرر الهيكلي إلى إضعاف جدار الأبهر وتمدد الأوعية الدموية الخارجي. ومع ذلك ، فإن استخدام الإيلاستاز الموضعي وحده ينتج تمدد الأوعية الدموية تحت الكلوي الصغير نسبيا ، والذي يفشل في التضخم أو التمزق تدريجيا بمرور الوقت. في الآونة الأخيرة ، قام Lu et al. بتحسين هذا النموذج من خلال إعطاء β-aminopropionitrile (BAPN) ، وهو مثبط لا رجعة فيه لأوكسيديز الليسيل ، للفئران المعالجة بالإيلاستاز8. من خلال منع تشابك ألياف الإيلاستين والكولاجين ، تتسبب مكملات BAPN في تمدد الأورتا التالف من الإيلاستاز تدريجيا إلى درجة التمزق. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي نموذج الإيلاستاز / BAPN على معدل حدوث AAA أعلى من نموذج الإيلاستاز الموضعي ، كما أن تمدد الأوعية الدموية الناتج أكبر أيضا ويحتوي على خثرة داخل اللمعة8.
في نموذج الإيلاستاز / BAPN ، يمكن أن تؤثر درجة التشريح الجراحي وتعرض الشريان الأورطي للإيلاستاز على نجاح هذا النموذج وإمكانية تكراره. في هذه المخطوطة ، نصف أن الإدارة المشتركة لمياه الشرب BAPN وتطبيق الإيلاستاز الموضعي على الشريان الأورطي بعد العزل المحيطي للجزء الأبهري تحت الكلوي بأكمله يحسن قابلية التكرار ، ويفسر الاختلافات التشريحية بين ، ويؤدي إلى زيادة معدل تحريض AAA وأحجام تمدد الأوعية الدموية وحدوث التمزق. في هذه المقالة ، سنصف نهجا موحدا لتحفيز تمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني المتقدم بشكل موثوق في الفئران باستخدام مزيج من الماء الموضعي المكمل بالإيلاستاز و BAPN.
يعد فهم الفيزيولوجيا المرضية المعقدة ل AAA أمرا بالغ الأهمية لتحسين إدارة مرض تمدد الأوعية الدموية الأبهري. بينما يتم تطوير استراتيجيات أحدث بنشاط لتحسين النتائج الجراحية ، تظل AAAs سائدة في مجتمعنا المسن ولا يزال تمزق تمدد الأوعية الدموية سببا رئيسيا للوفاة في الولايات المتحدة10. لذلك ، فإن الاحتياجات غير الملباة في استراتيجيات الكشف عن AAA والوقاية والعلاج تتطلب مزيدا من أبحاث تمدد الأوعية الدموية التأسيسية11.
تعد النماذج الحيوانية التي تلخص بدقة وكفاءة ميزات وسلوكيات AAAs البشرية ضرورية للدراسات الميكانيكية للفيزيولوجيا المرضية لتمدد الأوعية الدموية وتحديد الأهداف العلاجية المحتملة. في حين أن النماذج الحيوانية الحالية يمكن أن تحاكي الجوانب الرئيسية للتغيرات تمدد الأوعية الدموية التي تحدث في الأمراض البشرية ، لا يوجد نموذج واحد يمثل بشكل كامل التعقيد الحقيقي ل AAAs البشرية. حاليا ، الفئران هي الأنواع الأكثر قبولا على نطاق واسع لنمذجة AAA الحيوانية. يجب على الباحثين النظر في نقاط القوة والضعف المختلفة لكل نموذج فأر لدراسة تمدد الأوعية الدموية الخاصة بهم ، مثل تلك الموصوفة بخبرة في المراجعات التي أجراها Daugherty et al. و Busch et al.12،13.
تم وصف استخدام الإيلاستاز للحث على AAA في القوارض لأول مرة بواسطة Anidjar et al. في 199014. يؤدي تعطير الشريان الأورطي مع إيلاستاز البنكرياس الخنازير باستخدام مضخة حقنة إلى تمدد أولي يتراوح تقريبا بين 50٪ و 70٪ ، وتظهر الأجزاء المتوسعة بشكل إيجابي سمات مرضية مماثلة ل AAAs البشرية ، مثل التنكس الإنسي والالتهاب العرضي. ومع ذلك ، يمكن القول إن نموذج التروية الكلاسيكي هو نموذج تمدد الأوعية الدموية الأكثر تحديا من الناحية الفنية ، وتبدأ تمدد الأوعية الدموية التي تتشكل عادة بحلول الأسبوع الثاني في الحل تدريجيا بعد ذلك. ثم أظهر Bhamidipati et al. في عام 2012 أن التطبيق العرضي للإيلاستاز يمكن أن يؤدي أيضا بنجاح إلى تمدد الأوعية الدموية المماثلة التي تكون أكثر قابلية للتكرار في الحجم15. نموذج أقل تحديا بكثير ، أصبح نموذج الإيلاستاز الموضعي معتمدا على نطاق واسع في أبحاث تمدد الأوعية الدموية. تمت مناقشة منهجية ومزايا إضافية لنموذج الإيلاستاز الموضعي في ورقة الأساليب التي كتبها Xue وزملاؤه16.
تم تطوير نموذج الإيلاستاز / BAPN للفأر AAA بواسطة Lu وزملاؤه في 20178. أدى إدخال مياه الشرب بنسبة 0.2٪ BAPN إلى تحسين العديد من الانتقادات الموجهة لنموذج الإيلاستاز الموضعي الكلاسيكي ، مما ينتج الآن تمدد الأوعية الدموية التي تتوسع باستمرار إلى حد تمزق AAA. في دراستهم لعام 2017 ، أظهروا أن الفئران في المجموعة المعالجة بالإيلاستاز / BAPN لديها معدلات تكوين AAA أعلى بكثير مقارنة بمجموعة الإيلاستاز (93٪ مقابل 65٪ ، P 800٪ وشكلت خثرة داخل اللمعة (53.8٪) ، وتمزقت 46.2٪ تلقائيا قبل نهاية التجربة. سمح هذا النموذج للباحثين بالتحقيق في العوامل التي قد تؤثر على تطور تمدد الأوعية الدموية واستقرارها بمرور الوقت.
استكشف بيرمان وآخرون نموذج الإيلاستاز / BAPN من خلال تغيير تركيز الإيلاستاز الموضعي ، ومدة الدراسة ، وتوقيت إدارة BAPN ، وتأثير الجنس الحيواني9. العلاج ب 5 ميكرولتر من الإيلاستاز عالي التركيز (5 ملغ / مل أو 10 ملغ / مل) أنتج تمدد الأوعية الدموية أكبر من 2.5 ملغ / مل على مدى 56 يوما. كما اعتمد انتشار تكوين الخثرة داخل اللمعة على تركيز الإيلاستاز ، والذي حدث في 28.6٪ من الفئران المعالجة 5 مجم / مل ، و 62.5٪ من الفئران المعالجة ب 10 مجم / مل. كما أظهروا أن نموذج الإيلاستاز / BAPN يمكن أن يحفز تمدد الأوعية الدموية في إناث الفئران. على الرغم من دراسة عدد قليل فقط من إناث الفئران (ن = 5) ، وجدوا أن تمدد الأوعية الدموية في الإناث كانت أكثر عرضة للتمزق (2 من 5 فئران) وكانت أكبر بكثير من ذكور AAAs في 56 يوما.
في هذه الورقة ، نهدف إلى توفير طريقة لمعالجة أحد أكبر قيود النمذجة الجراحية ، وهو الاختلاف في الإجراء الجراحي. بدون إجماع واضح على درجة التشريح ومنطقة الشريان الأورطي المعالج بالإيلاستاز ، يمكن أن تختلف نتائج هذا النموذج بشكل كبير بين والباحثين والمؤسسات. لقد لاحظنا العديد من الاختلافات التشريحية بين الفئران ، بما في ذلك عدد وحجم الشرايين والأوردة القطنية ، وموقع IMA ، وإقلاع الوريد التناسلي الأيسر ، من بين أمور أخرى ، والتي يمكن أن تكون محدودة عند محاولة علاج جزء أو جزء معين فقط من الشريان الأورطي تحت الكلوي. هنا ، نوضح أن تشريح طول الشريان الأورطي تحت الكلوي بالكامل من الشريان الكلوي الأيسر بالقرب من تشعب الأبهر بعيدا يساعد على توفير درجات قابلة للتكرار من التعرض للأبهر على الرغم من الاختلافات التشريحية مع زيادة نجاح تحريض تمدد الأوعية الدموية وتوفير حدود واضحة للمشغل. بالإضافة إلى ذلك ، يميل حجم IVC وموضعه الأمامي إلى تغطية غالبية الشريان الأورطي ، مما قد يؤثر على كمية الشريان الأورطي المعالج إذا لم يتم عزله عن IVC. في حين أنه من الضروري إزالة اللفافة خلف الصفاق لكشف الشريان الأورطي ، فمن المهم عدم تشريح النسيج الضام للأدفينتيتيا بالكامل من الشريان الأورطي وكشف أي من طبقات الوسائط ، لأن هذا يؤدي عادة إلى تمزق خلال فترة حضانة الإيلاستاز لمدة 5 دقائق. يمكن أن يكون هذا بمثابة رقابة داخلية إضافية لدرجة التشريح مع هذا النموذج ولكن يمكن أن يكون منحنى تعليمي محبط عند اعتماد هذا النموذج. سيتعلم المشغلون أيضا المناطق عالية الخطورة (الشكل 4) التي يمكن أن تصاب بسهولة أثناء الجراحة وتؤدي إلى نزيف لا يمكن السيطرة عليه.
في حين أنه من المهم أن تكون الخطوات الإجرائية لهذا النموذج متسقة ، إلا أن مدة الدراسة وتوقيت التصوير بالموجات فوق الصوتية الفاصلة يمكن أن تختلف اعتمادا على هدف البحث. يبدأ توسع الأبهر على الفور مع تطبيق الإيلاستاز ، ومع ذلك فإن الدراسات التي تستخدم هذا النموذج عادة ما تتبع الفئران لمدة 28 يوما بعد الجراحة7 ، كما في هذا المثال التجربة. يجب مراعاة تمديد مدة الدراسة عند دراسة AAAs المتقدمة ، أو النمو طويل الأجل ، أو تكوين الخثرة داخل اللمعة ، أو التمزق.
يمكن أن تساعد التدابير الإضافية المحيطة بالجراحة ، مثل الحفاظ على درجة حرارة جسم وحالة الترطيب ، في تحسين بقاء على قيد الحياة لهذا الإجراء الغازي. يمكن أن يساعد استخدام وسادة التدفئة أثناء الجراحة ووضعها في قفص استرداد دافئ في تجنب انخفاض حرارة الجسم. يجب تسخين المياه المالحة قبل استخدامها لري تجويف البطن. يمكن أن تكون بلعة السوائل تحت الجلد مباشرة بعد الجراحة مسؤولة عن فقدان السوائل غير المعقول أثناء العملية ، وتساعد على الحفاظ على الترطيب الكافي خلال مرحلة الشفاء الفوري. من خلال التعامل الدقيق مع الأنسجة والنهج المنهجي المتسق ، يمكن إجراء نموذج الإيلاستاز / BAPN بواسطة مشغل متمرس بين 30 دقيقة و 45 دقيقة لكل فأر وإنتاج AAA بشكل موثوق مع مضاعفات منخفضة للغاية في الفترة المحيطة بالجراحة.
تظهر نتائجنا أن الجمع بين BAPN بالإضافة إلى التسلخ المحيطي للشريان الأورطي تحت الكلوي قبل تطبيق الإيلاستاز ينتج AAAs كبيرة وممتدة باستمرار ، بأقطار أكبر وحدوث تمزق في فترات أقصر. في هذه التجربة ، تم تحفيز AAAs بنجاح في جميع الفئران الذكور (6 من 6) والإناث (6 من 6) التي عولجت بالإيلاستاز النشط. أدى التعرض للإيلاستاز لمدة 5 دقائق إلى زيادة فورية في قطر الأبهر بنسبة 30-40٪ تقريبا ، وهو أمر مفيد في تأكيد تطبيق الإيلاستاز الناجح والمتسق بين مجموعات العلاج. على غرار Berman et al. ، أظهرنا أن هذا النموذج يمكن أن يحفز AAAs في إناث الفئران ، والتي لديها أيضا استجابة تمزق أكبر من الذكور. تمزق نصف الفئران الإناث (3 من 6) في غضون 28 يوما ، مقارنة ب 0 من 6 من الذكور ، ومع ذلك ، فإن الفئران الإناث تزن أقل من الذكور. أظهرت ذكور الفئران زيادة في قطر AAA بنسبة 257٪ مقارنة ب -4٪ من عناصر التحكم في الذكور ، بينما أظهرت الإناث الباقيات على قيد الحياة زيادة في القطر بنسبة 417٪ ، مقارنة ب -16٪ من الضوابط الأنثوية. لم تكن أقطار الأبهر مختلفة بشكل كبير بين الفئران المعالجة من الذكور والإناث الباقين على قيد الحياة في 28 يوما بسبب ارتفاع عدد التمزقات في المجموعة الأنثوية. نتوقع أن تظهر الفئران الوهمية أقطار أقطار أبهري أصغر بنهاية الدراسة حيث يميل الشريان الأورطي إلى التمدد قليلا أثناء التسلخ الأولي ثم يشكل أنسجة ندبة لمدة 28 يوما.
يمتلك نموذج الإيلاستاز / BAPN قيودا معينة. يتطلب التسلخ المحيطي للشريان الأورطي مهارات جراحية دقيقة ولكنه يساعد على تحسين قابلية التكرار ودرجة تحريض تمدد الأوعية الدموية. على غرار نموذج الإيلاستاز الموضعي ، هناك أيضا تأثير دفعي في نشاط إنزيم الإيلاستاز ، والذي كما ذكرنا سابقا ، من المهم بالتالي استخدام نفس زجاجة الإيلاستاز لجميع في تجربة معينة. في حين أن حدوث الخثرة داخل اللمعة AAA والتمزق يزداد مع مرور الوقت وشدة تمدد الأوعية الدموية ، إلا أنها ليست مضمونة ولا يمكن التنبؤ بها بالكامل في هذا النموذج.
باختصار ، ينتج نموذج الإيلاستاز / BAPN AAAs كبيرة وحقيقية تحت الكلى في كل من الفئران الذكور والإناث ، والتي تتوسع تدريجيا بمرور الوقت ، وتشكل خثرة داخل اللمعة ، وتكون قادرة على التمزق. تساعد نقاط القوة هذه في نموذج الفئران هذا على تلخيص بعض سلوكيات وخصائص تمدد الأوعية الدموية لدى البشر بشكل أفضل. على الرغم من صعوبة ذلك تقنيا ، إلا أن تشريح الشريان الأورطي الدقيق والشامل يمكن أن يزيد من استجابة تمدد الأوعية الدموية. حاليا ، تعد طريقة الإيلاستاز / BAPN نموذجا متقدما لدراسة تمدد الأوعية الدموية الأبهري البطني تحت الكلوي.
The authors have nothing to disclose.
تم دعم هذا التحقيق من قبل المعهد الوطني للقلب والرئة والدم (NHLBI) التابع للمعاهد الوطنية للصحة (NIH) تحت 1R01HL149404-01A1 (BL) ، وجائزة Ruth L. Kirschstein National Research Service 007936 T32 HL إلى مركز أبحاث القلب والأوعية الدموية بجامعة ويسكونسن ماديسون (JB). تم إنشاء الأشكال أو تحريرها باستخدام Biorender.com. تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام برنامج 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 |
.