Summary
Vi forsøgte at etablere en svinemodel af hjertesvigt forårsaget af venstre circumflex arterie blokering og hurtig pacing at teste effekten og sikkerheden af intramyocardial administration af stamceller til celle-baserede behandlinger.
Abstract
Selv om der er opnået fremskridt i behandlingen af hjertesvigt (HF) efter myokardie infarkt (MI), HF følgende MI er fortsat en af de vigtigste årsager til dødelighed og sygelighed rundt om i verden. Celle-baserede behandlinger til hjerte reparation og forbedring af venstre ventrikelfunktion efter MI har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed. Derfor bør sikkerheden og effekten af disse celletransplantationer testes i en præklinisk stor dyremodel af HF før klinisk brug. Svin er meget udbredt til hjerte-kar-sygdom forskning på grund af deres lighed med mennesker med hensyn til hjertestørrelse og koronar anatomi. Derfor forsøgte vi at præsentere en effektiv protokol for etablering af en svin kronisk HF model ved hjælp af lukkede bryst koronar ballon okklusion af venstre circumflex arterie (LCX), efterfulgt af hurtig ventrikel pacing induceret med pacemaker implantation. Otte uger senere blev stamcellerne administreret ved intramyokardieinjektion i det peri-infarkte område. Derefter blev den infarkte størrelse, celleoverlevelse og venstre ventrikelfunktion (herunder ekkokardiografi, hæmodynamiske parametre og elektrofysiologi) evalueret. Denne undersøgelse hjælper med at etablere en stabil præklinisk stor dyr HF model for stamcellebehandling.
Introduction
Hjerte-kar-sygdomme, koronararteriesygdom (CAD) i særdeleshed, fortsat den vigtigste årsag til sygelighed og dødelighed i Hong Kong og påverdensplan 1. I Hongkong forventedes der en stigning på 26 % fra 2012 til 2017 af antallet af CAD-patienter, der blev behandlet underhospitalsmyndigheden. Blandt alle CADs, akut myokardie infarkt (MI) er en førende dødsårsag og efterfølgende komplikationer, såsom hjertesvigt (HF). Disse bidrager til betydelige medicinske, sociale og finansielle byrder. Hos patienter med MI, trombolytisk behandling eller primær perkutan koronar intervention (PCI) er en effektiv behandling i at bevare livet, men disse behandlinger kan kun reducere kardiomyocyt (CM) tab under MI. De tilgængelige behandlinger er ude af stand til at genopbygge den permanente tab af CMs, hvilket fører til hjertefibrose, myokardie remodeling, hjertearytmi, og i sidste ende hjertesvigt. Dødeligheden på 1-årig post-MI er omkring 7% med mere end 20% patienter udvikler HF3. I sidste fase HF patienter, hjertetransplantation er den eneste tilgængelige effektive behandling, men det er begrænset af en mangel på tilgængelige organer. Nye behandlingsformer er nødvendige for at vende udviklingen af post-MI HF. Som følge heraf betragtes cellebaseret behandling som en attraktiv tilgang til reparation af de svækkede CMs og forbedring venstre ventrikel (LV) funktion i HF efter MI. Vores tidligere undersøgelser fandt stamcelletransplantation at være gavnligt for hjertefunktion forbedring efter direkte intramyokardietransplantation i små dyremodeller af MI4,5. Standardiserede prækliniske høje dyre-HF-protokoller er derfor nødvendige for yderligere at teste effektiviteten og sikkerheden af stamcelletransplantation før klinisk brug.
De seneste årtier har været vidne til den udbredte brug af svin i hjerte-kar-forskning til stamcelleterapi. HF svin er en lovende model for translationel forskning på grund af deres lighed med mennesker med hensyn til hjertestørrelse, vægt, rytme, funktion, og koronararterie anatomi. Desuden kan svin HF modeller efterligne post-MI HF patienter med hensyn til CM metabolisme, elektrofysiologiske egenskaber, og neuroendokrine ændringer under iskæmiskebetingelser 6. Protokollen præsenteres her bruger en sådan standardiseret gris HF model, beskæftiger en lukket bryst koronar ballon okklusion af venstre circumflex arterie (LCX) efterfulgt af hurtig pacing induceret af pacemaker implantation. Undersøgelsen optimerer også vejen for intramyokardieadministration af stamceller til behandling af post-MI HF. Formålet er at producere en svinedyrsmodel af kronisk myokardieinfarkt, der kan bruges til at udvikle behandlinger, der er klinisk relevante for patienter med svær CAD.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle dyreforsøg blev udført i overensstemmelse med vejledningen for pleje og brug af laboratoriedyr offentliggjort af US National Institutes of Health og forordninger fra University of Hong Kong, og protokollen blev godkendt af Udvalget for Brug af Levende Dyr i Undervisning og Forskning (CULTAR) ved University of Hong Kong.
BEMÆRK: Hundyre gårdsvin, der vejer 35-40 kg (9-12 måneder gamle), blev anvendt til denne undersøgelse. Rutediagrammet for dette eksperiment vises i figur 1.
1. Kirurgiske procedurer
- Anæstesi og tilberedning af dyret
- Fast dyrene i 12 timer og underkastes vandmangel i 4 timer før forsøget.
- Bedøve grisene gennem en intramuskulær injektion af tiletamin + zolezepam (2-7 mg/kg) og xylazin (0,5-1 mg/kg) fremstillet i 20 ml normalt saltvand. Overvåg dyrets palpebral reflekser, indtil de er fraværende.
- Fjern grisens hår og sterilisere huden på halsen og lysken for punkt 1.3-1.5. Desinficere driftsområdet 3x med 70% ethanol og betadin.
- Anvend et 7 mm endotrakealt rør i svinerøret og anvend en 22 G venøs iboende nål ind i ørets vena.
- Flyt grisen på operationsbordet og placer det i en liggende position. Etdotrakealrøret forbindes med åndedrætsværn og mekanisk ventileres (inspiratorisk/udløbet tidsforhold 1:2) dyret med isofluran (1,5%-2,0% indånding) og ilt (0,5-1,5 L/indånding).
- Overvåg overfladeelektrokogrammet og blodtrykket, og overvåg løbende pulsen, hjerterytmen og arterielt blodtryk via elektrofysiologiregistreringssystemer.
- Ekkokardiografi
- Flyt grisen til venstre lateral decubitus position og fastgør på bordet.
- Sæt sonden på perikardieregionen og udfør seriel ekkokardiografi, herunder 2D- og M-tilstandsbilleddannelse, ved hjælp af et ekkokardiografisk system med høj opløsning og en 3-9 MHz transducer ved baseline, før celletransplantation og 8 uger efter celletransplantation (supplerende figur 1).
- Analysere alle de opnåede billeder ved hjælp af kommerciel software. Den LV-slutdiastoliske dimension (LVEDD), LV end-systolisk dimension (LVESD), LV end-diastolisk volumen (LVEDV), LV end-systolisk volumen (LVESV), LV udslyngningsfraktion (LVEF) og vægtykkelse efter standard ekkokardiografiske billeder er hentet fra den parasternale langaksevisning.
BEMÆRK: Alle off-line analyser blev udført af en anden uafhængig operatør ved hjælp af en computer arbejdsstation. Variationen af målingerne mellem forskellige observatører var 4% baseret på 20 gentagne tilfældige billeder. Alle ekkokardiografiske målinger blev udført i overensstemmelse med American Society of Echocardiography anbefalinger.
- Pacemakerimplantation
- Flyt grisen til liggende position og fastgør svinets lemmer på bordet med stropper.
- Den rigtige halspulsåre og halspulsåre i halspulstrekanten (bag sternocleidomastoid og omgivet af stylohyoid, digastrien musklen og omohyoid) og isoler den højre halspulsåre og halspulsåre med hæmostatiske syr under sterile forhold (Supplerende figur 2). Ligate den distale ende af højre halspulsåren og halspulsåren. Sy de to muskler med 2-0 Vicryl.
- Kanyler den højre halspulsåre med en angiokath og indsætte en pacemaker føre til højre ventrikel under røntgenvejledning (Figur 2).
- Isoler sternocleidomastoid og den forreste scalene muskel ved hjælp af scen. Implanter en pacemaker mellem de to muskler og sy de to muskler med 2-0 silke. Tilslut pacemakeren til kundeemnet.
- Omprogrammer pacemakeren til backup VVI-tilstand (35 bpm) af en pacemaker generator efter transplantationen.
- Påfør hurtig ventrikel pacing (150 beats/min) for at fremkalde HF af en pacemakergenerator 4 uger efter MI-induktion. Sæt derefter pacemakeren tilbage til VVI-tilstand til 8 uger.
- Analyse af invasiv trykvolumensløjfe
BEMÆRK: Udfør invasiv hæmodynamisk vurdering ved baseline, før celletransplantation og 8 uger efter celletransplantation for at vurdere ændringer i LV-funktionen.- Isoler højre lårpulsåre og lårbensvene i lårbenstrekanten (omgivet af lyskeledbånd, sartoriusmuskel og adductor longus muskel) (supplerende figur 2).
- Kannulate den rigtige lårpulsåre med en angiokath og placere en guidewire i arterien via angiokath. Fjern angiokath og kannulate en 9F kappe i arterien under vejledningstrådens vejledning. Fjern guidewiren.
- Kannulate højre lårbensvene med en 12F kappe som beskrevet i trin 1.4.2. Indsæt et ballonkateter fra den placerede 12F kappe i den ringere vena cava (IVC) under røntgenvejledning.
- Kalibrer et 7 Fr trykvolumenkatetret (PV) i isotonisk saltvand med en PV-signalprocessor.
- Sæt PV kateteret i LV-spidsen fra den placerede 9F-kappe under røntgenvejledning. Ophæng ventilationen, og mål det venstre ventrikelmaksimale positive trykderivat (+dP/dt), end-systolisk tryk (ESP) og slutdiastoliske tryk (EDP) med PV-signalprocessoren.
- Mål psvR-signalprocessorens ende systoliske trykvolumenforhold (ESPVR) under TILklusning af IVC.
- Genstart ventilationen, når proceduren er afsluttet.
- Induktion af MI
- Intravenøst administreres amiodaron (5 mg/kg intravenøst over 1 h) og lidocain (1,5 mg/kg intravenøs bolus) til dyret før induktion af MI for at forhindre ventrikulære arytmier.
- Kannulate den rigtige halspulsåre med en 8F kappe som nævnt i trin 1.4.3.
- Udfør koronar angiografi gennem en 6F JR4 over-the-wire vejledende kateter via den placerede kappe styret af standard C arm fluoroskopi udstyr.
- Okkludere venstre circumflex koronararterie (LCX) distalt til den første stumpe marginale gren med perkutan transluminal koronar angioplastik (PTCA) dilatation ballon kateter inflation under X-ray vejledning (Figur 2).
- Der indsprøjtes 1 ml 700 μm svampmikrosfærer blandet med 3 ml saltvand, der er fremstillet i en 10 ml sprøjte gennem ballonkatetret for at blokere LCX,derefter tømmes ballonen og udføres et angiogram for at bekræfte okklusionen.
- Gentag injektionsproceduren for at opnå en vellykket fuldstændig blokering.
- Overvåg dyrenes puls og rytme for at detektere hjertearytmier. Hvis ventrikelflimmer skete, skal du bruge en ekstern, bifasisk defibrillator til at genetablere en sinusrytme ved hjælp af 150-300 J chok.
- Stamcelleinjektion
- Tildele alle dyr med bemærkelsesværdig svækkelse af hjertefunktionen (LVEF < 40% ved 8 uger efter induktion af MI) til to forskellige grupper: en, der vil modtage intramyokardieadministration på 2 x 108 humane inducerede pluripotente stamceller fra mesenkymale stamceller (hiPSC-MSC'er), og den anden, der ikke vil modtage hiPSC-MSC'er.
- Forbered hiPSC-MSC'er i 2 ml normalt saltvand til intramyokardietransplantation. Før intramyokardie hiPSC-MSCs transplantation gentages anæstesi og animalske forberedelsestrin, der er nævnt i afsnit 1.1, denne gang sterilisering 10 cm omkring apex beat-området. Udfør venstre thoracotomy på 4-5 interkostale rum med en retractor. Udfør pericardiotomy at afsløre den infarkted laterale væg.
BEMÆRK: Længden af snittet var 10-12 cm. - Brug 5-8 intramyokardieinjekt injektioner (~0,3 ml pr. injektion) omkring det infarkte område til administration af dyrs dyr (materialetabel) til en gruppe dyr eller 2 x 108 hiPSC-MSC'er til den anden gruppe (Figur 3). Undgå forsigtigt skader på kranspulsårerne for at reducere risikoen for blødning.
- Luk interkostalerummet med jerntråd og luk muskellaget med 2-0 silke. Sy det subkutane væv og hud med 2-0 vicryl.
- Intracardiac programmeret elektrisk stimulation
- Udfør programmeret elektrisk stimulation ved hjælp af en programmerbar stimulator til at vurdere inucibility af ventrikel tachyarrhythmia (VT) efter celletransplantation terapi.
- Sæt et 6F elektrofysiologisk kateter i højre ventrikelekt via lårbensvenen, før du ofrer alle dyrene.
- Intracardiac-optagelserne med overfladeelektrokogrammets ledninger I, II og III på det elektrofysiologiske registreringssystem med en hastighed på 200 mm/s. Levere en 2 ms puls bredde på 2x den diastoliske tærskel ved hjælp af en stimulator.
- Levere et tempotog på otte stimuli (S1) med to kørecykluslængder (200 ms og 300 ms), efterfulgt af en (S2) eller to (S2 og S3) for tidlig ekstra stimuli.
- Sekventielt forkorte koblingsintervaller, indtil en ventrikel effektiv ildfast periode eller arytmi er induceret. Bemærk tilstedeværelsen af inducerende vedvarende VT (>10 s).
2. Postoperativ protokol
- Postoperativ medicin
- Udfør konventionelle farmakologiske behandlinger for HF. Kort sagt, oralt administrere metoprolol succinate (25 mg) og ramipril (2.5 mg) til alle dyr dagligt.
- Intramuskulært administrere enrofloxacin (5 mg/kg) og buprenorphin (0,01 mg/kg) til alle dyr dagligt i 1 uge efter operationen for at forebygge infektion og lindre smerter.
- For at minimere immunologisk afvisning, oralt administrere et steroid (40 mg/dag oralt) og cyclosporin (200 mg/dag mundtligt) til alle dyr fra 3 dage før celletransplantation til 8 uger efter.
- Vurdering af infarktstørrelse
- Aflive dyrene ved en overdosis dorminal (pentobarbital natrium, 100 mg/kg, IV) ved forsøgets afslutning.
- Åbn brystet og indsamle hjertet. Skyl hjertet i 0,9% saltvand.
- Serielt sektion LV vævsprøver med en skalpel ved 1 cm tykkelser i LV tværgående retning.
- Marker dele af de udsnit, der indeholder det infarkte myokardie for at måle vægtykkelsen og det infarkte område.
- Tag billedet af disse udsnit og kvantitativt analysere vægtykkelse og infarkt område ved hjælp af kommercielle billede analyse software.
- Fastgør vævet i 10% formalin ved 4 °C i en måned. Integrer vævet i, tilstødende og fjernt til de infarkte steder (~ 1 cm2 stykker) i paraffin. Afsnit i 5 μm skiver ved hjælp af en mikrotom til histologisk undersøgelse.
- Celle overlevelse
- Detektering af de transplanterede celler ved immunhistokemisk farvning med anti-humant nukleart antigen (HNA) i henhold til den protokol, som producenten har fremlagt.
- Fang billedet i tre forskellige sektioner ved fem tilfældige felter i hvert dyr, og analyser de positive celler i den peri-infarkte zone.
BEMÆRK: Billedoptagelse system og billedanalyse software blev brugt til at fange og analysere billeder af hjertet sektioner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dødelighed
Der blev anvendt i alt 24 svin i denne undersøgelse. Tre af dem døde under MI induktion på grund af vedvarende VT. Et dyr døde i åben hjertekirurgi for celle injektion på grund af sårblødning. To dyr døde på grund af alvorlig infektion. To dyr blev udelukket på grund af en let reduktion af miljøaftryk (LVEF-reduktion > 40 % af basislinjen). Som følge heraf gennemførte 16 dyr hele forsøgsprotokollen.
Hjertefunktion og ombygning
Seriel ekkokardiografisk undersøgelse viste, at LVEF faldt betydeligt fra 68,23 ± 3,52 % ved baseline til 39,37 ± 3,22 %. LVEDD steg betydeligt fra 3,6 ± 0,5 til 4,8 ± 0,4 og LVESD steg signifikant fra 2,5 ± 0,3 til 3,9 ± 0,4 (Figur 4A) ved 8 uger efter induktion af MI. LVEF og LVESD forbedredes væsentligt til henholdsvis 52,9 ± 4,27 % og 3,3 ± 0,3 i hiPSC-MSC-gruppen 8 uger efter transplantationen sammenlignet med MI-status (figur 4A).
+dP/dt og ESPVR faldt signifikant fra 1.325 ± 63 mmHg/s og 3,9 ± 0,4 ved baseline til 978 ± 45 mmHg/s og 1,8 ± 0,2 ved 8 uger efter induktion af MI. Intramyokardieadministration af hiPSC-MSC'er øgede +dP/dt- og ESPVR til 1.127,4 ± 50 mmHg/s og 2,6 ± 0,3 ved 8 uger efter iPSC-MSC-transplantation sammenlignet med MI-status (Figur 4B).
Infark vægtykkelse
Den gennemsnitlige LV-infarkte vægtykkelse blev målt fra 5-7 serielle 1 cm tykkelsessektionsprøver i hvert dyr (Figur 5). Procentdelen af LV infarkt var 16 ± 2%.
Celle overlevelse efter transplantationen
Der var ingen celleoverlevelse omkring injektionsstedet i det infarkte område 8 uger efter transplantationen, men et lille antal af overlevelses hiPSC-MSC'erne var synlige i det peri-infarkte område (figur 6).
Inducerelig ventrikelarytmi
Forekomsten af inducerende vedvarende ventrikel tachyarrhythmias kunne let øges hos dyr med HF (10% ved baseline vs. 75% 8 uger efter induktion af MI). HiPSC-MSC-transplantationen ændrer ikke i væsentlig grad det underliggende myokardieunderlag for at reducere følsomheden over for VT (62,5 % i hiPSC-MSC-gruppen 8 uger efter intramyokardieadministration af hiPSC-MSC'er, figur 7).
Figur 1: Eksperimentets rutediagram. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Porcine model af myokardieinfarkt. Den svin model af myokardieinfarkt (MI) blev induceret ved embolisering af venstre circumflex koronararterie (LCX, rød pil) distalt til den første stump marginal gren. Denne koronararterie blev tilstært med balloninflation og en injektion på 700 μm mikrosfærer. Koronar angiografi ved pre-MI, ballon inflation, og post-MI blev udført gennem en 6F JR4 vejledende kateter via højre halspulsåren. Pacemakerledningen blev indsat i højre ventrikelvæg (blå pil). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Celletransplantation i en svinemodel af MI. Cell injektionssteder på den laterale væg omkring infarkt område af venstre hjertekammer under venstre thoracotomy. Den blå pil viser det peri-infarct område og den røde pil viser infarct område. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Hjertefunktionen ændres efter MI. (A) Et LV M-mode ekkokardiogrambillede ved baseline, MI og celletransplantation. LVEF, LVEDD, LVESD faldt signifikant 8 uger efter MI induktion og steg signifikant i hiPSC-MSCs gruppen 8 uger efter celletransplantation. (B) For at vurdere svinenes hjertefunktion med hjertesvigt blev værdien +dP/dt og ESPVR målt med en solcellesignalprocessor. Den ringere vena cava (IVC) blev tilstæret af ballon inflation (blå pil) under ESPVR vurdering. Både +dP/dt og ESPVR faldt signifikant efter MI-induktion og steg derefter betydeligt i hiPSC-MSC-grupperne 8 uger efter transplantationen. ANOVA efterfulgt af Student-Newman-Keuls post hoc test (SPSS, version 14) blev brugt med α = 0,05 for betydning. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Ændringer i infarktområdet efter MI. LV tværgående retning prøver udsnit ved 1 cm tykkelser i hvert hjerte, der indeholder infarkt myokardi. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: Celleoverlevelse efter transplantationen. Engraftment af de transplanterede hiPSC-MSC'er blev påvist ved immunhistokemisk farvning foranti-humant nukleart antigen (rød farve). Skalabar = 100 μm. Pile repræsenterer positive celler. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7: Forekomster af vedvarende ventrikel tachyarrhythmias. AA) Ventrikulær tachyarrhythmias (VT, rød pil) induceret af in vivo intracardiac programmeret elektrisk stimulation. (B) Forekomsten af VT steg betydeligt efter mi-induktion. Celletransplantation øgede ikke forekomsten af VT. Klik her for at se en større version af dette tal.
Supplerende figur 1: Erhvervelse af ekkokardiogram. Venstre panel viser dyrets position. Det højre panel viser sondens position. Det midterste panel viser det ekkokardiografiske billede under denne position. Klik her for at se en større version af dette tal.
Supplerende figur 2: Fartøjernes placering. Grisene blev placeret i liggende stilling. Indsnit for halspulsåren og lårpulsåren præsenteres som en rød linje. Halspulsåren og lårbensvenen var under henholdsvis halspulsåren og lårpulsåren. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Standard dyremodeller er af afgørende betydning for at forstå patofysiologi og mekanismer af sygdomme og test nye terapeutiske. Vores protokol etablerer en svinemodel af HF induceret af venstre circumflex arterie blokering og hurtig tempo. Otte uger efter induktionen af MI udviklede dyrene signifikant svækkelse af LVEF, LVEDD, LVESD, +dP/dt og ESPVR. Denne protokol tester også administrationsmetoden for stamcelleterapi for hjerte regenerering ved intramyokardieinjektion. Den infarkte størrelse, og hjerte systolisk og diastolisk funktion evalueres. Denne undersøgelse hjælper med at etablere en stabil og reproducerbar præklinisk stor dyre-HF-model til stamcellebehandling, hvilket svarer til kliniske tilfælde.
LCX blokering og hurtig tempo er blevet brugt i udstrakt grad til at skabe dyremodeller af HF i vores tidligere undersøgelser7,8. LCX distale til den første stump marginal gren blev tilstæret, efterfulgt af 4 ugers hurtig højre ventrikel pacing. Myokardiet iskæmi resulterer i tab af kardiomyocytter under MI, som forårsager hjertefibrose, myokardieombygning og hjertearytmi. Ventrikulær pacing resulterer i betydelig LV dilatation, nonischemic svækkelse af venstre ventrikel kontraktilitet, og svær LV dysfunktion9,10. Længere varighed af iskæmi og hurtig tempo producere en progressiv eksperimentel lav-output HF model for translationel forskning. Tidligere undersøgelser etableret hjertesvigt modeller ved at fremkalde MI10. Dødeligheden af alvorlig MI var imidlertid højere, og LVEF-reduktionen af MI var ustabil. Derfor anvender vi hurtig højre ventrikel pacing efter LCX blokering for at fremkalde betydelig svækkelse af hjertefunktion. Som det fremgår af vores tidligere undersøgelser, den model, der præsenteres her giver stabil infarkt størrelse, og LVEF af denne model er reduceret til mindst under 40% normal6,,7,8. Havde der været færre infektioner og blødninger, vores model succesrate kunne have været omkring 80%.
En af de største hindringer for den kliniske anvendelse af stamceller er deres dårlige overlevelse og engraftment efter transplantation. Nylige kliniske undersøgelser og meta-analyse11,12,13,14,15 har undladt at påvise nogen konsekvent forbedring i LV funktion eller infarkt størrelse efter en sådan behandling. En af de potentielle årsager er den lave overlevelsesrate af transplanterede celler. At opdage en optimal administrationsmetode spiller en afgørende rolle i stamcellebehandlinger. Sammenligne de tre metoder til celletransplantation, intramyocardial administration er mere effektiv end intravenøs og intracoronary administration på grund af højere celle retention16,17. Derfor valgte vi en intramyokardieadministrationsrute til levering af iPSC-MSC'er i denne undersøgelse. Ekkokardiografiske resultater og invasive hæmodynamiske resultater viste, at intramyokardieadministration af iPSC-MSC'er forbedrede LV-funktionen af post-MI HF-svin 8 uger efter celletransplantation. På trods af administrationen af immunsuppressive lægemidler (et steroid og cyclosporin), kun et par transplanterede celler blev påvist i det peri-infarkt område. Der blev ikke fundet nogen overlevende celle i det infarkte område omkring det injicerede sted. Tidligere undersøgelser har også fundet en meget lille del af stamceller i det infarkte myokardie eftertransplantationen 18,19,20,21. Celletab under intramyokardieadministration kan påvirke de eksperimentelle resultater. Det bør præciseres, hvordan administrationsmetoderne kan forbedres, og bopælsprocenten kan forbedres i fremtidige undersøgelser.
Sikkerhed, især arytmogenesis, er en anden afgørende bekymring vedrørende klinisk praksis med cellebaserede behandlinger. Vores seneste undersøgelse viste, at intramyokardieadministration af humane embryonstastaceller (hESC) afledte CMs øgede forekomsten af spontane ikke-vedvarende ventrikel tachyarhythmias4. I vores post-MI HF svin model, forekomsten af spontane ikke-vedvarende ventrikel tachyarrhythmia (sats > 180 bpm og > 12 beats) registreret ved telemetri overvågning fra pacemakeren var 25% efter MI induktion, men vedvarende VT let kunne induceres (80%). I denne undersøgelse er forekomsten af pludselig død uændret med eller uden hiPSC-MSC'er administration. Desuden har hiPSC-MSCs transplantation ikke ændre den underliggende myokardie substrate for at reducere eller øge følsomheden over for ventrikulære arytmier. Dette resultat tyder på, at den store animalske kroniske HF-model kan anvendes til cellesikkerhedsvurdering.
Undgåelse af infektion og blødning er af afgørende betydning for en vellykket dyremodel etablering. For at reducere risikoen for blødning, bør opmærksomheden rettes for at undgå skader på kranspulsårer og hjertevener. Da to dyr døde af alvorlig infektion, vil en passende postoperativ medicinsk strategi være til gavn. Her giver vi en postoperativ medicinsk strategi som nedenfor: Intramuskulært administrere enrofloxacin (7,5 mg/kg, SID) og buprenorphin (0,02 mg/kg, BID) kombineret med oralt administrere Amoxycillin/Clavulanic Acid (12.5mg/kg, SID) og Carprofen (2 mg/kg, SID) til alle dyr i 1 uge efter operationen for at forebygge infektion og lindre smerter.
Sammenfattende giver den nuværende metode en stabil og reproducerbar klinisk relevant stor dyremodel af hjertesvigt til cellebaserede behandlinger.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Forfatterne anerkender Alfreda og Kung Tak Chung for deres fremragende tekniske støtte under dyreforsøgene.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Amiodarone | Mylan | - | - |
| Anaesthetic machines and respirator | Drager | Fabius plus XL | - |
| Angiocath | Becton Dickinson | 381147 | - |
| Anti-human nuclear antigen | abcam | ab19118 | - |
| Axio Plus image capturing system | Zeiss | Axioskop 2 PLUS | Axioskop 2 plus |
| AxioVision Rel. 4.5 software | Zeiss | - | - |
| Baytril | Bayer | - | enrofloxacin |
| Betadine | Mundipharma | - | - |
| CardioLab Electrophysiology Recording Systems | GE Healthcare | G220f | - |
| Culture media | MesenCult | 05420 | - |
| Cyclosporine | Novartis | - | - |
| Defibrillator | GE Healthcare | CardioServ | - |
| Dorminal | TEVA | - | - |
| Echocardiographic system | GE Vingmed | Vivid i | - |
| EchoPac software | GE Vingmed | - | - |
| Electrophysiological catheter | Cordis Corp | - | - |
| Embozene Microsphere | Boston Scientific | 17020-S1 | 700 μm |
| Endotracheal tube | Vet Care | VCPET70PCW | Size 7 |
| Ethanol | VWR chemicals | 20821.33 | - |
| Formalin | Sigma | HT501320 | 10% |
| IVC balloon Dilatation Catheter | Boston Scientific | 3917112041 | Mustang |
| JR4 guiding catheter | Cordis Corp | 67208200 | 6F |
| Lidocaine | Quala | - | - |
| Mersilk | Ethicon | W584 | 2-0 |
| Metoprolol succinate | Wockhardt | - | - |
| Microtome | Leica | RM2125RT | - |
| Mobile C arm fluoroscopy equipment | GE Healthcare | OEC 9900 Elite | - |
| Pacemaker | St Jude Medical | PM1272 | Assurity MRI pacemaker |
| Pacemaker generator | St Jude Medical | Merlln model 3330 | - |
| Pressure-volume catheter | CD Leycom | CA-71103-PL | 7F |
| Pressure–volume signal processor | CD Leycom | SIGMA-M | - |
| Programmable Stimulator | Medtronic Inc | 5328 | - |
| PTCA Dilatation balloon Catheter | Boston Scientific | H7493919120250 | MAVERICK over the wire |
| Ramipril | TEVA | - | - |
| Sheath introducer | Cordis Corp | 504608X | 8F, 9F, 12F |
| Steroid | Versus Arthritis | - | - |
| Temgesic | Nindivior | - | buprenorphine |
| Venous indwelling needle | TERUMO | SR+OX2225C | 22G |
| Vicryl | Ethicon | VCP320H | 2-0 |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | - | - |
| Zoletil | Virbac New Zealand Limited | - | tiletamine+zolezepam |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics-2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131, e29 (2015).
- Hospital Authority. Hospital Authority Statistical Report 2013. , Hong Kong. (2013).
- Cung, T. T., et al. Cyclosporine before PCI in Patients with Acute Myocardial Infarction. The New England Journal of Medicine. 373 (11), 1021-1031 (2015).
- Liao, S. Y., et al. Proarrhythmic risk of embryonic stem cell-derived cardiomyocyte transplantation in infarcted myocardium. Heart Rhythm. 7, 1852-1859 (2010).
- Liao, S. Y., et al. Overexpression of Kir2.1 channel in embryonic stem cell-derived cardiomyocytes attenuates posttransplantation proarrhythmic risk in myocardial infarction. Heart Rhythm. 10, 273-282 (2013).
- Liu, Y., et al. Thoracic spinal cord stimulation improves cardiac contractile function and myocardial oxygen consumption in a porcine model of ischemic heart failure. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 23, 534-540 (2012).
- Liao, S. Y., et al. Improvement of Myocardial Function Following Catheter-Based Renal Denervation in Heart Failure. JACC: Basic to Translational Science. 2 (3), 270-281 (2017).
- Liao, S. Y., et al. Remodelling of cardiac sympathetic re-innervation with thoracic spinal cord stimulation improves left ventricular function in a porcine model of heart failure. Europace. 17 (12), 1875-1883 (2015).
- Daehnert, I., Rotzsch, C., Wiener, M., Schneider, P. Rapid right ventricular pacing is an alternative to adenosine in catheter interventional procedures for congenital heart disease. Heart. 90 (9), 1047-1050 (2004).
- Hála, P., et al. Tachycardia-Induced Cardiomyopathy as a Chronic Heart Failure Model in Swine. Journal of Visualized Experiments. (132), e57030 (2018).
- Santoso, T., et al. Endomyocardial implantation of autologous bone marrow mononuclear cells in advanced ischemic heart failure: a randomized placebo-controlled trial (END-HF). Journal of Cardiovascular Translational Research. 7, 545-552 (2014).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network. Effect of intracoronary delivery of autologous bone marrow mononuclear cells 2 to 3 weeks following acute myocardial infarction on left ventricular function: the LateTIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 306, 2110-2119 (2011).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network (CCTRN). Effect of the use and timing of bone marrow mononuclear cell delivery on left ventricular function after acute myocardial infarction: the TIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 308, 2380-2389 (2012).
- de Jong, R., Houtgraaf, J. H., Samiei, S., Boersma, E., Duckers, H. J. Intracoronary stem cell infusion after myocardial infarction. A meta-analysis and update on clinical trials. Circulation: Cardiovascular Interventions. 7, 156-167 (2014).
- Nowbar, A. N., et al. DAMASCENE writing group. Discrepancies in autologous bone marrow stem cell trials and enhancement of ejection fraction (DAMASCENE): weighted regression and meta-analysis. British Medical Journal. 348, g2688 (2014).
- Kanelidis, A. J., Premer, C., Lopez, J., Balkan, W., Hare, J. M. Route of Delivery Modulates the Efficacy of Mesenchymal Stem Cell Therapy for Myocardial Infarction: A Meta-Analysis of Preclinical Studies and Clinical Trials. Circulation Research. 120 (7), 1139-1150 (2017).
- Hou, D., et al. Radiolabeled cell distribution after intramyocardial, intracoronary, and interstitial retrograde coronary venous delivery: implications for current clinical trials. Circulation. 112 (9 Suppl), I150-I156 (2005).
- Hu, X., et al. A Large-Scale Investigation of Hypoxia-Preconditioned Allogeneic Mesenchymal Stem Cells for Myocardial Repair in Nonhuman Primates: Paracrine Activity Without Remuscularization. Circulation Research. 118, 970-983 (2016).
- Chong, J. J., et al. Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 510, 273-277 (2014).
- Martens, A., et al. Substantial early loss of induced pluripotent stem cells following transplantation in myocardial infarction. Artificial Organs. 38, 978-984 (2014).
- Shiba, Y., et al. Allogeneic transplantation of iPS cell-derived cardiomyocytes regenerates primate hearts. Nature. 538, 388-391 (2016).
