虚血性心拍における遺伝子治療の有効性を評価するための大型動物モデル
2021年9月2日
虚血性心疾患に対する心筋遺伝子治療は、将来の治療法に大きな期待を寄せています。ここでは、虚血性心拍における遺伝子治療の有効性を評価するための大型動物モデルを紹介します。
このプロトコルで使用される方法とイメージングモダリティは、臨床試験に進む前の虚血性心心臓における遺伝子治療の安全性と有効性の優れた画像を構成します。この技術の主な利点は、虚血モデルの低侵襲性だけでなく、心臓の低運動性であるがまだ生存可能な領域への遺伝子治療の正確な標的化でもあります。虚血手術、遺伝子導入、安楽死の前に経胸壁心エコー検査を行うことから始めて、検出可能な心膜液を評価し、心筋の緊張を判断します。
トランスデューサーをブタの脇の下の3番目または4番目の肋間スペースに配置し、ブタの胸骨を指すマーカーを使用して、僧帽弁レベル、乳頭筋、および頂端レベルで胸骨傍短軸ビューにアクセスします。次に、[取得]を押してクリップを保存します。虚血手術直前に冠動脈造影を行う場合は,6-Fカテーテルを透視指導下,ヨウ素造影剤を用いて右冠動脈,左上行冠動脈,左前下行動脈を画像化する.
オートインジェクターでのシネイメージングの場合、ボーラス持続時間を3秒、総容量を21ミリリットルに設定し、シングルを押して、はいを押して、5-Fピグテールカテーテルを介してヨウ素造影剤を左心室に投与します。安静時の動物のシネイメージングを行い、ドブタミンを静脈内投与し、ストレス誘発のために用量を増やします。毎分160拍の目標心拍数が達成されたら、シネイメージングを行い、ピグテールカテーテルを取り外します。
駆出率を計算するには、測定ソフトウェアを開き、問題の画像の心室分析を選択します。画像をスクロールして、拡張期と収縮期の時間枠を選択し、各時間枠の心室の輪郭を描くツールを選択します。慢性心筋虚血を誘導するために、遺伝子導入の14日前に、左冠状動脈にコイルを配置し、ボトルネックステントを左冠状動脈に滑走させ、ステントを第1対角線上に遠位に配置する。
ボトルネックを所定の位置に固定するために、ステントと内腔比が1.3のインデフレーターを使用して、動脈の公称圧力までステントを膨らませます。さらに15秒後、ステントを収縮させ、機器を動脈から引き込み、血管造影によってボトルネックステントの正しい配置を確認します。透視ガイダンスの下での血管造影と機能測定の後、電気解剖学的マッピングのために大腿骨シースを介して左心室にマッピングカテーテルを導入し、左心室から少なくとも100ポイントを収集し、[承認]をクリックしてポイントを承認します。
最終的なマップでは、実行可能性のために、基準として5ミリボルトを超えるユニポーラ電圧を使用します。そして運動低下のために、局所的な線形短縮をできるだけ低く、少なくとも12%と低いしかし好ましくは6%未満動物を安楽死させた後、胸腔から心臓を採取する。採取した心臓をすすぎたら、大動脈弁の上に18ゲージの針を置き、灌流ポンプに針を取り付けます。
750ミリリットルの1%パラホルムアルデヒドで心臓を灌流する。鋭利なナイフを使用して心臓を1センチメートルの厚さのスライスにスライスし、遺伝子導入領域からサンプルを4%パラホルムアルデヒドと液体窒素に収集します。染色用のサンプルを4%パラホルムアルデヒド中で4°Cで48時間保存します。
15O-water PETスキャンにより、円周方向のひずみ、駆出率、および心筋灌流を測定することにより、遺伝子治療の有効性を分析しました。組織サンプルは、心臓を電気解剖学的マップと比較することにより、遺伝子導入領域から直接収集できます。導入遺伝子発現および治療的血管新生は、β-ガラクトシダーゼ染色後の陽性細胞数の解析による免疫組織学的解析、および血小板/内皮細胞接着分子-1染色後の心筋毛細血管領域の解析により評価した。
ボトルネックステントの配置は、血管造影と遺伝子導入領域からのサンプル採取によって確認することが重要であり、心臓を電気解剖学的マップと比較することで確認できました。全体として、すべての測定を最も再現性の高い方法で行うことが重要です。
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概要
本記事では、虚血性心疾患に対する心筋遺伝子治療の有効性を評価するための大型動物モデルについて解説します。概説される手法により、臨床試験に先立つ遺伝子治療の安全性と有効性に関する知見が得られます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 心血管研究
- 遺伝子治療
- 虚血性心疾患
背景
- 心筋遺伝子治療は、虚血性心疾患の治療に有望視されています。
- 前臨床評価において、大型動物モデルは不可欠です。
- ヒトへの臨床試験を開始する前に、遺伝子治療の有効性を理解することが極めて重要です。
- 低侵襲性と精密なターゲティングは、提案された手法の主要な利点です。
研究の目的
- 虚血性心疾患における遺伝子治療の安全性と有効性を評価すること。
- 今後の研究に向けた信頼性の高い大型動物モデルを確立すること。
- 心筋ストレインおよび心膜液の検出能を評価すること。
使用方法
- 心筋ストレインを評価するための経胸壁心エコー検査。
- 透視ガイド下での6-Fカテーテルを用いた冠動脈造影。
- 冠動脈の造影のためのヨード造影剤の使用。
- 遺伝子治療の標的とするため、心臓の低収縮ながら生存している領域の評価。
主な結果
- 虚血モデルの低侵襲性を実証した。
- 遺伝子治療の安全性と有効性に関する明確なイメージを提示した。
- 遺伝子治療における効果的なターゲティング戦略を特定した。
- 今後の臨床試験に向けた枠組みを構築した。
結論
- 心筋遺伝子治療は、虚血性心疾患の治療において大きな可能性を秘めている。
- 開発されたモデルは、前臨床評価に適している。
- 臨床現場における知見を確認するためには、さらなる研究が必要である。
よくある質問
産業上の重要性
この大型動物モデルは、臨床的に関連のあるエンドポイントを再現し、治療的血管新生を精密に標的化することを可能にすることで、虚血性心疾患に対する遺伝子治療の前臨床評価を支援します。このアプローチは、標準化されたイメージングおよび機能評価を通じて、動物実験の結果をヒト臨床試験への期待値に適合させることで、トランスレーショナルリスクを低減します。これにより、IND申請に向けた試験の前に、遺伝子治療候補薬のリスクを低減させるための再現可能な枠組みを提供します。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：疾患関連のブタ虚血性心疾患モデルを用いて、治療的血管新生の仮説を検証することを可能にする。
- 運用の価値：電気解剖学的マッピングを用いることで、低運動性ながら生存している心筋領域に遺伝子導入を的確に標的化し、標的の確認精度を向上させる。
- 予測的価値：周方向ストレイン、駆出率、および15O-water PET灌流を用いて有効性を評価する。これらは臨床反応を予測する定量的なエンドポイントである。
スクリーニングおよびアッセイの開発
- アッセイの準備： 超音波イメージング、冠動脈造影、およびPETスキャンの標準化されたプロトコルを確立し、研究コホート全体で再現可能な機能的読み取り値を確保します。
- 定量的出力： アッセイの標準化および施設間の比較可能性を裏付ける、測定可能なストレイン、駆出率、および灌流データを生成します。
- 拡張性： 反復的なイメージングセッション（ベースライン、虚血後、遺伝子導入後）に対応しており、単一の動物モデル内での縦断的評価を可能にします。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 疾患との関連性：左冠動脈におけるステント誘発性虚血を通じて慢性冠動脈疾患を模倣し、ヒトの病態生理と一致させています。
- トランスレーショナルな連続性：臨床的に認められているイメージングモダリティ（心エコー、血管造影、PET）を用いることで、前臨床研究の結果を臨床試験のデザインへと繋げます。
- リスク調整後の進展：マルチモーダルイメージングおよび組織学的検証から得られた、事前定義済みの有効性と安全性の閾値に基づいたgo/no-go判断を可能にします。
パイプラインおよびワークフローの統合
このモデルは、ターゲット同定後かつリード最適化前の機能的検証を提供することで、創薬から前臨床への連続的なプロセスに適合します。特に、in vivoでの作用機序の証明を必要とする遺伝子治療候補において有用です。
- 探索生物学：心筋回復の標的配送と縦断的モニタリングを可能にすることで、血管新生因子の仮説検証を支援します。
- スクリーニング：標準化された定量的イメージング出力（ストレイン、EF、灌流）を提供し、異なる遺伝子治療構築物の比較評価を可能にします。
- 解析：機能的イメージング、組織学的毛細血管密度、および導入遺伝子の発現というマルチモーダルなデータストリームを提供し、統合的な有効性評価を実現します。
- トランスレーショナルリサーチ：前臨床エンドポイントを臨床試験の指標に適合させ、治療的血管新生アプローチにおける予測的信頼性を高めます。
- エンタープライズ再利用：虚血性心疾患における複数の遺伝子治療標的を評価するための再利用可能なプラットフォームを確立し、モデル開発の重複を削減します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 電気解剖学的マップを用いて遺伝子導入部位を特定し、それを生存しているが低運動性の心筋における機能改善および毛細血管増殖と結びつけることで、メカニズム的な曖昧さを軽減する。
- 運用の価値： 標準化されたイメージングプロトコル、ステント留置の確認、およびマップに基づいた遺伝子導入領域からの盲検組織サンプリングにより、再現性を確保する。
- 戦略的価値： 次の段階へ進む前に、機能回復、灌流の改善、および組織学的な血管新生の一致を必須とすることで、go/no-goの意思決定を改善する。
- ポートフォリオへの影響： 臨床的予測能の高い大型動物モデルにおける前臨床有効性に基づき、リスク調整後の遺伝子治療プログラムの優先順位付けを可能にする。
実施上の検討事項
- ステントおよびカテーテルの正確な配置のためには、大型動物外科、インターベンショナル循環器学、および電気解剖学的マッピングの専門知識が必要である。
- 超音波、透視装置、および15O-water灌流イメージングが可能なPET/CTスキャナーを含むイメージングインフラへのアクセスに依存する。
- データの再現性を確保するために、虚血誘発、遺伝子導入、およびマルチモーダルなエンドポイント収集のための標準化された操作手順が必要である。
- 本モデルを他の虚血モデルや遺伝子導入ベクター（例：ウイルス性 vs 非ウイルス性）に拡張する場合、適応上の検討が必要となる。
- 専門的な人員および設備が必要なため、げっ歯類モデルと比較して研究の複雑さとコストが増大する場合がある。
