肺動脈性肺高血圧症の齧歯類モデルの血行動態特性評価
2016年4月11日
肺動脈性肺高血圧症(PAH)は、肺細動脈の消滅と右心室不全の発症につながる病気です。PAHのげっ歯類モデルは、PAHの病態生理を理解する上で重要です。ここでは、マウスとラットで、右心カテーテル法と心エコー検査による血行動態特性を示します。
げっ歯類の心エコー検査と右心カテーテル法の全体的な目標は、さまざまな心臓および肺疾患モデルにおける右心臓の機能を決定することです。この方法は、肺高血圧症の発症に対する遺伝子操作や薬物の影響は何かなど、心血管生理学研究における重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、これらの心臓病および肺疾患のモデルにおける右心機能の包括的な分析を提供することです。
げっ歯類の心臓の傍胸骨長軸を表示するには、麻酔をかけたげっ歯類を仰臥位に置くことから始めます。つま先をつまんで適切な鎮静レベルを確認し、動物の目に獣医用軟膏を塗布します。次に、胸を剃り、超音波ジェルを塗ります。
Bモードを選択して、2Dライブ画像を投影します。次に、超音波トランスデューサーを適切な周波数で左胸骨傍線に合わせます。探触子を反時計回りに30度回転させ、プローブインジケーターを尾側
に向けてください。次に、トランスデューサをわずかに傾け、同じ断層撮影面でトランスデューサの短軸に沿って機器を揺らして、画面の中央に完全な左心室ビューを取得します。左心室の内腔、心室中隔、右心室の内腔、上行大動脈、および左心房を見つけて表示します。胸骨傍短軸を大動脈レベルで見るには、Bモードでトランスデューサーを90度回転させ、トランスデューサーを頭蓋骨に向けて傾けて、大動脈弁の断面図を特定します。
次に、トランスデューサーを同じ位置に固定して、パルス波ドップラーモードに切り替えます。次に、サンプル量を右心室流出路の中央にある肺動脈弁のレベルに近位に配置し、カーソルを血管を通る血流の方向に平行に配置します。必要に応じて血流の方向に沿ってスケールを調整して、良好なドップラーエンベロープ、つまり、層流を示す白い境界線と暗い内部のくぼみを持つ画像を取得し、ドップラートレースを記録します。
閉鎖胸部右心カテーテル法を行うには、麻酔をかけたげっ歯類を解剖顕微鏡の下に置き、下顎骨から胸骨までの皮膚を切開します。切開部の両側に一対のリトラクターを配置して、頸部を完全に露出させます。次に、鈍的解剖によって唾液腺を分離し、続いて細い鈍い先端鉗子を使用して右外頸静脈を露出させます。
右外頸静脈を周囲の結合組織から慎重に分離し、右外頸静脈の下に2枚の絹縫合糸を配置します。静脈をできるだけ下顎骨に近づけて遠位に結紮し、近位に緩い結び目を作ります。虹彩はさみを使用して、遠位結束結び目の近位にある外頸静脈に小さな切開を行います。
次に、外頸静脈から心臓までの長さにほぼ対応する長さでカテーテルに印を付けます。次に、鉗子を使用して、カテーテルを切開部に挿入し、近位結び目を締めます。カテーテルを右心臓にそっと押し込み、カテーテルのマークに従って前進の深さを監視し、コンピューターモニターの圧力トレースによってカテーテルの位置をその場で確認します。
右心室圧トレーシングが特定されたら、データ収集のためにカテーテルを安定させます。右心室圧ボリュームループを取得するには、次にげっ歯類に挿管します。次に、剣状突起の下に切開を行い、はさみで皮膚を側面に向かって両側に解剖します。
腹壁を通して腹腔を開くには、横隔膜の下の腹壁を通して両側解剖を行います。次に、横隔膜を開いて心臓の頂点を露出させ、胸郭を両側に切断します。周囲の結合組織から下大静脈を慎重に分離し、腹腔と挿管部位に正常な生理食塩水に浸した滅菌ガーゼを置きます。.
次に、PE 60チューブの小片を使用して、コンダクタンスカテーテルの穿刺を右心室頂点に導き、すべての電極が心室の内側に来るまでカテーテルの先端を刺し傷に挿入します。次に、ソフトウェアで圧力ボリュームループを監視し、カテーテルの位置を調整して、必要に応じて大きな呼吸変動を示さない一貫した形状のループを取得します。圧力ボリュームループのファミリーを得るには、下大静脈に静かに圧力を加えて、右心室の充填を減らします。
その後、これらのデータからいくつかの血行動態パラメータを計算できます。肺のインフレーション灌流を行うには、まずインフレーションチューブをリングスタンドに接続します。次に、周囲の筋肉と結合組織から気管を鈍く解剖し、気管の周りに絹の縫合糸を置きます。
次に、縫合糸で緩い結び目を作り、頭を押して気管を優しく伸ばし、下顎骨に近い気管の円周の70%をカットします。気管を伸ばしたまま、気管カニューレを挿入し、カニューレを縫合糸で固定します。カニューレをインフレーションチューブに接続し、PBSを充填した10ミリリットルのシリンジで右心室の自由壁を刺し、肺を洗い流して肺動脈に向けて注入します。
肺が白くなり始めたら、左心房を一度切り込みます。次に、大動脈の根元を切って心臓を収穫します。最後に、10%緩衝液中性ホルマリンで肺を5分間膨らませ、気管カニューレを取り外します。
次に、気管を結紮し、胸部から肺を切除し、肺組織を新鮮な10%緩衝中性ホルマリンで固定します。大動脈レベルでの胸骨傍短軸ビューは、げっ歯類で容易に視覚化でき、肺高血圧症の程度と形状が関連付けられている肺動脈ドップラートレースの記録と測定が可能になります。慢性低酸素症に曝露されたマウスの閉鎖胸部右心カテーテル法では、右心室の収縮期血圧は45ミリメートル水銀柱に上昇し、重大な肺高血圧症と一致します。
正常なラットの開胸式右心カテーテル法では、右心室の収縮期血圧は27ミリメートル水銀柱の有意に低いレベルで観察されます。この手法を習得して適切に実行することができれば、この手順は数分で完全に完了します。この手順を試みる際には、げっ歯類が適切に麻酔されていること、および血液量増加を引き起こす可能性のある出血や組織の乾燥の重大な原因がないことを確認することを覚えておくことが重要です。
このビデオを見た後、右心臓の包括的な血行動態特性評価を実行する方法についてよく理解しているはずです。これらのテクニックを習得するには、練習が重要です。
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概要
肺動脈性肺高血圧症（PAH）は、肺細動脈に影響を及ぼし、右心不全を引き起こす深刻な疾患です。本研究では、げっ歯類モデルにおいて心エコー検査と右心カテーテル法を用い、PAHに関連する血行動態を調査します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 心血管生理学
- 肺疾患モデル
- 右心機能解析
背景
- PAHは肺細動脈の閉塞を引き起こします。
- PAHの病態生理を研究するには、げっ歯類モデルが不可欠です。
- PAH研究において、右心機能の理解は極めて重要です。
- 心エコー図法などの手法により、心機能に関する知見が得られます。
研究目的
- PAHモデルにおける右心機能を評価する。
- 肺高血圧症に対する遺伝学的介入および薬理学的介入の効果を評価する。
- 心血管疾患のメカニズムに関する理解を深める。
使用した手法
- 心機能を視覚化するための心エコー検査。
- 血行動態を測定するための右心カテーテル検査。
- 正確な評価のための麻酔下齧歯類の使用。
- 右心機能の包括的な解析。
主な結果
- 詳細な血行動態特性の評価を達成した。
- 介入が右心機能に及ぼす影響についての知見を得た。
- 今後の研究に向けた信頼性の高い手法を確立した。
- 齧歯類モデルにおけるPAHの進行への理解を深めた。
結論
- 心エコー検査およびカテーテル検査は、PAH研究において有効です。
- げっ歯類モデルは、疾患メカニズムに関する貴重な知見を提供します。
- これらの知見は、将来的なPAHの治療戦略に寄与する可能性があります。
よくある質問
業界における実用的な重要性
肺動脈性肺高血圧症（PAH）のげっ歯類モデルにおける包括的な血行動態特性の評価は、初期段階の心血管薬物探索におけるリスク低減および疾患メカニズムの検証に不可欠です。右心室機能と圧力-容量関係の定量的な評価により、ターゲット調節に関する予測精度を高め、前臨床モデルからヒト疾患へのトランスレーショナルな連続性を確保することが可能になります。これらの能力は、ポートフォリオの優先順位付けを支援し、PAH治療プログラムにおけるgo/no-go判断の根拠となります。
バイオファーマ研究開発における戦略的応用
初期発見とターゲットバリデーション
- 右心機能を定量化することにより、PAHにおける治療仮説の厳格な検証を可能にします。
- 遺伝学的または薬理学的に操作されたモデルにおいて、血行動態のエンドポイントを直接測定することで、メカニズムに基づくリスク低減をサポートします。
- 分子介入を生理学的アウトカムに関連付けることで、機能的なターゲットバリデーションを促進します。
- 初期段階の心血管疾患関連アセットを推進させるための、予測的な信頼性の根拠となるデータを提供します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 候補化合物の後続の有効性スクリーニングに向けた、検証済みのin vivoシステムを構築します。
- アッセイの比較可能性に不可欠な、標準化され再現性のある血行動態測定を実現します。
- 右室収縮期圧やFulton indexなどの定量的出力を可能にし、強固な化合物評価を支援します。
- 複数のPAHモデルや介入手法における、スケーラビリティとプラットフォームの再利用をサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 前臨床エンドポイントを、疾患に関連する血行動態および機能的バイオマーカーと整合させます。
- 介入効果のモデル間比較を可能にすることで、創薬から前臨床検証までの連続性を確保します。
- げっ歯類モデルとヒトPAHの病態生理との間のメカニズム的な関連性を提供し、トランスレーショナルリスクを低減します。
- 後期前臨床候補化合物の、リスク調整後の開発進展に関する意思決定に情報を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、心血管薬開発パイプラインにおける初期探索からリード化合物の同定、および前臨床検証までのプロセスを統合するものです。
- ディスカバリー生物学：介入に対する直接的な生理学的反応を測定することで、仮説検証およびパスウェイの解明を支援します。
- スクリーニング：化合物の選別および優先順位付けのために、再現性のある定量的な血行動態データを提供します。
- 分析：実験群間での圧力、容量、および機能指標の統計的比較を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：齧歯類の血行動態をヒトの疾患マーカーと整合させることで、前臨床知見を臨床エンドポイントへと繋げます。
- エンタープライズ再利用：さまざまなプログラムにおいて、心血管および肺疾患モデル評価のための再利用可能なプラットフォームとして機能します。
運用およびエンタープライズへの影響
- 科学的価値：PAHターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を高め、メカニズムの曖昧さを軽減します。
- 運用的価値：研究間での比較可能性を確保するため、標準化され、再現性と拡張性のあるin vivo評価を提供します。
- 戦略的価値：心血管領域の研究開発において、十分な情報に基づいたgo/no-go決定および資本効率の高いポートフォリオ管理を可能にします。
- ポートフォリオへの影響：リスク調整後の優先順位付けと、信頼性の高い治療候補物質の推進を支援します。
実施上の検討事項
- 齧歯類の心血管生理学および手術手技に関する専門知識が必要です。
- 超音波心エコー図、圧力トランスデューサー、およびカテーテル留置装置へのアクセスが必要です。
- 測定プロトコルおよびデータ解析のチーム間での標準化が不可欠です。
- 齧歯類の系統やPAH誘導方法に応じて、調整が必要な場合があります。
- ばらつきを最小限に抑え、データの品質を確保するためには、技術的な熟練度が極めて重要です。
