Belastungstest zur Beurteilung der funktionellen Wirksamkeit des Herz-Kreislauf-Systems des Schweins
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt ein Großtierversuchsmodell zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des kardiovaskulären Systems zur Bewertung der Wirksamkeit neuer Therapien im präklinischen Umfeld. Er ist vergleichbar mit einem klinischen Belastungstest.
Abstract
Trotz des Fortschritts in der Behandlung sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen nach wie vor eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität weltweit. Die gentherapiebasierte therapeutische Angiogenese ist ein vielversprechender Ansatz, um Patienten mit signifikanten Symptomen trotz optimaler pharmakologischer Therapie und invasiver Verfahren zu behandeln. Viele vielversprechende kardiovaskuläre Gentherapietechniken haben jedoch in klinischen Studien die Erwartungen nicht erfüllt. Eine Erklärung ist eine Diskrepanz zwischen präklinischen und klinischen Endpunkten, die zur Messung der Wirksamkeit verwendet werden. In Tiermodellen lag der Schwerpunkt in der Regel auf leicht quantifizierbaren Endpunkten, wie z. B. der Anzahl und Fläche der Kapillargefäße, die aus histologischen Schnitten berechnet wurden. Abgesehen von Mortalität und Morbidität sind Endpunkte in klinischen Studien subjektiv, wie z. B. Belastungstoleranz und Lebensqualität. Die präklinischen und klinischen Endpunkte messen jedoch wahrscheinlich unterschiedliche Aspekte der angewandten Therapie. Dennoch sind beide Arten von Endpunkten erforderlich, um erfolgreiche Therapieansätze zu entwickeln. In Kliniken geht es immer darum, die Symptome der Patienten zu lindern und ihre Prognose und Lebensqualität zu verbessern. Um bessere prädiktive Daten aus präklinischen Studien zu erhalten, müssen die Endpunktmessungen besser mit denen in klinischen Studien abgeglichen werden. Hier stellen wir ein Protokoll für einen klinisch relevanten Laufband-Belastungstest bei Schweinen vor. Diese Studie zielt darauf ab, (1) einen zuverlässigen Belastungstest an Schweinen bereitzustellen, mit dem die Sicherheit und funktionelle Wirksamkeit von Gentherapien und anderen neuartigen Therapien bewertet werden kann, und (2) die Endpunkte zwischen präklinischen und klinischen Studien besser aufeinander abzustimmen.
Introduction
Chronische Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit eine der Hauptursachen für Mortalität und Morbidität 1,2. Obwohl die derzeitigen Behandlungen bei der Mehrheit der Patienten wirksam sind, können viele von ihnen immer noch nicht von den aktuellen Therapien profitieren, z. B. aufgrund diffuser chronischer Erkrankungen oder Komorbiditäten. Hinzu kommt, dass bei einigen Patienten die kardialen Symptome durch die verfügbaren Therapien nicht gelindert werden und die Herz-Kreislauf-Erkrankung trotz optimaler medikamentöser Therapie fortschreitet3. Es besteht daher ein klarer Bedarf, neue Behandlungsmöglichkeiten für schwere Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu entwickeln.
In den letzten Jahren wurden neue molekulare Wege und Wege zur Manipulation dieser Ziele entdeckt, die Gentherapie, Zelltherapie und andere neuartige Therapien zu einer realistischen Option für die Behandlung schwerer Herz-Kreislauf-Erkrankungen machen4. Nach vielversprechenden präklinischen Ergebnissen haben jedoch viele kardiovaskuläre Anwendungen die Erwartungen in klinischen Studien nicht erfüllt. Trotz der geringen Wirksamkeit in klinischen Studien haben mehrere Studien gute Sicherheitsprofile für neuartige Therapien ermittelt 5,6,7,8,9. Um Patienten neue kardiovaskuläre Therapien zur Verfügung zu stellen, sind daher verbesserte Ansätze und bessere präklinische Modelle, Studienumgebungen und Endpunkte in präklinischen Studien erforderlich, die die klinische Wirksamkeit vorhersagen können.
In Tiermodellen lag der Schwerpunkt in der Regel auf leicht quantifizierbaren Endpunkten, wie z. B. der Anzahl und Fläche der Kapillargefäße, die aus histologischen Schnitten berechnet wurden, oder Parametern aus der Bildgebung des linken Ventrikels in Ruhe und unter pharmakologischem Stress. In klinischen Studien waren viele Endpunkte subjektiver, wie z. B. die Belastungstoleranz oder die Linderung der Symptome4. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Endpunkte in präklinischen Studien und klinischen Studien unterschiedliche Aspekte der angewandten Therapie messen. Zum Beispiel korreliert eine Zunahme der Anzahl der Blutgefäße nicht immer mit einer besseren Durchblutung, Herzfunktion oder Belastungstoleranz. Dennoch sind beide Arten von Endpunkten erforderlich, um erfolgreiche Therapieansätze zu entwickeln10. Das Hauptziel ist jedoch immer, die Symptome zu lindern und die Prognose und Lebensqualität des Patienten zu verbessern. Um dies zu erreichen, müssen die Endpunktmessungen zwischen präklinischen und klinischen Studien besser aufeinander abgestimmt sein4.
Die kardiorespiratorische Fitness spiegelt die Fähigkeit des Kreislauf- und Atmungssystems wider, bei anhaltender körperlicher Aktivität Sauerstoff bereitzustellen, und quantifiziert somit die Funktionsfähigkeit eines Individuums. Die funktionelle Leistungsfähigkeit ist ein wichtiger prognostischer Marker, da sie ein starker unabhängiger Prädiktor für das Risiko kardiovaskulärer Mortalität und der Gesamtmortalität ist11. Eine Verbesserung der kardiorespiratorischen Fitness ist mit einem verringerten Mortalitätsrisiko verbunden12. Belastungstests eignen sich zur Bewertung der aeroben Leistung und des Behandlungsansprechens bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Je nach Verfügbarkeit werden die Tests auf einem Fahrradergometer oder einem Laufband durchgeführt. In der Regel wird eine schrittweise Erhöhung der Arbeitsbelastung pro Minute verwendet, und abrupte Anstiege werden vermieden. Dies führt zu einer linearen physiologischen Reaktion. Zu den wichtigsten Variablen in den Belastungstests gehören die Gesamtbelastungszeit, die erreichten metabolischen Äquivalente (METs), die Herzfrequenz und die Veränderungen auf einer Elektrokardiogramm-Linie (EKG) zwischen dem QRS-Komplex (Q-, R- und S-Welle) und der T-Welle (ST-Segment). Klinische Belastungstests sind kostengünstig und leicht zugänglich13. Aus diesen Gründen sind Belastungstests, wie z.B. der 6-Minuten-Gehtest, in Kliniken weit verbreitet und sollten auch bei der präklinischen Bewertung neuer Therapien eingesetzt werden.
Unseres Wissens gibt es keine gut beschriebenen Großtiermodelle, um die funktionelle Wirksamkeit von Gentherapien oder anderen neuartigen Therapien zu bewerten. Daher bietet der klinisch relevante Belastungstest eine hervorragende Perspektive, um die Wirksamkeit dieser neuen Therapien im präklinischen Setting zu bewerten.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Belastungstest für große Tiere ahmt den in Kliniken verwendeten Test nach und verringert die Lücke zwischen den Endpunkten zwischen den präklinischen Studien und den klinischen Studien. Es kann angewendet werden, um die Wirksamkeit neuer Behandlungen für schwere Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Arteriosklerose obliterans, Herzinsuffizienz und ischämische Herzerkrankungen zu bewerten. Die in diesem Protokoll angewandten Zeitpunkte können je nach getesteter Behandlung variieren. Dieses Protokoll wurde auf der …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autorin dankt Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen und Inkeri Niemi vom National Laboratory Animal Center für ihre Unterstützung bei der Tierarbeit. Diese Studie wird durch die Finnish Academy, den ERC und den CardioReGenix EU Horizon Grant unterstützt.
Materials
| Defibrillator | Zoll M series | TO9K116790 | All portable defribrillators will work |
| Defibrillator pads | Philips | M3713A | All pads work, as long as the pads are compatible with the defibrillator |
| ECG electrodes | Several providers | Prefer ECG electrodes designed for exercise tests | |
| Loop recorder | Abbott Oy | DM3500 | Optional for rhythm monitoring |
| Patient monitor | Schiller Argus LCM Plus | 7,80,05,935 | All portable ecg monitors will work |
| Pigs | Emolandia Oy | ||
| Treadmill | NordicTrack | All treadmills with adjustable incline and speed are suitable for the exercise test. The treadmill should be as long and wide as possible. | |
| Ultrasound system | Philips EPIQ 7 ultrasound | ||
| Various building materials | Several providers | For building fences, ramps and gates according to the Figure 1 and Figure 2 | |
| Various treats for the animals |
References
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