בדיקת יעילותם של סוכני פרמקולוגיים במודל אספקת קרום לב יעד של החזירים
7 ביולי 2016
פיתחנו מודל חזירים להעברת יעד של חומרים פרמקולוגיים בתוך החלל/נוזל קרום הלב. באמצעות גישה זו, ניתן לחקור את היתרונות היחסיים של תרופות הניתנות על פרפור פרוזדורים מושרה, תקופות עקשן יחסית ו/או הגנה איסכמית.
המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לזהות חומרים פרמקולוגיים המוחדרים לחלל הפריקרד שעשויים להפחית תופעות לוואי במהלך פרוצדורות כירורגיות, או לשפר את תוצאות ההשתלה. מובילי קוצב (pacing leads) מוחדרים לעליה הימנית ולחדר הימני כדי לקבוע את תקופת הרפרקטוריות (refractory period). מחקר של גירוי חשמלי פולסי באמצעות המתכנת קובע את תקופת הרפרקטוריות של העליות, של הצומת העליתי-חדרי ושל החדרים.
מחושב שוק לעיתקת העליה השמאלית כדי להשרות פרפור פרוזדורי (atrial fibrillation) במטרה לקבוע את עומס ה-AF. התרופה מוחדרת לחלל הפריקרד. תקופת הרפרקטוריות ועומס ה-AF נמדדים 30 דקות ו-60 דקות לאחר החדרה לפריקרד, לצורך השוואה למצב הבסיס.
בשלב הבא, ניתן תמיס קארדיופלגיה דרך קנולה בנתיב האורטה, והלב מופסק. כך ניתן להעריך את הישימות של סוכנים פרמקולוגיים שונים העשויים להפחית את השכיחות של הפרעות קצב לב ו/או נזק איסכמי, הן במהלך ניתוח לב והן במהלך השתלה. לבחירה בחזירים יש מספר יתרונות.
הוא מאפשר הצבה של מספר קטטרי חישוש ואלקטרודות קוצביות. האנטומיה הלבבית של החזיר מדמה זאת של אדם בוגר. ניתן ליצור בקלות ערסול פריקארדיאלי כירורגי בבעלי החיים, ונפחי הנוזל הפריקארדיאלי, ההתנהגות ההמודינמית והתכונות האלקטרופיזיולוגיות שלהם דומים לאלו של בני אדם.
פרוצדורות קליניות שונות עשויות להפיק תועלת מהגשה של תרופיתים למעטפת הלב (פריקרד), כולל הגשה, פרוצדורות ניתוח לב והשגת איברים להשתלה. שיטה זו יכולה לסייע גם במתן תשובות לשאלות קליניות חשובות הנוגעות לאבחון וטיפולים בלב, כגון אילו חומרים הם היעילים ביותר להגשה פריקרדיאלית במטרה להפחית את עומס ה-AF ו/או למנוע הפרעות קצב נלוות לפרוצדורות לבביות. חזיר השוקל 70 עד 80 קילוגרם הרדמה עמוקה ומחובר למסייע נשימה, כאשר isofluorine מוגש בשילוב של אוויר ביתי וחמצן.
לפני ההמשך, ודאו שהחזיר נמצא במישור עמוק של הרדמה על ידי בדיקת היעדר טוניס ביוק. התחילו את הניתוח על ידי גישה זהירה לוריד הג'וגולרי החיצוני ולעורק התריד מימין, באמצעות קאוטרי ודיסקציה קהה. לאחר החשיפה, הכניסו קטטר Swan-Ganz במידה 8.5 french לתוך הוריד הג'וגולרי החיצוני ונפחו את הבלון ל-1.5 CCs.
לאחר מכן, העבירו את הקטטר דרך העלייה הימנית אל תוך החדר, דרך המסתם הפולמונרי ומטה אל העורק הריאתי, עד שורגש לחץ Wedge. בנקודה זו, הגדילו את הבלון והשאירו את הקטטר במיקום זה. רשמו את הלחץ בעלייה הימנית ואת הלחץ בעורק הריאתי בעזרת הבלון.
בשלב הבא, הכניסו קטטר לחץ עם בלון בגודל five french לווריד הג'וגולרי החיצוני, והעבירו אותו אל תוך החדר הימני. הכניסו קטטר לחץ עם בלון 5F נוסף לעורק הת carotid, העבירו אותו דרך המסתם האאורטלי ומקמו אותו בחדר השמאלי. לאחר מכן, שטפו את כל קטטרי הלחץ עם 20 units per milliliter של סליין עם הפרין, והקליטו את כל נתוני הלחץ מהחדר השמאלי, החדר הימני, לחץ העורק הריאתי ולחץ העליה הימנית.
השלב הבא הוא גישה זהירה לווריד הג'וגולרי החיצוני השמאלי. לאחר ההגעה לווריד, יש להחדיר שני מגישי המוסטזיס (hemostasis introducers) במידה 11 french לווריד הג'וגולרי ולקבע אותם באמצעות תפר. לאחר מכן, יש להחדיר קטטרים ניתנים להכוונה לתוך המגישים.
כעת, התחילו להשתמש בהנחיה פלואורוסקופית. מקמו אלקטרודות קיבוע פעילות בנספח של האטריום הימני ובשיא (apex) של המערכת הימנית. חברו את כבלי האנליזר לאלקטרודות המושתלות, והשתמשו במכשיר תכנות כדי לבחון את הלכידה (capture).
הגדירו את הפרמטרים לשמונה קיפולים, 0.25 milliseconds, וקבעו את הקצב כך שיהיה גבוה ב-10 פעימות לדקה מהקצב האינטרינסי באותו זמן, או אף יותר. לאחר מכן, רשמו את העכבה היחסית עבור כל ליד. בשלב הבא, בצעו חתך מדיאלי מהתהליך ה-xyphoid עד לסמוך לנקודת ההי挿ח של שרירי ה-sternocleidomastoid.
לאחר מכן, בצעו חיתוך גזירה דרך חלקי מבנה עצם הגבס שנותרו, וכדי להסית את עצם הגבס, בצעו דיסקציה של הרצועה שבין הגבס לחוטב הלב (sternal-pericardial ligament). כאשר עצם הגבס מוסתת, בצעו דיסקציה קהה כדי להפריד את חוטב הלב מרקמות הריפוד הפלאורליות. בשלב הבא, בצעו חתך מדיאלי-סגיטלי של שלושה עד חמישה סנטימטרים בחוטב הלב, וצרו ערסל של חוטב הלב באמצעות ארבעה תפרי קשרי-ריבוע בכל פינה.
לבסוף, מקמו אלקטרודה זמנית דו-קוטבית (bipolar lead) באזור השיא (apical region) של החדר השמאלי, ומקמו אלקטרודה זמנית חד-קוטבית (unipolar plunge) לקצב לב בתוך התוספת של העלייה השמאלית. כדי להתחיל, בצעו בדיקת PES. ראשית, הגדירו השראה מסוג burst בפרמטרי בדיקת ה-PES להמתנה לפעימות במרווחים של 400 או 300 milliseconds.
בשלב הבא, תכנתו קצב קוצבי של מינימום 300 מילישניות, והפחיתו את הקצב עד שפעימות לב הלב לא יתכווצו יותר. מצב זה מזוהה על ידי חיישני האלקטרודות הקוצביות, וקובע את תקופת ה refractory היחסית. לאחר מכן, חברו את הסטמולטור של Grass לנספח העליה השמאלית באמצעות אלקטרודת הקצב המוחדרת.
כוון את המכשיר להנפקת פולסים של שתי שניות בתדר של 4 Hz. בדוק את ההגדרות הללו באמצעות אוסצילוסקופ. כעת, הנפק פולס בודד לנספח העליה השמאלית (left atrial appendage) כדי להפחית פרפור פרוventriculari (atrial fibrillation), או AF. כדי לקבוע את עומס ה-AF היחסי, השתמש בגירוי של Grass פעם לדקה עד 10 פעמים, עד ש-AF נשמר למשך דקה אחת.
לאחר מכן, אפשרו לבעל החיים להישאר במצב של AF למשך עד 10 דקות. משך זמן זה מייצג את נטל ה-AF. אם הלב לא הפסיק מהפרעות קצב (fibrillation) לאחר 10 דקות, ניתן שוק חשמלי לעליות הלב באמצעות פאדלים ישירים בעוצמה של חמישה ג'אול כדי לסנכרן מחדש את הלב.
התחילו את ההגשה הפריקרדיאלית של הסוכן הפרמצבטי המוגן פוטנציאלית. תקופת הרפרקטוריות (refractory period) ועומס ה-AF נקבעים שוב 30 דקות ו-60 דקות לאחר ההגשה הפריקרדיאלית של הסוכן הפרמצבטי. כדי להוציא את הלב, השתילו תחילה את הקנולה לנתיב האורטלי.
בצעו דיסקציה זהירה של רקמת הפריקרד סביב האורטה העולה והסירו את הפריקרד. לאחר מכן, קבעו את הקנולה באמצעות תפרי ethibond 2.0 באורטה העולה, במרחק של כשני עד שלושה סנטימטרים זה מזה. לאחר קיבוע התפרים, ניתן 30,000 יחידות של heprin בווריד.
לאחר מכן, תפרו את קנולת נתיב האורטה לאורטה. כאשר מערכת ההגשה תחת לחץ, הסירו את חוד המנדרין (stylet bevel) והניחו תפס על הקנולה כדי לעצור את הזרימה. לאחר מכן, הכינו תמיסת קרדיוپلגיה קרה מסוג Saint Thomas להגשה בלחץ של 150 millimeters of mercury.
חברו קטטר השקיה למערכת ה-cardiopalegia המלוחצת באמצעות ברז תלת-כיווני. לאחר מכן, חברו את הברז לקניולה של נתיב האביון. כעת, בצעו clamp רוחבי (cross-clamp).
יש לשטוף את הלב בתמיסת קרדיופלגיה לכיוון המסתם האאורטלי, ובכך לסגור את המסתם ולהזרים דם לעורקים הכליליים. כדי למנוע לחץ יתר בלב, יש לבצע חתך בעורק הריאתי. לאחר שהלב הופסק, יש להוציאו ולהעבירו לבאפר Krebs henseleit קר.
כדי להחזיר את הלב לפעילות, בצעו קנולציה של כלי הדם בדרגה המתאימה תוך שימוש בשיטות גלויות של הלב. ברגע שהלב המבושף נמצא בטווח של חמש מעלות מ-37 °C, השחזירה קצב סינוס טבעי באמצעות שוקים של 34 joule לחדרים באמצעות אלקטרודות של טלאי אפיקרדי. עקבו אחר תפקוד הלב במשך שעה באמצעות אותם לחצים שנמדדו in situ.
בכל חמש דקות, קחו מדגם של 1 CC מהסינוס הכלילי. בכל 10 דקות, חשבו את עובי דופן החדר ואת מקדמי הפליטה. בשימוש בפרוטוקול המתואר, נצפתה עלייה ניכרת בתקופות הרפרקטוריות האפקטיביות של החדר בעקבות עירוי DHA in situ.
מדידה של הלחץ המקסימלי לאחר החייאה הראתה עלייה בלחץ החדר השמאלי בלבבות שטופלו ב-DHA בהשוואה לקבוצות הביקורת. הלחץ בחדר השמאלי בלבבות המטופלים היה גבוה באופן מובהק במספר נקודות זמן. טכניקה זו מאפשרת להעריך חומרים טיפוליים המועברים למטרה, אשר עשויים לשמש באופן תרגומי עבור חולים העוברים הליכים קרדיאלים, כולל ניתוח, או לצורך השכמת לבבות להשתלה.
שימוש בגישה ניסוית זו עשוי לסלול את הדרך עבור מנתחים וחוקרים לבחון חומרים אקטיביים ואסטרטגיות טיפול חדשניות המפחיתות פרפור פרוזדורי, מצמצמות נזק לשריר הלב ומפחיתות פגיעה נלווית כתוצאה מבישום מחדש (reperfusion injury).
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג מודל חזירים להגעה ממוקדת של חומרים פרמקולוגיים לחלל הפריקרד. המודל מאפשר לבחון את השפעותיהם של חומרים אלו על פרפור פרוזדורי והגנה איסכמית.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- אלקטרופיזיולוגיה של הלב
- פרמקולוגיה
- מודלים של בעלי חיים במחקר קרדיווסקולרי
רקע
- המודל של החזיר מדמה באופן הדוק את האנטומיה של הלב האנושי.
- מתן תרופות דרך הפריקרד עשוי להפחית תופעות לוואי ניתוחיות.
- הבנת יעילות התרופות במודל זה יכולה לשפר את תוצאות השבעות.
- מדידות אלקטרופיזיולוגיות הן קריטיות להערכת השפעות התרופות.
מטרת המחקר
- להערכת סוכנים פרמקולוגיים להפחתת נטל הפרעות קצב מסוג פרפור פרוזדורי (atrial fibrillation).
- להערכת המעשיות של הולכת תרופות במהלך ניתוח לב.
- לחקירת השפעות תרופות על תקופות רפרקטוריות ונזק איסכמי.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מיקום מובילי קוצבי ב atrium הימני ובחדר.
- השראת פרפור פרוזדורי באמצעות שוק חשמלי.
- מתן תרופות לחלל הפריקרד וניטור ההשפעות.
- הערכת תקופות רפרקטוריות ועומס AF במרווחי זמן מוגדרים.
תוצאות עיקריות
- סוכנים פרמקולוגיים שהוחדרו לחלל פריקרדיאלי הראו פוטנציאל בהפחתת נטל ה-AF.
- תקופות רפרקטוריות נמדדו ביעילות לאחר מתן התרופה.
- מודל החזירים הדגים יתרונות לחקר התערבויות לבביות.
- התוצאות עשויות להנחות פרקטיקות קליניות בניתוחי לב ובשתלות.
מסקנות
- מדל החזיר הוא כלי בעל ערך להערכת פרמקותרפיה לבבית.
- מתן תרופות דרך הפריקרדיום עשוי לשפר את התוצאות הכירורגיות.
- נדרשים מחקרים נוספים כדי למטב את בחירת התרופות ואת שיטות המתן.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסומכים
מתן ממוקד לקשרית הלב (pericardium) במודל של חזיר מאפשר הערכה ישירה של חומרים אנטי-אריתמיים ומגיני לב תוך מזעור תופעות לוואי סיסטמיות, ובכך נותן מענה לפער תרגומי קריטי בניתוחי לב והשתלות. גישה זו תומכת בביטחון ניבוי בבחירת החומרים ומספקת בסיס להחלטות קידום מותאמות סיכון עבור תרפיה תרופתית פרי-אופרטיבית ובמהלך השתלה. האנטומיה והאלקטרופיזיולוגיה של המודל, הדומות לאלו של בני אדם, מגבירות את ערכו לצורך מיון תיקי פיתוח והפחתת סיכונים מכניסטיים בשלבים מוקדמים של פיתוח תרופות קרדיו-וסקולריות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות להפרעות קצב והגנה איסכמית במערכת הרלוונטית למחלה.
- תומך בתיקוף תפקודי של מטרות על ידי כימות שינויים בתקופות רפרקטוריות ובעומס הפרעות קצב לאחר הטיפול.
- מסייע בהפחתת סיכונים מנגנוניים על ידי בידוד השפעות ספציפיות ללב של חומרים מועמדים.
- מספק ביטחון תחזיתי לקידום חומרים בעלי פרופילים לבביים חיוביים.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מקיים פלטפורמה מתוקפסת של בעלי חיים גדולים להערכה כמותית של נקודות קצה אלקטרופיזיולוגיות.
- מספק מדידות הדירות של נטל פרפירומיה בעלייה (atrial fibrillation) ותקופות רפרקטוריות במרווחי זמן מוגדרים.
- מאפשר סטנדרטיזציה של פרוטוקולי הזרקה לפריקרדיום עבור תהליכי סריקה המשכיים.
- תומך בהערכה מהימנה של יעילות תרכובות בהקשר פיזיולוגי רלוונטי.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתואם עם אסטרטגיות של ביומרקרים תרגומיים על ידי שיקוף של האנטומיה והתפקוד של הלב האנושי.
- מספק רציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני עבור התוויות פרי-אופרטיביות והשתלות.
- מנחה קידום מותאם-סיכון באמצעות כימות של תוצאות תפקודיות לאחר החייאה.
- מפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים על ידי אפשרות להערכה מוקדמת של השפעות ספציפיות ללב.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
מודל זה להגשה לתוך פריקרד חזיר מגשר בין שלבי הגילוי המוקדמים, זיהוי מועמדים ותיקוף פרה-קליני עבור תרפיה תרופתית לבבית המיועדת לטיפול בהפרעות קצב ובפגיעה איסכמית.
- ביולוגיית גילוי: תומכת בבדיקת היפותזות עבור השפעות של תרופות ספציפיות ללב וביסוף של מסלולים.
- סריקה: מספקת מדדים אלקטרופיזיולוגיים כמותיים הניתנים לשחזור לצורך השוואת תרכובות.
- אנליטיקה: מאפשרת מדידה של תקופות רפרקטוריות, עומס AF ומדדי לחץ לצורך קבלת החלטות לגבי המשך התקדמות (go/no-go).
- מחקר תרגומי: מבטיחה רלוונטיות למחלה ולאנטומיה לצורך רציפות מהשלב הפרה-קליני לשלב הקליני.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה ניתנת להרחבה ולשימוש חוזר להערכה של חומרים לבביים מגוונים ואסטרטגיות הובלה.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בפיתוח תרופות לבביות.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של מדידות אלקטרופיזיולוגיות והמודינמיות לצורך השוואתיות בין מחקרים.
- ערך אסטרטגי: משפר את יעילות ההון ותומך בקבלת החלטות go/no-go טובות יותר עבור חומרים פרי-אופרטיביים וחומרים להשתלות.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכון וקידום של מועמדים עם פרופילים לבביים חיוביים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניתוחים בבעלי חיים גדולים, אלקטרופיזיולוגיה של הלב וטכניקות של גישה לפריקרד.
- דורש מכשור ייעודי לניטור לחץ, קוצבי לב (pacing) ומיפוי לבבי.
- מחייב סטנדרטיזציה של פרוטוקולים כירורגיים ואנליטיים בין צוותים לצורך הדירות (reproducibility).
- התאמה למודלים אחרים של בעלי חיים גדולים עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול בהתאם לאנטומיה ולפיזיולוגיה.
- מגבלות מעשיות כוללות עצימות של משאבים וצורך במתקנים ובכוח אדם מומחים.
שאלות נפוצות בביו-פארמה
Chapters in this video
0:05
Title
2:07
Preparations of the Swine
2:27
Preparatory Surgery
5:15
Determining Baseline Refractory Period
5:46
Determining Baseline AF Burden
6:34
Pericardial Drug Delivery and Post-Treatment Time-points
6:55
Heart Explantation
8:16
Reanimation and In Vitro Study Paradigm
8:54
Pericardial Administration of Docosahexaenoic Acid
9:23
Conclusion
