评估猪心血管系统功能效能的运动试验

摘要

本方案描述了一种用于评估心血管系统功能的大动物运动试验模型，可用于临床前阶段评价新疗法的有效性。该模型可与临床运动试验相媲美。

摘要

尽管治疗手段不断进步，心血管疾病仍然是全球范围内导致死亡和疾病负担的最主要原因之一。基于基因治疗的治疗性血管生成是针对那些即使接受了最佳药物治疗和侵入性治疗后仍存在明显症状的患者的一种有前景的治疗方法。然而，许多在心血管基因治疗领域颇具潜力的技术在临床试验中未能达到预期效果。其中一个原因是临床前研究与临床试验中用于评估疗效的终点指标不一致。在动物模型中，研究通常侧重于易于量化的终点指标，例如通过组织学切片计算得到的毛细血管数量和面积。而在临床试验中，除死亡率和发病率外，终点指标往往是主观性的，例如运动耐受能力和生活质量。然而，临床前与临床终点指标可能衡量的是治疗效果的不同方面。尽管如此，这两类终点指标对于开发成功的治疗策略都是必需的。在临床实践中，主要目标始终是缓解患者的症状，改善其预后和生活质量。为了从临床前研究中获得更具预测价值的数据，必须使终点指标的测量方法与临床研究中的更为一致。本文介绍了一种在猪模型中具有临床相关性的跑步机运动试验方案。本研究旨在：（1）建立一种可靠的猪运动试验方法，可用于评估基因治疗及其他新型疗法的安全性和功能疗效；（2）更好地实现临床前研究与临床研究之间终点指标的一致性。

引言

慢性心血管疾病是全球范围内导致死亡和疾病负担的重要原因^1,2。尽管目前的治疗方法对大多数患者有效，但由于弥漫性慢性病变或合并症等因素，许多患者仍无法从现有疗法中获益。此外，在部分患者中，现有治疗手段无法缓解心脏症状，即使接受最佳药物治疗，其心血管疾病仍会持续进展³。因此，迫切需要开发针对严重心血管疾病的新治疗策略。

近年来，研究人员发现了新的分子通路以及调控这些靶点的方法，使得基因治疗、细胞治疗及其他新型疗法成为治疗严重心血管疾病的现实选择⁴。然而，尽管在临床前研究中取得了令人鼓舞的结果，许多心血管领域的应用在临床试验中未能达到预期效果。尽管临床试验中的疗效欠佳，但多项试验已证实这些新型疗法具有良好的安全性^5,6,7,8,9。因此，要将新的心血管疗法成功应用于患者，需要改进研究策略，并建立更优的临床前模型、研究条件和研究终点，以更准确地预测临床....

方案

所有实验均经东芬兰大学动物实验委员会批准。本方案描述了一种临床相关的猪 treadmill 运动试验，用于评估新型心脏病疗法的安全性和有效性。本研究采用体重为 25–80 kg 的雌性家猪。动物来源于商业渠道（见材料表）。

1. 设置跑步轨道

1. 设置单向运行轨道，使动物只能朝一个方向移动。使用闸门和隔板防止动物倒退。运行轨道的平面图见图1，运行轨道的示例见图2。
2. 确保跑步机（见材料表）有足够的空间以实现坡度调节。
3. 确保跑步机具有可调节的宽度，以防止动物在跑步过程中转身。
4. 使用透明塑料制作跑步机的前壁。这可以防止动物逃离跑步机，同时仍允许动物透过前壁观察。
   注意：动物能够透过前壁观察至关重要，因为我们的经验表明，当猪看到墙另一侧的同伴时，其跑步的意愿更强。
5. 将心电图监护仪和除颤器（见材料表）放置在跑步机旁。
   注意：在应激测试期间可能发生致命性心律失常，尤其是当猪存在心肌缺血时^14,15

结果

要成功实施本方案，操作者必须具备大型动物操作经验。研究人员需要能够判断动物停止跑动是由于疲劳还是缺乏动机。记录跑速和距离有助于对此进行评估，因为通常缺乏动机的动物会完全停止跑动，而疲劳的动物则会在减速后继续缓慢奔跑（图3）。如有必要，若结果看起来不可靠，可在第二天重复该方案。

图 4 展示了腺相关病毒（AAV）处理动物的代表性时间线。图 4 中的时间线可能因研究条件的不同而有所变化，尤其是安乐死时间点的选择。在设计实验时，请注意动物的适应期。

可以将结果与其他器官结构和功能的测量指标（如心脏超声）进行比较，以分析运动耐量与这些测量指标之间的关系。例如，跑步距离的变化与射血分数的变化相关。当射血分数较低时，动物在运动测试过程中无法全程保持最高速度（图5）。分析的变量可能因研究设置的不同而有所差异。本方案可实现对总跑步距离、速度变化、代谢当量（METs）.......

讨论

这种大型动物运动试验模拟了临床使用的测试方法，缩小了临床前研究与临床试验在终点指标上的差距。该试验可用于评估针对严重心血管疾病（如闭塞性动脉硬化、心力衰竭和缺血性心脏病）新疗法的有效性。本方案中应用的时间点可能根据所测试的治疗方法而有所不同。该方案基于长期使用大型动物的经验而标准化，可用于评估心血管基因治疗及其他新型治疗策略的安全性和有效性。

猪的心脏和心血管系统在生理、解剖和功能上与人类相似。因此，猪常被用于模拟心血管疾病的机制和治疗方案¹⁷。在我们的猪研究中，随访时间最长可达12个月¹⁸；然而，随着动物在长期随访期间不断生长，其饲养和管理变得越来越困难。

该方法包含多个关键步骤，这些步骤对于测试的成功至关重要，且事后无法纠正。首先，猪在奔跑动机方面存在个体差异。使动物产生奔跑动机，并在整个测试过程中维持足够的动机，是确保各个时间点具有可比性的关键。维持猪的奔跑动机需要深入了解其个体行为特征。在进行运动测试前，必须使动物适应跑台和.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
除颤器	Zoll M series	TO9K116790	所有便携式除颤器均可使用
除颤电极片	Philips	M3713A	所有电极片均可使用，只要其与除颤器兼容
心电图电极	多个供应商		推荐专为运动试验设计的心电图电极
循环记录仪	Abbott Oy	DM3500	可选，用于心律监测
病人监护仪	Schiller Argus LCM Plus	7,80,05,935	所有便携式心电监护仪均可使用
猪	Emolandia Oy
跑步机	NordicTrack		所有可调节坡度和速度的跑步机均适用于运动试验。  跑步机应尽可能长且宽。
超声系统	Philips EPIQ 7 ultrasound
各种建筑材料	多个供应商		用于根据图1和图2建造围栏、坡道和门
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