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Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die häufigste Ursache für Morbidität und Mortalität weltweit, wobei der Myokardinfarkt (MI) einen erheblichen Beitrag zu akuten und chronischen Herzerkrankungen leistet1. Trotz Fortschritten in der pharmakologischen und interventionellen Behandlung ist die Regenerationsfähigkeit des erwachsenen menschlichen Herzens begrenzt, was häufig zu einem nachteiligen Umbau und einer Progression zur Herzinsuffizienz führt 2,3. Infolgedessen haben stammzellbasierte Therapien als potenzielle Strategien zur Reparatur eines geschädigten Myokards, zur Erhaltung der Herzfunktion und zur Verbesserung der klinischen Ergebnisse an Aufmerksamkeit gewonnen4.
Robuste präklinische Modelle sind für die Bewertung der Sicherheit, Wirksamkeit und Verabreichungsstrategien dieser Therapien unerlässlich. Unter den Kleintiermodellen bieten Ratten mehrere Vorteile, darunter eine überschaubare Herzgröße, gut charakterisierte Infarkttechniken und translational relevante kardiale Umbaureaktionen5. Herkömmlicherweise erfolgt die intramyokardiale Verabreichung von Stammzellen in MI-Modellen der Ratte über eine Thorakotomie, die eine direkte Visualisierung der Injektionsstelleermöglicht 6. Dieser Ansatz ist jedoch invasiv, birgt erhebliche verfahrenstechnische Risiken und behindert wiederholte Eingriffe in Längsschnittstudien. Darüber hinaus ist sie nicht auf klinische Verabreichungsmodalitäten abgestimmt, wie z. B. katheterbasierte oder perkutane Injektion7.
Die echokardiographisch gesteuerte intramyokardiale Injektion (EGI) ist eine minimalinvasive Alternative, die eine gezielte Verabreichung von Therapeutika unter Anleitung der Bildgebung in Echtzeit ermöglicht. Während EGI in Mausmodellen gut etabliert ist, ist die Verwendung von EGI in Rattenmodellen begrenzt. EGI ist bei Mäusen stärker entwickelt als bei Ratten, vor allem weil sich die meisten kardiovaskulären Forschungen in der Vergangenheit auf Mäuse als dominierendes präklinisches Modell konzentriert haben8. Darüber hinaus ermöglichte die geringere Größe und Herzanatomie von Mäusen die Optimierung ultraschallgesteuerter Verfahren9. Im Gegensatz dazu haben Ratten eine dickere Brustwand und eine größere Atembewegung, was eine stabile, hochauflösende Bildgebung während der Eingriffe erschwert10.
Fortschritte in der Hochfrequenz-Ultraschalltechnologie haben EGI bei Ratten möglich gemacht, was die klinische Relevanz ihres Einsatzes erhöht. Dennoch bleibt die Ausdünnung der linksventrikulären Vorderwand (LVAW) in infarktierten Regionen eine große Herausforderung für EGI bei Nagetieren. Bei Ratten nimmt die Wandstärke oft auf weniger als 1 mm ab, während Standardnadeln mit 27 G oder 28 G eine Abschrägungslänge von 1,25 bis 1,5 mm haben, was das Risiko einer ventrikulären Perforation oder einer schlecht gerichteten Zellabgabe erhöht. Um diese Einschränkung zu beheben, haben wir die EGI-Technik bei Ratten durch die Verwendung von 29 G x 88 mm Spinocan-Nadeln verfeinert. Diese Nadeln verfügen über eine Fasenlänge von 1 mm und ermöglichen eine präzise, atraumatische Abgabe von Zellen in das verdünnte Myokard der Infarkt- und Periinfarktregion. Das Verfahren wird mit Hilfe einer hochauflösenden transthorakalen Echokardiographie durchgeführt, die die Visualisierung sowohl der anatomischen Orientierungspunkte als auch der Nadelbahn in Echtzeit ermöglicht.
Dieses verfeinerte EGI-Protokoll bietet eine minimal-invasive, reproduzierbare Methode zur gezielten Verabreichung von Therapeutika in das periinfarktartige Myokard in Rattenmodellen sowohl für akuten als auch für chronischen Myokardinfarkt, unabhängig von der LVAW-Dicke. Es erleichtert die Injektion in lebensfähige Grenzzonen - kritische Stellen für die Erzielung eines therapeutischen Nutzens - und reduziert gleichzeitig die chirurgische Belastung und die Erholungszeit im Vergleich zu offenen Thoraxansätzen erheblich. Darüber hinaus unterstützt es Längsschnittstudien mit wiederholten Injektionen und nachgeschalteter Bildgebung, wodurch die Tierzahlen gemäß dem 3R-Prinzip (Replacement, Reduction, Refinement) reduziertwerden 11. Das Protokoll ist anpassbar für die Verabreichung von pharmakologischen Wirkstoffen, Gentherapien, Biomaterialien und verschiedenen Stammzelltypen. Durch die Standardisierung von EGI in Rattenmodellen und die Ausrichtung an den klinischen Verabreichungsmodalitäten verbessert dieser Ansatz die Reproduzierbarkeit in allen Laboren und stärkt die translationale Relevanz der präklinischen Herzforschung.