本方案描述了一种基于子宫内(in utero)胎羊模型的二尖瓣流入道梗阻方法,通过使用球囊限制左心房流入以诱导类似左心发育不良综合征的生理状态,并结合连续血流动力学监测以及改进的左心房球囊植入技术。
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本方案描述了一种基于子宫内(in utero)胎羊模型的二尖瓣流入道梗阻方法,通过使用球囊限制左心房流入以诱导类似左心发育不良综合征的生理状态,并结合连续血流动力学监测以及改进的左心房球囊植入技术。
左心发育不全综合征(HLHS)是一种严重的先天性心脏病,其特征是左心室(LV)、二尖瓣、主动脉瓣和升主动脉发育不良。根据“无血流,无生长”的理论,本方案描述了一种可重复的胎羊模型,通过限制二尖瓣流入以在子宫内抑制左心室的生长。in utero。在妊娠约120天时,进行母体剖腹术和子宫切开术,随后实施胎儿左侧开胸术。将球囊导管插入左心房(LA),术中保持球囊未充盈,术后约第3天开始逐步充盈,以限制二尖瓣流入,直至通过母体恢复后的流量探头确认升主动脉前向血流显著减少或完全消失。通过胎儿颈动脉压力监测和升主动脉流量探头持续监测血流动力学变化。胎儿可维持长达三周,并接受尸检。关键操作步骤包括在脆弱的胎儿体内无创地放置并固定主动脉流量探头和左心房球囊,以及在子宫关闭前后严格防止羊水流失。该模型为研究HLHS的发病机制、验证影像学生物标志物、评估产前或围产期治疗干预措施,以及指导预防策略的开发提供了平台。
左心发育不全综合征(HLHS)是一种严重的先天性心脏病,其特征是左心结构和主动脉发育不全1。由于左心室(LV)过小而无法维持体循环灌注,血液循环依赖于右心室,从而形成单心室生理状态。因此,HLHS 通常需要一系列分期进行的开胸手术。
HLHS 的病因是多因素的,遗传因素2,3 和胚胎期机械性血流的改变3,4,5,6,7,8 均被公认为疾病发生的主要因素。近年来,旨在通过改变血流以促进左心室(LV)生长的胎儿干预措施受到越来越多的关注9,10,这凸显了建立大型动物 HLHS 模型的迫切需求,以增进对疾病机制的理解,并支持治疗策略的开发。
胎羊常被用于模拟人类先天性心脏病,因为它们能够耐受长期的器械植入和外科手术,且出生时的体型与人类新生儿相似11。尽管猪模型在心血管研究中被广泛应用,并且在某些遗传和解剖特征上更接近人类心脏,但在需要体外导线时,猪较难管理,可能会拉扯或缠绕外置的管线。因此,对于需要长期外置电极导线和/或压力监测导管的研究,通常更倾向于选择羊或牛。这些反刍动物通常比猪更温顺,能够在受限环境中更方便地进行管理。
目前,大型动物复制HLHS表型的尝试主要采用 在子宫内 胎儿羔羊模型。绵羊心脏与人类心脏非常相似,具有四腔结构、房室瓣和半月瓣结构,以及类似的冠状动脉分布模式。首个用于研究左心发育不全综合征(HLHS)的胎儿羔羊模型由 Fishman 等人报道。12 20世纪70年代,已有相关模型建立,此后四十多年间又开发了更多模型。目前已采用多种方法在胎羊中诱导二尖瓣流入道梗阻,以造成左心室发育不全7,8,13,包括 在子宫内 使用支架封堵胎儿卵圆孔7,使用置于二尖瓣上方的铂金线圈阻塞左心室流入道8,以及在左心房(LA)内插入并充气球囊导管以阻断二尖瓣血流13然而,生存率(至特定术后终点)仍然相对较低,范围为42%8,13 至58%7,凸显了对更安全、侵入性更小的方法的需求。
本文所述模型通过左心房球囊扩张阻断二尖瓣血流,从而模拟类似左心发育不全综合征(HLHS)的生理状态,并为测试旨在逆转左心室减负荷的干预措施提供了一种有前景的实验方法。然而,与其他胎羊模型类似,相对较低的存活率仍是该模型的重要局限性。因此,有必要进一步改进手术技术,朝着更具微创性的方向发展。本研究介绍了提高慢性胎羊左心房球囊植入安全性和可行性的方法学。主要关注点在于手术的可行性和安全性;尽管长期结局数据仍有限,该模型可能有助于研究左心室发育障碍的机制,并为治疗策略的开发提供支持。
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本实验方案已获得全美儿童医院艾比盖尔·韦克斯纳研究所机构动物照护与使用委员会批准(编号:AR24-00184)。所有操作均遵循美国国立卫生研究院《实验动物照护与使用指南》中的规定。本研究遵守ARRIVE指南(动物研究:In Vivo 实验报告规范)。实验使用多塞特妊娠绵羊(体重65–79 kg,妊娠117–120天),在手术前至少1周将动物饲养于特定病原体阴性环境中,并可自由获取食物和水。本研究中使用的设备列于材料表中。
人道终点标准:
导管维护引起的并发症。
导管和血流探头电缆插入胎儿后,从母羊的子宫和体侧引出体外,并在体外固定。这些外置的管路可能因血栓形成或扭曲而发生堵塞,或因动物活动而移位。可能出现的并发症包括感染或大出血。并发症的征象包括采样时无血液回流、持续的监测错误、无法通过管路注射、管路脱落以及大出血。若无感染或出血迹象,堵塞的管路可保留在原位。若拔除管路后出现无法控制的大出血,或堵塞管路明确引发感染迹象,则需对母羊及胎儿实施安乐死。
早产。
早产可能发生在妊娠的任何阶段,且在胎儿心脏介入治疗后更易发生。早期征兆包括外阴肿胀和松弛。羊膜囊的出现表明即将分娩,通常在羊膜破裂后30分钟内发生。一旦观察到早产征兆,将对母羊及胎儿实施安乐死,以终止实验并进行剖检。
胎儿死亡。
胎儿死亡可能发生在妊娠的任何阶段,尤其是在胎儿心脏介入手术后。尽管胎儿死亡常导致早产,但也可能引起母羊的全身性感染。如果母羊表现出明显的产程进展,或确定胎儿已无存活可能,则将实施终末性操作,对母羊和胎儿实施安乐死。
胎儿死亡后继发难产的流产。
若一个胎儿死亡而其双胎同胞仍存活,保留死亡胎儿可能会增加流产风险,无论是否伴有难产。这种情况可能表现为母羊生命体征改变或躁动不安。一旦发生难产,将对母羊和胎儿实施安乐死,以终止实验并进行剖检。
大量母体出血。
怀孕母羊可能会因子宫或腹部切口而出现出血并发症。症状包括阴道出血、精神萎靡以及生命体征持续异常。严重出血可能导致血肿形成或休克。如果失血导致无法维持生理性的平均动脉压,或经干预后心动过速仍持续存在,并观察到即将发生心血管衰竭的征象时,将实施安乐死。
球囊损伤或移位。
球囊损伤或移位可能导致左心室流入道阻塞效果不佳。若因球囊破损而发生单纯性放气,但胎儿血流动力学保持稳定,则可能不会出现临床症状。如果在球囊位于左心房内的配置下发生移位,可能会导致胸腔内出血和胎儿死亡。若发生严重出血并导致胎儿死亡,则需对母羊及胎儿实施安乐死。
手术部位裂开和/或伤口感染。
手术部位裂开通常发生在术后5–8天,可能伴有感染、组织坏死或内脏器官疝出。伤口感染可能在术后数周内发生。若具备干预条件,将给予治疗;若病情危及生命,则会考虑实施安乐死。
1. 动物准备
2. 母羊的剖腹术和子宫切开术以及胎儿的开胸术
3. 球囊植入法 1:左心房内(LA)(胎龄大于 GA110 的胎儿)
4. 球囊植入方法2:左心房外植入(适用于胎龄小于110天的胎儿)
5. 子宫切口和剖腹切口的缝合及导线和导管的体外引出
6. 恢复
7. 长期饲养与评估
8. 尸体解剖
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手术预后
共有三只怀有双胎的母羊接受了剖腹手术和子宫切开术。其中三只胎儿(每只母羊中各取一只)接受了球囊植入,而其同胎的孪生胎儿作为对照。手术操作在妊娠119 ± 1.4天时进行,母羊体重为73 ± 4.2 kg。
所有三只实验用胎羊在手术过程及急性恢复期均未出现手术并发症,并至少存活了1周。在基线超声心动图检查中,未发现任何胎羊存在先天性心脏异常。球囊扩张于术后约第3天开始,使用无菌30%甘油逐步增加扩张程度,操作遵循上述方案。只要胎儿血流动力学保持稳定,即持续扩张球囊直至顺行的升主动脉血流减少或完全消失。
在两个胎儿中,球囊被植入左心房(LA)内,这些动物存活至术后第8天(POD 8)和术后第11天(POD 11)。在另一例胎儿中,球囊被放置于左心房外,存活持续至术后第21天(POD 21)。所有三例对照胎儿均存活至解剖时。所有病例均未发生明显出血或组织损伤,胎儿急性期恢复顺利。
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一种通过将球囊插入左心房(LA)以建立二尖瓣流入道梗阻的胎羊模型此前已有描述13然而,一个关键的局限性在于二尖瓣流入受限的持续时间较短。已有研究建议,更长时间的左心室(LV)流入受限可诱导出更为显著的类似左心发育不全综合征(HLHS)的改变8,13因此,有必要在更早的妊娠阶段植入左心房球囊。然而,胎龄较小的胎儿组织更为脆弱,且体型显著更小(约120天时体重为2.5 kg) 与 1公斤,妊娠100天时),因此需要更简单、更安全且侵入性更小的技术。
本研究展示了用于左心房(LA)球囊植入的改进外科技术,以建立诱导类似左心发育不全(HLHS)生理状态的胎儿二尖瓣流入道梗阻模型。在先前采用该方法的报道中13,左心房球囊植入是最关键的步骤。原始技术常导致左心房出血,进而引起胎儿急性死亡。为克服这一局限,引入血管钳以创建无血手术视...
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作者声明不存在竞争性财务利益。
本工作由 Additional Ventures 单心室研究基金 #1284695(项目负责人:Onohara)资助
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0 号 Ti-Cron 缝线 | Covidien | 88863374-62 | 用于将胎囊固定在母羊右侧 flank 部位 |
| 1 号 Polysorb 缝线 | Covidien | CL-932 | 用于子宫荷包缝合及子宫闭合 |
| 16 G 静脉导管 | BD | 382259 | 用于液体和药物输注 |
| 2-0 Perma-Hand 丝线(无针) | Ethicon | A185H | 用于血管结扎及将压力导管固定于胎儿血管 |
| 2-0 丝线缝线 | DemeTECH | SK262026B0P | 用于将导管和电缆固定于胎儿皮肤,并闭合胎儿肋骨和皮肤 |
| 22 G 血管内导管 | BD | 381423 | 用于动脉血压监测 |
| 3-0 丝线缝线 | Ethicon | K832H | 用于将导管和电缆固定于胎儿皮肤 |
| 3-0 Vicryl Plus 缝线 | Ethicon | VCP944H | 用于母羊剖腹术切口闭合 |
| 4-0 丝线缝线 | Covidien | GS-64-M | 用于胎儿心包的固定缝线 |
| 6 mm 血流探头 | Transonic System Inc. (ADInstruments) | 6PSS | 用于血流测量 |
| 6-0 Prolene 缝线 | Ethicon | 8805H | 用于胎儿左心房荷包缝合 |
| 7-0 Prolene 缝线 | Ethicon | 8702H | 用于胎儿左心房荷包缝合及止住胎儿组织出血 |
| 70% 异丙醇 | Aspen Vet | 11795782 | 外用清洁溶液 |
| Acuson Acunav 超声导管 | Johnson&Johnson | IPX8 | 用于进行胎儿经食管超声心动图检查的心腔内超声探头 |
| 氨苄西林 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 抗生素预防 |
| 阿托品 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 用于预防胎儿心动过缓 |
| Babcock 组织镊 | NIFTY medical supplies | 1100-FCP-03 | 用于夹持子宫壁 |
| 球囊导管 | 自制 | 用于阻断血流至胎儿左心室 | |
| Blant 填充针 18G | Medline | SYR110021Z | 用于将 V8 PVC 管连接至输注导管或双公接头 |
| Blant 针 25G | SAI Infusion Technologies | B25-50 | 用于将 Gilson PVC 管连接至输注导管或双公接头 |
| 血压袖带 | Royal Pilips | 989803000000 | 用于无创血压监测 |
| 丁丙诺啡 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 术后镇痛:浓度 0.3 mg/mL,剂量 0.03 mg/kg |
| 电灼笔 | Medline | ESRK3002L | 用于电灼切割和分离组织 |
| 头孢唑林 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 抗生素预防 |
| Centurion Heplock 注射端口适配器 | Medline | HL50LT100 | 用于封闭压力管路,以及注射或采血 |
| 氯己定复合醇 | BD | 930825 | 外用消毒剂 |
| 环丙沙星 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 抗生素预防 |
| Cooley 蛙嘴血管夹 | NAZMED SMS SDN BHD | SMS-05-7237 | 用于夹闭胎儿左心房 |
| DELTA-CAL 传感器模拟器和测试仪 | ADInstruments | MLA6595 | 压力传感器模拟器/测试仪 |
| 心电图导联线 | 3M | 2570 | 用于心电图监测 |
| 气管插管,尺寸 8-9 | Covidien | 86452, 86114, 或 86454 | 用于维持气道通畅 |
| 血流测量仪 | Transonic System Inc. (ADInstruments) | TS420 | 用于血流测量 |
| Gilson 泵 | Gilson. Inc | F155006 | 用于对胎儿进行精确的连续小剂量液体输注 |
| 肝素 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 抗凝剂:1,000 USP 单位/mL |
| 异氟烷 | Baxter Healthcare Corporation | Pharmacy | 麻醉剂:剂量 1-5% |
| 带袋剖腹手术巾 | Medline | AAMI PB70 | 无菌手术巾 |
| 双公接头(M/M 接头) | Medline | DYNJADAPMM | 用于压力导管的双公连接 |
| 口胃管 | Jorgensen Lab, Inc. | J0348R | 用于胃和瘤胃减压 |
| 塑料阻断管夹(止血钳) | Cardinal Health | X0029XO5ET | 用于压力导管和球囊导管的管夹 |
| 氯化钾 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 用于使胎儿心脏停搏于舒张期 |
| PowerLab 系统(仪器接口,四桥放大器) | ADInstruments | FE224, PLCF1/4 | 用于记录压力、血流、心率 |
| 探头保护套件 | Medline | DYNJE5930 | 超声心动图探头的无菌保护套 |
| 丙泊酚 | Fresenius Kabi | Pharmacy | 麻醉剂:浓度 10 mg/mL,剂量 20-45 mg/kg/hr |
| 脉搏血氧仪舌夹 | Nellcor | PO736 | 用于脉搏血氧饱和度监测 |
| Gilson 泵用 PVC 管(橙色/绿色) | Gilson. Inc | F117933 | 用于 Gilson 泵的输液管路 |
| 新生儿肋骨牵开器 | Surgical Republic | 550-020-030 | 用于胎儿开胸术 |
| 10 号手术刀片 | Bard-Parker | 371610 | 用于母羊皮肤切口 |
| 戊巴比妥钠 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 用于母羊安乐死 |
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| V8 PVC 管(微细医用管) | Scientific Commodities, Inc. | BB31785-V/8 | 用于胎儿压力监测的充液导管 |
| 维库溴铵 | Hospira Pharmaceuticals | Pharmacy | 用于防止胎儿术中活动 |
| 静脉钩针 | Fisher Scientific | 50-19506098 | 用于将压力导管插入血管 |
| 血管环 | Medline | DYNJVL03 | 用于牵拉升主动脉和主肺动脉 |
| 加热毯 | Jorgensen Lab, Inc. | J1034B | 用于维持动物体温 |
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