Det övergripande målet med den aktuella studien är att presentera teknikerna för induktion av hjärtinfarkt (MI) och post-hjärtinfarkt hjärtsvikt (post-MI HF) i slutna bröst, vuxna Göttingen minipigs och karakterisering av post-MI HF modell i Göttingen minipigs jämfört med Landrace grisar.
Utvecklingen av hjärtsvikt är den mest kraftfulla prediktorn för långvarig dödlighet hos patienter som överlever akut hjärtinfarkt (MI). Det finns ett ouppfyllt kliniskt behov av förebyggande och behandling av post-hjärtinfarkt hjärtsvikt (post-MI HF). Kliniskt relevanta grismodeller av post-MI HF är förutsättningar för slutliga proof-of-concept-studier innan kliniska prövningar i läkemedels- och medicinteknisk utveckling påbörjas.
Här siktade vi på att karakterisera en svinmodell med sluten bröstkorg av post-MI HF i vuxna Göttingen minipigs med långsiktig uppföljning inklusive seriell hjärtmagnetisk resonanstomografi (CMRI) och att jämföra den med den vanliga Landrace grismodellen.
MI inducerades av intraluminal ballong ocklusion av den vänstra främre fallande födans gatan i 120 min i Göttingen minipigs och i 90 min i Landrace grisar, följt av reperfusion. CMRI utfördes för att bedöma hjärtmorfologi och funktion vid baslinjen hos båda raserna och vid 3 och 6 månader i Göttingen minipigs respektive vid 2 månader hos Landrace grisar.
Ärrstorlekar var jämförbara i de två raserna, men MI resulterade i en betydande minskning av vänster ventrikulär utmatningsfraktion (LVEF) endast i Göttingen minipigs, medan Landrace grisar inte visade en minskning av LVEF. Höger ventrikulär (RV) utmatningsfraktion ökade i båda raserna trots de försumbara RV ärrstorlekarna. I motsats till den signifikanta ökningen av vänster Ventrikulärt end-diastolic (LVED) massa i Landrace grisar vid 2 månader, Göttingen minipigs visade en liten ökning av LVED massa endast vid 6 månader.
Sammanfattningsvis är detta den första karakteriseringen av post-MI HF i Göttingen minipigs i jämförelse med Landrace grisar, visar att Göttingen minipig modellen återspeglar post-MI HF parametrar jämförbara med den mänskliga patologin. Vi drar slutsatsen att Göttingen minipig-modellen är överlägsen Landrace grismodell för att studera utvecklingen av post-MI HF.
Trots den minskande dödligheten av akut hjärtinfarkt (MI), förekomsten av post-hjärtinfarkt hjärtsvikt (post-MI HF) har inte förändrats över tid1. Hjärtsvikt (HF) är en av de mest kraftfulla prediktorerna för dödsfall hos MI-patienter2. Hittills är reperfusionsbehandling det enda tillgängliga behandlingsalternativet för att begränsa hjärtinfarktens infarktstorlek och minska risken för en efterföljande HF3,4,5. HF och andra komplikationer kan uppstå till följd av reperfusion skada; Därför finns det fortfarande ett ouppfyllt behov av utveckling av cardioprotective terapier utöver i rätt tid reperfusion6,7,8. Många cardioprotective terapier effektiva även i stora djur modeller har beskrivits, men endast avlägsna skandinaviska konditionering (RIC) tycktes förbättra kliniska resultat av post-MI HF i en liten klinisk prövning9. Detta uppmuntrande resultat på effekten av RIC ifrågasattes dock i en enblind, randomiserad kontrollerad studie (CONDI-2/ERIC-PPCI) som utfördes vid 33 centra över hela Europa hos STEMI- patienter, där RIC misslyckades med att förbättra kliniska resultat10. Möjliga orsaker till den misslyckade översättningen av prekliniska data kan vara användning av suboptimala djurmodeller efter MI HF med låg klinisk relevans11.
Kardiovaskulär (pato)morfologi och (patho)fysiologi hos grismodellerna liknar mänskliga förhållanden; således används det allmänt och accepteras i translationell kardiovaskulär forskning12,13,14. Grisraser som används i kardiovaskulär forskning tillhör de mycket olika inhemska grisarter (Sus scrofa domestica) som innehåller svin som varierar i storlek, utseende och genetisk bakgrund15,16. Även om post-MI HF har undersökts i stor utsträckning hos grisar, publicerades ingen studie i syfte att karakterisera och jämföra effekten av MI på resultatet av post-MI HF i Landrace grisar och Göttingen minipigs. Den intensiva tillväxttakten hos Landrace grisar kan påverka hjärt morphofunctional resultaten; Göttingen minipigs med begränsade tillväxtmönster kan dock övervinna dessa problem och kan fungera som en genomförbar modell för långsiktig uppföljning i bedömningen av post-MI HF. Dessutom rekommenderar en riktlinje om relevansen av stringens och reproducerbarhet i prekliniska studier på kardioprotection användning av hjärtmagnetisk resonanstomografi (CMRI) som en kliniskt relevant modell för mätning av ventrikulär funktion hos svin12.
För att analysera det vetenskapliga intresset för post-MI HF hos grisar utförde vi litteratursökning på PubMed med hjälp av följande söksträng: “(gris ELLER svin ELLER svin ELLER sus-scrofa OR minipig ELLER minigris ELLER miniatyrgris ELLER miniatyr-svin) OCH (infarkt* ELLER ischem* ELLER ischaem* ELLER reperfus*) OCH (hjärta ELLER cardi* ELLER myokard*) OCH (LAD ELLER vänster-främre* ELLER LCX ELLER vänster-cirkumflex ELLER RCA) OCH (hjärtsvikt ELLER lvef ELLER utmatningsfraktion ELLER infarktstorlek ELLER infarktstorlek)” och fann att grismodeller av hjärt ischemi/reperfusion ofta används för att studera MI och post-MI HF, men endast 17% (71 av 425 artiklar) av studier involverade minipigs och 7% (30 av 425 artiklar) använde Göttingen minipigs. Endast cirka 1% (5 av 425) av studierna använde Göttingen minipigs och kliniskt relevanta protokoll med långsiktig uppföljning (1-9 månaders reperfusion) och CMRI för att analysera hjärtfunktionen. Det lilla antalet kliniskt relevanta studier belyser det translationella gapet mellan grundforskning och kliniska prövningar. Därför krävs en omfattande karakterisering av de slutna bröstet post-MI HF modeller i Göttingen minipigs och Landrace grisar med upprepad bedömning av vänster och höger Ventrikulärt funktion och anatomi med CMRI under långsiktig uppföljning. Här syftade vi till att fokusera på den tekniska genomförbarheten och kliniska relevansen av två post-MI HF-modeller för att beskriva standardiserade och reproducerbara experimentella protokoll för post-MI HF-studier som kan användas för att bedöma kardioprotektiva läkemedel och/ eller medicintekniska terapier.
Denna studie är den första i litteraturen som karakteriserar en kliniskt relevant modell av post-MI HF med vuxna Göttingen minipigs och att jämföra morfologiska och hjärt vänster och höger Ventrikulärt funktionella parametrar med de ungdomar Landrace grisar.
Här beskrev vi ett detaljerat protokoll som belyser de kritiska stegen i en teknik för induktion av akut MI och utvärdering av post-MI HF i en sluten bröstmodell av vuxna Göttingen minipigs. Vi beskrev också metoden för intracoronary drug administration, BARI poängsättning och rapporterade vänster och höger Ventrikulärt hjärt morpho-funktionella förändringar i en translationell post-MI HF modell. Detta är den första karakteriseringen av post-MI HF i Göttingen minipigs i jämförelse med Landrace grisar, visar att Göttingen minipig modell återspeglar post-MI HF parametrar jämförbara med människor. Vi drar slutsatsen att Göttingen minipig-modellen är överlägsen Landrace-grisen för att följa upp utvecklingen av post-MI HF. Kliniskt relevanta grismodeller av post-MI HF är förutsättningar för slutliga proof-of-concept-studier innan de går in i kliniska prövningar i de flesta av de kardiovaskulära läkemedels- och medicintekniskautvecklingsprojekten 6,7,12. Faktum är att grismodeller liknar människor i anatomi, fysiologi och biokemiska egenskaper, särskilt inom MI-forskning när de utvecklar trans-mural-hjärtinfarkter på grund av bristen på säkerhet perfusion14. Därför kan grismodeller fungera som modeller för analys av kardioprotektiva terapier och derasmekanismer 24,25,26,27,28,29.
Här har vi funnit att trots lika ärrstorlekar, dödlighet och BARI-poäng i de två raserna observerades vänster ventrikulär dysfunktion som kännetecknas av minskad LVEF endast i Göttingen minipigs. Här observerade vi en 15,4% akut dödlighet i Göttingen minipigs och ingen dödlighet under uppföljningsperioden, den senare är jämförbar med den i kliniska studier. Faktum är att en metaanalys på patientnivå av 10 randomiserade kliniska prövningar fann att Kaplan-Meier uppskattade 1 års dödlighet av alla orsaker var så låg som 2,2% efter hjärtinfarkt30. Ärrstorlekar som rapporteras här är jämförbara med dem i kliniska prövningar. I kliniska prövningar utförda av Lonborg et al och Stone et al hos patienter som överlevde hjärtinfarkt på ST- höjd var medianärrstorlekarna, mätt som % av den vänstra ventrikulära myokardmassan, 9, 5% respektive 17, 9%30,31. Dessutom överensstämmer ärrstorlekarna i denna studie med dem som rapporterats i tidigare publikationer i Göttingen minipigs (12-25%)32,33,34,35,36,37 och hos Landrace-grisar (14-18%)38,39,40. Det nuvarande fyndet om baslinje LVEF i Landrace svin är enligt uppgifter som rapporterats av andra i stora svin13,41,42. Dessa värden hos stora svin är mindre jämfört med friska LVEF-referensintervall (58-61%)43 och basvärden (pre-infarction) i Göttingen minipigs (55-73%)33,44,45. Det är dock värt att notera att endast post-infarction data eller delta ändringar av LVEF rapporteras i de flesta publikationer46,47,48,49,50. I enlighet med dessa resultat har tidigare studier av antingen post-MI HF inducerad med 45 till 90 min LAD-ocklusion följt av reperfusion eller permanent LAD-ocklusion visat antingen ingen minskning eller blygsam minskning av LVEF i Landrace eller Yorkshire svin efter 4-6 veckors uppföljning jämfört med baslinjen (pre-infarkt) LVEF51,52,53. Schuleri et al. jämförde dock morfofunktionella parametrar mellan Göttingen minipigs och Yorkshire svin och fann att båda raserna visade en minskning av LVEF 8 veckor efter induktion av MI med 120 till 150 min LAD ocklusion-reperfusion; LVEF-värden vid baslinjen i Yorkshire-svin rapporterades dock inte54. I andra experiment på kvinnliga Dalland Landrace grisar efter MI negativa ombyggnad inducerades av 90 min LAD ocklusion, men LVEF rapporterades inte efter 4 veckors uppföljning55. I motsats till våra resultat, i en studie av de Jong et al., minskade LVEF markant hos Landrace grisar utsätts för öppen bröst LAD ocklusion och följt av en 12-veckors uppföljning56. Denna skillnad kan hänföras till betydligt längre ischemisk period (150 min), vilket resulterade i större infarktstorlek (23,4 ± 2,1% av LV). På annat håll ledde 120-min sluten bröstocklusion av vänster circumflex (LCX) kranskärl i tyska Landrace grisar till en betydande minskning av LVEF efter åtta veckors reperfusion, vilket tyder på att den olika platsen för MI också kan påverka den globala vänstra ventrikulära funktionen57. Våra nuvarande resultat överensstämmer med andra som visar betydande minskning av LVEF i post-MI HF i Göttingen minipigs efter långsiktig uppföljning33,44,45.
Minskningen av LVEF hos Göttingen minipigs efter MI överensstämmer med kliniska data som visar hjärtdysfunktion till följd av ventrikulär ombyggnad hos patienter efter AMI58. Sammanfattningsvis efterliknar Göttingen minipigs bättre de mänskliga förhållandena, eftersom pre-infarction LVEF, ärrstorlek, post-infarction LVEF och dödlighet är alla jämförbara med dessa parametrar som finns hos människor.
Här observerade vi en 8% ökning av LVED massa efter sex månader i Göttingen minipigs och en markant högre (97%) ökning av LVED-massorna hos Landrace-grisar efter två månader. Liknande data rapporterades av Schuleri et al. hos yorkshiregrisar, där en 40% ökning av hjärtvikt observerades efter två månader. Däremot observerades i andra experiment av slutna bröst post-MI HF i Göttingen minipigs inga signifikanta förändringar i vänster Ventrikulärt massor33,44. Därför kan skillnader mellan de två raserna avseende LVEF hänföras till en intensiv hjärttillväxt hos Landrace-grisar och därmed förändrad hjärtrenovering.
I kliniska inställningar, förutom LVEF, vänster Ventrikulärt volym ger värdefull inblick i långsiktiga prognos och dödlighet i post-MI patienter59. LVESV är den primära bestämningsfaktorn för både tidig och sen mortalitet hos patienter efter AMI60,61. Här har vi visat att ventrikulär volym bedömd av CMRI ökade signifikant i båda raserna. Efter-MI ombyggnad inducerad en mer uttalad ökning av LVESV än i LVEDV i Göttingen minipigs, medan både LVESV och LVEDV ökades med en liknande takt i Landrace grisar. Följaktligen minskades vänster Ventrikulärt utstötningsfraktion (LVEF) signifikant vid 3 och 6 månader endast i Göttingen minipigs men inte i Landrace grisar efter 2 månader. Dessa resultat måste tolkas med försiktighet hos Landrace-grisar, där ökad LVESV, LVEDV och LVSV (beräknad som skillnaden mellan LVESV och LVEDV) är mer sannolika relaterade till en intensiv ökning av hjärtmassan. Ökad LVESV och LVEDV överensstämmer med kliniska data från patienter med post-MI HF62,63,64. Dessutom definierades negativ vänster ventrikulär ombyggnad som en ökning med 15% eller mer i LVEDV i kliniska studier65,66 och vi fann här en 28% ökning efter 3 månader och en 42% ökning efter 6 månader i LVEDV i Göttingen minipigs visar en kliniskt relevant negativ ombyggnad. Dessutom har vi här visat att LAVi bara ökade i Göttingen minipigs, men inte hos Landrace grisar. Ökning av vänster förmaksvolym är en ytterligare viktig strukturell förändring i samband med HF och är en oberoende prediktor för död och HF sjukhusvistelse hos patienter som överlever MI67.
Rätt ventrikulär funktion studeras sällan i post-MI HF-modeller. Här har vi funnit att rätt ventrikulär utmatningsfraktion ökade i båda raserna. Även om RV praktiskt taget inte var involverad i skador nekros, ökade RVEF avsevärt i båda raserna som anger RV volym överbelastning och därmed vänster Ventrikulärt dysfunktion. På samma sätt visade en klinisk studie som registrerade 2008 patienter med kronisk systolisk HF att 733 patienter (37%) tillhörde normal höger ventrikulär funktionskategori med RVEF≥40%68.
Sammanfattningsvis har vi här visat att den vuxna Göttingen minipig modellen med långsiktig uppföljning efterliknar funktionella och morfologiska parametrar för post-MI HF jämförbar med människor. Våra nuvarande data visar också att Landrace grisar inte är lämpliga för utvärdering av post-MI HF främst på grund av konsekvenser av den snabba ökningen av kropp och hjärt vikt som inte tillåter långsiktig uppföljning och stör post-MI HF patologi. Landrace grisar kan vara lämpliga för att bedöma konsekvenserna av akut hjärtinfarkt. Den nuvarande omfattande karakteriseringen av de slutna bröst hjärtinfarktmodellerna i Landrace och Göttingen minipigs kommer att vara användbar för att välja de optimala stora djurmodellerna för att studera post-MI HF och utveckla nya terapier mot denna patologi.
Begränsningar
Det aktuella experimentet utfördes endast hos honsvin, därför är den potentiella effekten av de olika könen på post-MI HF fortfarande okänd i dessa modeller69. Tecken på HF bedömdes av CMRI, enligt rekommendationer i en nyligen utfärdad riktlinje om rigorens relevans och reproducerbarhet i prekliniska studier på kardioproktection12. Användningen av mer riktade angulation av CMRI imaging plan och mer riktade sekvens kan dock resultera i bättre uppskattning av vänster förmaksflimmer volymer och pulmonell ödem. Även om vi inte har mätt biomarkörer och histologiska tecken på post-MI HF i denna studie, är dessa modeller lämpliga för analys av eventuella biomarkörer sedan tillgången på plasma- och vävnadsprover. På grund av de olika mottaglighet av de 2 raserna till ischemi / reperfusion skada, olika varaktigheter av födans ocklusioner valdes här som kan även om begränsa jämförelsen av de 2 modellerna, men genom detta tillvägagångssätt uppnådde vi liknande infarkt storlek. Uppföljningstiden i de 2 raserna var annorlunda som hos Landrace-grisarna endast 2 månaders uppföljningstid kan uppnås på grund av tekniska skäl, dvs. snabb ökning av kroppsvikten som visar en stor begränsning av Landrace-modellen. En ytterligare begränsning är bristen på olika riskfaktorer och samsjuklighet och därmed efterliknar de nuvarande stora djurmodellerna inte helt den kliniska situationen när det gäller förekomsten av flera riskfaktorer, inklusive samsjuklighet och deras mediciner. För närvarande finns det dock inga etablerade stora djurmodeller med flera komorbiditeter för rutinmässig användning. Dessa stora djurmodeller kan inte drivas för dödlighetsanalys på grund av djuretiska skäl och de höga kostnaderna för dessa studier.
The authors have nothing to disclose.
Denna studie finansierades av Quark Pharmaceuticals Inc där S.A. och E.F. är anställda. Denna studie stöddes också av Ungerns nationella kontor för forskning, utveckling och innovation (NKFIA; NVKP-16-1-2016-0017 National Heart Program) och av ministeriet för mänsklig kapacitets departements program för högre utbildning i Ungern, inom ramen för semmelweisuniversitetets tematiska program för terapeutisk utveckling. stödde.B s av EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00009 och Gedeon Richter Plc. Z.G. stöddes av ett János Bolyai-forskningsstipendier från den ungerska vetenskapsakademin och av ÚNKP-19-4 New National Excellence Program of the Ministry of Human Capacities.
Special Diet Services pig chow | SDS, Witham, England, Hungarian distributor: Akronom Kft. | ||
maintenance minipig diet | no. 9023, Altromin | ||
pregnant sow chow | Bonafarm-Bábolna Takarmány Plc | ||
ketamine hydrochloride | Richter Pharma AG | ||
xylazine | Medicus Partner | ||
atropine | Egis | ||
endotracheal tube | Portex | ||
isoflurane | Abbot | ||
anesthetic machine | Dräger Julian | ||
18 G needle | Anhul Kangda Medical Products Co. Ltd. | ||
5% glucose in Ringer solution | B Braun | ||
atracurium besylate | GSK | ||
cardiac magnetic resonance machine | Siemens Healthineers Medical GmbH | ||
acetyl salicylic acid | Bayer | ||
clopidogrel | Zentiva | ||
meloxicam (meloxidyl) | Ceva | ||
antibiotic coctail (tardomyocel) comp III. | Norbrook | ||
ear vein cannula | B Braun Melsungen AG | ||
magnesium sulfate | Wörwag Pharma GmbH | ||
povidone-iodine | Egis | ||
ECG electrodes | Leonhard Lang GmbH | ||
6F-ACT introducer | St Jude Medical | ||
heparin | TEVA | ||
arterial pressure sensor and monitoring system | GE Healthcare | ||
guidewire | PT2MS Boston Scientific | ||
5F guiding catheter | Medtronic Launcher, 5F | ||
fluoroscope, C-bow | Siemens Medical GmbH | ||
Iobitridol (Xenetix) | Guerbet | ||
balloon catheter | Boston Scientific, EMERGE, 2.5mm x 12mm | ||
heating device | 3M | ||
rectal probe | Vatner Kft | ||
pulse oxymeter | Comen medical | ||
epinephrine | Richter Gedeon Rt. | ||
lidocaine | EGIS | ||
microcatheter | Caravel ASAHI | ||
defibrillator | GE Marquette Responder 1100 | ||
perfusion pump | TSE system | ||
antiseptic coating | Friedrich Huber aeronova GmbH&Co | ||
gadobutrol | Bayer | ||
MASS 7.6 analysis software | Medis Medical Imaging Software, Leiden |