מודל זעיר פולשני של היצרות אבי העורקים בחזירים
Summary
פרוטוקול זה מתאר הליך כירורגי זעיר פולשני לפסי אבי העורקים העולה בחזירים.
Abstract
מודלים גדולים של אי ספיקת לב בבעלי חיים ממלאים תפקיד חיוני בפיתוח התערבויות טיפוליות חדשות בשל גודלם והדמיון הפיזיולוגי שלהם לבני אדם. מאמצים הוקדשו ליצירת מודל של אי ספיקת לב הנגרמת על ידי עומס יתר בלחץ, ופס אבי העורקים העולה בעודו עדיין על-כלילי ולא חיקוי מושלם של היצרות אבי העורקים בבני אדם, הדומה מאוד למצב האנושי.
מטרת מחקר זה היא להדגים גישה זעיר פולשנית לגרימת עומס יתר על לחץ החדר השמאלי על ידי הצבת רצועת אבי העורקים, המכוילת במדויק עם חיישני לחץ מלעוריים בנאמנות גבוהה. שיטה זו מייצגת עידון של ההליך הכירורגי (3Rs), וכתוצאה מכך שיפועים טרנס-סטנוטיים הומוגניים ושונות תוך-קבוצתית מופחתת. בנוסף, הוא מאפשר התאוששות מהירה וללא אירועים של בעלי חיים, מה שמוביל לשיעורי תמותה מינימליים. במהלך המחקר, בעלי חיים היו במעקב עד חודשיים לאחר הניתוח, תוך שימוש באקוקרדיוגרפיה טרנס-חזה וניתוח לולאת נפח לחץ. עם זאת, ניתן להשיג תקופות מעקב ארוכות יותר במידת הצורך. מודל גדול זה של בעלי חיים מוכיח את עצמו כבעל ערך לבדיקת תרופות חדשות, במיוחד אלה המכוונות להיפרטרופיה ולשינויים המבניים והתפקודיים הקשורים לעומס יתר בלחץ החדר השמאלי.
Introduction
אי ספיקת לב (HF) היא מחלה מסכנת חיים המשפיעה על מיליוני אנשים ברחבי העולם, וגורמת להשפעות חברתיות וכלכליות משמעותיות1. אחת האטיולוגיות המשמעותיות שלה היא מחלת מסתם אבי העורקים או היצרות אבי העורקים (AS). היצרות אבי העורקים שכיחה יותר בגיל מתקדם ומדורגת כנגע המסתמי השני בשכיחותו בארצות הברית. התמותה הקשורה ל-AS, עלתה גם באירופה, במיוחד במדינות ללא גישה להליכים התערבותיים אחרונים2. בהתחשב במורכבות של HF והמחסור בחידושים טיפוליים, יש צורך דחוף במודלים אמינים של בעלי חיים שיכולים לשכפל את המצב האנושי ולהקל על בדיקות של התערבויות חדשות3. בעוד שדגמי מכרסמים עולים על מודלים גדולים של בעלי חיים, האחרונים מציעים מספר יתרונות בשל גודלם והדמיון הפיזיולוגי ביניהם, ומאפשרים בדיקה של מינוני תרופות ומכשירים רפואיים המיועדים לשימוש אנושי.
מטרת שיטה זו היא לבסס מודל ניתן לשחזור של פסים אבי העורקים העולה (AAB) החלים על רוב מיני בעלי החיים הגדולים המשמשים במחקר ביו-רפואי. במחקר זה, ההליך מודגם בחזירים בגישה זעיר פולשנית, תוך הקפדה על עקרונות 3Rs (החלפה, הפחתה ועידון4). גישה זו מבטיחה יצירת שיפוע לחץ מדויק, וכתוצאה מכך יכולת שחזור גבוהה (מה שעשוי להפחית את מספר בעלי החיים הדרושים). בנוסף, החתך הניתוחי הקטן (2-3 ס”מ) ממזער את העלבון הניתוחי, ומשפר את רווחת בעלי החיים בהשוואה לגישות אגרסיביות יותר כמו סטרנטומיה ובית החזה הגדול5 ( עידון). יתר על כן, הדגמת וידאו של השיטה, יחד עם תיאורים מפורטים בספרות, עשויה להפחית את הצורך בבעלי חיים המשמשים אך ורק למטרות אילוף (החלפה), ולהפחית עוד יותר את השימוש בבעלי חיים. מודל זה יכול להיות מותאם לזנים/גזעים שונים של חזירים עם קצבי גדילה ברורים וגורם לעומס יתר מתמשך בלחץ, המוביל להיפרטרופיה משמעותית לאחר חודש או חודשיים של מעקב.
השיטות הנוכחיות משתמשות בהיצרות קבועה6, תוך התעלמות מהשתנות גודל בעלי החיים, או מחשבות שיפוע באמצעות קריאות לחץ מלאות נוזל7, שהן פחות אמינות מחיישני לחץ בנאמנות גבוהה ורגישות לדעיכת אותות8. גישה אחרת משתמשת במדידת לחץ אחת דיסטלית להיצרות5. עם זאת, כיול ההיצרות באמצעות אותות לחץ פרוקסימליים ודיסטליים בו זמנית באמצעות חיישני לחץ מלעוריים המועברים באיכות גבוהה מייצג אופטימיזציה משמעותית של הפרוטוקול, וכתוצאה מכך הומוגניות קבוצתית משופרת. על ידי הדגמה חזותית של שיטה זו, חוקרים אחרים צריכים להיות מסוגלים לשכפל אותו ללא מכשולים משמעותיים, להגדיל את הזמינות של מודל זה תוך קידום היישום של עקרונות 3Rs.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשנים האחרונות, מספר מחקרים השתמשו ברצועות אבי העורקים הניתוחיות כמודל לעומס יתר על לחץ בחדר שמאל ואי ספיקת לב (ירידהמ-9 לאבי העורקים העולה10), מה שמאפשר לחוקרים לקבל פנוטיפים שונים המותאמים לצרכיהם הספציפיים. למרות ששימוש במודלים כאלה דורש ציוד יקר וידע מיוחד, המ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה ומומנה במסגרת פרויקט QREN 2013/30196, קרן הבנקאות “la Caixa”, פרויקט Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), LCF/PR/HP17/52190002. JS ו- EB נתמכו על ידי תוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי במסגרת הסכם המענק מס ‘813716 של מארי סקלודובסקה-קירי. PdCM נתמך על ידי Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI פרויקט MEDIATOR (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
- Savarese, G., et al. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 118 (17), 3272-3287 (2023).
- Hartley, A., et al. Trends in mortality from aortic stenosis in Europe: 2000-2017. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 748137 (2021).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Brito, J., Raposo, L., Teles, R. C. Invasive assessment of aortic stenosis in contemporary practice. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1007139 (2022).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Sorensen, M., Hasenkam, J. M., Jensen, H., Sloth, E. Subcoronary versus supracoronary aortic stenosis. An experimental evaluation. Journal of Cardiothoracic Surgery. 6, 100 (2011).
- 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).
- 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).
