Dwukomorowa ocena czynności serca i pętli ciśnienie-objętość za pomocą cewnikowania w zamkniętej klatce piersiowej u myszy
15 czerwca 2020
Prezentowany tutaj jest protokół oceny dwukomorowej funkcji serca u myszy poprzez generowanie pętli ciśnienie-objętość (PV) z prawej i lewej komory u tego samego zwierzęcia za pomocą zamkniętego cewnikowania klatki piersiowej. Nacisk kładziony jest na techniczny aspekt chirurgii i pozyskiwania danych.
Protokół ten pozwala na kompleksową i solidną charakterystykę funkcji serca, a także ilościowe określenie funkcji skurczowej i rozkurczowej w lewej i prawej komorze myszy. Technika ta proponuje globalną charakterystykę funkcji serca u myszy, ponieważ proponuje kategoryzację lewą i prawą u tego samego zwierzęcia. Na początek odizoluj prawą tętnicę szyjną przez rozwarstwienie, aby przemieścić bocznie mięsień gnykowy mostka, aby odsłonić i wyizolować prawą tętnicę szyjną.
Następnie użyj kleszczy, piasku, rozwarstwienia, aby odizolować tętnicę szyjną od nerwu błędnego i wprowadzić trzy chirurgiczne szwy 4-0 pod tętnicą, ale nie nerwem. W celu izolacji prawej żyły szyjnej należy przemieścić bocznie gruczoły podżuchwowe i ślinianki przyuszne. Aby uwidocznić prawą żyłę szyjną i użyj kleszczy, aby tępo wypreparować i odsłonić prawą żyłę szyjną.
Ostrożnie wypreparuj żyłę, aby usunąć otaczającą powięź i przełóż kleszcze pod żyłą szyjną. Przełóż szew chirurgiczny pod żyłą i przywiąż szew do czaszkowej strony żyły. Użyj zacisku hemostatycznego, aby delikatnie naciągnąć szew w kierunku głowy i przełóż dwa dodatkowe szwy pod żyłą szyjną.
Użyj drugiego zacisku, aby delikatnie pociągnąć najbardziej dystalny szew w kierunku ogonowym i zrobić luźny węzeł w środkowym szwie. Następnie umieść kilka kropli podgrzanej soli fizjologicznej na naczyniu w miejscu przewidywanej wenotomii. W celu cewnikowania prawej komory umieść mysz pod mikroskopem stereoskopowym i zidentyfikuj żyłę szyjną.
Delikatnie zastosuj doskonałą trakcję do żyły i włóż zakrzywioną igłę o rozmiarze 30 między czaszkę a szwy pod kątem 140 stopni. Aby upewnić się, że igła wchodzi w sposób koncentryczny. Po wprowadzeniu należy przesunąć igłę, aby rozszerzyć wenotomię i wprowadzić sześciomilimetrową końcówkę cewnika pod igłę do wenotomii.
Po wprowadzeniu cewnika do prawej komory należy monitorować klasyczny przebieg ciśnienia w prawej komorze na monitorze ciągłym, aby potwierdzić prawidłowe ustawienie cewnika. W razie potrzeby delikatnie obracaj trzon cewnika, aż do uzyskania optymalnego umieszczenia cewnika wzdłuż osi prawej komory. Aby zapewnić prawidłowe ułożenie cewnika w prawej i lewej komorze serca, należy uważnie przeczytać i zinterpretować ciśnienie, objętość, wielkość, fazy, ślady, w tym samym czasie, gdy przesuwasz cewnik.
Po uzyskaniu sygnału pętli optymalnej wielkości ciśnienia naciśnij Enter na konsoli, aby wykonać skanowanie linii bazowej i monitorować tętno. Aby wygenerować pętle objętości ciśnienia, zmień parametr osi X z wielkości na objętość, pozostawiając ciśnienie jako oś Y. Gdy sygnał pętli objętości ciśnienia jest optymalny.
Nagrywaj przez 30 sekund. Po zakończeniu analizy zatrzymaj nagrywanie. Następnie umieść usunięty cewnik w roztworze chlorku sodu heparyny.
W celu cewnikowania lewej komory delikatnie podnieś prawą tętnicę szyjną kleszczami i zawiąż szew czaszkowy, zamykając w ten sposób tętnicę. Użyj zacisku hemostatycznego, aby delikatnie nałożyć przyczepność czaszkową na naczynie i użyj zacisku, aby pociągnąć najbardziej dystalny szew w kierunku ogonowym. Wykonaj luźny węzeł na środkowym szwie i dodaj kilka kropli podgrzanej soli fizjologicznej na naczynie w miejscu przewidywanej arteriotomii.
Użyj mikroskopu, aby ustawić ostrość na odcinku czaszki między szwem ogonowym a środkowym i delikatnie nałóż lepszą trakcję na tętnicę. Po wprowadzeniu cewnika, jak pokazano dla prawej komory, potwierdzono, że zapis kanału ciśnieniowego pokazuje typowy ślad aorty, wprowadzenie cewnika do lewej komory będzie widoczne po nagłym spadku na rynku ciśnienia rozkurczowego z aorty. Aby ustabilizować ciśnienie w lewej komorze, użyj pętli objętości ciśnienia, aby potwierdzić prawidłowe ułożenie cewnika w lewej komorze.
Zatrzymaj nagrywanie i wyjmij cewnik. Umieścić cewnik w roztworze heparyny chlorku sodu i zawiązać szew ogonowy. Następnie wyczyść cewnik detergentem enzymatycznym.
Na tym rysunku można zaobserwować reprezentatywne optymalne pętle ciśnienia generowane przez cewnik prawidłowo wprowadzony przez żyłę szyjną i wysunięty do prawej komory. Niewłaściwe ułożenie w prawej komorze objawia się pojawieniem się wadliwych pętli objętości ciśnienia. Optymalne wsteczne umieszczenie cewnika w poprzek zastawki aortalnej do lewej komory również skutkuje specyficznym wzorcem pętli ciśnienia.
Objawia się to wadliwymi pętlami w przypadku nieprawidłowo umieszczonego cewnika. Technika ta pozwala na uzyskanie kompleksowych wartości ciśnienia skurczowego lewej i prawej komory. Dostarcza również parametrów rozkurczowych i dostarcza informacji o wielu zaawansowanych pomiarach kurczliwości i lusitropii.
Technika ta ułatwia również ocenę sprawności lewej i prawej komory oraz obciążenia następczego fazy komory. Technika ta może być stosowana do oceny funkcji prawej i lewej komory w chorobach sercowo-naczyniowych. Na przykład można go wykorzystać do oceny funkcji prawej komory w odpowiedzi na zwiększone obciążenie następcze w nadciśnieniu płucnym.
Ogólna praktyka, dobre pole eliminacji, dobre narzędzie chirurgiczne, utrzymanie nawilżenia żyły kątowej tętnicy szyjnej jest kluczem do sukcesu tej procedury.
Przegląd
Niniejszy protokół szczegółowo opisuje metodę oceny funkcji obu komór serca u myszy poprzez generowanie pętli ciśnienia-objętości (PV) z wykorzystaniem cewnikowania w zamkniętej klatce piersiowej. Nacisk położono w nim na techniki chirurgiczne oraz pozyskiwanie danych niezbędne do uzyskania dokładnych pomiarów.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Fizjologia układu sercowo-naczyniowego
- Modele mysie
- Ocena funkcji serca
Wstęp
- Zrozumienie funkcji serca jest kluczowe dla badania chorób układu sercowo-naczyniowego.
- Pętle ciśnienie-objętość dostarczają informacji na temat funkcji zarówno skurczowej, jak i rozkurczowej.
- Technika ta pozwala na jednoczesną ocenę obu komór u tego samego zwierzęcia.
- Cewnikowanie w zamkniętej klatce piersiowej jest małoinwazyjnym podejściem do takich ocen.
Cel badania
- Opracowanie protokołu kompleksowej charakterystyki funkcji serca u myszy.
- Ilościowe określenie funkcji skurczowej i rozkurczowej obu komór.
- Wspieranie badań nad chorobami układu sercowo-naczyniowego z wykorzystaniem modeli mysich.
Zastosowane metody
- Izolacja prawej tętnicy szyjnej i żyły szyjnej w celu kanulacji.
- Wprowadzenie cewników do prawej i lewej komory w celu pomiaru ciśnienia i objętości.
- Monitorowanie kształtu fal ciśnienia w celu potwierdzenia prawidłowego umiejscowienia cewników.
- Rejestracja pętli ciśnienie-objętość do analizy funkcji serca.
Główne wyniki
- Pomyślne wygenerowanie pętli ciśnienie-objętość dla obu komór.
- Otrzymanie ilościowych pomiarów ciśnień skurczowych i rozkurczowych.
- Identyfikacja optymalnego rozmieszczenia cewnika poprzez analizę kształtu fali.
- Wnioski dotyczące kurczliwości i wydajności serca wyciągnięte z uzyskanych danych.
Wnioski
- Technika ta zapewnia niezawodną metodę oceny funkcji serca u myszy.
- Może ona być stosowana do badania skutków różnych stanów sercowo-naczyniowych.
- Prawidłowa technika chirurgiczna i rozmieszczenie cewników są kluczowe dla powodzenia zabiegu.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Ocena funkcji obu komór serca w modelach przedklinicznych jest kluczowa dla minimalizacji ryzyka w przypadku kandydackich leków sercowo-naczyniowych, ponieważ dostarcza wglądu w mechanizmy wydolności skurczowej i rozkurczowej. Pozyskiwanie pętli ciśnienie-objętość w warunkach zamkniętej klatki piersiowej u myszy umożliwia opracowanie fizjologicznie istotnych profili hemodynamicznych, które odzwierciedlają kliniczną cewnikowanie, co zwiększa pewność translacyjną w walidacji celów terapeutycznych i optymalizacji wiodących związków. Podejście to ogranicza niejednoznaczność biologiczną we wczesnej fazie odkrywania leków, dostarczając ilościowych i powtarzalnych danych na temat kurczliwości oraz wzajemnej zależności komór.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesna faza odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych poprzez kwantyfikację funkcji skurczowej i rozkurczowej w obu komorach u tego samego zwierzęcia.
- Wartość operacyjna: Dostarcza powtarzalnych parametrów hemodynamicznych, które wspierają biologiczną redukcję ryzyka w odniesieniu do celów związanych z kurczliwością serca i przebudową komór.
- Wartość prognostyczna: Ułatwia selekcję projektów w portfolio dzięki dostarczeniu wskaźników kurczliwości i luzytropii, które pozwalają przewidzieć sygnały dotyczące skuteczności i bezpieczeństwa in vivo.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Gotowość do analizy: Generuje standaryzowane pętle ciśnienie-objętość, które służą jako ilościowe odczyty funkcjonalne do przesiewu związków w modelach chorób układu sercowo-naczyniowego.
- Powtarzalność: Wymaga spójnej techniki chirurgicznej i precyzyjnego pozycjonowania cewnika, aby zapewnić wiarygodną morfologię pętli i prawidłową ekstrakcję parametrów hemodynamicznych.
- Skalowalność: Wspiera oceny podłużne w modelach progresji choroby, umożliwiając analizy zależności dawka-odpowiedź oraz przebiegu czasowego w badaniach terapeutycznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Znaczenie w badaniach nad chorobami: Pozwala na ocenę funkcji prawej komory w modelach nadciśnienia płucnego poprzez pomiar obciążenia następczego oraz odpowiedzi ciśnienia skurczowego.
- Ciągłość translacyjna: Odzwierciedla kliniczne procedury cewnikowania, co zwiększa istotność w kontekście ludzkiej patofizjologii układu sercowo-naczyniowego.
- Minimalizacja ryzyka mechanistycznego: Dostarcza zaawansowanych pomiarów wydajności komory i funkcji rozkurczowej, które stanowią podstawę decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) w fazie przedklinicznej.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta integruje się z kontinuum odkrywania leków – od walidacji celu, przez identyfikację związku wiodącego, aż po przedkliniczne badania skuteczności – zapewniając funkcjonalne fenotypowanie kardiologiczne na każdym z tych etapów.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez, umożliwiając jednoczesną analizę ciśnienia i objętości lewej i prawej komory w celu wyjaśnienia efektów specyficznych dla danej ścieżki w funkcji serca.
- Przesiewanie: Dostarcza gotowych do analizy wyników ilościowych, takich jak ciśnienie końcowoskurczowe, objętość końcoworozkurczowa i praca rzutu, do oceny wpływu związków na hemodynamikę.
- Analityka: Zapewnia parametry pochodne, w tym kurczliwość (ESPVR), lusitropię (tau) i wydajność komór do analizy porównawczej między grupami eksperymentalnymi.
- Badania translacyjne: Łączy wczesne odkrycia z walidacją przedkliniczną, oferując profilowanie hemodynamiczne analogiczne do klinicznego w modelach chorób.
- Wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę chirurgiczną i analityczną do fenotypowania sercowo-naczyniowego w wielu obszarach terapeutycznych i na różnych etapach projektów.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celu poprzez zmniejszenie niejednoznaczności mechanistycznej w ocenie funkcji serca.
- Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i standaryzację dzięki zdefiniowanym kryteriom chirurgicznym oraz progom jakości pętli ciśnienie-objętość.
- Wartość strategiczna: Poprawia efektywność kapitałową, umożliwiając wczesną identyfikację kandydatów kardiotoksycznych lub nieskutecznych, co zmniejsza ryzyko niepowodzenia w późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Wspiera decyzje o dalszym rozwoju skorygowane o ryzyko dzięki obiektywnym, ilościowym biomarkerom funkcji skurczowej i rozkurczowej komory.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w technikach mikrosurgicalnych w zakresie izolacji tętnicy szyjnej i żyły szyjnej u myszy.
- Zależność od wysokoprecyzyjnych systemów cewników ciśnienie-objętość oraz technologii admitancji w celu dokładnego pomiaru przewodnictwa objętościowego.
- Konieczność przeprowadzenia zestandaryzowanego szkolenia w celu zapewnienia spójnego pozycjonowania cewnika i pozyskiwania pętli przez różnych operatorów.
- Podczas gromadzenia danych należy uwzględnić zmienne fizjologiczne, takie jak częstość akcji serca, warunki obciążenia oraz temperaturę.
- Ograniczenie wynikające z wyzwania technicznego, jakim jest uzyskanie stabilnego, współosiowego rozmieszczenia cewnika w obu komorach, co bezpośrednio wpływa na wierność pętli i dokładność parametrów.
