Na całym świecie choroba niedokrwienna serca (IHD) tylko wzrosła pod względem śmiertelności i obciążenia dla pacjentów i systemu opieki zdrowotnej. Według American Heart Association liczba zgonów przypisywanych IHD w latach 1990-2021 wzrosła na całym świecie o 74%1. Jest to również prawdą w Stanach Zjednoczonych, gdzie Centrum Kontroli Chorób cytuje, że u jednego na dwudziestu dorosłych zdiagnozowano chorobę wieńcową (CAD), a około jedna na pięć zgonów jest spowodowana chorobą sercowo-naczyniową, co odpowiada osobie umierającej z powodu choroby sercowo-naczyniowej co 33 sekundy2. To obciążenie chorobami obciąża system opieki zdrowotnej, w ramach którego w latach 2019-2020 wydano ponad 250 miliardów dolarów na pacjentów z chorobami układu krążenia2. Biorąc pod uwagę wszechobecny charakter chorób sercowo-naczyniowych i poważne obciążenie zarówno pacjenta, jak i świadczeniodawcy, konieczne jest kontynuowanie badań nad innowacyjnymi i nowatorskimi terapiami.
Aby osiągnąć takie cele, należy zastosować klinicznie istotne modele zwierzęce, a jednocześnie poddać je analizie, aby spełnić standardy powtarzalnych i translacyjnych badań. Modele zwierzęce były kwestionowane z wielu powodów, w tym różnych gatunków zwierząt o zmiennej farmakokinetyce, różnych protokołów wywoływania pożądanego stanu chorobowego, różnic w dawkowaniu leków i harmonogramach, słabej standaryzacji randomizowanych zwierząt, czasu trwania obserwacji i zaślepienia badaczy, a wreszcie małych grup eksperymentalnych3. Eksperymentalnie udoskonaliliśmy i ustandaryzowaliśmy protokół nie tylko ogólnego modelu zwierzęcego, aby reprezentować IHD, ale także protokół chirurgiczny, randomizację zwierząt, dostarczanie i czas trwania leków oraz późniejsze wyniki. W odniesieniu do IHD, świnie stanowią optymalny model zwierzęcy ze względu na ich znaczące podobieństwa w anatomii i fizjologii serca do ludzi. Co ważne, świnie mają podobny rozkład tętnic wieńcowych jak ludzie i minimalne krążenie poboczne, co sprawia, że indukcja niedokrwienia jest wiarygodną reprezentacją rozwoju miażdżycy u ludzi. Ponadto świnie mają podobny metabolizm, profil proteomiczny i układ odpornościowy do ludzi, co sprawia, że analiza molekularnego wpływu terapii jest bardziej znacząca4. Mając to na uwadze, model zwierzęcy zastosowany w tym protokole najlepiej nadaje się do powtarzalnego reprezentowania patofizjologii układu krążenia człowieka.
Nasze laboratorium wykorzystuje chirurgiczne umieszczenie zwężacza ameroidu na LCx, co pozwala na przewlekłą indukcję niedokrwienia mięśnia sercowego. Zastosowanie tej techniki do przewlekłego wywoływania niedokrwienia daje wyjątkowe korzyści w porównaniu z ostrym podwiązaniem. Jednym z nich jest obszerna literatura naukowa z wielu dziesięcioleci wykorzystująca to urządzenie5. Dodatkowo pozwala na wiarygodną symulację kliniczną stopniowego zwężenia tętnic wieńcowych z powodu rozwoju miażdżycy u ludzi i wreszcie poprawę śmiertelności zwierząt poprzez oszczędzenie mięśnia sercowego, który miałby całkowite zatrzymanie przepływu krwi6. Zwężacz ameroidowy składa się z dwóch części: tytanowego pierścienia zewnętrznego i wewnętrznej higroskopijnej warstwy tworzywa sztucznego. Po umieszczeniu wokół tętnicy wieńcowej, wewnętrzny pierścień będzie następnie wchłaniał płyny ustrojowe i pęcznieł do wewnątrz dzięki restrykcyjnej stalowej tulei przez okres od dwóch do czterech tygodni7. Strategia umieszczania wokół LCx przynosi korzyści w zakresie śmiertelności, ponieważ jest to najmniejsza z trzech głównych tętnic wieńcowych i wpływa na około 20% mięśnia sercowego7. Aby równomiernie wytworzyć obszar niedokrwienny, ameroid należy umieścić na starcie LCx przed rozgałęzieniem rozwartych tętnic brzeżnych.
Kolejnym rozważaniem zastosowanym w tym protokole jest potwierdzające mapowanie przepływu krwi wieńcowej w celu określenia indukcji niedokrwienia i wykorzystania właściwego terytorium w badaniu wpływu środków terapeutycznych na mięśnia sercowego. W tym celu stosujemy iniekcję mikrosfery złota z BioPhysics Assay Laboratory, Inc. w momencie umieszczania ameroidu, gdy LCx jest całkowicie zamknięty. Sekcja o najniższej kwantyfikacji mikrosfer złota będzie wtedy reprezentować najbardziej niedokrwienne terytorium lewej komory. Nie można przecenić znaczenia mapowania przy określaniu modyfikacji molekularnych powstałych w wyniku leczenia eksperymentalnego. Ponadto zastosowanie mikrosfer znakowanych izotopami zapewnia opłacalną metodę w porównaniu z obrazowaniem oporu magnetycznego serca do oznaczania perfuzji mięśnia sercowego8.
Wreszcie, opisany tutaj model uwzględnia dobrze znaną zmienność między płciami w rozwoju chorób sercowo-naczyniowych i późniejszej odpowiedzi terapeutycznej. Zbyt często przedkliniczne modele zwierzęce nie są w stanie wiernie odwzorować różnic w populacji ludzkiej; W ten sposób dopasowujemy płeć świń wykorzystywanych w grupach kontrolnych i eksperymentalnych między samicami a nienaruszonymi samcami świń. Wcześniej wykorzystaliśmy to do określenia odpowiedzi opartych na płci na nowe terapie9. Kolejnym czynnikiem zwiększającym przekładalność tego protokołu jest zastosowanie randomizacji grup badanych i zaślepienie badacza analizującego parametry czynnościowe serca i perfuzji mięśnia sercowego każdej świni.