Legatura atriale sinistra nell'embrione aviario come modello per l'alterato carico emodinamico durante lo sviluppo vascolare precoce
16 giugno 2023
Qui, presentiamo un protocollo visivo dettagliato per l'esecuzione del modello di legatura atriale sinistra (LAL) nell'embrione aviario. Il modello LAL altera il flusso intracardiaco, che modifica il carico di sollecitazione da taglio della parete, imitando la sindrome del cuore sinistro ipoplasico. Viene presentato un approccio per superare le sfide di questo difficile modello di microchirurgia.
Il nostro laboratorio si concentra sull'effetto del flusso sanguigno e del carico pressorio sulle arcate cardiache e sui ventricoli embrionali aviari. Il nostro obiettivo è quello di contribuire ai complessi meccanismi biomeccanici che collegano la morfologia vascolare al carico meccanico nel modello LL. Manteniamo anche un forte programma di ricerca di bioingegneria clinica e chirurgica.
In un recente studio collaborativo condotto dal gruppo di operazioni professorali dell'Imperial College, sono stati utilizzati modelli a elementi finiti basati su immagini e sequenziamento di RNA a singola cellula per illustrare l'aumento dei ceppi di miocardia tridimensionale nei ventricoli dopo la legatura atriale sinistra nello stadio 25. Tale conoscenza può essere tradotta in interazione cardiovascolare fetale nell'uomo. Una cavità ventricolare sinistra più piccola e una compressione in tutti i recessi della trabecola sono stati osservati con l'intervento di LL.
Inoltre, la LL ha alterato la normale struttura ventricolare e ha riorientato l'aspetto della trabecola. Inoltre, il modello LL ha causato l'allargamento della cavità ventricolare destra, cambiamenti nella struttura trabecolare e un aumento del carico del volume miocardico. La LL influenza il carico emodinamico nell'embrione di pulcino, portando alla sindrome del cuore sinistro ipoplasico.
L'elasticità del miocardio che si sviluppa normalmente subisce cambiamenti in particolare nel fenotipo HLHS. Questi risultati possono guidare lo sviluppo di potenziali trattamenti per gli studi clinici e guidare i modelli predittivi di competizione.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo visivo dettagliato per eseguire il modello di legatura dell'atrio sinistro (LAL) in embrioni aviani, che riproduce la sindrome del cuore sinistro ipoplastico modificando il flusso intracardiaco e il carico di stress da taglio sulla parete.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Biomeccanica cardiovascolare
- Embriologia aviaria
- Ingengeria biomedica chirurgica
Sfondo
- Il modello LAL viene utilizzato per studiare gli effetti di un flusso ematico alterato sullo sviluppo del cuore.
- Comprendere i meccanismi biomeccanici è fondamentale per tradurre i risultati in interventi cardiovascolari umani.
- Studi precedenti hanno utilizzato tecniche di imaging e modellizzazione per analizzare le deformazioni miocardiche.
- Le sfide legate alle tecniche di microchirurgia vengono affrontate nel presente protocollo.
Scopo dello studio
- Fornire una guida completa per l’esecuzione del modello LAL in embrioni aviani.
- Esplorare la relazione tra morfologia vascolare e carico meccanico.
- Migliorare le tecniche chirurgiche nella ricerca in bioingegneria.
Metodi Utilizzati
- Protocollo visivo per la legatura dell'atrio sinistro in embrioni aviari.
- Modellazione agli elementi finiti basata su immagini.
- Sequenziamento dell'RNA a singola cellula.
- Valutazione delle deformazioni miocardiche dopo l'intervento chirurgico.
Risultati principali
- Ha dimostrato l'impatto del LAL sulla dimensione della cavità del ventricolo sinistro.
- Ha identificato gli effetti di compressione nei recessi trabecolari.
- Ha fornito informazioni sui cambiamenti della deformazione miocardica dopo l'intervento.
- Ha contribuito alla comprensione degli interventi cardiovascolari fatali nell'uomo.
Conclusioni
- Il modello LAL è uno strumento prezioso per lo studio dello sviluppo cardiaco.
- I risultati potrebbero orientare gli approcci clinici ai difetti cardiaci congeniti.
- La ricerca futura può basarsi su queste scoperte per migliorare gli esiti chirurgici.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Metodo
Il modello di legatura dell'atrio sinistro (LAL) nell'embrione aviano consente una manipolazione precisa del carico emodinamico per studiare i meccanismi dello sviluppo cardiovascolare precoce e delle malattie. Questo modello fornisce un sistema controllato per la riduzione del rischio meccanicistico e la validazione di bersagli nella ricerca sui difetti cardiaci congeniti, sostenendo la previsione nei passaggi tra scoperta e fase preclinica. La sua rilevanza traslazionale è evidenziata dalla capacità di riprodurre la sindrome del cuore sinistro ipoplastico (HLHS), una grave condizione congenita umana.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Bersaglio
- Permette l'analisi meccanicistica della morfogenesi cardiaca in condizioni emodinamiche alterate.
- Supporta la validazione funzionale di bersagli genici e delle vie implicate nella patogenesi dell'HLHS.
- Facilita la riduzione del rischio biologico collegando la perturbazione meccanica a esiti molecolari e strutturali.
- Fornisce una piattaforma per una selezione predittiva affidabile dei bersagli cardiovascolari nelle fasi iniziali.
Sviluppo di screening e saggi
- Genera fonti cellulari e tessutali alterate per colture cellulari e saggi di biologia vascolare successivi.
- Permette la standardizzazione dei saggi fornendo letture morfologiche e molecolari riproducibili e quantificabili.
- Consente una valutazione quantitativa della compattazione ventricolare e dell'architettura trabecolare per lo screening di interventi candidati.
- Prepara sistemi biologici validati per flussi di lavoro di imaging scalabili e basati sull'analisi omica.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Si allinea alla modellizzazione di rilevanza clinica per la scoperta traslazionale di biomarcatori nell'ipoplasicia del cuore sinistro (HLHS).
- Garantisce continuità dalla scoperta dei meccanismi alla validazione preclinica di ipotesi terapeutiche.
- Supporta decisioni di avanzamento basate sulla valutazione del rischio, modellando fenotipi cardiaci clinicamente rilevanti.
- Permette la riduzione predittiva del rischio associato a interventi sperimentali in un sistema embrionale controllato.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il modello LAL si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica consentendo la manipolazione ipotesi-guidata della biomeccanica cardiaca e l'analisi molecolare successiva.
- Biologia della Scoperta: Supporta la verifica di ipotesi sull’impatto di flusso e pressione alterati nello sviluppo cardiaco.
- Screening: Fornisce output morfologici e molecolari quantitativi e riproducibili per lo sviluppo di saggi.
- Analisi: Offre parametri misurabili come dimensioni del ventricolo, spessore della parete e struttura trabecolare per analisi comparativa.
- Ricerca Translazionale: Modella fenotipi rilevanti per le malattie al fine di allineare biomarcatori e garantire continuità preclinica.
- Riutilizzo Aziendale: Stabilisce una piattaforma riutilizzabile per studi meccanicistici e validazione incrociata di target tra programmi.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione degli obiettivi cardiovascolari.
- Valore operativo: Permette manipolazioni e analisi embrionali standardizzate, riproducibili e scalabili.
- Valore strategico: Supporta decisioni informate di prosecuzione/cessazione e una selezione efficiente del portafoglio in termini di capitale nella fase iniziale della ricerca e sviluppo cardiovascolare.
- Impatto sul portafoglio: Facilita la priorizzazione e la promozione di obiettivi e interventi pertinenti alle malattie, corretti per il rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze avanzate di microchirurgia e familiarità con l'embriologia aviaria.
- Richiede accesso a infrastrutture per l'immagine ad alta risoluzione e l'analisi morfometrica quantitativa.
- Necessita di una rigorosa standardizzazione tra i gruppi di lavoro per garantire riproducibilità e confrontabilità dei dati.
- Potrebbe richiedere adattamenti per l'uso in sistemi modello alternativi o per specifici endpoint molecolari.
- La resa del campione e la complessità tecnica potrebbero limitare l'efficienza e la scalabilità per schermate su larga scala.
