Weltweit hat die Sterblichkeit und Belastung der Patienten und des Gesundheitssystems durch die ischämische Herzkrankheit (IHD) nur zugenommen. Nach Angaben der American Heart Association ist die Zahl der Todesfälle, die auf IHD zurückzuführen sind, von 1990 bis 2021 weltweit um 74 % gestiegen1. Dies gilt auch für die Vereinigten Staaten, wo das Center for Disease Control angibt, dass bei einem von zwanzig Erwachsenen eine koronare Herzkrankheit (KHK) diagnostiziert wurde, und etwa jede fünfte Sterblichkeit auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen zurückzuführen ist, was einer Person entspricht, die alle 33 s an einer Herz-Kreislauf-Erkrankung stirbt2. Diese Krankheitslast belastet das Gesundheitssystem, in dem von 2019 bis 2020 über 250 Milliarden US-Dollar für Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen ausgegeben wurden2. Angesichts der Allgegenwart von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und der hohen Belastung sowohl für den Patienten als auch für den Anbieter ist es unerlässlich, die Forschung nach innovativen und neuartigen Therapeutika fortzusetzen.
Um diese Ziele zu erreichen, müssen klinisch relevante Tiermodelle eingesetzt und dennoch überprüft werden, um den Standards der reproduzierbaren und translationalen Forschung gerecht zu werden. Tiermodelle wurden aus einer Vielzahl von Gründen in Frage gestellt, darunter unterschiedliche Tierarten mit variabler Pharmakokinetik, unterschiedliche Protokolle zur Induktion des gewünschten Krankheitszustands, Variationen in der Dosierung und den Zeitplänen von Medikamenten, schlechte Standardisierung der Randomisierung von Tieren, Nachbeobachtungsdauer und Verblindung der Forscher und schließlich kleine experimentelle Gruppierungen3. Wir haben nicht nur das Protokoll des gesamten Tiermodells experimentell verfeinert und standardisiert, um die IHD darzustellen, sondern auch das chirurgische Protokoll, die Randomisierung der Tiere, die Verabreichung und Dauer des Medikaments und die anschließenden Ergebnisse. In Bezug auf die IHD stellen Schweine aufgrund ihrer signifikanten Ähnlichkeiten in der Anatomie und Physiologie des Herzens mit dem Menschen ein optimales Tiermodell dar. Wichtig ist, dass Schweine eine ähnliche Verteilung der Koronararterien wie der Mensch und eine minimale Kollateralzirkulation aufweisen, was die Induktion von Ischämie zu einer zuverlässigen Darstellung der Entwicklung von Atherosklerose beim Menschen macht. Darüber hinaus haben Schweine einen ähnlichen Stoffwechsel, ein ähnliches Proteomprofil und ein ähnliches Immunsystem wie der Mensch, was die Analyse der molekularen Wirkung von Therapeutika aussagekräftiger macht4. Vor diesem Hintergrund ist das in diesem Protokoll verwendete Tiermodell am besten geeignet, die kardiovaskuläre Pathophysiologie des Menschen reproduzierbar darzustellen.
Unser Labor nutzt die chirurgische Platzierung eines Ameroid-Constrictors auf dem LCx, was die chronische Induktion einer myokardialen Ischämie ermöglicht. Der Einsatz dieser Technik zur chronischen Induktion von Ischämie bietet einzigartige Vorteile gegenüber der akuten Ligatur. Einer davon ist die umfangreiche Forschungsliteratur aus mehreren Jahrzehnten, in denen dieses Gerät verwendet wird5. Darüber hinaus ermöglicht es die zuverlässige klinische Simulation einer allmählichen Koronarverengung aufgrund der atherosklerotischen Entwicklung beim Menschen und schließlich die Verbesserung der Tiersterblichkeit durch Einsparung von Myokard, das eine vollständige Unterbrechung des Blutflusses gehabt hätte6. Der Ameroid-Constrictor besteht aus zwei Teilen: einem Außenring aus Titan und einer inneren hygroskopischen Kunststoffschicht. Wenn der innere Ring um die Koronararterie gelegt wird, absorbiert er anschließend Körperflüssigkeiten und quillt aufgrund der restriktiven Stahlhülle über einen Zeitraum von zwei bis vier Wochen nach innenauf 7. Die Strategie der Platzierung um die LCx herum bringt Mortalvorteile, da dies die kleinste der drei großen Koronararterien ist und etwa 20% des Myokards betrifft7. Um den ischämischen Bereich gleichmäßig zu produzieren, sollte das Ameroid am LCx-Start platziert werden, bevor die stumpfen Randarterien verzweigt werden.
Eine weitere Überlegung, die im Rahmen dieses Protokolls angestellt wird, ist das konfirmatorische koronare Blutfluss-Mapping zur Bestimmung der Induktion von Ischämie und die Verwendung des korrekten Territoriums bei der Untersuchung der myokardialen Wirkungen von Therapeutika. Zu diesem Zweck verwenden wir die Injektion von Gold-Mikrosphären von BioPhysics Assay Laboratory, Inc. zum Zeitpunkt der Ameroidplatzierung, wenn das LCx vollständig verschlossen ist. Der Abschnitt mit der geringsten Quantifizierung von Goldmikrosphären stellt dann das am stärksten ischämische linksventrikuläre Territorium dar. Die Bedeutung der Kartierung kann bei der Bestimmung der molekularen Modifikationen, die durch experimentelle Behandlungen hervorgerufen werden, nicht hoch genug eingeschätzt werden. Darüber hinaus stellt die Verwendung von isotopenmarkierten Mikrosphären eine im Vergleich zur kardialen magnetischen Widerstandsbildgebung kostengünstige Methode zur Bestimmung der Myokardperfusiondar 8.
Schließlich berücksichtigt das hier beschriebene Modell die bekannte Variation zwischen den Geschlechtern in der Entwicklung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und dem anschließenden therapeutischen Ansprechen. Allzu oft versäumen es präklinische Tiermodelle, Unterschiede in der menschlichen Population getreu darzustellen; Auf diese Weise ordnen wir das Geschlecht des Schweins, das in den Kontroll- und Versuchsgruppen verwendet wurde, zwischen weiblichen und intakten männlichen Schweinen ab. Wir haben dies bereits verwendet, um geschlechtsspezifische Reaktionen auf neuartige Behandlungen zu bestimmen9. Ein weiterer Beitrag zur Übertragbarkeit dieses Protokolls ist die Verwendung der Randomisierung der Behandlungsgruppen und die Verblindung des Prüfarztes, der die kardialen Funktions- und Myokardperfusionsparameter jedes Schweins analysiert.