Summary

Un grande modello animale per l'ipertensione polmonare e l'insufficienza ventricolare destra: legatura dell'arteria polmonare sinistra e bendaggio progressivo dell'arteria polmonare principale nelle pecore

Published: July 15, 2021
doi:

Summary

Questo manoscritto descrive la tecnica chirurgica e l’approccio sperimentale per sviluppare un grave sovraccarico di pressione ventricolare destra per modellare i loro fenotipi adattivi e disadattivi.

Abstract

L’insufficienza ventricolare destra scompensata (RVF) nell’ipertensione polmonare (PH) è fatale, con opzioni di trattamento medico limitate. Lo sviluppo e la sperimentazione di nuove terapie per il PH richiede un modello animale di grandi dimensioni clinicamente rilevante di aumento della resistenza vascolare polmonare e della RVF. Questo manoscritto discute l’ultimo sviluppo del modello PH-RVF ovino precedentemente pubblicato che utilizza la legatura dell’arteria polmonare sinistra (PA) e l’occlusione PA principale. Questo modello di PH-RVF è una piattaforma versatile per controllare non solo la gravità della malattia, ma anche la risposta fenotipica del RV.

Le pecore adulte (60-80 kg) sono state sottoposte a legatura PA (LPA) sinistra, posizionamento del bracciale PA principale e inserimento del monitor di pressione RV. Il bracciale PA e il monitor di pressione RV sono stati collegati alle porte sottocutanee. I soggetti sono stati sottoposti a banding PROGRESSIVO PA due volte a settimana per 9 settimane con misure sequenziali di pressione RV, pressione del bracciale PA e gas ematico venoso misto (SvO2). All’inizio e all’endpoint di questo modello, la funzione ventricolare e le dimensioni sono state valutate utilizzando l’ecocardiografia. In un gruppo rappresentativo di 12 soggetti animali, la pressione media e sistolica del RV è aumentata da 28 ± 5 e 57 ± 7 mmHg alla settimana 1, rispettivamente, a 44 ± 7 e 93 ± 18 mmHg (deviazione standard media ±) entro la settimana 9. L’ecocardiografia ha dimostrato risultati caratteristici del PH-RVF, in particolare la dilatazione del camper, l’aumento dello spessore della parete e l’incurvamento del setto. L’andamento longitudinale della pressione del bracciale SvO2 e PA dimostra che il tasso di banding PA può essere titolato per suscitare fenotipi RV variabili. Una strategia di banding PA più veloce ha portato a un calo precipitoso di SvO2 < 65%, indicando uno scompenso RV, mentre una strategia più lenta e più ritmata ha portato al mantenimento di SvO2 fisiologico al 70% -80%. Un animale che ha sperimentato la strategia accelerata ha sviluppato diversi litri di versamento pleurico e ascite entro la settimana 9. Questo modello ph-RVF cronico fornisce uno strumento prezioso per studiare i meccanismi molecolari, sviluppare biomarcatori diagnostici e consentire l'innovazione terapeutica per gestire l'adattamento e il disadattamento del RV dal PH.

Introduction

L’insufficienza ventricolare destra scompensata (RV) è la causa predominante di morbilità e mortalità per i pazienti con ipertensione polmonare (PH). Il fallimento del camper è responsabile di oltre il 50% dei ricoveri in pazienti con PH ed è una causa comune di morte in questa popolazione di pazienti1,2. Sebbene gli attuali trattamenti medici per il PH possano fornire misure temporizzanti, non invertono la progressione della malattia. Come tale, l’unico trattamento a lungo termine è il trapianto di polmone. Per esplorare e testare nuovi trattamenti e interventi medici per PH e RVF, è necessario un modello animale clinicamente rilevante per ricapitolare la complessa fisiopatologia della malattia. In particolare, vi è una grande necessità clinica di sviluppare terapie mirate al camper per i pazienti con PH per migliorare la funzione del RV. Ad oggi, la maggior parte degli studi pubblicati sugli animali sulla disfunzione di PH e RV si sono basati su piccoli mammiferi come topi e ratti3. D’altra parte, ci sono stati solo una manciata di modelli animali di grandi dimensioni per studiare la malattia e la fisiopatologia RV da postcarico anormale4,5,6,7. Inoltre, nessuno dei modelli animali di grandi dimensioni precedentemente pubblicati include descrizioni di procedure sperimentali per la titolazione controllata della gravità della malattia che porta in modo differenziale a fenotipi di fallimento RV compensati rispetto a quelli scompensati. Un modello animale di PH che può essere titolato per indurre insufficienza RV acuta e cronica con vari gradi di compensazione è necessario per studiare i meccanismi della malattia e per sviluppare, testare e tradurre nuove diagnosi e terapie per PH e RVF nella pratica clinica. Un tale modello in un animale di grandi dimensioni è particolarmente prezioso per lo sviluppo di dispositivi di supporto circolatorio meccanico8.

Qui, viene presentato un modello PH-RVF cronico di grandi dimensioni che utilizza la legatura dell’arteria polmonare sinistra (PA) e il bendaggio PA principale progressivo nelle pecore adulte9,10. La legatura del PA sinistro (LPA) aumenta la resistenza vascolare polmonare e diminuisce la capacità pa11,12. L’approccio progressivo di banding PA consente una titolazione precisa della gravità della malattia e dell’adattamento RV. Questa piattaforma può anche essere prontamente utilizzata per l’indagine longitudinale della progressione della malattia verso lo scompenso del RV. Le procedure e i processi necessari per eseguire questo modello sono presentati come una risorsa per gli investigatori interessati a una grande piattaforma animale per sviluppare nuovi trattamenti per PH e RVF.

Protocol

Il Comitato istituzionale per la cura e l’uso degli animali presso il Vanderbilt University Medical Center ha approvato il protocollo. Le procedure descritte sono state condotte in conformità con la Guida per la cura e l’uso degli animali da laboratorio del Consiglio nazionale delle ricerche degli Stati Uniti, 8a edizione. La panoramica e la tempistica della procedura sperimentale sono fornite nella Figura 1. La tabella supplementare 1 descrive il sesso, il peso, …

Representative Results

Un gruppo rappresentativo di 12 pecore viene utilizzato per mostrare l’efficacia di questo modello per lo sviluppo di vari gradi di PH-RVF. Tra queste pecore, la pressione media del bracciale PA è aumentata da 32 ± 20 mmHg alla settimana 1 a 1002 ± 429 mmHg alla settimana 9. Ciò ha comportato un aumento della media RV e delle pressioni sistoliche da 28 ± 5 e 57 ± 7 mmHg alla settimana 1, rispettivamente, a 44 ± 7 e 93 ± 18 mmHg entro la settimana 9. Inoltre, il profilo di pressione del bracciale PA è stato sovra…

Discussion

Il modello PH-RVF presentato può indurre in modo affidabile diversi livelli di gravità della malattia per soddisfare gli obiettivi dell’indagine. Due diversi approcci sono utilizzati in combinazione per indurre questo modello di malattia. In primo luogo, la legatura LPA serve ad aumentare la resistenza vascolare polmonare e diminuire la capacità PA11,12, stabilendo così il punto di partenza del modello cronico in uno stato di postcarico RV già aumentato. Qui…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questo lavoro è stato finanziato dal National Institutes of Health R01HL140231. Ringraziamo la Divisione di Animal Care per la loro zootecnia e cure veterinarie. Ringraziamo l’SR Light Laboratory e il suo staff, Jamie Adcock, Susan Fultz, Codi VanRooyen e José Diaz, per il loro supporto tecnico dedicato con grandi interventi chirurgici sugli animali.

Materials

 0.9% Sodium Chloride Irrigation Pour Bottle by Baxter Healthcare, 1000 mL Medline  BHL2F7124 Surgical Disposable
0.25% Bupivacaine Hospira Inc 0409-1160-18 Medication, Intra-Operative
0.9% Normal Saline, 1000 mL Baxter Healthcare Corp 0338-0049-04 Medication, Intra-Operative
0.9% Normal Saline, 500 mL Baxter Healthcare Corp.,  0338-0049-03 Medication, Chronic PH
16 mm Heavy Duty Occluder with actuating tubing Access Technologies  OC-16HD Surgical Disposable
3-mL Skin Prep Applicator Medline  MDF260400 Surgical Disposable
70% isopropyl alcohol prep pads Medline MDS090670 Disposable, Chronic PH
Adhesive bandage tape Patterson Veterinary Disposable, Chronic PH
Adson forceps V. Mueller NL1400 Surgical Instrument
Allis tissue forceps V. Mueller CH1560 Surgical Instrument
Aortic clamp, straight (bainbridge forceps) V. Mueller SU6001 Surgical Instrument
Backhaus towel forceps V. Mueller SU2900 Surgical Instrument
Bags, Infusion: Nonsterile Novaplus Infusion Bag, 500 mL Medline TCV4005H Disposable, Chronic PH
Berry sternal needle holder V. Mueller CH2540 Surgical Instrument
Blades, Electrode: Electrode Blade, 6.5", with 0.24 cm Shaft Medline  VALE15516 Surgical Disposable
Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #10 Medline  B-D371210 Surgical Disposable
Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #11 Medline  B-D371211 Surgical Disposable
Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #15 Medline  B-D371215 Surgical Disposable
BNC Male to BNC Male Cable Digi-Key 415-0198-036 Equipment
Castroviejo needle holder V. Mueller CH8589 Surgical Instrument
Cefazolin Apotex Corp 60505-6142-0 Medication, Intra-Operative
Ceftiofur Crystalline Free Acid Zoetis Inc 54771-5223-1 Medication, Post-Operative
Chest Drain, with Dry Suction, Adult-Pediatric Medline  DEKA6000LFH Surgical Disposable
Chest tube passer V. Mueller CH04189 Surgical Instrument
COnfidence Flowprobes for Research (PAU-Series) Transonic 24PAU Equipment, Perivascular Flow Probe
Cooley tangential occlusion clamp V. Mueller CH6572 Surgical Instrument
Data Acquisition Hardware ADInstruments  PowerLab 16/30 Equipment
DeBakey Aorta clamp V. Mueller CH7247 Surgical Instrument
DeBakey multi-purpose clamp V. Mueller CH7276 Surgical Instrument
Debakey tissue forceps, 12’’ V. Mueller CH5906 Surgical Instrument
Debakey vascular tissue forceps 7 3/4’’ V. Mueller CH5902 Surgical Instrument
Debakey vascular tissue forceps, 9’’ V. Mueller CH5904 Surgical Instrument
Electrosurgical Generator Covidien  Force FX-C Equipment
Endotracheal Tube, 10mm Patterson Veterinary 07-882-9008 Surgical Disposable
Enrofloxacin Norbrook Laboratories Limited 55529-152-05 Medication, Intra-Operative
Fentanyl Transdermal Patch Apotex Corp 60505-7007-2 Medication, Pre-Operative
Ferris smith tissue forceps V. Mueller SU2510 Surgical Instrument
Finochietto rib spreaders, large V. Mueller CH1220-1 Surgical Instrument
Finochietto rib spreaders, medium V. Mueller CH1215-1 Surgical Instrument
Flexsteel ribbon retractor, 1” x 13” V. Mueller SU3340 Surgical Instrument
Flexsteel ribbon retractor, 2” x 13” V. Mueller SU3346 Surgical Instrument
Foerster sponge forceps, curved V. Mueller GL660 Surgical Instrument
Gauze Sponges: Sterile X-ray Compatible Gauze Sponges, 16-Ply, 4" x 4" Medline  PRM21430LFH Surgical Disposable
Gerald-DeBakey forceps V. Mueller CH04242 Surgical Instrument
Glassman Allis V. Mueller SU6152 Surgical Instrument
Halsted mosquito forceps V. Mueller SU2702 Surgical Instrument
Harken clamp V. Mueller CH6462 Surgical Instrument
Heat Therapy Pump Gaymar/Stryker  TP-400 Equipment
Heparin Fresenius Kabi,  63323-540-31 Medication, Chronic PH
Hospira Primary IV Sets, 80" Patterson Veterinary 07-835-0123 Surgical Disposable
Hypertonic saline 3% Baxter Healthcare Corp.,  0338-0054-03 Medication, Chronic PH
Hypodermic Needle with Bevel and Regular Wall, 20 G x 1" Medline B-D305175Z Disposable, Chronic PH
Interface Cable, Edwards LifeScience Transducer to ADInstruments  Bridge Amplifier Fogg System 0395-2434 Equipment
Intravenous Infusion Pump Heska  Vet/IV 2.2 Infusion Pump Equipment
Isoflurane Patterson Veterinary 14043-704-06 Medication, Pre-Operative
Kantrowitz thoracic clamp, 9-1/2” V. Mueller CH1722 Surgical Instrument
Kelly hemostats V. Mueller 88-0314 Surgical Instrument
Lidocaine HCl, 2.46% PRN Pharmacal,  49427-434-04 Medication, Chronic PH
Ligaclip Multiple-Clip Appliers by Ethicon Medline  ETHMCS20 Surgical Disposable
Loop, Vessel, Mini, Red, 2/pk, Sterile Medline  DYNJVL12 Surgical Disposable
Lorna non-perforating towel forceps V. Mueller SU2937 Surgical Instrument
Mayo dissecting scissors, curved V. Mueller SU1826 Surgical Instrument
Mayo dissecting scissors, straight V. Mueller SU1821 Surgical Instrument
Medipore Dress-It Pre-Cut Dressing Covers by 3M Medline  MMM2955Z Surgical Disposable
Meloxicam Patterson Veterinary 14043-909-10 Medication, Post-Operative
Mixter thoracic forceps, 9” V. Mueller CH1730-003 Surgical Instrument
Mosquito hemostats V. Mueller 88-0301 Surgical Instrument
Multi-Channel Research Consoles Transonic T402/T403 Equipment, Perivascular Flow Meter
Multi-Lumen Central Venous Catheterization Kits Medline  ARW45703XP1AH Surgical Disposable
Multi-Parameter Vital Signs Monitor Smiths Medical  SurgiVet Advisor 3 Equipment
Needles: Hypodermic Needle with Regular Bevel, Sterile, 18 G x 1.5" Medline  B-D305185Z Surgical Disposable
No. 3 knife handle V. Mueller SU1403-001 Surgical Instrument
No. 7 knife handle V. Mueller SU1407 Surgical Instrument
Non-Vented Male Luer Cap Qosina 13614 Disposable, Chronic PH
Octal Bridge Amplifier ADInstruments  FE228 Equipment
Ophthalmic Ointment Akorn Animal Health 59399-162-35 Medication, Pre-Operative
Penrose Tubing, 6 mm x 46 cm, 11 mm Flat Medline  SWD514604H Surgical Disposable
Perma-Hand Black Braided Silk:  2-0 SH Taperpoint Needle, Control Release, 30" Medline   ETHD8552 Surgical Disposable
Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 0, 6 x 30” Medline   ETHA306H Surgical Disposable
Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 4-0, 12 x 30" Medline  ETHA303H Surgical Disposable
Phenylephrine West-Ward 0641-6142-25 Medication, Intra-Operative
Polyhesive Cordless Patient Return Electrodes, Adult Medline  SWDE7509 Surgical Disposable
Port-A-Cath Huber Needle, Straight, 22 G x 1-1/2" Medline AAKM21200724 Disposable, Chronic PH
PROLENE Monofilament Suture, Blue, Size 4-0, 36", Double Arm, RB-1 Needle Medline  ETHD7143 Surgical Disposable
PROLENE Polypropylene Monofilament Suture, Blue, Double-Armed, RB-1 Needle, Size 5-0, 24" Medline  ETH8555H Surgical Disposable
Regional Block Needles, 22-gauge Medline  B-D408348Z Surgical Disposable
Schnidt tonsil artery forceps V. Mueller M01700 Surgical Instrument
Skin staple extractor Medline CND3031 Disposable, Chronic PH
Skin stapler 35 wide, with counter Medline  STAPLER35W Surgical Disposable
Sphygmomanometer Medline Equipment
Sponge bowl V. Mueller GE-75 Surgical Instrument
Sponge, Lap: X-Ray Detectable Sterile Lap Sponge, 18" x 18", 5/Pack Medline  MDS241518HH Surgical Disposable
Sponge, Peanut: X-Ray Detectable Sterile Peanut Sponge, Small, 3/8" Medline  MDS72038 Surgical Disposable
Sterile Disposable Deluxe OR Towel, Blue, 17'' x 27'', 2/Pack Medline  MDT2168202 Surgical Disposable
Sterile Luer-Lock Syringe, 3 mL Medline SYR103010Z Disposable, Chronic PH
Sterile Luer-Lock Syringe, 5 mL Medline SYR105010Z Disposable, Chronic PH
Sterile Surgical Equipment Probe Covers Medline  DYNJE5930 Surgical Disposable
Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI Medline  DYNJSC301 Surgical Disposable
Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI Medline DYNJSC301 Disposable, Chronic PH
Subcutaneous Port with 5-French Connector and Blue Boot Access Technologies CP2AC-5NC Surgical Disposable
Super cut metzenbaum dissecting scissors V. Mueller CH2032-S Surgical Instrument
Super cut nelson-metzenbaum dissecting scissors V. Mueller CH2025-S Surgical Instrument
Syringes: Sterile Luer-Lock Syringe, 10 mL Medline  SYR110010Z Surgical Disposable
Thoracic Catheter, Straight, 28 Fr x 20" Medline SWD570549H Surgical Disposable
Three-quarter surgical drape Medline  DYNJP2414H Surgical Disposable
Tiletamine + Zolazepam Zoetis Inc 54771-9050-1 Medication, Pre-Operative
TourniKwik Tourniquet Set with Four 7.5" Bronze-Colored Tubes and 1 Snare, 12 French Medline  CVR79013 Surgical Disposable
Transducer clip Edwards LifeScience TCLIP05 Equipment
Trigger Aneroid Gauge (Sphygmomanometer) Patterson Veterinary 07-815-0464 Equipment
TruWave Disposable Pressure Transducer Kits by Edwards Lifesciences Medline  VSYPX260 Surgical Disposable and Chronic PH
TS420 Perivascular Flow Module Transonic TS420 Equipment, Perivascular Flow Meter
Tubing, Suction: Sterile Universal Suction Tubing with Straight Ribbed Connectors, 1/4" x 12' Medline  OR612 Surgical Disposable
Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L Medline DYNJPMTBG72MF Surgical Disposable
Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L Medline DYNJPMTBG72MF Disposable, Chronic PH
Tubular Elastic Dressing Retainer Medline DERGL711 Disposable, Chronic PH
Tuffier rib retractor V. Mueller CD1101 Surgical Instrument
Tygon E-3603 Flexible Tubings Fisher Scientific 14-171-227 Surgical Disposable
U.S.A retractor V. Mueller SU3660 Surgical Instrument
Umbilical Tape, Cotton, 3-Strand, 1/8 x 36" Medline  ETHU12TH Surgical Disposable
Valleylab Button Switch Pencil Medline  VALE2516H Surgical Disposable
Vanderbilt deep vessel forceps V. Mueller CH1687 Surgical Instrument
Veterinary Anesthesia Machine Midmark  Matrx VMC Equipment
Veterinary Anesthesia Ventilator Hallowell EMC  Model 2000 Equipment
Vicryl: Undyed Coated Vicryl 0 CT-1 36" Suture Medline  ETHVCP946H Surgical Disposable
Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2 TP-1 Taper 54" Suture Medline  ETHVCP880T Surgical Disposable
Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2-0 CT-1 18" Suture Medline  ETHVCP739D Surgical Disposable
Vital crile-wood needle holder, 10-3/8” V. Mueller CH2427 Surgical Instrument
Vital mayo-hegar needle holder, 7-1/4” V. Mueller CH2417 Surgical Instrument
Vital metzenbaum dissecting scissors, 14’’ V. Mueller CH2009 Surgical Instrument
Vital metzenbaum dissecting scissors, 9” V. Mueller CH2006 Surgical Instrument
Vital ryder needle holder, 9” V. Mueller CH2510 Surgical Instrument
Yankauer, Bulb Tip: Sterile Rigid Yankauer with Bulb Tip, No Vent Medline  DYND50130 Surgical Disposable

Riferimenti

  1. Campo, A., et al. Outcomes of hospitalization for right heart failure in pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 38 (2), 359-367 (2011).
  2. Tonelli, A. R., et al. Causes and circumstances of death in pulmonary arterial hypertension. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 188 (3), 365-369 (2013).
  3. Urashima, T., et al. Molecular and physiological characterization of RV remodeling in a murine model of pulmonary stenosis. American Journal of Physiology- Heart and Circulatory Physiology. 295 (3), (2008).
  4. Sato, H., et al. Large animal model of chronic pulmonary hypertension. ASAIO Journal. 54 (4), 396-400 (2008).
  5. Pohlmann, J. R., et al. A low mortality model of chronic pulmonary hypertension in sheep. Journal of Surgical Research. 175 (1), 44-48 (2012).
  6. Noly, P. -. E., Guihaire, J., Coblence, M., Dorfmuller, P., Fadel, E., Mercier, O. Chronic thromboembolic pulmonary hypertension and assessment of right ventricular function in the piglet. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (105), e53133 (2015).
  7. Pereda, D., et al. Swine model of chronic postcapillary pulmonary hypertension with right ventricular remodeling: Long-term characterization by cardiac catheterization, magnetic resonance, and pathology. Journal of Cardiovascular Translational Research. 7 (5), 494-506 (2014).
  8. Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large animal models of heart failure: A translational bridge to clinical success. JACC: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
  9. Ukita, R., et al. Left pulmonary artery ligation and chronic pulmonary artery banding model for inducing right ventricular – pulmonary hypertension in sheep. ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992. 67 (1), 44-48 (2020).
  10. Ukita, R., et al. Progression toward decompensated right ventricular failure in the ovine pulmonary hypertension model. ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992. , (2021).
  11. Mercier, O., et al. Piglet model of chronic pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 3 (4), 908-915 (2013).
  12. Guihaire, J., et al. Right ventricular plasticity in a porcine model of chronic pressure overload. Journal of Heart and Lung Transplantation. 33 (2), 194-202 (2014).
  13. Tang, K. J., Robbins, I. M., Light, R. W. Incidence of pleural effusions in idiopathic and familial pulmonary arterial hypertension patients. Chest. 136 (3), 688-693 (2009).
  14. Luo, Y. F., et al. Frequency of pleural effusions in patients with pulmonary arterial hypertension associated with connective tissue diseases. Chest. 140 (1), 42-47 (2011).
  15. Brixey, A. G., Light, R. W. Pleural effusions occurring with right heart failure. Current Opinion in Pulmonary Medicine. 17 (4), 226-231 (2011).
  16. Bovine High-mountain Disease. Merck and the Merck Veterinary Manual Available from: https://www.merckvetmanual.com/circulatory-system/bovine-high-mountain-disease/bovine-high-mountain-disease (2019)
  17. Van De Veerdonk, M. C., et al. Progressive right ventricular dysfunction in patients with pulmonary arterial hypertension responding to therapy. Journal of the American College of Cardiology. 58 (24), 2511-2519 (2011).

Play Video

Citazione di questo articolo
Ukita, R., Stokes, J. W., Wu, W. K., Talackine, J., Cardwell, N., Patel, Y., Benson, C., Demarest, C. T., Rosenzweig, E. B., Cook, K., Tsai, E. J., Bacchetta, M. A Large Animal Model for Pulmonary Hypertension and Right Ventricular Failure: Left Pulmonary Artery Ligation and Progressive Main Pulmonary Artery Banding in Sheep. J. Vis. Exp. (173), e62694, doi:10.3791/62694 (2021).

View Video