Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ce nouveau modèle crée des anévrismes aurifiques aurifiques abdominaux infrarérérés robustes chez les porcs à l'aide d'une combinaison d'angioplastie ballon, d'élastase/perfusion de collagène, d'application topique d'élastase et d'administration aminopropionitrile composée de composés oraux, qui interfère avec le collage.
Les grands modèles animaux pour étudier les anévrismes aortiques abdominaux sont clairsemés. Le but de ce modèle est de créer des anévrismes aurifères aurifères abdominaux infrarérérés reproductibles et cliniquement significatifs (AAA) chez les porcs. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison d'angioplastie ballon, l'élastase et la collagène, et un inhibiteur de l'oxidase lysyl, appelé aminopropionitrile (BAPN), pour créer des anévrismes aurifères infrarérés cliniquement significatifs, analogues à la maladie humaine.
Les porcs mâles non castrés sont nourris BAPN pendant 7 jours avant la chirurgie pour atteindre un état stable dans le sang. Une laparotomie de midline est exécutée et l'aorte infrarénale est circonférentielle disséquée. Une mesure initiale est enregistrée avant l'induction d'aneurysm avec une combinaison de l'angioplastie de ballon, de l'élastase (500 unités)/collagène (8000 unités) perfusion, et de l'application topique d'élastase. Les porcs sont nourris BAPN tous les jours jusqu'à la procédure terminale le jour postopératoire 7, 14, ou 28, au moment où l'anévrisme est mesuré, et le tissu acheté. Les porcs de chirurgie baPN sont comparés aux porcs qui ont subi la chirurgie seul.
Les porcs traités par BAPN et la chirurgie avaient une dilatation aortique moyenne de 89,9 % - 47,4 % au jour 7, 105,4 % - 58,1 % au jour 14, et 113,5 % - 30,2 % au jour 28. Les porcs traités par chirurgie seule avaient des anévrismes significativement plus petits que les animaux de chirurgie BAPN au jour 28 (p lt; 0,0003). Le groupe de chirurgie de BAPN a eu l'évidence macroscopic et immunohistochemical de la maladie aneurysmal de phase finale.
L'AAA infrarérérérérénal cliniquement significatif peut être induit utilisant l'angioplastie de ballon, la perfusion d'élastase/collagenase et l'application topique, complétée avec LE BAPN oral. Ce modèle crée de grands AAA cliniquement significatifs avec des caractéristiques de la maladie humaine. Cela a des implications importantes pour l'élucidation de la pathogénie AAA et l'essai de nouvelles thérapies et dispositifs pour le traitement de l'AAA. Les limites du modèle comprennent la variation du BAPN ingéré par les porcs, la qualité de la perfusion d'élastase et le coût de BAPN.
Selon le Center for Disease Control (CDC), les anévrismes aortiques (AA) sont l'une des principales causes de décès aux États-Unis et représentent une charge de morbidité importante1. Un anévrisme aortique est défini comme une dilatation d'une partie discrète du vaisseau lumen par plus de 50%2. Un sous-ensemble de AA dans l'abdomen, désigné sous le sujet les anévrismes aortiques abdominaux (AAA) sont une préoccupation croissante. AAA restent médicalement silencieux jusqu'à la rupture ou la dissection imminente, avec le début aigu, la douleur abdominale grave étant généralement le seul symptôme présentant3,4. La rupture de l'AAA est presque toujours fatale avec un taux de mortalité de 90%5. La chirurgie ouverte ou endovasculaire est la seule option thérapeutique pour les patients, et peut être une procédure très morbide. Fait important, AAA sont l'une des rares maladies cardiovasculaires sans thérapie médicale pour guérir.
À ce jour, une grande partie de la recherche sur la pathogénie AAA s'est concentrée sur les modèles de rongeurs, en utilisant l'élastase, qui est une enzyme qui dégrade l'élastine trouvée dans le milieu aortique, pour induire des anévrismes. 6,7 Cependant, la traductibilité clinique des modèles de petits animaux à la maladie aneurysmal humaine est limitée, car l'évaluation des changements structurels dans l'aorte, et l'hémodynamique altérée sont limitées en raison de la taille. En raison de la similitude anatomique et de taille, le système circulatoire porcin est mieux corrélé avec la biologie humaine que les rongeurs8. Les grands modèles animaux permettent une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires du processus de la maladie, peuvent être utilisés pour développer de nouveaux traitements à des doses thérapeutiques pour les grands mammifères, et tester des dispositifs de réparation mécanique, ce qui ne serait pas possible dans les modèles de petits animaux. En outre, la nature aigue des modèles de rongeurs ne reproduit pas la chronicité et les caractéristiques pathologiques de la maladie aneurysmal humaine.
La combinaison de l'élastase et d'un composé appelé aminopropionitrile (BAPN) a révolutionné les modèles aAA murine, en créant des anévrismes qui sont plus grands et contiennent des séquellede de maladie aneurysmal chronique, y compris la peinture murale thrombus, la dissection, et la rupture9. BAPN est un inhibiteur de lysyl oxidase, qui est essentiel pour le collagène crosslinking, un composant crucial de la paroi aortique10,11,12. Lysyl oxidase activité diminue avec le vieillissement et compte tenu de l'association de l'âge et la nature chronique de compliqué AA, BAPN a un grand potentiel pour imiter expérimentalement les effets du vieillissement9,13,14. L'utilisation de BAPN et sa capacité à reproduire les maladies chroniques dans un contexte subaigu offre un nouvel avantage par rapport aux modèles alternatifs de grands animaux de l'AAA. Comparé à d'autres modèles aAA porcins établis, ce modèle crée les plus grands aneurysms avec des caractéristiques de la maladie de phase finale, et les résultats ont été précédemment édités8,11,15.
Tout en conférant certains avantages, des ressources et des investissements importants sont nécessaires pour mener à bien ce modèle qui pourrait dissuader certains chercheurs. Parmi ces ressources, mentionnons l'accès aux salles d'opération, aux chirurgiens et aux fournisseurs d'anesthésie qualifiés, au logement des animaux et au personnel vétérinaire pour aider aux soins postopératoires. En outre, le coût de BAPN peut être prohibitif pour certains laboratoires.
Peu de grands modèles animaux existent pour étudier la pathophysiologie complexe de la formation AAA et se traduire par maladie humaine. Les grands modèles animaux de l'AAA sont essentiels pour aider à évaluer la viabilité de nouvelles technologies et traitements pour les maladies humaines. Par conséquent, le but de cette étude était de créer un modèle reproductible de l'AAA infrarérérée de stade avancé dans le porc. La raison d'être de l'utilisation du MODÈLE BAPN et de l'élastase porcine est de mieux comprendre la physiopathologie de l'AAA en imitant la nature chronique et la séquelle de la maladie anévrismale humaine dans un contexte aigu ou subaigu, ainsi que de tester de nouvelles thérapies et dispositifs pour AAA Traitement.
Les protocoles sur les animaux ont été approuvés par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux de l'Université de Virginie (no 3848).
REMARQUE: Ce modèle a déjà été publié par Cullen et al. et est un protocole modifié décrit par Hynecek et al.8,15.
1. Animaux
2. Anesthésie
3. Technique chirurgicale
4. Soins postopératoires
5. Approvisionnement en tissus aortiques
Toutes les analyses statistiques ont été effectuées à l'aide du test exact de Fisher ou du test carré chi, le cas échéant. Les valeurs des données sont déclarées comme dilatation aortique moyenne (%) - écart type (%). L'importance statistique a été fixée p 'lt; 0.05. La combinaison de BAPN et de chirurgie fournissant un traitement à l'élastase (chirurgie/élastase) crée un AAA plus robuste et reproductible chez les porcs au jour 28 par rapport à ceux traités par chirurgie et élastase seul (dilatation aortique moyenne (%) - écart standard (%) : 113,5 % - 30,2 % (n - 8) contre 59,7 % et 29,2 % (n ) ; P et lt; .01) comme indiqué à la figure 1. L'AAA s'est progressivement agrandi au fur et à mesure que le temps avançait (dilatation aortique moyenne (%) et écart type (%) de 86,9 % , 47,4 % (n - 4), 105,4 % et 58,1 % (n 5) et 113,5 % et 30,2 % (n et 8) à 7, 14 et 28 points de temps de récolte de jour, respectivement, Figure 1). Les signes de maladie aneurysmal chronique sont évidents chez les animaux traités par BAPN et chirurgie/élastase, y compris le thrombus intraluletet et l'athérosclérose (figure 2). L'évaluation histologique a démontré la fragmentation et l'altération significativement accrues d'élastine dans BAPN-traité porcaA que la chirurgie/élastase seule(figure 3 et figure 4, respectivement).
Figure 1 : Le traitement de l'aminopropionitrile (BAPN) augmente la taille de l'anévrisme aortique abdominal porcin (AAA). (A) BAPN - la chirurgie/l'élastase porcs avait une dilatation aortique moyenne significativement plus élevée par rapport aux porcs non traités par BAPN (chirurgie/élastase seulement) à 28 jours (113,5 % - 30,2 % contre 59,7 % - 29,2 %; P et lt; .01). (B) Les porcs traités par BAPN présentaient une dilatation aortique moyenne de 86,9 % , 47,4 %, 105,4 %, 58,1 %, et 113,5 % et 30,2 % à 7, 14 et 28 jours, respectivement. Ce chiffre a été publié par Cullen et coll.15 et reproduit ici avec permission. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Photographies d'échantillons d'anévrismes aortiques abdominaux porcins (AAA). (A) Contrôlez l'aorte abdominale (aucun traitement avec BAPN ou élastase). (B) Infrarenal AAA formé le jour postopératoire (POD) 28 après traitement avec chirurgie/elastase, et BAPN (C) Thrombus intraluminal dans AAA sur POD 28 dans la chirurgie/elastase et les animaux traités par BAPN (D) Atherosclerosis dans l'AAA infrarenal sur POD 28 dans la chirurgie/elastase et les animaux traités de BAPN. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : La fragmentation de l'élastine est augmentée dans l'anévrisme aortique abdominal traité par l'alpension porcin (AAA) traité par l'aminopropionitrile (BAPN). van Gieson coloration dans l'aorte infrarénale et aorte suprarénale à 7 jours (A), 14 jours (B), et 28 jours (C). À l'extrême droite, elastine (noir) fragmentation mesurée par les examinateurs indépendants de l'aorte infrarénale contre suprarenalaorta à 7, 14, et 28 jours. La barre d'échelle représente 500 m ; Objectif objectif de lentille 4x. P et lt; 0,05. Ce chiffre a été publié par Cullen et coll.15 et reproduit ici avec permission. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Le collagène est altéré dans l'anévrisme aortique aortique (AAA) traité par aminopropionitrile (BAPN). Masson trichrome et van Gieson taches dans l'aorte infrarénale et l'aorte suprarénale à 7 jours (A), 14 jours (B), et 28 jours (C). À l'extrême droite, le contenu de collagène (bleu) dans le mur de l'aorte infrarénale contre l'aorte suprarénale telle que mesurée par les unités de densitométrie à 7, 14 et 28 jours. La barre d'échelle représente 250 mm; Objectif objectif de lentille 4x. Ce chiffre a été publié par Cullen et coll.15 et reproduit avec permission. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Un modèle nouveau de l'AAA infrarérérédans dans le porc a été créé utilisant une combinaison de l'angioplastie de ballon, de perfusion et d'élastase topique, et diététique comme BAPN. À l'aide de ce modèle, la dilatation aortique de 100 % a été réalisée avec des caractéristiques brutes et histologiques de la maladie aneurysmal humaine chronique. Ce modèle offre une passerelle pour mieux comprendre la physiopathologie complexe de l'AAA et traduire les thérapies potentielles en maladies humaines.
Les modèles antérieurs de AAA chez les porcs ont été réalisés avec un succès modeste. Marinov et coll. ont utilisé la perfusion d'élastase seul et ont vu quelques changements histologiques, y compris la perturbation de l'élastine, mais n'ont pas été en mesure d'atteindre le phénotype qui définit un anévrisme (dilatation de 50 %)16. Compte tenu de la durabilité de l'aorte porcine, plus d'une intervention est nécessaire pour atteindre des anévrismes cliniquement significatifs, qui a été initialement décrit par Hynecek et coll. en utilisant une combinaison de perfusion d'élastase et de collagène et d'angioplastie ballon8. Ils ont vu le diamètre aortique moyen de 73% aussi bien que des changements histologiques de la maladie aneurysmal, y compris la perte endothéliale, l'infiltration de neutrophil, et la perturbation d'élastine.
Cependant, les modèles antérieurs ne traitent pas d'un problème fondamental avec tous les modèles AAA : comment reproduire un processus de maladie chronique dans un contexte aigu ou subaigu. La plupart des modèles d'élastase de AAA chez les souris montrent la dilatation maximale à environ 2 semaines suivies de la régression par la suite, tandis que la maladie humaine évolue chroniquement au fil des ans. La clé de cette question peut reposer dans l'utilisation de BAPN, un inhibiteur de l'oxydase lysyl empêchant le collagène crosslinking. BAPN a un effet « vieillissant », et combiné avec le traitement d'élastase, il a été montré pour simuler la croissance chronique d'aneurysm. Dans un modèle murine par Lu et autres, des souris ont été observées 100 jours postopératoirement, et ont démontré l'évidence de l'aAA de phase finale avec la formation de thrombus et la rupture spontanée9. La nouveauté et l'importance de notre modèle porcin AAA est dans l'utilisation de BAPN, qui reproduit ce processus de maladie chronique dans un cadre subaigu et une espèce animale plus traduisible. Les porcs nourris un régime de BAPN combiné avec l'angioplastie de ballon, la perfusion d'élastase, et l'application topique d'élastase ont montré des aneurysms plus robustes avec l'évidence de la maladie de phase finale, y compris le thrombus de mur, l'athérosclérose, et la rupture comparée à ceux traités avec la chirurgie et l'élastase seule(figure 1). Ce modèle augmente et améliore le modèle précédent par Hynecek et autres en créant de plus grands aneurysms avec sequela de la maladie chronique8.
Bien que BAPN soit essentiel pour reproduire la chronicité de LAA, l'intervention chirurgicale fournit l'insulte initiale à l'aorte pour induire la formation d'anévrisme. BAPN sans chirurgie ou utilisation d'élastase a été examiné, mais n'a montré aucune dilatation aortique significative11. Pour les chercheurs non formés chirurgicalement, l'induction de l'AAA chez les porcs par laparotomie peut être intimidante. Chaque étape est lourde de complications potentielles, des blessures intestinales et ureteral aux saignements artériels ou veineux nécessitant une réparation aux infections postopératoires des plaies. L'enquêteur doit être préparé pour les éventualités afin de survivre au porc jusqu'à son point d'objectif. Un véritable effort d'équipe est nécessaire, y compris un chirurgien expérimenté bien versé dans l'anatomie abdominale, la fourniture d'une anesthésie exceptionnelle, y compris l'attention aux signes vitaux et l'état des fluides, et des soins postopératoires attentifs. Notre équipe a connu toutes les complications ci-dessus et a agi en conséquence que ce soit avec la réparation de l'entérotomie ou des blessures de cavale ou d'antibiotiques pour les infections. Cependant, une complication imprévue a impliqué le degré auquel BAPN a altéré la cicatrisation incisionnelle de blessure dans les porcs. Environ 3 semaines postopératoirement, quelques porcs ont exhibé la panne de leurs incisions avec la déhiscence fasciale occasionnelle exigeant le retour au blocopératoire pour la révision et le débridement. Il est conseillé de surveiller soigneusement les incisions postopératoirement ainsi que la fermeture en plusieurs couches afin de prévenir cette complication.
La partie critique de la chirurgie implique cannulation de l'aorte par l'intermédiaire de l'artère mésentérique caudale, qui peut être frustrante, étant donné sa petite taille. L'utilisation d'un fil de micro-perforation nous a aidés dans cette cannulation. Cette étape est essentielle car le fil cannulation permet l'accès à l'aorte pour le ballon et la canule de perfusion. L'angioplastie de ballon avant la perfusion est essentielle dans notre expérience, car la dilatation de ballon crée hypothétiquement la perturbation endothéliale permettant à la perfusion d'élastase d'entrer plus facilement dans le média aortique. La perfusion adéquate est définie comme un segment tendu de l'aorte sans fuite ou fuite de liquide autour du cathéter ou de la paroi aortique. La réalisation d'une perfusion adéquate d'élastase, tout en limitant le temps total de pince de croix aortique à pas plus de 10 min, est essentielle pour la formation de bon aneurysm tout en évitant simultanément des complications ischémiques. Limiter le temps total de pince de croix aortique à moins de 20 min pour l'ensemble du procédé et permettre le temps proportionné pour la reperfusion entre la dilatation de ballon et les perfusions d'élastase évite la complication spinale redoutée d'ischémie. Si la perfusion adéquate n'est pas obtenue, il y a probablement une fuite de quelque part dans le segment perfusé de l'aorte, habituellement une aortotomie par inadvertance de la dissection ou de la fuite rétrograde du site de cannulation. Il est crucial de réparer tout défaut dans le segment perfusé pour permettre une perfusion adéquate d'élastase. Une boucle de navire peut être enveloppée juste proximale au site aortique de cannulation pour empêcher le flux rétrograde de l'élastase. Toute artère lombaire doit également être temporairement serrée pendant la perfusion pour éviter l'élastase entrant dans la circulation systémique, qui peut causer une réponse septique dans le porc.
Les prochaines étapes logiques de ce modèle comprennent l'essai de nouvelles thérapies pour le traitement médical de l'AAA. Comme mentionné précédemment, il n'y a aucune thérapie médicale connue pour atténuer ou régresser la croissance aortique d'aneurysm et le soin définitif courant implique des approches chirurgicales ou endovasculaires ouvertes. L'étude antérieure a défini les rôles des cytokines proinflammatoires, de l'Interleukin-1 (IL-1) et de l'Interleukin-6 (IL-6) dans la pathogénie des anévrismes aortiques thoraciques descendants et de l'AAA, et l'inhibition de ces récepteurs peut fournir des avenues thérapeutiques potentielles pour le traitement de ces maladies17,18,19. Ces études n'ont été faites que dans des modèles murins, de sorte que les prochaines étapes devraient impliquer de grands modèles animaux. En outre, un grand animal descendant l'anévrisme aortique thoracique est une autre voie pour l'étude future. En raison des origines embryonnaires différentes, il y a des différences inhérentes dans la composition de mur de l'aorte thoracique et abdominale, menant à la pathophysiologie différente des aneurysms dans ces deux segments20.
Il y a quelques limites à ce modèle. Tout d'abord, étant donné que de multiples interventions sont utilisées, il est difficile de déterminer quelle intervention contribue le plus à la formation de l'anévrisme. La quantité de pression requise pour atteindre un segment aortique suffisamment élastase-perfusé est difficile à mesurer, et peut varier. Cela pourrait affecter la quantité d'élastase entrant dans le support aortique et la formation ultérieure d'anévrisme d'un porc à l'autre. Nous étudions actuellement une stratégie pour y remédier. BAPN a été mélangé avec la nourriture du porc et la consommation de porcs dans la période périopératoire peut varier, modifiant les quantités de BAPN chaque porc ingère. Enfin, ce modèle nécessite de nombreuses ressources et investissements pour réussir. Cela comprend les salles d'opération, les chirurgiens et les fournisseurs d'anesthésie, le logement des animaux, les soins postopératoires et l'achat de BAPN, qui peut être prohibitif. Chaque laboratoire devrait évaluer soigneusement ses ressources et son financement avant de tenter ce modèle.
Dans l'ensemble, en dépit de certaines limitations, porc AAA avec séquelle de maladie chronique peut être créé reproductible ment en utilisant une combinaison de BAPN, angioplastie ballon, perfusion d'élastase et l'application topique d'élastase. Cela a des implications importantes pour la recherche translationnelle applicable aux maladies humaines.
Aucun
Nous remercions Anthony Herring et Cindy Dodson pour leurs connaissances et leur expertise technique.
Sources de financement :
Le financement de cette étude a été fourni par le National Heart, Lung, and Blood Institute de l'Institut national de la santé dans le cadre du Prix No. T32HL007849 et Grant Nos. R01HL081629-07 (G.R.U.) et R01HL124131-01 (G.R.U.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Arrow Ergo Pack System | Arrow | CDC-21242-X1A | Just need 7 Fr dilator |
Atlas PTA Balloon dilation catheter | Bard | AT-120184 | 16 mm x 4 cm x 120 cm |
Bovie electrocautery | Bovie Medical | A2350 | |
Collagenase Type 1 (5 gm) | Worthington | LS004196 | |
Crile Needle drviers | MFI medical | 61-2201 | |
DeBakey Atraumatic Forceps | MFI medical | 52-4977 | |
DeBakey Peripheral Vascular Clamp | Medline | MDS1318119 | |
Glidewire | Terumo Interventional Systems | GS3506 | outer Wire diameter 0.035 mm, Length 150 cm |
GraphPad Prism 6 | GraphPad Software Inc. La Jolla, Calif) | statistical software | |
Metzenbaum Scissors | MFI medical | 61-0004 | |
Mayo-Hegar Needle Holder | tiger medical | N407322 | |
Micropuncture Introducer Set | Cook | G47946 | |
Mixter Forceps, Standard Grade, Right angle | Cole-Parmer | UX-10818-16 | |
Monocryl suture | Ethicon | Y496G-BX | 4-0 monocryl |
PDS II suture | Ethicon | D8926 | Number 1 looped |
Porcine Pancreatic Elastase | Sigma-Aldrich | E1250 | |
Satinsky Vascular Clamps | Medline | MDs5632515 | |
Suction canister | Cardinal Health | 65651212 | |
Schuco Aspirator | MFI medical | S430A | |
Vicryl suture | Ethicon | J789D-SD | 2-0 vicryl |
Yankauer Suction tube | Sklarcorp | 07-1801 |
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