方法文章

在猪体内心包靶向递送模型中测试药理学制剂的疗效

DOI：

10.3791/52600

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2016年7月7日

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1Surgery, University of Minnesota, 2Biomedical Engineering, University of Minnesota, 3Medtronic, Inc., 4Bioengineering, Rice University, 5Pharmacy, University of Wisconsin

本文内容

摘要

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我们已建立一种猪模型，用于在心包腔/心包液内实现药物的靶向递送。利用该方法，可研究给药制剂对诱发性心房颤动、相对不应期和/或缺血保护的相对作用效果。

摘要

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迄今为止，在开胸手术中用于治疗或预防心律失常的许多药物均会产生不良的全身性副作用。例如，静脉注射的抗心律失常药物可能导致本已存在心脏功能障碍的患者出现全身血压下降。在外科医生进行开胸手术时，通常会创建一个小的手术通道或形成一个心包托架，以提供适宜的操作视野。这种入路为将药物（如抗心律失常药物或缺血预处理剂）直接递送至心肌组织提供了机会，从而避免产生不必要的副作用。

我们建立了一种猪模型，用于测试药物在心包液内靶向递送的效果。在全身麻醉状态下，每只动物均置入Swan-Ganz导管以及左、右心室压力导管，并在右心耳和右心室放置起搏电极。随后进行胸骨正中切开术，建立心包通路吊床，在左心耳置入穿刺式起搏电极，在左心室置入双极起搏电极。利用起搏程控仪和心脏标测系统，测定房室结（AVN）、心房和心室的不应期。此外，使用Grass刺激器诱发心房颤动（AF），并观察AF持续时间。这些指标在治疗前以及心包内给药后30分钟 和60分钟 分别进行测定。部分选定研究还增加了额外的时间点。随后对心脏进行停跳保护，并以四腔工作模式重新启动心脏功能。复跳后持续记录1小时的压力变化和心脏功能。该治疗策略模型使我们能够观察药理学制剂在心脏手术期间及术后对降低心律失常发生率和/或缺血性损伤的作用。

引言

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目前在开胸手术中，临床医生会全身性地使用抗心律失常药物及其他治疗药物。然而，这种方法对许多患者可能存在问题，尤其是那些已有临床病情恶化的患者。例如，静脉给药可能导致全身性血压下降或肾功能障碍；此外，还可能引发麻醉管理困难和/或其他长期不良反应。

本文建立了一种用于评估将药物制剂递送至心包腔疗效的模型。例如，该方法可用于测试抗心律失常药物，研究能够增强心脏功能和/或促进心肌在手术后恢复的化合物。与静脉给药相比，将治疗药物靶向递送至心包腔已观察到多种优势：例如，本实验室已证明，局部递送抗心律失常药物（如美托洛尔）可有效预防心律失常的发生，同时最小化对血压的降低作用1。这种靶向递送策略还可在最小化全身药物浓度的同时，实现局部较高浓度的给药。例如，静脉给予高浓度脂肪酸可能导致溶血，而心包腔递送则可显著降低这一风险2。

本研究范式包含三个主要目标，旨在评估心包给药化合物的有效性：1） 原位 测定房室结、心房和心室在治疗前以及治疗后30分钟和60分钟的不应期 治疗后; 2）相对的 原位 治疗前及治疗后30和60分钟的房颤负荷 处理后（通常会增加额外的时间点） 3) 心脏复苏后的功能分析 3 包括血流动力学监测、心率、冠状窦取样的心肌代谢（乳酸和葡萄糖）、每10分钟监测一次的射血....

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方案

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本方案已获得明尼苏达大学机构动物护理和使用委员会的批准。

心脏研究示意图；麻醉装置、房颤负荷数据点、不应期、心脏停搏。
图1. 研究范式示意图 请点击此处查看此图的放大版本。

1. 猪的手术准备

  1. 通过肌肉注射给予猪（70-80 kg）替来他明/唑拉西泮（tiletamine/zilazipam）5-7 mg/kg。建立耳静脉通路，通过静脉注射给予甲ohexital 5-7 mg/kg。进行气管插管并实施机械通气。
  2. 使用室内空气与氧气的混合气体输送异氟烷（>1.2% MAC），以维持外科麻醉深度。在进行任何操作前，通过检查下颌张力消失并维持麻醉深度高....

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结果

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这些结果是利用猪模型进行药物靶向递送所能获得数据的典型特征。该数据表明，在输注DHA后，心室有效不应期（VERP）显著延长 原位此外，数据表明与对照组相比，DHA可增加左心室压力 体外DHA处理组心脏的左心室压力在多个时间点均显著高于对照组。该数据证实了测试治疗策略的药理学窗口。 原位 和 体外.

VERP 变化图；线图，比较对照组、DHA 组和 DHA 灌注组随时间（分钟）的变化。
图 3. 心室有效不应期（VERP）的变化。 在心包给予对照剂（生理盐水）或二十二碳六烯酸（DHA）或 DHA 灌注前 5 分钟，以及给予处理或对照后 30 和 60 分钟，测定心室有效不应期（VE.......

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讨论

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在此，我们展示了一种独特的研究方法，用于评估靶向递送化合物进入心包腔的潜在疗效。该研究范式可用于测试当前已上市的药物产品或实验性化合物，从而为多种临床场景提供直接的转化应用价值。在此治疗策略中，将药物递送至心包腔主要有两大临床应用：1）开胸或微创心脏外科手术；以及 2）心脏移植与器官保存。此外，该研究范式包含多个可分析的参数，有助于更深入地理解药物制剂在上述治疗策略中的预测性疗效。在体参数包括：1）房室结（AVN）、心房和/或心室的相对不应期；2）房颤易感性/负荷的评估；以及 3）血流动力学和心率反应。离体参数包括：1）相对射血分数；2）左心室壁厚度变化；3）心脏代谢改变；以及 4）血流动力学和心率变化。我们在此展示的历史数据体现了上述部分参数的结果。这些研究最具意义的转化应用体现在开胸或微创心脏手术，以及移植前的器官获取过程。

更具体而言，在开胸手术期间（无论是微创手术还是正中胸骨切开术后）放置成型的心包托，为局部给药提供了重要机会：即可以使用高于静脉给药的浓度，和/或避免全身性副作用。对于创伤更小的心脏手术（例如，剑突下入路.......

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披露

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作者无任何利益冲突需要披露

致谢

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我们非常感谢为本项目提供帮助的可视心脏实验室的工作人员和学生：Nate Menninga、Lars Mattison 和 Megan Schmidt。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
SelectSecure 3830 导线Medtronic起搏导线 
C304 可偏转导管 Medtronic用于放置导线的可操控导管 
SelectSecure 3830 导线Medtronic主动固定式起搏导线 
Grass S48 刺激器电刺激器 
Premium 6500 单极起搏 左心耳插入手动起搏导线
EnSite 心脏标测系统电生理标测系统
CareLink 程控仪 2092Medtronic起搏导线程控仪
GEM II 起搏器 Medtronic起搏器外壳 
DLP 主动脉根部插管Medtronic移植用主动脉根部插管 
C 型臂透视成像系统Ziehm 透视成像设备 
示波器Tektronix 
11F 止血鞘SafeSheath止血引入鞘
Swan-Ganz 导管 8.0FICU Medical 热稀释导管 
静脉造影球囊 Oscor压力监测 
Ultraview SLSpacelabs心电图和血压监测设备 
s/5 AvanceGeneral Electric麻醉机
心房 6492 – 单极临时心房起搏导线Medtronic临时起搏导线 
VIVID iGeneral Electric二维心电图仪 

参考文献

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  1. Richardson, E. S., Rolfes, C., Woo, S. O., Elmquist, W. F., Benditt, D. G., Iaizzo, P. A. Cardiac Responses to the Intrapericardial Delivery of Metoprolol: Target Delivery Compared to Intravenous Administration. J. Cardiovasc. Translational Research. 5 (4), 535-540 (2012).
  2. Xiao, Y. F., Sigg, D. C., Ujhelyi, M. R., Wilhelm, J. J., Richardson, E. S., Iaizzo, P. A.

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