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Grands modèles animaux de maladies cardiovasculaires : de la formation à l’application

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DOI :

10.3791/64983

3 mars 2023

Dans cet article

Résumé

ARTICLES DISCUTÉS :

Blanco-Blázquez, V. et al. Modèles porcins de maladies anévrismales pour la formation et la recherche. Journal des expériences visualisées. (181), E63616 (2022).

Constantin, I., Tăbăran, A. F. Techniques de dissection et échantillonnage histologique du cœur dans de grands modèles animaux pour les maladies cardiovasculaires. Journal des expériences visualisées. (184), E63809 (2022).

Hao, Y. et al. Remplacement valvulaire pulmonaire par cathéter à partir d’un péricarde autologue par un stent en nitinol auto-expansible dans un modèle de mouton adulte. Journal des expériences visualisées. (184), e63661 (2022).

Martínez-Falguera, D. et al. Infarctus du myocarde par déploiement percutané de bobine d’embolisation dans un modèle porcin. Journal des expériences visualisées. (177), E63172 (2021).

Tubeeckx, M. R. L. et al. Péricardite stérile chez les miniporcs aix-la-chapelle comme modèle de myopathie auriculaire et de fibrillation auriculaire. Journal des expériences visualisées. (175), E63094 (2021).

Éditorial

Les maladies cardiovasculaires (MCV) représentent la principale cause de morbidité et de mortalité dans le monde1. Par conséquent, des recherches dans ce domaine sont nécessaires. Bien qu’elle soit quelque peu controversée, surtout si elle n’est pas bien faite, l’utilisation d’animaux à des fins de recherche et de formation reste une étape obligatoire de la recherche translationnelle. De petits modèles animaux ont considérablement contribué à démêler les mécanismes cellulaires et moléculaires des MCV, mais l’extrapolation à un scénario clinique est entravée par les remarquables dissemblances cardiovasculaires avec les humains 2,3. D’où l’importance des grands modèles animaux, car ils sont plus proches des humains en ce qui concerne la taille ainsi que les caractéristiques anatomiques et physiologiques 3,4.

Bien que les modèles expérimentaux ne puissent pas ressembler entièrement à la condition clinique, cette collection de méthodes vise à aider les chercheurs à choisir le grand modèle animal qui représente le mieux la maladie étudiée afin de permettre aux chercheurs de tester de nouvelles procédures et de nouveaux dispositifs dans des systèmes qui recréent l’anatomie humaine, tout en donnant la priorité au bien-être animal. Ces modèles animaux visent également à aider les professionnels de la santé à apprendre et à pratiquer des procédures difficiles dans des systèmes similaires à ceux de l’homme à l’aide d’équipements de qualité clinique et de techniques chirurgicales4.

Les maladies cérébrovasculaires impliquent une série de conditions, y compris les anévrismes intracrâniens (AI) qui présentent un taux de mortalité élevé en cas de rupture. Le développement de nouveaux outils ou de stratégies thérapeutiques pour la prise en charge de l’IA doit être exploré dans un cadre préclinique avant que l’application à un scénario clinique puisse être effectuée. Blanco-Blázquez et al. décrivent deux modèles de porcs anévrismaux créés chirurgicalement qui montrent des résultats encourageants dans le domaine de la recherche sur les anévrismes non rompus et la formation aux techniques de neuroradiologie5. Bien que les modèles décrits ne reproduisent pas complètement les circonstances physiopathologiques impliquées dans le développement des anévrismes en termes d’hémodynamique, ils se sont avérés équivalents à la condition observée chez l’homme. En conséquence, il était approprié pour les professionnels de la santé de pratiquer différentes procédures endovasculaires et utile pour les chercheurs d’explorer de nouvelles options thérapeutiques5.

Bien que les traitements actuels de l’infarctus du myocarde (IM) puissent réduire la mortalité précoce, une proportion importante de patients développent une insuffisance cardiaque progressive. Martínez-Falguera et al. décrivent un modèle d’IM obtenu par déploiement permanent de bobines chez le porc qui pourrait être bénéfique dans l’exploration de nouvelles options thérapeutiques6. La méthode décrite s’est avérée réalisable et hautement reproductible. Il évite la nécessité de procédures à cœur ouvert et la réaction inflammatoire qui l’accompagne après la chirurgie. Un avantage important est que ce modèle reproduit la pathogenèse de l’IM non revascularisé trouvée chez l’homme et qu’il convient aux modèles d’IM dans leur phase aiguë, subaiguë et même chronique, en fonction de la durée du suivi d’une étude donnée6.

Lors de l’étude de l’infarctus du myocarde ou d’autres affections cardiaques, l’examen macroscopique post-mortem du cœur est complexe et peut être associé à plusieurs erreurs d’approche ou d’interprétation. Pour cette raison, des protocoles standardisés d’examen macroscopique et de collecte d’échantillons sont essentiels pour garantir la comparabilité, la reproductibilité et le succès des études expérimentales sur les MCV menées sur de grands modèles animaux. Constantin et Tăbăran démontrent deux protocoles d’examen macroscopique standard (méthodes d’entrée-sortie et de dissection à quatre chambres), en soulignant les méthodes d’examen macroscopique et les sites d’échantillonnage couramment utilisés pour l’analyse histopathologique qui peuvent être adaptés à n’importe quelle espèce7. Le protocole présenté pourrait servir de ligne directrice pour la dissection cardiaque, qui peut facilement être utilisée dans des investigations nécessitant une évaluation cardiaque exhaustive7.

Le remplacement valvulaire pulmonaire par cathéter est de plus en plus fréquent chez les patients atteints de cardiopathie congénitale, de dysfonctionnement acquis de la voie d’éjection ventriculaire droite ou d’une bioprothèse valvulaire. Bien que les résultats précoces et tardifs dans le scénario clinique soient satisfaisants, il existe de nombreux défis cliniques qui doivent être pris en compte pour l’emploi à vie, en particulier chez les jeunes. L’étude présentée par Hao et al. montre la faisabilité et l’innocuité à long terme d’une valve pulmonaire nouvellement développée8. Les auteurs utilisent le péricarde pour concevoir une valve pulmonaire autologue qui est ensuite implantée à l’emplacement de la valve pulmonaire native au moyen d’un stent en nitinol auto-expansible par cathétérisme de la veine jugulaire dans un modèle de mouton. Bien que l’étude présente certaines limites, telles que la taille de l’échantillon utilisé, elle constitue une avancée considérable pour une mise en œuvre sûre et efficace des essais précliniques à venir ainsi que pour l’application en milieu clinique.

La fibrillation auriculaire (FA) est l’arythmie cardiaque la plus étendue attribuable à la myopathie auriculaire structurelle, définie comme un remodelage structurel des oreillettes. La découverte de nouvelles approches thérapeutiques nécessite le développement de grands modèles animaux reproductibles de myopathie auriculaire. La plupart des modèles actuellement disponibles reposent sur la tachypacing auriculaire, qui reproduit les troubles de la conduction mais en l’absence de changements structurels qui précèdent normalement les changements électriques. Pour répondre à cette exigence, Tubeeckx et al. décrivent un modèle cliniquement pertinent de myopathie auriculaire porcine induite par une péricardite stérile, montrant l’inductibilité de la FA ainsi que le développement rapide de l’inflammation et de la fibrose. Présentant les caractéristiques précédemment décrites, ce grand modèle animal pourrait aider à explorer de nouvelles stratégies pour le traitement de la myopathie auriculaire et de la FA9.

Au cours des dernières années, nous avons assisté à des progrès impressionnants dans la prise en charge des MCV, permettant des connaissances mécanistes et de nouvelles approches thérapeutiques. Alors que le nombre d’animaux utilisés à des fins de recherche et de formation doit diminuer conformément aux considérations éthiques actuelles et que les études impliquant des modèles animaux doivent être optimisées en tenant compte du bien-être animal10, les animaux de laboratoire ne peuvent pas être entièrement remplacés par d’autres systèmes. Les grands modèles animaux resteront le meilleur outil pour faire progresser la compréhension des mécanismes des MCV humaines11, car l’utilisation de paramètres similaires à ceux de l’homme augmente les chances que les résultats de laboratoire se traduisent par des traitements efficaces4. Une plate-forme représentative des interactions biologiques complexes présentes dans les maladies cliniques est nécessaire pour faire progresser la compréhension de ces conditions très répandues. À ce titre, les grands modèles animaux décrits dans cette collection de méthodes pourraient aider à combler le fossé entre le laboratoire et le chevet du patient, contribuant ainsi à la connaissance de la pathogenèse des maladies et représentant des outils essentiels pour développer des techniques de diagnostic et des stratégies thérapeutiques. Cette collection complète de méthodes va des maladies cérébrovasculaires aux cardiopathies structurelles, rythmiques et ischémiques, jusqu’aux techniques d’échantillonnage essentielles nécessaires pour obtenir des résultats significatifs. De plus, ces modèles permettent aux médecins de pratiquer des procédures difficiles dans des systèmes proches de l’anatomie humaine et d’améliorer les approches cliniques de plusieurs MCV.

Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Nous tenons à remercier tous les auteurs pour leurs excellentes contributions à cette collection. Cette recherche a été financée par l’Agencia Estatal de Investigación (PID2019-107329RA-C22/AEI/10.13039/501100011033), la Consejería de Economía, la Ciencia y Agencia Digital, la Junta de Extremadura (IB20191, GR18199) et l’Instituto de Salud Carlos III (PI20/00247, CB16/11/00494), cofondée par le Fonds européen de développement régional « Une manière de faire l’Europe ».

Références

  1. Tsao, C. W., et al. Heart disease and stroke statistics—2022 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 145 (8), 153(2022).
  2. Spannbauer, A., et al. Large animal models of Heart Failure With Reduced Ejection Fraction (HFrEF). Frontiers in Cardiovascular Medicine. 6, 117(2019).
  3. Dixon, J. A., Spinale, F. G. Large animal models of heart failure: a critical link in the translation of basic science to clinical practice. Circulation. Heart Failure. 2 (3), 262-271 (2009).
  4. Tsang, H. G., et al. Large animal models of cardiovascular disease. Cell Biochemistry and Function. 34 (3), 113-132 (2016).
  5. Blanco-Blázquez, V., et al. Swine models of aneurysmal diseases for training and research. Journal of Visualized Experiments. (181), e63616(2022).
  6. Martínez-Falguera, D., et al. Myocardial infarction by percutaneous embolization coil deployment in a swine model. Journal of Visualized Experiments. (177), e63172(2021).
  7. Constantin, I., Tăbăran, A. F. Dissection techniques and histological sampling of the heart in large animal models for cardiovascular diseases. Journal of Visualized Experiments. (184), e63809(2022).
  8. Hao, Y., et al. Transcatheter pulmonary valve replacement from autologous pericardium with a self-expandable nitinol stent in an adult sheep model. Journal of Visualized Experiments. (184), e63661(2022).
  9. Tubeeckx, M. R. L., et al. Sterile pericarditis in aachener minipigs as a model for atrial myopathy and atrial fibrillation. Journal of Visualized Experiments. (175), e63094(2021).
  10. Ribitsch, I., et al. Large animal models in regenerative medicine and tissue engineering: To do or not to do. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 8, 972(2020).
  11. Zaragoza, C., et al. Animal models of cardiovascular diseases. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 497841(2011).

Réimpressions et autorisations

Mots-clés

Swine ModelsAneurysmal DiseasesHeart Dissection TechniquesHistological SamplingTranscatheter Pulmonary Valve ReplacementAdult Sheep ModelMyocardial InfarctionPercutaneous EmbolizationSterile PericarditisAtrial MyopathyAtrial Fibrillation