Summary

Un modèle mini-invasif de sténose aortique chez le porc

Published: October 20, 2023
doi:

Summary

Ce protocole décrit une intervention chirurgicale mini-invasive pour le baguage aortique ascendant chez le porc.

Abstract

Les grands modèles animaux d’insuffisance cardiaque jouent un rôle essentiel dans le développement de nouvelles interventions thérapeutiques en raison de leur taille et de leurs similitudes physiologiques avec les humains. Des efforts ont été consacrés à la création d’un modèle d’insuffisance cardiaque induite par une surcharge de pression et à l’anneau aortique ascendant tout en restant supra-coronaire et non une imitation parfaite de la sténose aortique chez l’homme, ressemblant étroitement à la condition humaine.

Le but de cette étude est de démontrer une approche mini-invasive pour induire une surcharge de pression ventriculaire gauche en plaçant une bande aortique, calibrée avec précision avec des capteurs de pression haute-fidélité introduits par voie percutanée. Cette méthode représente un raffinement de l’intervention chirurgicale (3R), ce qui permet d’obtenir des gradients trans-sténosés homogènes et une variabilité intragroupe réduite. De plus, il permet un rétablissement rapide et sans incident des animaux, ce qui entraîne des taux de mortalité minimes. Tout au long de l’étude, les animaux ont été suivis jusqu’à 2 mois après la chirurgie, en utilisant l’échocardiographie transthoracique et l’analyse de la boucle pression-volume. Cependant, des périodes de suivi plus longues peuvent être obtenues si vous le souhaitez. Ce modèle animal de grande taille s’avère précieux pour tester de nouveaux médicaments, en particulier ceux ciblant l’hypertrophie et les altérations structurelles et fonctionnelles associées à la surcharge de pression ventriculaire gauche.

Introduction

L’insuffisance cardiaque (IC) est une maladie potentiellement mortelle qui touche des millions de personnes dans le monde, entraînant des impacts sociaux et économiques majeurs1. L’une de ses étiologies significatives est la valvulopathie aortique ou sténose aortique (SA). La sténose aortique est plus fréquente à un âge avancé et se classe comme la deuxième lésion valvulaire la plus fréquente aux États-Unis. La mortalité liée à la SA a également augmenté en Europe, en particulier dans les pays qui n’ont pas accès aux procédures interventionnelles récentes2. Compte tenu de la complexité de l’IC et de la rareté des innovations thérapeutiques, il existe un besoin urgent de modèles animaux fiables capables de reproduire la condition humaine et de faciliter l’expérimentation de nouvelles interventions3. Alors que les modèles de rongeurs sont plus nombreux que les modèles de grands animaux, ces derniers offrent plusieurs avantages en raison de leur taille et de leurs similitudes physiologiques, permettant de tester des doses de médicaments et des dispositifs médicaux destinés à un usage humain.

L’objectif de cette méthode est d’établir un modèle reproductible de rubanement aortique ascendant (AAB) applicable à la plupart des grandes espèces animales utilisées dans la recherche biomédicale. Dans cette étude, la procédure est démontrée chez les porcs à l’aide d’une approche mini-invasive, adhérant aux principes des 3R (remplacement, réduction et raffinement4). Cette approche garantit la création d’un gradient de pression précis, ce qui se traduit par une reproductibilité élevée (réduisant potentiellement le nombre d’animaux requis). De plus, la petite incision chirurgicale (2-3 cm) minimise les agressions chirurgicales, améliorant ainsi le bien-être de l’animal par rapport aux approches plus agressives comme la sternotomie et les thoracotomies plus grandes5 (raffinement). De plus, la fourniture d’une démonstration vidéo de la méthode, ainsi que de descriptions détaillées dans la littérature, pourrait potentiellement réduire le besoin d’animaux utilisés uniquement à des fins de dressage (remplacement), ce qui diminuerait davantage l’utilisation des animaux. Ce modèle peut être adapté à différentes souches/races porcines avec des taux de croissance distincts et induit une surcharge de pression soutenue, conduisant à une hypertrophie significative après 1 ou 2 mois de suivi.

Les méthodes actuelles utilisent la sténose fixe6, sans tenir compte de la variabilité de la taille des animaux, ou calculent le gradient à l’aide de lectures de pression remplies de liquide7, qui sont moins fiables que les capteurs de pression haute-fidélité et sont sensibles à l’amortissement du signal8. Une autre approche utilise une seule mesure de pression distale par rapport à la sténose5. Cependant, l’étalonnage de la sténose par des signaux de pression proximaux et distaux simultanés à l’aide de capteurs de pression haute-fidélité délivrés par voie percutanée représente une optimisation substantielle du protocole, ce qui permet d’améliorer l’homogénéité des groupes. En faisant une démonstration visuelle de cette méthode, d’autres chercheurs devraient être en mesure de la reproduire sans obstacles significatifs, augmentant ainsi la disponibilité de ce modèle tout en favorisant l’application des principes des 3R.

Protocol

Les expériences sur les animaux ont été réalisées au laboratoire de chirurgie expérimentale de l’Université de Porto, Centre de recherche et de développement cardiovasculaires (UnIC, Porto, Portugal). Le comité d’éthique animale de l’établissement a approuvé l’étude conformément à l’Autorité nationale de santé animale (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Réf : 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). Les expérimentateurs étaient soit agréés (autorisation de sciences animal…

Representative Results

Au cours du développement initial du modèle, le taux de mortalité était d’environ 30 %, les animaux mourant d’insuffisance cardiaque aiguë après baguage et complications chirurgicales. Cependant, après l’établissement du modèle, les complications chirurgicales sont devenues moins fréquentes et le taux de mortalité a chuté à environ 15 %. Les deux décès survenus étaient dus à une rupture aortique lors d’une dissection. L’utilisation de capteurs de pression haute-fidé…

Discussion

Au cours des dernières années, plusieurs études ont utilisé l’anneau aortique chirurgical comme modèle pour la surcharge de pression ventriculaire gauche et l’insuffisance cardiaque(de 9 à10 de l’aorte ascendante), ce qui a permis aux chercheurs d’obtenir divers phénotypes adaptés à leurs besoins spécifiques. Bien que l’utilisation de tels modèles nécessite un équipement coûteux et des connaissances spécialisées, les informations qu’ils fournisse…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ces travaux ont été soutenus et financés dans le cadre du projet QREN 2013/30196, de la Fondation bancaire « la Caixa », du projet Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), LCF/PR/HP17/52190002. JS et EB ont été soutenus par le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre de la convention de subvention Marie Sklodowska-Curie n° 813716. PdCM a été soutenu par le projet MEDIATOR de la Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI (LSHM 21016).

Materials

3-0 PDS II suture Ethicon Z683G Aorta banding
5-0 prolene Ethicon 7472H Aorta banding
ACUSON NX2 Ultrasound System Siemens (240)11284381 Vascular Access and Echocardiography
Arterial Extension 200 cm PMH 303.0666 Anesthesia Maintenance
Atlan A300 Ventilator Draeger 8621300 Ventilation
Bone cutters Fehling AMP 367.00 Aorta banding
Cefazolin 1000 mg Labesfal 100063 Antibiotic
Chlorhexidine 4% Wash Solution AGA 19110008 Cleaning
Doyen Intestinal Forceps Aesculap EA121R Intubation
Echogenic Introducer Needle Teleflex AN-04318 Vascular Access
Endotracheal tube Intersurgical 8040070 Intubation
ePTFE vascular graft (5 mm x 40 cm) GORE-TEX S0504 Aorta banding
Extension line 100 cm PMH 303.0394 Anesthesia Induction
F.O. Laryngoscope Luxamed E1.317.012 Intubation
F.O. Miller Blade 4 204 x 17 mm Luxamed 3 Intubation
Fenestrated Sterile Drape Bastos Viegas 4882-256 Aseptic Technique
Fentanyl 0.5 mg/10 mL B.Braun 5758883 Anesthesia / Analgesia
Guidewire 260 cm J-tip B.Braun J3 FC-FS 260-035 Left Ventricle catheterization
Infusomat Space Infusion Pump B.Braun 24101800 Fluids / Drug administration
Intercostal retractor Fehling Surgical MRP-1 Thoracotomy
Introcan Certo IV Catheter 20G B.Braun 4251326 Fluids / Drug administration
Isotonic Saline Solution 0.9% B.Braun 5/44929/1/0918 Fluids / Drug administration
Ketamidor 100 mg/mL Richter pharma 1121908AB Anesthesia Induction
L10-5v Linear Transducer Siemens 11284481 Vascular Access
Midazolam 15 mg/3 mL Labesfal PLB762-POR/2 Anesthesia Induction
Mikro-cath Millar 63405(1) Pressure recording
MP1 guide catheter 6 Fr Cordis 67027000 Left Ventricle catheterization
Needle Holder Fehling Surgical ZYY-5 Aorta banding
Non-woven adhesive Bastos Viegas 442-002 Fluids / Drug administration
P4-2 Phased Array Transducer Siemens 11284467 Echocardiography
Perfusor Compact Syringe Perfusion Pump B.Braun 8717030 Fluids / Drug administration
Pressure Signal Conditioner ADinstruments PCU-2000 Pressure recording
Propofol Lipuro 2% B.Braun 357410  Anesthesia Maintenance
Radifocus Introducer II Standard Kit B – Introducer Sheath Terumo RS+B60K10MQ Vascular Access
Radiopaque marker Scanlan 1001-83 Aorta banding
Scissors Fehling Surgical Thoracotomy
Skinprep (Chlorhexidine 2% / 70% Isopropyl alcohol) Vygon SKPC015ES Disinfection
Stopcock manifold (3 ports) PMH 310.0489 Fluids / Drug administration
Straight forceps Fehling Surgical ZYY-1 Thoracotomy
Stresnil 40 mg/mL ecuphar 572184.2 Anesthesia Induction
Syringe Luer Lock 20 cc Omnifix B.Braun 4617207V Anesthesia Induction
Syringe Luer Lock 50 cc Omnifix B.Braun 4617509F Anesthesia Maintenance
Transdermal fentanyl Patch 50 mcg/h Mylan 5022153 Analgesia
Ultravist Bayer KT0B019 Angiography
Universal Hemostasis Valve Adapter Merit Medical UHVA08 Left Ventricle catheterization
Velcro Limb Immobilizer PMH SU-211 Animal stabilization
Venofix A, 21 G B.Braun 4056337 Anesthesia Induction
Vista 120S Patient Monitor Draeger MS32997 Monitoring
Weck titanium clip Teleflex 523760 Aorta banding
Weck titanium clip applier Teleflex 523166 Aorta banding
Zhiem Vision Iberdata N/A Fluoroscopy

References

  1. Savarese, G., et al. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 118 (17), 3272-3287 (2023).
  2. Hartley, A., et al. Trends in mortality from aortic stenosis in Europe: 2000-2017. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 748137 (2021).
  3. Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large Animal models of heart failure: a translational bridge to clinical success. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
  4. Brink, C. B., Lewis, D. I. The 12 Rs framework as a comprehensive, unifying construct for principles guiding animal research ethics. Animals (Basel). 13 (7), 1128 (2023).
  5. Choy, J. S., Zhang, Z. D., Pitsillides, K., Sosa, M., Kassab, G. S. Longitudinal hemodynamic measurements in swine heart failure using a fully implantable telemetry system. PLoS One. 9 (8), 103331 (2014).
  6. Ishikawa, K., et al. Increased stiffness is the major early abnormality in a pig model of severe aortic stenosis and predisposes to congestive heart failure in the absence of systolic dysfunction. Journal of the American Heart Association. 4 (5), 001925 (2015).
  7. Emter, C. A., Baines, C. P. Low-intensity aerobic interval training attenuates pathological left ventricular remodeling and mitochondrial dysfunction in aortic-banded miniature swine. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299 (5), H1348-H1356 (2010).
  8. Brito, J., Raposo, L., Teles, R. C. Invasive assessment of aortic stenosis in contemporary practice. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1007139 (2022).
  9. Tan, W., et al. A Porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
  10. Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
  11. Lelovas, P. P., Kostomitsopoulos, N. G., Xanthos, T. T. A comparative anatomic and physiologic overview of the porcine heart. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (5), 432-438 (2014).
  12. Tian, L., et al. Supra-coronary aortic banding improves right ventricular function in experimental pulmonary arterial hypertension in rats by increasing systolic right coronary artery perfusion. Acta Physiologica (Oxf). 229 (4), 13483 (2020).
  13. Sorensen, M., Hasenkam, J. M., Jensen, H., Sloth, E. Subcoronary versus supracoronary aortic stenosis. An experimental evaluation. Journal of Cardiothoracic Surgery. 6, 100 (2011).
  14. Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
  15. Jalal, Z., et al. Unexpected Internalization of a Pulmonary Artery Band in a Porcine Model of Tetralogy of Fallot. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 8 (1), 48-54 (2017).

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Cite This Article
Cerqueira, R., Moreira-Costa, L., Beslika, E., Leite-Moreira, A., Silva, J., da Costa Martins, P. A., Leite-Moreira, A., Lourenço, A., Mendes-Ferreira, P. A Minimally Invasive Model of Aortic Stenosis in Swine. J. Vis. Exp. (200), e65780, doi:10.3791/65780 (2023).

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