Valutazione biventricolare della funzione cardiaca e delle anse pressione-volume mediante cateterismo a torace chiuso nei topi
15 giugno 2020
Di seguito è presentato un protocollo per valutare la funzione cardiaca biventricolare nei topi generando loop pressione-volume (PV) dal ventricolo destro e sinistro nello stesso animale utilizzando il cateterismo toracico chiuso. L'attenzione si concentra sull'aspetto tecnico della chirurgia e sull'acquisizione dei dati.
Questo protocollo consente una caratterizzazione completa e robusta della funzione cardiaca, nonché la quantificazione della funzione sistolica e diastolica nel ventricolo sinistro e destro dei topi. Questa tecnica propone una caratterizzazione globale della funzione cardiaca nei topi in quanto propone una categorizzazione sinistra e destra nello stesso animale. Per iniziare, isolare l'arteria carotide destra mediante dissezione smussata per spostare lateralmente il muscolo ioide sternale per esporre e isolare l'arteria carotide destra.
Quindi utilizzare una pinza per la dissezione smussata con sabbia per isolare l'arteria carotide dal nervo vago e far passare tre suture chirurgiche 4-0 sotto l'arteria, ma non il nervo. Per l'isolamento della vena giugulare destra, spostare lateralmente le ghiandole sottomandibolare e parotide. Visualizzare la vena giugulare destra e usare il forcipe per sezionare ed esporre senza mezzi termini la vena giugulare destra.
Sezionare con cura la vena per rimuovere la fascia circostante e passare la pinza sotto la vena giugulare. Passare una sutura chirurgica sotto la vena e legare la sutura al lato cranico della vena. Utilizzare una pinza emostatica per applicare una leggera trazione sulla sutura in direzione della testa e far passare due suture aggiuntive sotto la vena giugulare.
Utilizzare una seconda pinza per tirare delicatamente la sutura più distale in direzione caudale e fare un nodo sciolto nella sutura centrale. Quindi posizionare diverse gocce di soluzione fisiologica riscaldata sul vaso nel sito della venotomia prevista. Per il cateterismo del ventricolo destro, posizionare il topo sotto uno stereomicroscopio e identificare la vena giugulare.
Applicare delicatamente una trazione superiore alla vena e inserire un ago curvo calibro 30 tra il cranio e le suture con un angolo di 140 gradi. Per garantire che l'ago entri in modo coassiale. Dopo l'inserimento, spostare l'ago per dilatare la venotomia e inserire nella venotomia una punta del catetere da sei millimetri sotto l'ago.
Dopo aver fatto avanzare il catetere nel ventricolo destro, monitorare la classica forma d'onda della pressione del ventricolo destro su un monitor continuo per confermare il corretto posizionamento del catetere. Se necessario, ruotare delicatamente lo stelo del catetere fino a ottenere un posizionamento ottimale del catetere lungo l'asse del ventricolo destro. Per garantire la corretta posizione del catetere nel ventricolo destro e sinistro, è necessario leggere e interpretare attentamente la pressione, il volume, l'entità, le fasi, le tracce, nello stesso momento in cui si muove il catetere.
Quando è stato ottenuto un segnale di loop dell'ampiezza della pressione ottimale, premere invio sulla console per eseguire una scansione della linea di base e monitorare la frequenza cardiaca. Per generare i loop di pressione-volume, modificare il parametro dell'asse X da magnitudine a volume, lasciando la pressione come asse Y. Quando il segnale del loop del volume di pressione è ottimale.
Registra per 30 secondi. Al termine dell'analisi, interrompere la registrazione. Quindi posizionare il catetere rimosso in una soluzione di cloruro di sodio eparina.
Per il cateterismo del ventricolo sinistro, sollevare delicatamente l'arteria carotide destra con una pinza e legare la sutura cranica, occludendo così l'arteria. Utilizzare una pinza emostatica per applicare delicatamente la trazione diretta craniale sul vaso e utilizzare una pinza per tirare la sutura più distale in direzione caudale. Fare un nodo sciolto sulla sutura centrale e aggiungere diverse gocce di soluzione fisiologica riscaldata sul vaso nel sito dell'arteriotomia prevista.
Utilizzare il microscopio per mettere a fuoco la sezione cranica tra la sutura caudale e quella centrale e applicare delicatamente una trazione superiore all'arteria. Dopo l'inserimento del catetere come dimostrato per il ventricolo destro, confermato che la registrazione del canale di pressione mostra un tipico tracciato dell'aorta, l'avanzamento del catetere nel ventricolo sinistro sarà evidente dall'improvviso calo di mercato della pressione diastolica dall'aorta. Per stabilizzare la pressione ventricolare sinistra, utilizzare l'ansa del volume di pressione per confermare il corretto posizionamento del catetere nel ventricolo sinistro.
Interrompere la registrazione e rimuovere il catetere. Posizionare il catetere in una soluzione di eparina cloruro di sodio e legare la sutura caudale. Quindi pulire il catetere con un detergente enzimatico.
In questa figura si possono osservare anse di pressione ottimali rappresentative generate da un catetere correttamente inserito attraverso la vena giugulare e avanzato nel ventricolo destro. Il posizionamento improprio all'interno del ventricolo destro è evidente dalla comparsa di anse di pressione-volume difettose. Il posizionamento retrogrado ottimale del catetere attraverso la valvola aortica nel ventricolo sinistro si traduce anche in uno specifico schema di loop di pressione.
Ciò si presenta come anelli difettosi in caso di un catetere posizionato in modo errato. Questa tecnica consente l'acquisizione di valori completi di pressione sistolica ventricolare sinistra e destra. Fornisce inoltre parametri diastolici e fornisce informazioni su numerose misure avanzate di contrattilità e lisotropia.
Questa tecnica facilita anche la valutazione dell'efficienza del ventricolo sinistro e destro e del postcarico della fase ventricolare. Questa tecnica potrebbe essere utilizzata per valutare la funzione ventricolare destra e sinistra nelle malattie cardiovascolari. Ad esempio, potrebbe essere utilizzato per valutare la funzione ventricolare destra in risposta all'aumento del postcarico nell'ipertensione polmonare.
La pratica complessiva, un buon campo di eliminazione, un buon strumento chirurgico, mantenendo idratata la vena angolare carotidea è la chiave del successo di questa procedura.
Panoramica
Questo protocollo descrive un metodo per valutare la funzione cardiaca biventricolare nei topi mediante la generazione di loop pressione-volume (PV) attraverso la cateterizzazione a torace chiuso. Si concentra sulle tecniche chirurgiche e sull'acquisizione dei dati necessarie per misurazioni accurate.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Fisiologia cardiovascolare
- Modelli murini
- Valutazione della funzione cardiaca
Sfondo
- Comprendere la funzione cardiaca è fondamentale per lo studio delle malattie cardiovascolari.
- I loop pressione-volume forniscono informazioni sia sulla funzione sistolica che diastolica.
- Questa tecnica consente la valutazione simultanea di entrambi i ventricoli nello stesso animale.
- La cateterizzazione a torace chiuso è un approccio minimamente invasivo per tali valutazioni.
Scopo dello studio
- Sviluppare un protocollo per la caratterizzazione completa della funzione cardiaca nei topi.
- Quantificare le funzioni sistolica e diastolica di entrambi i ventricoli.
- Favorire la ricerca sulle malattie cardiovascolari mediante l'uso di modelli murini.
Metodi Utilizzati
- Isolamento dell'arteria carotide destra e della vena giugulare per la cateterizzazione.
- Inserimento di cateteri nei ventricoli destro e sinistro per misurare pressione e volume.
- Monitoraggio delle onde di pressione per confermare la posizione dei cateteri.
- Registrazione dei loop pressione-volume per l'analisi della funzione cardiaca.
Risultati principali
- Generazione con successo di curve pressione-volume per entrambi i ventricoli.
- Quantificazione delle pressioni sistoliche e diastoliche ottenute.
- Identificazione del posizionamento ottimale del catetere mediante l'analisi delle forme d'onda.
- Informazioni sulla contrattilità cardiaca e sull'efficienza derivanti dai dati.
Conclusioni
- Questa tecnica fornisce un metodo robusto per valutare la funzione cardiaca nei topi.
- Può essere applicata per studiare gli effetti di diverse condizioni cardiovascolari.
- Una tecnica chirurgica corretta e il posizionamento adeguato del catetere sono fondamentali per il successo.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La valutazione della funzione cardiaca biventricolare in modelli preclinici è fondamentale per ridurre i rischi associati ai candidati farmaci cardiovascolari, fornendo informazioni meccanicistiche sulle prestazioni sistoliche e diastoliche. L'acquisizione di loop pressione-volume in topi con torace chiuso consente un profilo emodinamico fisiologicamente rilevante, simile alla cateterizzazione clinica, sostenendo la traslazionalità nei processi di validazione del bersaglio e ottimizzazione dei composti. Questo approccio riduce l'ambiguità biologica nelle fasi iniziali della scoperta, fornendo dati quantitativi e riproducibili sull'interdipendenza ventricolare e sulla contrattilità.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche quantificando la funzione sistolica e diastolica in entrambi i ventricoli all'interno dello stesso animale.
- Valore operativo: Fornisce parametri emodinamici riproducibili che supportano la riduzione del rischio biologico per bersagli coinvolti nella contrattilità cardiaca e nel rimodellamento ventricolare.
- Valore predittivo: Facilita la selezione del portafoglio terapeutico fornendo metriche di contrattilità e lusitropia in grado di prevedere l'efficacia e i segnali di sicurezza in vivo.
Sviluppo di screening e saggi
- Prontezza del saggio: Genera curve pressione-volume standardizzate che fungono da letture funzionali quantitative per lo screening di composti in modelli di malattie cardiovascolari.
- Riproducibilità: Richiede una tecnica chirurgica e un posizionamento del catetere costanti per garantire un'analisi affidabile della morfologia delle curve e l'estrazione di parametri emodinamici.
- Scalabilità: Consente valutazioni longitudinali in modelli di progressione della malattia, permettendo analisi dose-risposta e nel tempo in studi terapeutici.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Rilevanza per la malattia: Permette la valutazione della funzione del ventricolo destro in modelli di ipertensione polmonare mediante la misurazione delle risposte alla post-carico e alla pressione sistolica.
- Continuità traslazionale: Riproduce le procedure cliniche di cateterizzazione, aumentando la rilevanza per la patofisiologia cardiovascolare umana.
- De-risking meccanicistico: Fornisce misurazioni avanzate dell'efficienza ventricolare e della funzione diastolica che guidano le decisioni di avanzamento o meno nello sviluppo preclinico.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il metodo si integra nel percorso di scoperta, dalla validazione del bersaglio all'identificazione del composto leader fino ai test di efficacia preclinica, fornendo un fenotipaggio cardiaco funzionale a ogni fase.
- Biologia della scoperta: Supporta la verifica delle ipotesi consentendo l'analisi simultanea del volume e della pressione nei ventricoli sinistro e destro per chiarire gli effetti specifici dei percorsi funzionali sulla funzione cardiaca.
- Screening: Fornisce output quantitativi pronti per il saggio, come la pressione al termine della sistole, il volume al termine della diastole e il lavoro sistolico, per valutare l'impatto dei composti sull'emodinamica.
- Analisi: Offre parametri derivati tra cui la contrattilità (ESPVR), la lusitropia (tau) e l'efficienza ventricolare, per analisi comparative tra gruppi sperimentali.
- Ricerca traslazionale: Collega la fase iniziale della scoperta alla validazione preclinica offrendo un profilo emodinamico analogo a quello clinico nei modelli di malattia.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma chirurgica e analitica riutilizzabile per la fenotipizzazione cardiovascolare in diverse aree terapeutiche e fasi di progetto.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi riducendo l'ambiguità meccanicistica nella valutazione della funzione cardiaca.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità e la standardizzazione attraverso criteri chirurgici definiti e soglie di qualità per i loop pressione-volume.
- Valore strategico: Migliora l'efficienza del capitale consentendo l'identificazione precoce di candidati cardiotoxici o inefficaci, riducendo il rischio di fallimento nelle fasi avanzate.
- Impatto sul portafoglio: Supporta decisioni di avanzamento corrette in base al rischio mediante biomarcatori oggettivi e quantitativi della performance sistolica e diastolica ventricolare.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in tecniche microchirurgiche per l'isolamento dell'arteria carotide e della vena giugulare nei topi.
- È dipendente da sistemi catetere pressione-volume ad alta fedeltà e dalla tecnologia di ammettenza per misurazioni accurate della conducibilità volumetrica.
- Necessita di una formazione standardizzata per garantire un posizionamento del catetere e un'acquisizione dei loop coerenti tra diversi operatori.
- Deve tenere conto di variabili fisiologiche come la frequenza cardiaca, le condizioni di carico e la temperatura durante la raccolta dei dati.
- È limitato dalla difficoltà tecnica di ottenere un posizionamento stabile e coassiale del catetere in entrambi i ventricoli, che influisce direttamente sulla fedeltà del loop e sull'accuratezza dei parametri.
