Comparison of Surgically-Induced Endometriosis Models in Rats and the Role of VEGF: A Novel VEGF-Enhanced Rat Model of Endometriosis

Abstract

Purpose: Endometriosis is an inflammatory disease characterized by the presence of endometrial tissue outside the uterine cavity. Animal models that reflect the characteristics of human disease have been critical for research in this field. We sought to develop and validate a novel rat model for endometriosis, incorporating vascular endothelial growth factor (VEGF) to enhance disease formation and explore disease-related characteristics.

Materials and Methods: Forty adult female non-mated Wistar albino rats were divided into four groups: control, Vernon-Wilson method, peritoneal endometrial tissue injection, and peritoneal endometrial tissue injection with VEGF pre-treatment. All rats underwent oophorectomy to stabilize estrogen levels, followed by oral administration of 17β-estradiol for 21 days. Histopathological and immunohistochemical evaluations were performed to assessendometriosis severity, stromal development, CD10 positivity, estrogen receptor (ER) staining, VEGF staining, and inflammatory activity.

Results: All three models generated significant differences compared to controls. The injection + VEGFgroup exhibited extensive endometriosis development, with higher epithelial density, stromal presence, andVEGF staining intensity compared to other groups, and similar overall endometriosis score to the Vernon-Wilson model. ER positivity was most pronounced in the Vernon-Wilson group, while stromal density and angiogenesis were higher in VEGF recipients.

Conclusion: This study introduces a VEGF-enhanced rat model as an efficient and reproducible tool for studying endometriosis. This model emulates pathological features associated with endometriosis, including angiogenesis, immune response, and inflammation, but does not appear to generate ER positivity at the level of the Vernon-Wilson model. Despite this limitation, we believe this simple and efficient model can be crucial for researchers studying endometriosis.

Keywords

• Endometrial Stromal Cells
• Animal models
• Inflammatory response.

Supporting Institution

This research was supported by Sivas Cumhuriyet University Scientific Research Projects Coordination Unit (T-2023-989).

Project Number

T-2023-989

Ethical Statement

This study was conducted at the Department of Obstetrics and Gynecology, Sivas Cumhuriyet University, with approval obtained from the Sivas Cumhuriyet University Local Ethics Committee for Animal Experiments (Approval Number: 667, Approval Date: 28.07.2022).

Ratlarda Cerrahi Olarak Oluşturulan Endometriozis Modellerinin Karşılaştırılması ve VEGF'nin Rolü: Yeni Bir VEGF Destekli Rat Endometriozis Modeli

Abstract

Amaç: Endometriozis, endometriyal dokunun rahim boşluğu dışına yerleşmesi ile karakterize inflamatuar bir hastalıktır. İnsan hastalığının özelliklerini yansıtan hayvan modelleri bu alandaki araştırmalar için kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, hastalık oluşumunu artırmak ve hastalığa bağlı özellikleri araştırmak amacıyla, vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) içeren yeni bir sıçan endometriozis modeli geliştirilip doğrulanmıştır.

Araçlar ve Yöntem: Kırk adet yetişkin dişi, çiftleşmemiş Wistar albino sıçan dört gruba ayrıldı: kontrol, Vernon-Wilson yöntemi, peritoneal endometriyal doku enjeksiyonu ve VEGF ön tedavisi yapılan peritoneal endometriyal doku enjeksiyonu. Tüm sıçanlara östrojen seviyelerinin stabilize edilmesi için overektomi yapıldı ve ardından 21 gün boyunca ağız yoluyla 17β-estradiol verildi. Endometriozis şiddeti, stromal gelişim, CD10 pozitifliği, östrojen reseptörü (ER) boyaması, VEGF boyaması ve inflamatuar aktivite histopatolojik ve immünohistokimyasal olarak değerlendirildi.

Bulgular: Üç modelde de kontrol grubuna kıyasla anlamlı farklılıklar gözlendi. Enjeksiyon + VEGF grubunda diğer gruplara göre daha yoğun epitel yoğunluğu, stromal varlık ve VEGF boyama yoğunluğu ile yaygın endometriozis gelişimi görüldü ve genel endometriozis skoru Vernon-Wilson modeli ile benzerdi. ER pozitifliği en belirgin olarak Vernon-Wilson grubunda iken, stromal yoğunluk ve anjiyogenez VEGF uygulananlarda daha yüksekti.

Sonuç: Bu çalışma, VEGF destekli sıçan modelini endometriozis çalışmalarında etkin ve tekrarlanabilir bir araç olarak sunmaktadır. Model, endometriozisle ilişkili patolojik özellikleri; anjiyogenez, immün yanıt ve inflamasyonu taklit etmektedir. Ancak ER pozitifliği Vernon-Wilson modelindeki düzeyde değildir. Bu sınırlamaya rağmen, bu basit ve etkili modelin endometriozis araştıran araştırmacılar için önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.

Keywords

• Endometriyal stromal hücreler
• Hayvan modelleri
• İnflamatuar yanıt.

Supporting Institution

Bu araştırma, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi tarafından desteklenmiştir (T-2023-989).

Project Number

T-2023-989

Ethical Statement

Bu çalışma, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi Kadın Hastalıkları ve Doğum Anabilim Dalı’nda gerçekleştirilmiş olup, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Yerel Hayvan Deneyleri Etik Kurulu’ndan onay alınmıştır (Onay Numarası: 667, Onay Tarihi: 28.07.2022).

References

1. Sanamiri K, Mahdian S, Moini A, Shahhoseini M. Non-hormonal therapy for endometriosis based on angiogenesis oxidative stress and inflammation. Int J Fertil Steril. 2024;18(4): 305–313. doi:10.22074/ijfs.2024.2012554.1547
2. Maenhoudt N, De Moor A, Vankelecom H. Modeling endometrium biology and disease. J Pers Med. 2022;12(7):1048. doi:10.3390/jpm12071048
3. Zheng P, Jia S, Guo D, et al. Central sensitization-related changes in brain function activity in a rat endometriosis-associated pain model. J Pain Res. 2020;13:95-107. doi:10.2147/JPR.S232313
4. Grümmer R. Animal models in endometriosis research. Hum Reprod Update. 2006;12(5):641-649. doi:10.1093/humupd/dml026
5. Tan Z, Hung SW, Zheng X, Wang CC, Chung JPW, Zhang T. What we have learned from animal models to understand the etiology and pathology of endometrioma-related infertility. Biomedicines. 2022;10(7):1483. doi:10.3390/biomedicines10071483
6. Osteen KG, Yeaman GR, Bruner-Tran KL. Matrix metalloproteinases and endometriosis. Semin Reprod Med. 2003;21(2):155-164. doi:10.1055/s-2003-41322
7. Ozer H, Boztosun A, Açmaz G, Atılgan R, Akkar OB, Kosar MI. The efficacy of Bevacizumab, Sorafenib, and Retinoic Acid on rat endometriosis model. Reprod Sci. 2013;20(1):26-32. doi:10.1177/1933719112452941
8. McLaren J, Prentice A, Charnock-Jones DS, Smith SK. Vascular endothelial growth factor (VEGF) concentrations are elevated in peritoneal fluid of women with endometriosis. Hum Reprod. 1996;11(1):220-223. doi:10.1093/oxfordjournals.humrep.a019023

9. Iwabe T, Harada T, Tsudo T, et al. Tumor necrosis factor-α promotes proliferation of endometriotic stromal cells by inducing interleukin-8 gene and protein expression. J Clin Endocrinol Metab. 2000;85(2):824-829. doi:10.1210/jcem.85.2.6335
10. Hoşgörler F, Kızıldağ S, Ateş M, et al. The chronic use of magnesium decreases VEGF levels in the uterine tissue in rats. Biol Trace Elem Res. 2020;196(2):545-551. doi:10.1007/s12011-019-01944-8
11. Zhang S, Zhuang L, Liu Q, et al. Rosiglitazone affects the progression of surgically-induced endometriosis in a rat model. Mol Med Rep. 2021;23(1):35. doi:10.3892/mmr.2020.11673
12. Vernon MW, Wilson EA. Studies on the surgical induction of endometriosis in the rat. Fertil Steril. 1985;44(5):684-694. doi:10.1016/S0015-0282(16)48988-0
13. Cummings AM, Metcalf JL. Induction of endometriosis in mice: A new model sensitive to estrogen. Reprod Toxicol. 1995;9(3):233-238. doi:10.1016/0890-6238(95)00004-T
14. Greaves E, Cousins FL, Murray A, et al. A novel mouse model of endometriosis mimics human phenotype and reveals insights into the inflammatory contribution of shed endometrium. Am JPathol. 2014;184(7):1930-1939. doi:10.1016/j.ajpath.2014.03.011
15. Abdolmaleki A, Jalili C, Mansouri K, Bakhtiari M. New rat to mouse xenograft transplantation of endometrium as a model of human endometriosis. Anim Models Exp Med. 2021;4(3):268-277. doi:10.1002/ame2.12181
16. Alvarez P, Chen X, Hendrich J, et al. Ectopic uterine tissue as a chronic pain generator. Neuroscience. 2012;225:269-282. doi:10.1016/j.neuroscience.2012.08.033
17. Bove GM. A model for radiating leg pain of endometriosis. J Bodyw Mov Ther. 2016;20(4):931-936. doi:10.1016/j.jbmt.2016.04.013
18. Young VJ, Brown JK, Saunders PTK, Horne AW. The role of the peritoneum in the pathogenesis of endometriosis. Hum Reprod Update. 2013;19(5):558-569. doi:10.1093/humupd/dmt024
19. Bulun S, Monsavais D, Pavone M, et al. Role of Estrogen Receptor-β in Endometriosis. Semin Reprod Med. 2012;30(01):39-45. doi:10.1055/s-0031-1299596
20. McCluggage WG, Sumathi VP, Maxwell P. CD10 is a sensitive and diagnostically useful immunohistochemical marker of normal endometrial stroma and of endometrial stromal neoplasms. Histopathology. 2001;39(3):273-278. doi:10.1046/j.1365-2559.2001.01215.x
21. Bergman-Larsson J, Gustafsson S, Méar L, et al. Combined expression of HOXA11 and CD10 identifies endometriosis versus normal tissue and tumors. Ann Diagn Pathol. 2022;56:151870. doi:10.1016/j.anndiagpath.2021.151870
22. Bruner-Tran KL, Mokshagundam S, Herington JL, Ding T, Osteen KG. Rodent models of experimental endometriosis: Identifying mechanisms of disease and therapeutic targets. Curr Womens Health Rev. 2018;14(2):173-188. doi:10.2174/1573404813666170921162041