Entwicklung eines Algorithmus einer umfassenden Studie von Autonomic Dysreflexie in Tiere zu Führen mit hoher Rückenmark-Verletzung ein Telemetrie-Gerät verwenden
29. Juli 2016
Der Katheter eines Telemetriegeräts wird in die Bauchaorta implantiert, um kontinuierlich Schlag für Schlag hämodynamische Daten von Tieren vor und nach der Durchtrennung des thorakalen Rückenmarks zu sammeln. Eine neuartige JAVA-Software wurde eingesetzt, um hämodynamische Parameter sowie die Häufigkeit und Intensität spontaner Episoden autonomer Dysreflexie zu analysieren.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die zeitliche Entwicklung und Progression der autonomen Dysreflexie, oder AD, mithilfe einer AD-Erkennungssoftware in einem Nagetier-Modell für Rückenmarkverletzungen zu charakterisieren. Dies wird erreicht, indem zunächst ein Telemetrie-Gerät in die Aorta abdominalis implantiert wird, um kontinuierlich den arteriellen Blutdruck und die Herzfrequenz von Schlag zu Schlag zu überwachen. 14 Tage später wird das T3-Rückenmarksegment vollständig durchtrennt.
Anschließend wird eine AD-Erkennungssoftware verwendet, um spontane AD-Episoden zu detektieren und zu charakterisieren. Alternativ kann die AD nichtinvasiv mit einem Foley-Katheter ausgelöst und anschließend eine Echtzeitüberwachung der induzierten AD-Episoden durchgeführt werden. Letztendlich können die episodische Hypertonie und das Auftreten einer Bradykardie, die als Folge spontaner oder induzierter AD-Episoden auftreten, mithilfe der AD-Erkennungssoftware ausgewertet werden.
Es ist entscheidend, vor der Spinalverletzung ausreichend Zeit für die Implantation des Telemetriegeräts einzuplanen, um das Überleben der Tiere zu gewährleisten, da eine mechanische Obstruktion durch das Telemetriegerät eine unzureichende Durchblutung der Hintergliedmaßen der Tiere verursachen kann. In unserem Protokoll verwendeten wir eine komplette Querschnittverletzung im hohen Brustbereich (Th3), da diese eine Reihe kardiovaskulärer Funktionsstörungen hervorruft, einschließlich der autonomen Dysreflexie, die der klinischen Realität einer Querschnittverletzung ähnelt. Die von uns entwickelte Software zur Erkennung der autonomen Dysreflexie funktioniert, indem sie Muster in kontinuierlichen Blutdruckaufzeichnungen identifiziert, die einer autonomen Dysreflexie ähneln, was auf eine mögliche Anwendung der Software zur Überwachung von Patienten mit Querschnittverletzung hindeutet.
Vor der Datensammlung implantieren Sie den Katheter der Telemetrievorrichtung gemäß dem Textprotokoll in die Bauchaorta des Tieres. Nach der Telemetriechirurgie erfassen Sie den kontinuierlichen arteriellen Blutdruck des Tieres beat-to-beat mit 1000 Hertz in 24-Stunden-Blöcken, um die hämodynamischen Parameter vor der Rückenmarkverletzung zu überwachen. Zwei Wochen später wird das Rückenmark gemäß etablierter Protokolle im Segment T3 durchtrennt, gefolgt von der Überwachung des arteriellen Blutdrucks zur Beurteilung der Reaktion nach der Rückenmarkverletzung.
Um die Inzidenz der spontanen autonomen Dysreflexie oder AD zu beurteilen, verwenden Sie die geeignete Erfassungssoftware, um das intervallbasierte RR-Intervall, den systolischen Blutdruck, den mittleren arteriellen Druck und die Tageszeit aus den rohen Telemetriedaten über den interessierenden Zeitraum zu extrahieren. Laden Sie anschließend eine CSV-Datei mit den extrahierten Daten hoch, einschließlich des RR-Intervalls, der Werte für systolischen Blutdruck und mittleren arteriellen Druck sowie der erfassten Tageszeit. Erstellen Sie danach einen Schwellenwert für den systolischen Blutdruck unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts über ein Zeitfenster von 240 Sekunden.
Legen Sie die transponierte Schwelle für den systolischen Blutdruck 20 Millimeter Quecksilber über der bewegten Durchschnittsbasis fest. Identifizieren Sie anschließend die Peak-Cluster des systolischen Blutdrucks, die die transponierte Schwelle überschreiten, mit einem Zwischenpeak-Intervall von weniger als zwei Sekunden und einem Peak-Cluster-Intervall von mehr als 10 Sekunden. Setzen Sie das AD-Dauer-Schwellenintervall so, dass es innerhalb von 120 Sekunden zueinander liegt.
Um zu bestätigen, dass diese Peak-Cluster mit einem spontanen AD-Ereignis assoziiert sind, legen Sie eine minimale Abnahme der Herzfrequenz fest, die mit den ersten 10 % der Herzfrequenzwerte beim Auftreten des potenziellen Ereignisses und 75 % der Herzfrequenzwerte vom Ende des potenziellen Ereignisses verknüpft ist. Subtrahieren Sie anschließend die niedrigere Herzfrequenzschwelle von der höheren Herzfrequenzschwelle, um sicherzustellen, dass eine entsprechende Abnahme von 40 BPM oder mehr vorliegt, und achten Sie darauf, den relevanten physiologischen Bereich für die systolischen Blutdruck- und Herzfrequenzaufzeichnungen anzugeben. Wenn alle Felder ausgefüllt sind, klicken Sie auf OK. Eine grafische Darstellung der erfassten AD-Ereignisse wird angezeigt, einschließlich der Anstiege des systolischen Blutdrucks und der zugehörigen Herzfrequenzdaten.
Eine Tabellenkalkulationsdatei mit der Druckantwort, Dauer, maximalem systolischem Blutdruck, minimalem Herzschlag und Herzfrequenzabfall jedes erfassten AD-Ereignisses wird ebenfalls erstellt. Um die Schwere eines induzierten AD-Anfalls zu beurteilen, befeuchten Sie die Spitze eines Foley-Katheters und führen Sie die entleerte Ballonspitze zwei Zentimeter vom Anus entfernt in das Rektum des Tieres ein. Tiere mit Rückenmarkverletzung haben keine Empfindung unterhalb der Verletzung, könnten jedoch während der Kathetereinlage krampfartige und zuckende Bewegungen aufgrund von Spastik erfahren.
Befestigen Sie den Katheter mit chirurgischem Klebeband am Schwanz und platzieren Sie eine speziell angefertigte Hülle um den Katheter, um zu verhindern, dass die Ratte den Katheter abbeißt oder herauszieht. Anschließend werden über einen Zeitraum von 10 Sekunden zwei Milliliter Luft in den Ballon eingeleitet. Lassen Sie den Blutdruck und die Herzfrequenz sich stabilisieren.
Halten Sie die Dilatation eine Minute lang aufrecht. Nach einer 10-minütigen Ruhephase wiederholen Sie die Dilatation und die 10-minütige Erholungsphase noch dreimal und analysieren anschließend die Schwere der induzierten AD mithilfe der AD-Erkennungssoftware. Hier wird eine repräsentative Aufzeichnung des kontinuierlichen, schlagweisen arteriellen Blutdrucks gezeigt, der vom Telemetriewandler erfasst und von der Datenerfassungssoftware wie gerade dargestellt extrahiert wurde.
Wie diese Daten aus der kontinuierlichen arteriellen Blutdrucküberwachung zeigen, ist die spontane autonome Dysreflexie mit einem Anstieg des systolischen Blutdrucks um mehr als 20 Millimeter Quecksilber verbunden, begleitet von einer Abnahme der Herzfrequenz um 40 BPM oder mehr zu Beginn des autonomen Dysreflexie-Ereignisses. In diesen Grafiken ist der schnelle und anhaltende Anstieg des systolischen Blutdrucks zusammen mit einer ausgeprägten Bradykardie zu erkennen, der nach der Induktion der autonomen Dysreflexie durch kolorektale Distension, wie gerade gezeigt, auftritt. Durch die Kombination der Distension mit der Erfassung und Charakterisierung dieser spontanen autonomen Dysreflexie-Ereignisse, wie gerade demonstriert, können wir die zeitlichen Eigenschaften dieses lebensbedrohlichen Zustands untersuchen.
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Übersicht
Diese Studie untersucht die autonome Dysreflexie (AD) in einem Nagetier-Modell der Rückenmarksverletzung, indem ein Telemetriegerät implantiert wird, um hämodynamische Parameter zu überwachen. Die Forschung zielt darauf ab, die Entwicklung und Progression der AD mittels spezialisierter Detektionssoftware zu charakterisieren.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Kardiovaskuläre Physiologie
- Forschung zur Rückenmarkverletzung
Hintergrund
- Die autonome Dysreflexie ist ein Zustand, der nach einer Rückenmarksverletzung auftreten kann.
- Die Überwachung hämodynamischer Veränderungen ist entscheidend für das Verständnis der autonomen Dysreflexie.
- Telemetrie-Geräte ermöglichen die kontinuierliche Datenerfassung in Tiermodellen.
- Software zur Erkennung der autonomen Dysreflexie unterstützt die Identifizierung spontaner Episoden der autonomen Dysreflexie.
Zweck der Studie
- Um die zeitliche Entwicklung der autonomen Dysreflexie zu charakterisieren.
- Um die Auswirkungen einer Querschnittlähmung auf hämodynamische Parameter zu bewerten.
- Um Software zur Erkennung und Analyse von AD-Episoden einzusetzen.
Verwendete Methoden
- Implantation eines Telemetriegeräts in die Bauchaorta.
- Kontinuierliche Überwachung des arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz.
- Quersektion der Wirbelsäule im Bereich des T3-Segments nach 14 Tagen.
- Verwendung einer Software zur Erkennung autonomen Dysreflexie (AD) zur Analyse spontaner und induzierter AD-Episoden.
Hauptergebnisse
- Charakterisierung episodischer Hypertonie und Bradykardie während AD-Episoden.
- Echtzeit-Überwachung induzierter AD-Episoden mittels eines Foley-Katheters.
- Beurteilung hämodynamischer Veränderungen vor und nach Rückenmarkverletzung.
- Einblicke in die Mechanismen, die der autonomen Dysreflexie zugrunde liegen.
Schlussfolgerungen
- Die Studie bietet einen Rahmen zur Erfassung von AD in Modellen der Rückenmarksverletzung.
- Telemetrie und Erkennungssoftware sind wirksame Werkzeuge für die hämodynamische Analyse.
- Weitere Forschung ist erforderlich, um therapeutische Interventionen bei AD zu untersuchen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die quantitative Erfassung und Charakterisierung der autonomen Dysreflexie (AD) in präklinischen Modellen der Rückenmarkverletzung ist entscheidend, um kardiovaskuläre Zielstrukturen hinsichtlich Risiken zu bewerten und die Mechanismen autonomen Funktionsstörungen zu verstehen. Die Kombination einer telemetriebasierten hämodynamischen Überwachung mit algorithmischer Mustererkennung ermöglicht eine zuverlässige Identifizierung von AD-Episoden und unterstützt so die translationale Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung. Dieser Ansatz erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Testung therapeutischer Hypothesen und liefert Grundlagen für risikoadjustierte Portfolioentscheidungen in der neurokardiovaskulären Forschung.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht eine gründliche Untersuchung der Beteiligung autonomer und kardiovaskulärer Bahnen nach einer Rückenmarksverletzung (SCI).
- Unterstützt die funktionelle Zielvalidierung durch Quantifizierung der Häufigkeit, Schwere und Dauer von autonomen Dysreflexie-Episoden (AD).
- Erleichtert die mechanistische Risikominimierung, indem hämodynamische Muster bestimmten Verletzungsmodellen zugeordnet werden.
- Liefert objektive Kriterien für die Portfolio-Priorisierung basierend auf reproduzierbaren physiologischen Endpunkten.
Screening und Assay-Entwicklung
- Liefert validierte, quantitative Messwerte von Blutdruck und Herzfrequenz für nachgeschaltete Screening-Workflows.
- Standardisiert die Detektion autonomen Dysfunktionsereignisse, reduziert experimentatorische Bias und verbessert die Reproduzierbarkeit.
- Ermöglicht skalierbare, automatisierte Analyse von Telemetriedaten zur Bewertung von Substanzen oder Interventionen.
- Bereitet robuste biologische Systeme für das Hochdurchsatz-Screening von Kandidaten-Therapeutika vor, die auf die autonome Dysfunktion abzielen.
Translationale und präklinische Forschung
- Verknüpft präklinische Modelle mit klinisch relevanten Alzheimer-Krankheits-Phänotypen zur translationellen Biomarker-Entwicklung.
- Stellt eine kontinuierliche Übertragung von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung sicher, indem konsistente physiologische Endpunkte beibehalten werden.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung, indem quantitative Metriken zur Schwere und Häufigkeit von Alzheimer-Ereignissen bereitgestellt werden.
- Stärkt die prädiktive Entlastung von kardiovaskulären und neurogenen Zielstrukturen in SCI-Portfolios.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieser Workflow zur Telemetrie- und algorithmischen Analyse verbindet die frühe Entdeckung, die Wirkstoffidentifizierung und die präklinische Validierung in neurokardiovaskulären Forschungspipelines.
- Entdeckungsbiochemie: Ermöglicht die Hypothesenprüfung und Klärung von Signalwegen bei autonomen Funktionsstörungen nach Rückenmarkverletzung (SCI).
- Screening: Bietet reproduzierbare, quantitative Ergebnisse zur Beurteilung der Eignung von Assays und zur Evaluierung von Wirkstoffen.
- Analytik: Erzeugt detaillierte Ereignismetriken – Druckreaktion, Dauer, Abfall der Herzfrequenz – für den Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Bringt die Ergebnisse aus tierexperimentellen Modellen mit klinischen Merkmalen der autonomen Dysreflexie (AD) in Übereinstimmung und unterstützt die Kontinuität von Biomarkern.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare analytische Plattform für vielfältige Studien zu Rückenmarkverletzungen und autonomen Funktionsstörungen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Mehrdeutigkeiten bei der Validierung autonomer Zielstrukturen.
- Operationaler Wert: Standardisiert Datenerfassung und -analyse und verbessert dadurch Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit.
- Strategischer Wert: Unterstützt Go/No-Go-Entscheidungen und erhöht die Kapitalnutzungseffizienz durch robuste physiologische Endpunkte.
- Portfolio-Wirkung: Fördert die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von neurokardiovaskulären Programmen.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der Implantation von Telemetrie-Geräten und der Analyse hämodynamischer Daten.
- Benötigt Zugang zu Hochfrequenz-Datenerfassungssystemen und Software zur Mustererkennung.
- Erfordert die Standardisierung von Schwellenwerten zur Ereigniserkennung und Analyseparametern über Teamgrenzen hinweg.
- Möglicherweise ist eine Anpassung an verschiedene Tiermodelle oder Schweregrade von Verletzungen notwendig.
- Zu den potenziellen Einschränkungen gehören gerätebedingte Komplikationen und die Notwendigkeit einer sorgfältigen Validierung innerhalb des physiologischen Bereichs.
