豚に心膜ターゲット・デリバリー・モデルでの薬剤の有効性をテストします

本実験の全体的な目的は、外科的手術中の副作用を軽減し、または移植後の転帰を改善させる可能性のある、心膜腔に投与される薬理学的薬剤を特定することである。不応期を測定するため、右心房および右心室にペーシングリードを留置する。プログラマーを用いたパルス電気刺激試験により、心房、房室結節、および心室の不応期を決定する。

AF負荷（AF burden）を決定するために、左心耳に電気ショックを与えて心房細動を誘発します。薬剤は心膜腔に投与されます。心膜投与から30分後および60分後の不応期とAF負荷を測定し、ベースラインと比較します。

次に、大動脈経路のカニューレを介して心停止液を投与し、心停止させます。これにより、心室不整脈および／または虚血性損傷の発生率を低下させる可能性のあるさまざまな薬理学的薬剤について、心臓手術および移植の両方における実用性を評価することができます。豚を選択することにはいくつかの利点があります。

これにより、複数のセンシングカテーテルおよびペーシングリードを留置することが可能です。ブタの心臓解剖学的構造は成人人間と類似しています。また、これらの動物では外科的な心膜クレードルの形成が容易であり、心膜液量、血行動態、および電気生理学的特性が人間と類似しています。

心膜への治療剤投与は、投与、心臓外科手術、移植のための臓器回収など、さまざまな臨床処置において有用となり得ます。この手法はまた、心臓の診断および治療に関する重要な臨床的疑問、例えば、心房細動（AF）の負荷を軽減し、あるいは心臓処置に伴う不整脈を予防するために、心膜投与においてどの薬剤が最も有効であるかといった点に答える上でも役立ちます。70〜80 kgのブタに麻酔を施して挿管し、室気と酸素の混合ガスを用いてイソフルランを投与します。

手順を進める前に、下顎の緊張が消失していることを確認し、豚が深い麻酔状態にあることを保証します。電気メスと鈍的剥離を用いて、右外頸静脈および総頸動脈を慎重に露出させ、手術を開始します。露出後、8.5 french のスワンガンツカテーテルを外頸静脈に挿入し、バルーンを 1.5 CCs まで膨らませます。

次に、カテーテルを右心房から心室へ、肺動脈弁を通って肺動脈へと進め、ウェッジ圧が感知されるまで挿入します。この時点でバルーンを脱気し、カテーテルをこの位置に留置します。バルーンを用いて、右心房圧および肺動脈圧を記録します。

次に、5Frenchバルーン圧力カテーテルを外頸静脈に挿入し、右心室まで進めます。別の5Fバルーン圧力カテーテルを頸動脈に挿入し、大動脈弁を通過させて左心室内に配置します。その後、すべての圧力カテーテルを20 units/mLのヘパリン生理食塩水でフラッシュし、左心室、右心室、肺動脈圧、および右心房圧のすべての圧力データを記録します。

次のステップは、左外頸静脈に慎重にアプローチすることです。アプローチ後、11 frenchの止血用イントロデューサーを2本頸静脈に挿入し、縫合糸で固定します。その後、ステアブルカテーテルをイントロデューサー内に配置します。

次に、透視ガイド下での操作を開始します。右心房耳および右心室心尖部にアクティブ固定リードを留置します。インプランテーションしたリードにアナライザーケーブルを接続し、プログラマーを用いてキャプチャを確認します。

パラメータを8回（eight folds）、0.25 millisecondsに設定し、ペースをその時の固有速度より10 beats per minute高く、あるいはさらに高く設定します。その後、各リードの相対インピーダンスを記録します。次に、剣状突起から胸鎖乳突筋の付着点付近まで正中切開を行います。

次に、胸骨構造の残りの部分を剪断し、胸骨を牽引するために胸骨心膜靭帯を切開します。胸骨を牽引した状態で、鈍的剥離を行い、心膜を胸膜から分離します。続いて、心膜に3〜5 cmの正中矢状切開を加え、四隅を4つのスクエアノット（正方形結び）で縫合して心膜クレードルを作成します。

最後に、左室の心尖部に一時的バイポーラリードを留置し、左心耳にユニポーラプランジ型の一時的ペーシングリードを留置します。まず、PES試験を開始します。最初に、PES試験パラメータのバースト誘発をプログラムし、待機ペーシング時間を400または300ミリ秒に設定します。

次に、最低 300 milliseconds のペーシングをプログラムし、心腔が収縮しなくなるまでペーシングの間隔を短縮します。これはペーシングリードによるセンシングで確認され、相対不応期を決定します。続いて、プランジペーシングリードを介して、Grass刺激装置を左心耳に接続します。

パルス幅2秒、周波数4Hzに設定します。これらの設定をオシロスコープで確認してください。次に、心房細動（AF）を軽減させるため、左心耳にシングルパルスを印加します。相対的なAF負荷を決定するために、AFが1分間持続するまで、1分に1回の頻度で最大10回、Grass刺激装置を使用します。

その後、最大10分間、動物をAF状態のままにします。この時間がAF負荷量となります。10分経過しても心房細動が停止しない場合は、ダイレクトパドルを用いて5ジュールで心房に電気ショックを与え、心拍を同期させます。

保護剤として想定される薬剤の心膜内投与を開始します。薬剤の心膜内投与から30分後および60分後に、不応期とAF負荷を再度測定します。心臓を摘出するため、まず大動脈ルートカニューレを留置します。

上行大動脈周囲の心膜組織を慎重に剥離し、心膜を除去します。次に、上行大動脈に2.0 Ethibond縫合糸を用いて、約2～3 cmの間隔でカニューレを固定します。縫合後、ヘパリン30,000 unitsを静脈内に投与します。

次に、大動脈ルートカニューレを大動脈に縫合します。デリバリーシステムを加圧した状態でスタイレットのベベルを取り除き、カニューレにクランプを装着して血流を停止させます。続いて、150 mmHgで投与できるよう、冷却Saint Thomas心停止液を準備します。

灌流カテーテルを3方活栓を用いて加圧心停止液ラインに接続します。次に、その活栓を大動脈ルートカニューレに接続します。その後、クロスクランプを行います。

心停止液を大動脈弁に向かって注入して心臓を洗浄し、これにより弁を閉鎖させ、冠動脈に灌流させます。心臓への過剰な圧加圧を防ぐため、肺動脈を切開します。心停止を確認後、心臓を摘出し、冷却した Krebs-Henseleit 緩衝液に移します。

心臓を再拍動させるために、可視化心臓法を用いて大血管にカニュレーションを行います。灌流した心臓の温度が37 °Cから5度以内になったら、心外膜パッチ電極を介して心室に34 jouleの電気ショックを与え、正常な洞調律を回復させます。in situで測定したのと同様の圧力を用いて、1時間にわたり心機能をモニタリングします。

5分ごとに、冠状静脈洞から1 CCのサンプルを採取します。10分ごとに、心室壁厚と駆出率を算出します。上述のプロトコルを用いた結果、in situでのDHA注入後に、心室有効不応期の顕著な延長が認められました。

蘇生後の最大圧力を測定したところ、対照群と比較してDHA処理した心臓では左心室圧の上昇が認められました。処理した心臓の左心室圧は、複数の時点において有意に高くなっていました。この手法により、手術を含む心臓処置を受ける患者への臨床応用や、移植用心臓の機能回復に使用できる標的送達治療薬の評価が可能になります。

この実験的アプローチを採用することで、心房細動を軽減し、心筋損傷を抑え、それに伴う再灌流障害を低減させる新しい薬剤や治療戦略を、外科医や研究者が探索する道が開かれる可能性があります。