肺体幹バンディングによる圧力過負荷誘発右心室肥大と失敗のマウスモデル

肺体幹バンディングによって誘発される右心室圧過負荷のマウスモデルについて説明します。この論文には、挿管、手術、および心エコー検査による表現型の詳細なプロトコルが含まれています。挿管や手術にはカスタムメイドの器具が使用されるため、モデルを迅速かつ安価に再現することができます。

圧力過負荷によって引き起こされる右心室(RV)不全は、多くの心血管疾患および肺疾患の罹患率および死亡率と強く関連しています。RV不全の病因は複雑で、まだ十分に理解されていません。RV不全の治療のための新しい治療戦略を特定するには、堅牢で再現性のある動物モデルが不可欠です。肺動脈幹バンディング (PTB) のモデルは、RV 機能が肺血管系の変化とは無関係に評価できるため、人気を博しています。

この論文では、5週齢のマウスでPTBによって誘発されるRV圧力過負荷のマウスモデルを紹介します。このモデルは、軽度のRV肥大から非代償性RVの故障まで、さまざまな程度のRVの病状を誘発するために使用できます。挿管、PTB手術、および心エコー検査による表現型の詳細なプロトコルが論文に含まれています。さらに、挿管やPTB手術のための器具のカスタマイズ手順も用意されており、PTBモデルを迅速かつ安価に再現することができます。

チタン製の結紮クリップを使用して肺動脈幹を収縮させ、再現性が高く、オペレーターに依存しない程度の肺動脈幹収縮を確保しました。PTB の重症度は、異なるインナーライゲーションクリップ径 (軽度: 450 μm および重度: 250 μm) を使用して等級付けしました。これにより、RV機能が保持された肥大から、心拍出量の減少と心臓外症状を伴う非代償性RV障害まで、RVの病状が生じました。RV機能は、手術後1週間と3週間後に心エコー検査によって評価されました。心エコー画像と結果の例を以下に示します。さらに、右心カテーテル法と心臓組織の組織学的分析の結果が示されています。

右心室(RV)不全は、心不全の症状とRV機能障害に起因する全身鬱血の徴候を伴う臨床症候群^です1。RV機能障害は、多くの心血管疾患および肺疾患²の罹患率および死亡率と強く関連しています。RV機能障害の病因は複雑であり、その根底にあるシグナル伝達経路と制御は十分に解明されていません。

現在の治療法からの観察によると、RV機能の改善は後負荷の減少と密接に関連しており、肺血管系が主要な治療目標であることが示唆^{されています3}。このことは、現在の治療法がRV機能に直接的な影響を与えるのは最小限であり、肺血管抵抗の改善後も悪化する可能性があることを示しています³。そのため、後負荷低減とは無関係にRV機能を向上させるためのさらなる研究が大いに求められています。

堅牢で再現性のある動物モデルは、新しい治療薬の探索に不可欠です。慢性RV不全のほとんどのモデルでは、根本的な原因は肺血管系の構造変化によって引き起こされる肺高血圧症です^4,5,6。十分に特徴付けられたモデルには、慢性低酸素モデル^7,8、Sugen-hypoxiaモデル^9,10,11、およびモノクロタリンモデル^12,13が含まれます。これらのモデルでは、RVの失敗は肺高血圧症に続発するため、肺血管系への介入の影響を^RV6への直接的な影響と区別することは不可能です。

肺血管系から独立してRVを研究するために、肺体幹バンディング(PTB)モデルが人気を博し、マウス、ラット、ウサギ、イヌ、ヒツジ、ブタを含むいくつかの動物種で記載されています6,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23^{、24、25、26、27}。PTBモデルでは、肺幹の狭窄は外科的に達成され、RV圧力⁶の増加を引き起こします。PTBの適用には、結紮糸または金属結紮クリップ^18,28による血管の収縮を含む、さまざまなアプローチが存在する。結紮糸を使用するモデルでは、肺動脈幹が針に結び付けられ、針が引っ込められ、結紮糸が所定の位置に残ります。これにより、針のサイズと結び目^18,29の張力に依存する血管の収縮が生じます。金属製の結紮クリップを採用しているモデルでは、肺体幹の収縮の程度がより再現性が高い場合があります。変更されたライゲーションクリップアプライヤーは、ライゲーションクリップを事前定義された一定の直径に閉じるために使用されます。これにより、この分析法はオペレーターに依存せず、疾患の表現型15,27,28におけるPTB関連の変動性が減少します。

マウスPTBモデルは、RV肥大と故障を誘発することが示されています^18,28。PTBモデルを使用する際の大きな課題の1つは、RVの病理の望ましい程度を達成するために適切なPTB直径を選択することです。これは、非補償型RVの故障をモデル化しようとする場合に特に困難です。このためには、収縮は、急性RV不全や手術直後の死亡につながることなく、慢性RV不全を誘発するのに十分なほどきつくなければなりません⁶。この課題を解決するための1つのアプローチは、離乳期または幼体を使用することです^6,15。PTBモデルは、Wistarラット離乳子^15,30を使用してRV故障のさまざまな段階を研究するために成功裏に使用されています。これを達成するために、成長可能性が残っている幼若ラットは、チタンライゲーティングクリップを適用してPTB手術を受けました。ラットが成長すると、肺狭窄は徐々に重症化し、PTB^15,30の重症度に応じてRV肥大または慢性RV不全を引き起こしました。このモデルに触発されて、私たちは、幼若マウスを使用したマウスPTBモデルでRV病理のさまざまな段階を生成できるという仮説を立てました。軽度から重篤な疾患までの幅広いRV病理を研究することは、疾患の進行とRV肥大からRV不全への移行についての理解を解明するのに役立つ可能性があります。

ここでは、PTBによって誘発されるRVの圧力過負荷のマウスモデルを若年マウスで紹介します。このモデルでは、RV肥大から非代償性RV障害まで、さまざまな程度のRV病理を生成することができます。この研究には、挿管、PTB 手術、および心エコー検査による表現型に関する詳細なプロトコルが含まれています。

本試験は、デンマーク動物実験検査局(承認番号:2021-15-0201-00928)によって承認され、国家実験動物法に従って実施されました。この研究では、5週齢の雄C57BL/6Nマウスを使用しました。

1. 挿管・手術用器具のカスタマイズ(図1)

注:このセクションでは、挿管およびPTB手術用のカスタムメイド器具を安価で容易に入手できる材料から準備する際の最も重要な手順について詳しく説明します。

1. 気管内チューブを準備します(図1A)。
   一般的な静脈内(IV)カテーテルは、マウスの挿管と換気に使用できます。
   1. マウスのサイズに対応する適切なサイズの血管内カテーテルを選択してください。5週齢のマウスには22Gカテーテル(17-20g)、大型マウスには23Gカテーテル(>20g)が推奨されます。
   2. 針を引き出し、ロック機構を取り外します。針をカテーテルに戻し、針の先端をカテーテルの先端から約2mmのところに45°の角度で切断します。
   3. マウスの声帯の損傷を防ぐために、サンドペーパーを使用して先端を鈍くします。
   4. 挿管中の視界を良くするために、カテーテルの片方の翼を切り取ります。
2. 胸部リトラクターを準備します(図1B)。
   1. ニードルホルダーを使用して、中央にある約10cmの柔軟な金属線を30°の角度で曲げます。
   2. ニードルホルダーを使用して、ワイヤーの両端に幅5mmの非外傷性フックを慎重に作成します。
3. 挿管スタンドを準備します(図1C)。
   注:挿管スタンドを使用すると、挿管中に鼻管を介して麻酔を連続的に送達できます。これにより、目視による指導の下での制御された安全な挿管が可能になり、声帯や気管の損傷のリスク、食道へのチューブの誤配置のリスクが軽減されます。挿管スタンドのフレームとして、金属製またはプラスチック製のフレームを使用することができます。この研究では、わずかに曲がったキッチンロールホルダーを使用しました。
   1. マウスの鼻にフィットする3cmのゴムチューブをカットし、IVカテーテルバルブに接続します。吸入麻酔は、挿管前にバルブを介して接続することができます。
   2. チューブの開口部から約5mmのところに1-0編組縫合糸を使用してループを作ります。これは、マウスの鼻をチューブに固定するために使用されます。
   3. 柔軟なプラスチックシートの上部近くに穴を開け、その穴にチューブを置きます。このシートは、挿管スタンドでマウスを支えるために使用されます。
   4. 図 1C に示すように、テープを使用して個々のパーツを一緒に保持します。
4. ガイダンスカニューレを準備します(図1D、E)。
   1. 6-0モノフィラメント縫合糸を鈍い27Gカニューレに通し、縫合糸に結び目を作ります。この結び目は、後でPTB手術中に縫合糸をつかむために使用します。
   2. ニードルホルダーを使用して、カニューレの先端を80°の角度に曲げます。
5. ライゲーティングクリップアプライヤーを準備します。
   注意: 角度のある顎を備えた結紮クリップアプライヤーは、調整可能な停止機構(図1F)で変更され、顎が互いに正確に所定の距離にあるときに結紮クリップの圧縮が停止します。改質された結紮クリップアプライヤーは、肺動脈幹にチタン製の結紮クリップを適用するために使用されます。
   1. カスタムカットした真ちゅう製の部品を、2本のネジでライゲーティングクリップアプライヤーのハンドルに固定します。中央に調整可能なネジ(図1F、白い矢印)を取り付けて、ライゲーティングクリップアプライヤーの圧縮ハンドル間の正確な距離を決定します。これはジョー間の正確な距離に対応します。

図1:挿管およびPTB手術用の器具 (A)IVカテーテルから作られた気管内チューブ。(B)胸部リトラクター。(C)挿管スタンドと挿管スタンドに置かれたマウスが鼻管で麻酔を受けます。(D)PTB手術に使用される手術器具および改造された結紮クリップアプライヤー。(E)ガイダンスカニューレ。(F)カスタムメイドの調整可能なストップメカニズム。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

2.ライゲーションクリップアプライヤーの調整

1. ライゲーションクリップの内径は、RVの故障の望ましい重大度に基づいて選択します。5週齢の雄C57BL/6Nマウス(17-20g)の場合、重度の場合は250μm、軽度のRV圧力過負荷の場合は450μmのクリップ径を使用します。中間のクリップ直径を使用して、適度な圧力過負荷を誘発します。
2. 金属線または針を使用して、ライゲーションクリップアプライヤーを調整します。ワイヤの直径が目的のクリップ直径に対応していることを確認します。
3. クリップアプライヤーにライゲーティングクリップをロードし、調整ワイヤーをライゲーティングクリップの中央に配置します。クリップアプライヤーを圧縮しながら、クリップのジョーがワイヤーの周りにしっかりと収まるまでネジを回します。クリップアプライヤーを離したら、クリップが調整ワイヤーの所定の位置に留まっていることを確認します。
4. クリップアプライヤを調整した状態で、調整ワイヤに別のライゲーションクリップを配置して、設定された直径を確認します。

3. 手術の準備

1. 0.6 L/分 100% 酸素中に 7% セボフルランを使用して、導入チャンバーで麻酔を誘発します。挿管前につま先をつまんで十分な麻酔を確認してください。
   注:イソフルランも使用できます。異なる濃度を使用する必要があることに注意してください。
2. マウスに22G IVカテーテルを挿管します。手術用顕微鏡と挿管スタンドを使用して目視による指導の下で挿管を行い、声帯の視覚化と鼻管への吸入麻酔薬の継続的な送達のための適切な位置合わせを可能にします(図1C)。
3. マウスを175ストローク/分、一回換気量300μL/ストロークで換気します。
   注:8〜10μL / gの潮汐量も推奨され、理想的な一回換気量は、換気システムの漏れやデッドスペースの可能性によって異なります。
4. 挿管したマウスをカバー付きの加熱パッド(37°C)に置き、マウスの目に保湿軟 ?? を塗ります。.
5. 麻酔を維持し(0.6 L / min 100%酸素中に3.5%セボフルラン)、周術期鎮痛のために0.1 mg / kgブプレノルフィンと5 mg / kgカルプロフェンを皮下投与します。.脱毛クリームを使用して胸部からすべての髪を取り除き、消毒用ワイプで皮膚を消毒します。

4. PTB手術

1. 胸骨角から左前腋窩線まで、第2肋間腔の上の皮膚に10mmの切開を行います。鈍的解剖により、大胸筋と小胸筋を分割します。
2. 第2肋間腔の肋間筋を切断し、胸腺を鈍く解剖して心臓、肺幹、大動脈を露出させます。胸部リトラクターを肋間腔に配置して、手術野にアクセスできるようにします。
   注:肋間筋を切断するときは、左内乳動脈が胸骨の横方向にわずか1〜2 mm走っているため、細心の注意を払う必要があります。この動脈が損傷すると、重大な失血を引き起こす可能性があります。
3. 顕微鏡の鉗子を使用して血管間の結合組織を鈍く取り除くことにより、上行大動脈から肺幹を分離します。マウスの下半身を回転させることにより、肺幹の露出をさらに改善します(左脚を右脚の上に)。
4. 誘導カニューレを肺幹の後方の横心膜洞に通します。鉗子を使用してガイダンスカニューレの先端にある結び目をつかみ、ガイダンスカニューレを通して縫合糸を引っ張ります。縫合糸が肺幹の周りの所定の位置に留まった状態で、ガイダンスカニューレを慎重に取り外します。
5. 結紮クリップアプライヤをロードし、縫合糸を使用して肺幹を結紮クリップの顎に導き、クリップを圧縮します。クリップを装着した直後に縫合糸を放し、肺動脈幹の充填を観察します。
   注:徐脈は、結紮クリップの適用後最初の数秒で観察される場合があります。.
6. 6-0モノフィラメント吸収性縫合糸を第2肋骨と第3肋骨の周囲に配置し、肋間腔を閉じます。縫合糸を引き締めながら胸部に穏やかな圧力をかけることにより、胸腔からできるだけ多くの空気を排出します。
7. 最後に、6-0モノフィラメント吸収性縫合糸で皮膚を縫合します。
8. 偽手術中に、ライゲーティングクリップの配置(ステップ4.5)を除いて、同じ手順を実行します。

5. 心エコー検査

1. 導入室で麻酔を導入した後(1〜2分、100%酸素中6%セボフルラン)、鼻管(100%酸素中3.5%セボフルラン)を使用して麻酔を維持します。脱毛クリームを使用して胸と腹部からすべての髪を取り除き、マウスを加熱パッドの上に置きます。保湿軟膏を目に、超音波ジェルをマウスの胸部に塗布します。
   注意: 2Dゲイン、フォーカス深度、および画像の深度を調整して、すべての心エコー測定で画質を向上させます。
2. 超音波プローブを調整して、胸骨傍長軸(PLAX)ビューを見つけます(図2)。PLAX で、肺幹の肺幹内径と肺幹の速度時間積分 (VTI) を測定します。
   1. Bモードを選択し、加熱パッドをX軸、Y軸、Z軸に慎重に動かして、画像の中央にある肺幹を特定します。色を使用して、最大の肺幹の直径を特定します。シネストアを使用して、肺幹の直径を測定するためのシーケンスをキャプチャします。
   2. カラーとパルス波(PW)ドップラーを選択し、カーソルを肺幹の中央に置きます。点線が血管内の血流と平行になるまでPW角度を調整します。
   3. シネストアを押してVTIを測定します。カーソルを肺幹の両壁の近くに置き、シネストアを再度押して、血管壁の近くの流れを取得します。
      注:右心室(RV)の内径とRVフリー壁の厚さもPLAXビューで評価できます。
3. 胸骨傍短軸(PSAX)ビュー(図3)を見つけて、左心室(LV)の内径を測定し、中隔の膨らみ(D構成)を評価するために使用できます。
   1. Bモードを選択し、プローブを反時計回りに90°回します。胸骨によるRVの影を避けるためにプローブを横方向に20〜30度傾け、左心室ができるだけ丸くなるまでプローブを頭蓋方向に20〜30度傾けます。次に、プローブを頭蓋尾方向にスライドさせて、心室直径が最大の乳頭筋のレベルを特定し、シネストアを押します。
      注:中乳頭レベルのPSAXは、RVフラクショナルエリアの変化を評価するためにも使用できます。大動脈弁のレベルでPSAXはRVのフラクショナル短縮またはRVの自由な壁厚さを測定するのに使用することができます。
4. 頂端 4 チャンバー (A4CH) ビュー (図 4) を使用して、三尖弁環状平面収縮期エクスカーション (TAPSE) を測定し、三尖弁逆流を評価します。
   1. 図4に示すようにプローブを配置します。心臓が特定されたら、手首と指だけを使用してプローブを微調整し、心臓と三尖弁の4つの心室すべてを特定します。
      1. 良好なA4CHビューを特定して維持することは困難です。安定性のために、プローブを操作する手を加熱パッドに置きます。適切な画像が見つかるまで、プローブをスライドさせ、傾け、少し回します。
      2. プローブは一度に1次元だけ動かします:たとえば、頭蓋尾筋をスライドさせて心臓を見つけ、次にプローブを傾けて4つのチャンバーすべてを特定し、最後に4つのチャンバーと三尖弁がすべてフレームに入るまでプローブを回転させます。必要に応じて、3つの手順すべてを数回繰り返してから、理想的な画像を取得します。
   2. 三尖弁が特定されたら、 Mモード を選択し、自由壁の三尖弁輪に点線を配置します。 cine store を押して、測定値を保存します。
   3. 三尖弁の逆流を評価する ための色 を選択します。逆流が存在する場合、収縮期にはRVから右心房(RA)への逆行性の流れのジェットが見られます(図5)。
      注:A4CHビューでは、RVフリーウォールの組織ドップラーとRV流入速度も測定できます。

図2:傍胸骨長軸図(PLAX)(A-D)超音波プローブの位置。(E, F) PLAXの正常なマウスの心臓。(G、H)PTB後のRV拡張と肥大。略語:LV:左心室、RV:右心室、PV:肺動脈弁、PT:肺幹、Ao:大動脈。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:胸骨傍短軸図(PSAX)(A-D)超音波プローブの位置。(E、F)PSAXの正常なマウスの心臓。(G、H)PTB後のPSAX。略語:LV:左心室、RV:右心室、PM:乳頭筋。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:頂端4チャンバービュー(A4CH)(A-D)超音波プローブの位置。(E, F) A4CHビューの正常なマウスの心臓。(G、H)PTB 後の RV および RA 拡張。略語:LV:左心室、RV:右心室、RA:右心房、LA:左心房。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:A4CHビューのカラードップラーで可視化された三尖弁逆流 (A)拡張期では、RAからRVへの流れが観察されます(矢印)。(B)収縮期には、RVからRAへの細い流れが見えます(矢印)。略語:LV:左心室、RV:右心室、RA:右心房、LA:左心房。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

6. データ分析

1. PLAX で 3 つの心周期で肺幹の直径を測定し、平均肺の体幹の直径をさらなるデータ分析に使用します。PLAX で 3 つの心周期の VTI を、保存された 3 つのシネ ループ (肺幹の中心と血管壁の近く) のそれぞれで測定します。すべてのVTI測定値の平均VTIを使用して、さらに分析します。次の式を使用して CO を計算します。
   
   :肺動脈幹の半径、HR:心拍数
2. PSAXのLVEIを中乳頭レベルで測定します。測定ツールを使用して、中隔から自由壁までの最大のLV内径(LVid₁)を測定します。次に、最初の測定値(LVid₂)に直交するLV内径を測定します。これらの測定を 3 回の心周期で繰り返し、平均 LV 内径と次の式を使用して LVEI を計算します。
   
3. A4CHビューで3つの心周期でTAPSEを測定し、さらなるデータ分析に平均TAPSEを使用します。

7. 右心カテーテル法

1. PTB手術の3週間後に1.4Fマイクロチップカテーテルを使用した右心臓カテーテル法により、右心室(RV)の圧力と体積を測定します。
2. ステップ3.1〜3.4で説明されているように、マウスに麻酔をかけ、挿管します。マウスをカバー付きの加熱パッド(37°C)に置き、麻酔を維持します(0.6 L / min、100%酸素中3.5%セボフルラン)。
3. 2000 IUのヘパリン(筋肉内[i.m.])と0.5 mLのNaCl(皮下[s.c.])を投与します。.
4. 外科用ハサミを使用して、剣状突起のすぐ尾側に腹壁を切断し、胸壁の切開部に沿って横隔膜を慎重に切断することにより、胸腔にアクセスします。心臓への十分なアクセスが得られるまで、横隔膜と肋骨を切断します。.
5. 下大静脈の周りに結紮糸を置きます。これを使用して容器を閉塞し、プロトコルの後半で圧力体積測定を記録するための予圧を軽減します。
6. 26Gの針を使用して、RVに小さな穴を慎重に突き刺し、これができるだけ頂点に近く、針が心室を完全に貫通するのではなく、コンダクタンスカテーテルを挿入するためのガイドとして機能することを確認します。出血が発生した場合は、出血を最小限に抑えるために、小さな綿棒で穏やかな圧力をかけます。
7. 心室壁の小さな穴を特定し、組織を貫通してカテーテルを挿入します。
   注意: カテーテルを挿入するときは、心室内壁を傷つけないように注意してください。
8. 右心室圧(RVP)の変化は、カテーテル挿入後数分間観察されることがよくあります。RVPが安定するまで待ってから、代表的な定常状態の測定値を取得します。
9. 圧力-体積ループを取得するには、以前に下大静脈の周りに配置した結紮糸を使用します。結紮糸を慎重に引っ張って血管を閉塞し、予圧を徐々に減らします。
10. 代表的な圧力-体積ループが記録されたら、カテーテルを抜出し、心臓を切除してマウスを安楽死させます。このとき、さらなる分析のために血液と組織のサンプルを採取します。

C57BL/6Nマウス(雄、5週齢、17-20g)を重症PTB(sPTB、250μm、n=12)、軽度PTB(mPTB、450μm、n=9)、偽手術(sham、n=15)のいずれかに無作為に割り付けた。心機能の評価は、手術の1週間後と3週間後に心エコー検査によって行われました。右心カテーテル法とその後の安楽死は、術後3週間で行われました。臓器の重量を量り、組織学的分析のために心臓組織を調製しました。

手術の1週間後の心エコー検査では、mPTBおよび偽グループと比較して、sPTBのRV圧の上昇とRV機能障害の兆候が明らかになりました。RV機能障害は、心拍出量(CO)とTAPSEの減少によって明らかでした(図6A、B)。左心室偏心指数(LVEI)の低下は、RV圧の増加を示しました(図6C)。したがって、逆転介入は、重度のPTBモデルで1週間後にすでに調査されている可能性があります。mPTB群は、1週間後に偽物(LVEIの低下)と比較してRV圧の上昇の心エコー徴候を示しましたが、心エコー検査で評価されたRV機能障害の兆候はありませんでした(図6)。

図6:手術後1週間の心エコー測定 (A)心拍出量(CO)。(B)三尖弁環状平面収縮期エクスカーション(TAPSE)。(C)左心室偏心指数(LVEI)。略語:mPTB:軽度肺動脈幹バンディング(PTB);sPTB:重度のPTB。データは、平均 ± SD の散布図で表されます。*p < 0.05、**p < 0.001。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

3週間後、PTB手術の効果はsPTBで強調され、偽と比較して心拍出量がさらに減少し、TAPSEが一貫して減少しました(図7A、B)。3週間後、mPTB群と偽群の間で心エコーパラメータに差は観察されませんでした(図7A、B)。

右心カテーテル法では、手術の3週間後に、両方のPTBグループでRV収縮期血圧(RVSP)が偽と比較して上昇したことが明らかになりました(図7C)。RV拡張期機能はsPTB群で影響を受け、RV剛性の負荷に依存しない尺度であるRV拡張末期エラスタンス(Eed)の増加によって示されました(図7D)。収縮末期エラスタンス(Ees)によって評価されるRV収縮性も、sPTB群では偽物と比較して増加しましたが、mPTB群では有意な増加は見られませんでした(図7E)。

解剖学的測定では、RV重量対体重(RV / BW)比(RV / BW)の段階的な増加によって表されるPTBの重症度の増加に伴うRV肥大の増加が明らかになりました(図7F)。RVSPはRV肥大の程度に直線的に比例していました(図7G)。RV心筋細胞断面積(CSA)は、偽と比較してsPTBのRV肥大が40%増加したことが確認されましたが、偽と比較してmPTBの増加は有意ではありませんでした(図8A-D)。RVおよび右心房(RA)の線維化の程度は、sPTBでは偽と比較して7倍高かった。mPTBではRV線維症の増加は観察されませんでした(図8E-H)。

三尖弁逆流(TR)は、1週間後にsPTB群で64%、3週間後に91%で観察されましたが、偽群とmPTB群ではTRは認められませんでした(データは示されていません)。sPTB群では、心臓外代償不全の兆候であるさまざまな程度の肝変色が見られました(図9)。mPTB群と偽群では変色は見られませんでした。

要約すると、バンディングの直径と疾患の重症度との間に相関関係があることを示しています。mPTB グループは、RV 機能障害を伴わない軽度の RV 肥大を伴う初期の疾患段階を模倣していますが、sPTB グループは RV 機能障害と失敗の兆候を示しています。

図7:手術後3週間の心エコー検査、侵襲的圧力量、および解剖学的測定値。(B)三尖弁環状平面収縮期エクスカーション(TAPSE)。(C)右心室収縮期血圧(RVSP)。(D)拡張末期エラスタンス(Eed)。(E)収縮末期エラスタンス(Ees)。(F)右心室重量と体重の比率(RV / BW)。(G) 手術後 3 週間での右心室収縮期血圧 (RVSP) と RV/BW の重量との相関。線形回帰分析が実行され、プロットに表示されます。調整済み R² = 0.75、p < 0.001。略語:mPTB:軽度肺動脈幹バンディング(PTB);sPTB:重度のPTB。±非正規分布データは、Q1 と Q3 の 1.5 x IQR 以内の値 (それぞれ *p < 0.05、**p < 0.001) を表す中央値とひげを持つ中央値を持つ箱ひげ図で表されます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図8:RV組織の組織学的解析 (A)RVの断面積。(B-D)(B)シャム、(C)mPTB、および(D)sPTBからのRV組織をHE染色しました。(E)RVにおける健康な組織に対する間質性線維症の割合(F-H)Picrosiriusは、(F)sham、(G)mPTB、および(H)sPTBからRV組織を染色した。スケールバー:(B-D)= 50μm、(FH)= 250μm。データは箱ひげ図で表され、中央値、IQR、ひげはQ1とQ3からそれぞれ1.5 x IQR内の値を表します。*p < 0.05、**p < 0.001。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図9:肝臓の変色の程度の違い。 変色は0-3と評価されました。評価は、まだらの外観の程度と肝臓組織の色に基づいていました。写真は顕微鏡で撮影され、周囲の照明よりも組織が軽く見えます。(A)0:正常な肝臓。(B)1:変色のない明るい斑点。(C)2:適度な斑点と軽い変色。(D)3:重度の斑点と変色(ナツメグ肝臓)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

この論文では、圧力過負荷によるRV肥大と故障のマウスモデルを紹介します。(i) 幼若マウスの PTB は、軽度の RV 肥大から、代償不全の心臓外徴候を伴う RV 障害や組織学的に確認された RV 線維症まで、さまざまな程度の RV 病理を誘発する可能性があります。(ii) RV 機能障害の兆候は、PTB 手術の 1 週間後と 3 週間後に心エコー検査によって観察および定量化できます。(iii)RV肥大の程度は、PTBの重症度とそれに伴うRV圧力の増加に比例します。このモデルは、PTB モデルが RV 病理のさまざまな段階の研究に適していることを示しているため、RV 圧力過負荷に続発する RV 故障の病因を解明するのに役立つ可能性があります。

マウスPTBモデルの成功と再現性を確保するためには、次のステップに細心の注意を払う必要があります。(i)適切なライゲーションクリップの直径を選択します。適切なクリップ直径は、RV圧力過負荷の望ましい程度やフォローアップ時間など、いくつかの要因によって異なります。マウスの年齢と体重も考慮すべき重要な要素です。したがって、プロトコルは、現在の科学的な問題に応じて調整することができます。このため、手術後の適切な時点でパイロット手術と心エコー検査を行い、選択したクリップ径の適合性を評価することをお勧めします。(ii)クリップアプライヤーの正確な調整は、再現性のある病状を確保するために不可欠です。ライゲーションクリップアプライヤーを調整するためのガイドとして、外径が明確に定義された金属線またはカニューレを使用することをお勧めします。(iii)失血は、PTB手術中の最も頻繁な重篤な合併症であり、周術期および術後の死亡の最も一般的な原因でした。失血を制限するには、可能な限り鈍器の顕微鏡手術器具を使用し、鈍器で解剖します。手術用ハサミは、プロトコルに示されている場合にのみ使用してください。(iv)周術期死亡率の別の原因は、心臓の不整脈です。徐脈の短いエピソードは、肺幹の解剖および結紮クリップの適用中に発生する可能性があります。心停止のリスクを減らすために、肺動脈幹の操作時間を制限する必要があります。徐脈が観察された場合は、心拍数が正常化するまで肺動脈幹の操作を一時停止します。.(v)再現性のある心エコー検査の評価は困難であり、再現性のある結果が得られる前にトレーニングが必要です。RVのサイズが小さいため、PLAXおよびA4CHビューで偽マウスでRVの良好な視覚化を実現することは特に困難です。(vi)心エコー評価中に心拍数が大幅に変動する場合があります。ばらつきを減らすには、心拍数を注意深く監視し、十分な麻酔を確保しながら低用量の麻酔を使用します。

マウスPTBモデルの限界は、手術器具とトレーニングの必要性です。パイロット手術は常にトレーニングのために実施されるべきであり、方法は地元で利用可能な機器に合わせて調整されるべきです。我々は、RV圧力過負荷¹⁵の誘導のための非常に再現性の高い方法であることがわかっているチタン製のライゲーションクリップを使用した。さらに、ライゲーションクリップの使用は、外科的結紮糸と比較して、術期末死亡率が低く、術後の回復が良好であることが示されています³¹。

RV 機能を評価するための心エコー検査には、オペレーターに依存し、オペレーター間およびオペレーター内の変動が心エコー検査の結果に影響を与える可能性があるため、いくつかの制限があります。本研究では、心エコー検査は2人のオペレーターによって行われました。観察者間のばらつきによるバイアスを避けるために、両方のオペレーターは、すべてのグループの同数のマウスに対して心エコー検査を実施しました。さらに、マウスの心エコー検査には課題があります。これは、1週間(図5)でのCOおよびTAPSE測定の変動が3週間(図6)よりも大きいことからも明らかなように、小型で比較的健康なマウスに特に当てはまります。COをより正確に測定するために、肺幹のVTIを3つの異なる場所(肺幹の中心と血管壁の近く)で3つの心周期で測定しました。さらに、心エコー検査は、PTB³² に曝露されたラットの MRI と比較して CO を過大評価することが示されています。MRIは、マウスにおけるCO測定のゴールドスタンダードであり、したがって、本モデル³²を使用する際には考慮することができる。RV圧力の上昇がほとんどまたはまったくないマウスの別の課題は、RVのサイズが小さいため、TAPSEなどの優れたA4CHビューの測定が複雑になることです。これにより、偽群とmPTB群の一部のマウスでTAPSEが過小評価される可能性があります。これらの課題にもかかわらず、sPTBのCOおよびTAPSEは、shamおよびmPTBと比較して統計的に有意な結果を達成しました。これは、CO と TAPSE が現在のモデルで RV 機能の有用なマーカーであることを示していますが、マウスの心エコー評価の前に研究者の広範なトレーニングが必要であることも浮き彫りにしています。

すべての動物モデルに固有の制限は、遺伝的および生理学的な違いのために、結果をヒトに直接外挿できないことです。

私たちの知る限り、これは幼若マウスで唯一のPTBモデルです。このアプローチはラットで使用されており、ラットが成長するにつれて、後負荷が徐々にゆっくりと増加します。このゆっくりとした疾患誘発は、慢性RV障害の発症をよりよく模倣しています¹⁵。

現在のプロトコルには、RV機能障害の程度が異なるマウスの2つの異なるグループが含まれています。私たちの知る限り、他の公開されたマウスPTBモデルには、RV機能障害、血行動態障害、または線維症の兆候がない軽度のRV肥大のみのグループは含まれていません。したがって、この病気の初期段階は見過ごされています。この疾患発症の初期段階を研究することで、慢性^PAH17患者に見られるRV肥大からRV失敗への段階的な進行についての理解が深まる可能性があります。

このモデルでは、慢性RV不全の病理は手術後3週間以内に発症し、慢性RV不全の最も時間効率の良いモデルの1つとなっています⁶。他のマウスPTBモデルは、17,18,33,34,35の研究期間を1^〜8週間と報告しています。sPTBでは、術後1週間ですでにRV機能障害の兆候が観察されました。ただし、3 週間のフォローアップを伴うこの時間効率の良いアプローチには、制限があります。マウスは8週間で完全には成長せず、追跡期間が長くなると、肺体幹狭窄症がますます深刻になり、さらに重篤なRV障害が発生する可能性があります。

遺伝子組み換えマウスは容易に入手可能であり、新しい遺伝子組み換え株は比較的迅速かつ時間効率よくマウスで作製することができる³⁶。これは、ラットや大型哺乳類を使用するモデルとは対照的に、マウスPTBモデルの主な利点を構成します。

結論として、若年マウスにおける圧力過負荷誘発性RV肥大および不全の再現可能なマウスモデルを提示する。この論文には、挿管、手術、および心エコー検査による表現型の詳細なプロトコルが含まれています。挿管や手術にはカスタムメイドの器具が使用されるため、モデルを迅速かつ安価に再現することができます。このモデルは、圧力過負荷に対する RV の適応を支配するメカニズムや、最終的に RV の失敗につながる RV の病理の根底にあるプロセスを特定するために使用できます。最後に、このモデルを使用して、RV不全の治療のための新しい治療標的を試験することができます。

著者は何も開示していません。

この研究は、Snedkermester Sophus Jacobsen og Hustru Astrid Jacobsens Fond、Helge Peetz og Verner Peetz og hustru Vilma Peetz Legat、Grosserer A.V. Lykfeldt og Hustrus Legatの支援を受けました。さらに、著者らは、オーフス大学臨床医学科の動物施設のスタッフが実験作業の実行中にサポートしてくれたことに感謝したいと思います。