Chirurgiczny model niewydolności serca z zachowaną frakcją wyrzutową u tybetańskich świnek miniaturowych
18 lutego 2022
Obecny protokół opisuje krok po kroku procedurę tworzenia modelu miniświni niewydolności serca z zachowaną frakcją wyrzutową przy użyciu zstępującego zwężenia aorty. Przedstawiono również metody oceny morfologii, histologii i funkcji tego modelu choroby serca.
Ponad połowa przypadków niewydolności serca na całym świecie jest klasyfikowana jako niewydolność serca z zachowaną frakcją wyrzutową krwi lub HFpEF. Ten film przedstawia krok po kroku procedurę modelowania świnek miniaturowych z HFpEF, a także techniki echokardiografii do oceny czynności serca. Ten model ma pojedynczy filtr predysponujący.
Występuje zwężenie aorty, indukowane przeciążenie ciśnieniem. W związku z tym model jest pomocny w badaniu określonego typu HFpEF. Oprócz techniki chirurgicznej w planowaniu operacji, krytycznymi krokami są kontrola jakości zwierząt i opieka nad zwierzętami po operacji.
Badania biochemiczne i elektrokardiografia pomagają w monitorowaniu stanu zdrowia zwierząt oraz zmian w ich strukturze i funkcji. Xiaohui Li, kardiochirurg kliniczny. Weijiang Tan, z wykształcenia chirurg zwierząt.
Xiang Li, wyszkolony anestezjolog do tej operacji. Shuang Chen, z wykształcenia pielęgniarka na sali operacyjnej. A Honghua Chen, wyszkolona pielęgniarka na sali operacyjnej, zademonstruje procedurę.
Aby rozpocząć aklimatyzację zwierząt w placówce na 14 dni przed zabiegiem. Przygotuj salę operacyjną i urządzenia. Unieruchomić i umieścić miniświnkę w prawej bocznej pozycji leżącej na stole operacyjnym.
Włącz system grzewczy, aby utrzymać temperaturę ciała zwierzęcia. Wykonaj echokardiografię i pobierz dwumililitrową próbkę krwi. Rozpocznij wentylację przy ośmiu mililitrach na kilogram objętości oddechowej i 30 oddechach na minutę.
Ustalić kaniulację dożylną za pomocą obwodowego cewnika dożylnego z żyły usznej. Następnie podłącz zwierzę do monitora weterynaryjnego. Ogol lewą część klatki piersiowej.
Zastosuj 0,7% jodu i 75% alkoholu, aby aseptycznie przygotować skórę od łopatki do przepony. Umieść sterylne serwety na polu operacyjnym. Zaznacz około 15-centymetrowe nacięcie wzdłuż czwartej przestrzeni międzyżebrowej.
Następnie wykonaj nacięcie skóry za pomocą elektrokoagulacji. Otwórz klatkę piersiową za pomocą kombinacji kauteryzacji i rozwarstwienia mięśni i tkanki łącznej. Użyj zwijacza żeber, aby rozłożyć żebra.
Zlokalizuj segment aorty piersiowej zstępującej i określ miejsce zwężenia, a następnie użyj dwóch trzech szwów chirurgicznych OTT, aby dwukrotnie owinąć się wokół segmentu. Ustawianie jednostek pomiaru ciśnienia. Aby określić stopień zwężenia, stopniowo zaciskaj szew chirurgiczny otaczający zstępujący segment aorty, aby osiągnąć pożądany stopień zwężenia.
Pozwól, aby odczyty ciśnienia ustabilizowały się przez 20 minut i trwale zaciśnij węzły chirurgiczne. Użyj rurki drenażowej klatki piersiowej, aby usunąć powietrze i nadmiar płynów z jamy klatki piersiowej. Monitoruj obecność mrugania oczami i ruchów kończyn zwierzęcia.
Odłącz respirator, ale pozostaw rurkę dotchawiczą i monitoruj obecność spontanicznego oddychania. Umieścić zwierzę w ruchomym urządzeniu przytrzymującym z plandekowym pokrowcem. Ogol lewą klatkę piersiową zwierzęcia.
Połóż palce na lewym środku klatki piersiowej, aby poczuć epicki puls. Nałóż żel ultradźwiękowy na okolicę. Umieść przetwornik Phased Array systemu ultrasonograficznego w trzeciej przestrzeni międzyżebrowej.
Przesuń przetwornik w kierunku przednim lub tylnym i wyreguluj kąt wycięcia. Zidentyfikuj przedsionki, komory i aortę oraz zapisz obrazy osi długich w trybie B i M w trybie M. Następnie w widoku krótkiej osi przymostkowej zidentyfikuj przegrodę międzykomorową, tylną ścianę lewej komory i mięsień brodawkowaty, a następnie zapisz obrazy w trybie B i M.
Skorzystaj ze stacji roboczej dostarczonej przez producenta systemu ultrasonograficznego, aby ocenić strukturę i funkcję serca. Ocena struktury i funkcji serca wykazała wyświetlane zapisy trybu B i trybu M krótkiej osi okołomostkowej. Grubość przegrody komorowej zwiększyła się w zstępujących sercach zwężonych aorty, podczas gdy grubość tylnej ściany zwiększyła się, a następnie zmniejszyła w okresie obserwacji, co sugeruje przerostową przebudowę w lewej komorze miniświnek ze zstępującym zwężeniem aorty.
Wewnętrzny wymiar lewej komory na końcu rozkurczu zmniejszył się w czwartym i szóstym tygodniu, a następnie stopniowo zwiększał się po ósmym tygodniu, co sugeruje, że komory uległy koncentrycznemu przerostowi przed rozszerzeniem. Frakcja wyrzutowa lewej komory serca modelowego utrzymywała się na poziomie ponad 50% w ciągu 12 tygodni. W porównaniu z sercami pozorowanymi obserwowano powiększenie zstępujących serc zwężonych aorty.
Marker niewydolności serca, troponina sercowa I, był znacznie wyższy w 4, 8 i 12 tygodniu w grupie zstępującego zwężenia aorty niż w grupie pozorowanej w odpowiednich punktach czasowych. Kardiomiocyty w przegrodzie przedsionkowej i komorach wykazywały przerost ze świnią. Warstwy mięśniowe uległy zmniejszeniu w zastawce endometrium, a w aorcie zaobserwowano przerost śródbłonka naczyniowego.
Co więcej, zstępujące zwężenie aorty wywołało rozległe zwłóknienie mięśnia sercowego świnek miniaturowych, któremu towarzyszył naciekanie komórek zapalnych w lewej komorze, prawym przedsionku i ścianach aorty. Model ten jest potężnym narzędziem do badania uszkodzeń tkanek, zwłóknienia, stanu zapalnego i dysfunkcji koncentrycznych w HFpEF wywołanym przeciążeniem ciśnieniowym.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje metodę opracowania modelu niewydolności serca z zachowaną frakcją wyrzutową (HFpEF) u minipigów poprzez zwężenie zstępującej aorty. Szczegółowo przedstawiono w nim ocenę morfologii, histologii oraz funkcji serca w tym modelu choroby.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Kardiologia
- Modele zwierzęce
- Badania nad niewydolnością serca
Wstęp
- HFpEF odpowiada za ponad połowę przypadków niewydolności serca na całym świecie.
- Model minipig jest użyteczny w badaniu specyficznych typów HFpEF.
- Konstrikcja aorty wywołuje przeciążenie ciśnieniowe, symulując warunki HFpEF.
- Prawidłowa technika chirurgiczna oraz opieka nad zwierzętami są niezbędne dla sukcesu modelu.
Cel badania
- Opracowanie wiarygodnego modelu HFpEF u miniswini do celów badawczych.
- Ocena funkcji serca z wykorzystaniem technik echokardiograficznych.
- Stworzenie ram metodologicznych do oceny morfologii i histologii serca.
Zastosowane metody
- Przeconstrykcja zstępującej aorty w celu indukowania niewydolności serca.
- Echokardiografia do oceny funkcji serca.
- Ocena morfologii i histologii serca.
- Pooperacyjna opieka nad zwierzętami i środki kontroli jakości.
Główne wyniki
- Skuteczne opracowanie modelu HFpEF u minipigów.
- Zaprezentowane techniki oceny funkcji serca.
- Wnioski dotyczące zmian morfologicznych i histologicznych w HFpEF.
- Podkreślenie znaczenia precyzji chirurgicznej oraz dobrostanu zwierząt.
Wnioski
- Model minipig jest cennym narzędziem w badaniach nad HFpEF.
- Właściwa metodologia zapewnia wiarygodne wyniki w badaniach kardiologicznych.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tym modelu w celu zgłębienia mechanizmów HFpEF.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Modele dużych zwierząt, które odtwarzają niewydolność serca z zachowaną frakcją wyrzutową (HFpEF), są kluczowe dla badań translacyjnych i przedklinicznej oceny strategii terapeutycznych. Tybetański model miniswini DAC umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka i walidację celu w systemie istotnym fizjologicznie, co zwiększa pewność prognostyczną w rozwoju portfolio. Model ten rozwiązuje kluczowy problem w procesie odkrywania leków sercowo-naczyniowych, stanowiąc pomost pomiędzy wczesną fazą odkrywania a walidacją przedkliniczną.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie patofizjologii HFpEF w systemie dużych zwierząt.
- Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez kontrolowaną indukcję przeciążenia ciśnieniowego.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez modelowanie włóknienia, stanu zapalnego i hipertrofii.
- Stanowi platformę do oceny molekularnych i komórkowych czynników napędzających chorobę.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Ustanawia powtarzalny system in vivo do dalszego opracowywania biomarkerów i testów funkcjonalnych.
- Dostarcza ilościowych wyników echokardiograficznych i biochemicznych w celu standaryzacji testów.
- Umożliwia przesiewowe badanie potencjalnych interwencji w kontekście istotnym dla danej choroby.
- Wspiera skalowalność i porównywalność międzybadawczą dzięki standaryzowanym protokołom chirurgicznym i obrazowym.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Zgodność z cechami ludzkiej HFpEF, co usprawnia translacyjną walidację biomarkerów.
- Zapewnienie ciągłości od etapu odkrycia po przedkliniczną ocenę skuteczności i bezpieczeństwa.
- Umożliwienie podejmowania decyzji o dalszym rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka i dane z dużych zwierząt.
- Wsparcie oceny przebudowy serca i punktów końcowych funkcji serca istotnych dla translacji klinicznej.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten model HFpEF indukowany przez DAC wypełnia lukę między wczesną fazą odkrywania a przedkliniczną walidacją kandydata na lek, umożliwiając testowanie hipotez i zapewniając ciągłość translacyjną programów kardiologicznych.
- Biologia odkrywcza: Umożliwia prowadzenie badań opartych na hipotezach dotyczących przebudowy i dysfunkcji serca indukowanej przeciążeniem ciśnieniowym.
- Przesiew: Zapewnia ilościowe odczyty echokardiograficzne i biochemiczne do oceny kandydatów.
- Analityka: Wspiera statystyczne porównanie struktury, funkcji serca oraz poziomów biomarkerów w grupach eksperymentalnych.
- Badania translacyjne: Łączy badania mechanistyczne z przedklinicznymi testami skuteczności w klinicznie istotnym modelu.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje zestandaryzowaną, wielokrotnego użytku platformę do badań nad biomarkerami i celami terapeutycznymi w układzie sercowo-naczyniowym.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach nad HFpEF.
- Wartość operacyjna: Dostarcza powtarzalne, skalowalne i zestandaryzowane dane z modeli dużych zwierząt dla zespołów interdyscyplinarnych.
- Wartość strategiczna: Poprawia jakość decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz efektywność kapitałową w portfelach kardio-naczyniowych.
- Wpływ na portfel: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów na terapie HFpEF.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w chirurgii dużych zwierząt, echokardiografii oraz opiece pooperacyjnej.
- Wymaga dostępu do infrastruktury weterynaryjnej służącej do monitorowania, obrazowania i analizy biochemicznej.
- Konieczna jest rygorystyczna standaryzacja protokołów chirurgicznych i analitycznych pomiędzy zespołami.
- Adaptacja do innych gatunków dużych zwierząt może wymagać optymalizacji protokołu.
- Model jest specyficzny dla HFpEF wywołanego przeciążeniem ciśnieniowym i może nie oddawać wszystkich podtypów choroby.
