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心血管疾病的大型动物模型:从训练到转化

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DOI:

10.3791/64983

2023年3月3日

本文内容

摘要

文章讨论:

Blanco-Blázquez, V. et al. 用于培训和研究的动脉瘤疾病的猪模型。可视化实验杂志。(181),e63616 (2022)。

Constantin, I., Tăbăran, A. F. 心血管疾病大型动物模型中的解剖技术和心脏组织学取样。可视化实验杂志。(184),e63809 (2022)。

Hao, Y. et al. 在成年绵羊模型中用自膨式镍钛合金支架从自体心包经导管肺动脉瓣置换术。可视化实验杂志。(184),e63661 (2022)。

Martínez-Falguera, D. et al. 猪模型中经皮栓塞线圈部署的心肌梗死。可视化实验杂志。(177),e63172 (2021)。

Tubeeckx, M. R. L. et al. 亚切纳小型猪的无菌性心包炎作为心房肌病和心房颤动的模型。可视化实验杂志。(175),e63094 (2021)。

社论

心血管疾病 (CVD) 是全球发病率和死亡率的主要原因1.因此,需要对该领域进行研究。虽然有些争议,特别是如果做得不好,但将动物用于研究和训练目的仍然是转化研究的强制性步骤。小动物模型对揭示CVD的细胞和分子机制做出了巨大贡献,但外推到临床场景受到与人类显着心血管差异的阻碍2,3。因此,大型动物模型很重要,因为它们在大小以及解剖和生理特征方面更接近人类 3,4

虽然实验模型不能完全类似于临床状况,但该方法集合旨在帮助研究人员选择最能代表正在研究的疾病的大型动物模型,使研究人员能够在重建人体解剖结构的系统中测试新的程序和设备,同时优先考虑动物福利。这些动物模型还旨在帮助医疗专业人员使用临床级设备和手术技术在类人系统中学习和练习具有挑战性的程序4

脑血管疾病涉及一系列疾病,包括颅内动脉瘤 (IA),在破裂时死亡率很高。在转化为临床场景之前,必须在临床前环境中探索用于管理 IA 的新工具或治疗策略的开发。Blanco-Blázquez 等人描述了两种通过手术创建的动脉瘤猪模型,它们在非破裂动脉瘤研究领域和神经放射学技术培训中显示出令人鼓舞的结果5.尽管所描述的模型在血流动力学方面并未完全复制动脉瘤发展所涉及的生理病理环境,但它们被证明与在人类中观察到的情况相当。因此,医疗专业人员进行不同的血管内手术是合适的,也有助于研究人员探索新的治疗方案5

尽管目前心肌梗死 (MI) 的治疗方法可以降低早期死亡率,但很大一部分患者发展为进行性心力衰竭。Martínez-Falguera 等人描述了通过猪的永久线圈部署获得的 MI 模型,该模型可能有助于探索新的治疗方案6。所描述的方法被证明是可行且高度可重复的。它避免了心脏直视手术和手术后发生的伴随炎症反应的需要。一个重要的优点是,该模型再现了人类中发现的非血运重建 MI 的发病机制,并且适用于急性、亚急性甚至慢性期的 MI 模型,具体取决于给定研究的随访持续时间6

在研究心肌梗死或其他心脏疾病时,心脏的尸检是复杂的,并且可能与一些与方法相关或解释错误有关。因此,标准化的肉眼检查和样本采集方案对于保证在大型动物模型中进行的 CVD 实验研究的可比性、可重复性和成功至关重要。Constantin 和 Tăbăran 演示了两种标准的肉体检查方案(流入-流出法和四腔解剖法),指出了可用于组织病理学分析的常规采用的肉眼检查方法和采样部位,这些方法可以适用于任何物种7。所提出的方案可以作为心脏清扫的指南,可以很容易地用于需要详尽心脏评估的调查7。

经导管肺动脉瓣置换术在先天性心脏病、获得性右心室流出道或生物瓣膜功能障碍患者中越来越常见。尽管临床场景的早期和晚期结果令人满意,但终身就业必须考虑许多临床挑战,尤其是在年轻人中。Hao 等人提出的研究显示了新开发的肺动脉瓣的可行性和长期安全性8.作者使用心包设计了一个自体肺动脉瓣,然后通过绵羊模型中的颈静脉导管插入 术,通过 自扩张镍钛诺支架将其植入天然肺动脉瓣位置。虽然该研究有一定的局限性,例如使用的样本量,但它对于安全有效地实施即将进行的临床前试验以及转化为临床环境构成了相当大的进步。

心房颤动 (AF) 是可归因于结构性心房肌病的最广泛的心律失常,定义为心房的结构重塑。新治疗方法的发现需要开发可重复的房性肌病大型动物模型。目前大多数可用的模型都依赖于心房快速起搏,它可以再现传导障碍,但通常没有在电变化之前发生的结构变化。为了满足这一要求,Tubeeckx等人描述了一种由无菌性心包炎诱导的临床相关的猪心房肌病模型,显示出AF的诱导性以及炎症和纤维化的快速发展。该大型动物模型具有先前描述的特征,可以帮助探索治疗心房肌病和 AF的新策略 9

近年来,我们看到心血管疾病管理取得了令人印象深刻的进展,提供了机制见解和新的治疗方法。虽然必须根据当前的伦理考虑减少用于研究和训练目的的动物数量,并且必须在考虑动物福利的情况下优化涉及动物模型的研究10,但实验动物不能完全被其他系统取代。大型动物模型仍将是增进对人类 CVD 机制的理解的最佳工具11,因为使用类人环境增加了实验室发现转化为有效治疗的机会4。一个代表临床疾病中存在的复杂生物相互作用的平台是进一步推进对这些高度普遍疾病的理解的必要条件。因此,本方法集中描述的大型动物模型可以帮助弥合从工作台到床边的差距,有助于了解疾病发病机制,并代表开发诊断技术和治疗策略的基本工具。这种全面的方法集合范围从脑血管疾病到结构性、节律性和缺血性心脏病,再到获得有意义的结果所需的最重要的采样技术。此外,这些模型使医生能够在接近人体解剖结构的系统中练习具有挑战性的程序,并增强多种 CVD 的临床方法。

披露

作者没有什么可透露的。

致谢

我们要感谢所有作者对本系列的出色贡献。这项研究由 Agencia Estatal de Investigación (PID2019-107329RA-C22/AEI/10.13039/501100011033)、Consejería de Economía、Ciencia y Agencia Digital、Junta de Extremadura (IB20191, GR18199) 和 Instituto de Salud Carlos III (PI20/00247, CB16/11/00494) 资助,由欧洲区域发展基金"A way to make Europe"共同创立。

参考文献

  1. Tsao, C. W., et al. Heart disease and stroke statistics—2022 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 145 (8), 153(2022).
  2. Spannbauer, A., et al. Large animal models of Heart Failure With Reduced Ejection Fraction (HFrEF). Frontiers in Cardiovascular Medicine. 6, 117(2019).
  3. Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation. Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
  4. Tsang, H. G., et al. Large animal models of cardiovascular disease. Cell Biochemistry and Function. 34 (3), 113-132 (2016).
  5. Blanco-Blázquez, V., et al. Swine models of aneurysmal diseases for training and research. Journal of Visualized Experiments. (181), e63616(2022).
  6. Martínez-Falguera, D., et al. Myocardial infarction by percutaneous embolization coil deployment in a swine model. Journal of Visualized Experiments. (177), e63172(2021).
  7. Constantin, I., Tăbăran, A. F. Dissection techniques and histological sampling of the heart in large animal models for cardiovascular diseases. Journal of Visualized Experiments. (184), e63809(2022).
  8. Hao, Y., et al. Transcatheter pulmonary valve replacement from autologous pericardium with a self-expandable nitinol stent in an adult sheep model. Journal of Visualized Experiments. (184), e63661(2022).
  9. Tubeeckx, M. R. L., et al. Sterile pericarditis in aachener minipigs as a model for atrial myopathy and atrial fibrillation. Journal of Visualized Experiments. (175), e63094(2021).
  10. Ribitsch, I., et al. Large animal models in regenerative medicine and tissue engineering: To do or not to do. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 972(2020).
  11. Zaragoza, C., et al. Animal models of cardiovascular diseases. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 497841(2011).

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