Domuz Kardiyovasküler Sisteminin Fonksiyonel Etkinliğinin Değerlendirilmesi için Egzersiz Testi
Summary
Mevcut protokol, klinik öncesi ortamda yeni tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için kardiyovasküler sistemin fonksiyonel kapasitesini değerlendirmek için büyük bir hayvan egzersiz testi modelini tanımlamaktadır. Klinik egzersiz testi ile karşılaştırılabilir.
Abstract
Tedavilerdeki ilerlemeye rağmen, kardiyovasküler hastalıklar hala tüm dünyada mortalite ve morbiditenin en büyük nedenlerinden biridir. Gen terapisine dayalı terapötik anjiyogenez, optimal farmakolojik tedaviye ve invaziv prosedürlere rağmen, önemli semptomları olan hastaların tedavisinde umut verici bir yaklaşımdır. Bununla birlikte, umut verici birçok kardiyovasküler gen tedavisi tekniği klinik çalışmalarda beklentileri karşılayamamıştır. Bir açıklama, etkinliği ölçmek için kullanılan klinik öncesi ve klinik sonlanım noktaları arasındaki uyumsuzluktur. Hayvan modellerinde, vurgu genellikle histolojik kesitlerden hesaplanan kılcal damarların sayısı ve alanı gibi kolayca ölçülebilir uç noktalar üzerinde olmuştur. Mortalite ve morbiditenin yanı sıra, klinik çalışmalardaki sonlanım noktaları egzersiz toleransı ve yaşam kalitesi gibi subjektiftir. Bununla birlikte, preklinik ve klinik sonlanım noktaları muhtemelen uygulanan tedavinin farklı yönlerini ölçmektedir. Bununla birlikte, başarılı terapötik yaklaşımlar geliştirmek için her iki tip sonlanım noktası da gereklidir. Kliniklerde temel amaç her zaman hastaların semptomlarını hafifletmek ve prognozlarını ve yaşam kalitelerini iyileştirmektir. Preklinik çalışmalardan daha iyi prediktif veriler elde etmek için, son nokta ölçümleri klinik çalışmalardakilerle daha iyi eşleştirilmelidir. Burada, domuzlarda klinik olarak ilgili bir koşu bandı egzersiz testi için bir protokol sunuyoruz. Bu çalışmanın amacı: (1) domuzlarda, gen terapisinin ve diğer yeni tedavilerin güvenliğini ve fonksiyonel etkinliğini değerlendirmek için kullanılabilecek güvenilir bir egzersiz testi sağlamak ve (2) klinik öncesi ve klinik çalışmalar arasındaki son noktaları daha iyi eşleştirmek.
Introduction
Kronik kardiyovasküler hastalıklar tüm dünyada önemli mortalite ve morbidite nedenlerindendir 1,2. Mevcut tedaviler hastaların çoğunluğu için etkili olmasına rağmen, birçoğu hala yaygın kronik hastalık veya komorbiditeler nedeniyle mevcut tedavilerden fayda görememektedir. Ek olarak, bazı hastalarda, kardiyak semptomlar mevcut tedavilerle hafifletilmez ve optimal tıbbi tedaviye rağmen kardiyovasküler hastalıkları ilerler3. Bu nedenle, ciddi kardiyovasküler hastalıklar için yeni tedavi seçeneklerinin geliştirilmesine açık bir ihtiyaç vardır.
Son birkaç yılda, yeni moleküler yollar ve bu hedefleri manipüle etmenin yolları keşfedilmiş, bu da gen terapisini, hücre terapisini ve diğer yeni terapileri ciddi kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde gerçekçi bir seçenek haline getirmiştir4. Bununla birlikte, umut verici preklinik sonuçlardan sonra, birçok kardiyovasküler uygulama klinik çalışmalarda beklentileri karşılayamamıştır. Klinik çalışmalardaki zayıf etkinliğe rağmen, birkaç çalışma yeni tedavilerin iyi güvenlik profillerini oluşturmuştur 5,6,7,8,9. Bu nedenle, hastalara yeni kardiyovasküler tedaviler getirmek, klinik etkinliği tahmin edebilen klinik öncesi çalışmalarda gelişmiş yaklaşımlar ve daha iyi klinik öncesi modeller, çalışma ortamları ve son noktalar gerektirecektir.
Hayvan modellerinde, vurgu genellikle histolojik kesitlerden hesaplanan kılcal damarların sayısı ve alanı veya istirahatte ve farmakolojik stres altında sol ventrikül görüntülemesinden elde edilen parametreler gibi kolayca ölçülebilir son noktalar üzerinde olmuştur. Klinik çalışmalarda, egzersiz toleransı veya semptom hafifletme gibi birçok son nokta daha öznel olmuştur4. Bu nedenle, klinik öncesi çalışmalardaki ve klinik çalışmalardaki sonlanım noktalarının uygulanan tedavinin farklı yönlerini ölçmesi muhtemeldir. Örneğin, kan damarlarının miktarındaki bir artış her zaman daha iyi perfüzyon, kalp fonksiyonu veya egzersiz toleransı ile ilişkili değildir. Bununla birlikte, başarılı terapötik yaklaşımlar geliştirmek için her iki tip sonlanım noktası da gereklidir10. Yine de, asıl amaç her zaman semptomları hafifletmek ve hastanın prognozunu ve yaşam kalitesini iyileştirmektir. Bunu başarmak için, son nokta ölçümleri klinik öncesi ve klinik çalışmalar arasında daha iyi eşleştirilmelidir4.
Kardiyorespiratuar uygunluk, dolaşım ve solunum sistemlerinin sürekli fiziksel aktivite sırasında oksijen sağlama yeteneğini yansıtır ve böylece bir bireyin fonksiyonel kapasitesini ölçer. Fonksiyonel kapasite, kardiyovasküler ve tüm nedenlere bağlı mortalite riski için güçlü bir bağımsız belirleyici olduğu için önemli bir prognostik belirteçtir11. Kardiyorespiratuar uygunluktaki iyileşmeler mortalite riskinin azalması ile ilişkilidir12. Egzersiz testleri, kardiyovasküler hastalıklarda aerobik performansı ve tedavi yanıtlarını değerlendirmek için uygundur. Müsaitlik durumuna bağlı olarak, testler bir bisiklet ergometresinde veya koşu bandında gerçekleştirilir. Genellikle dakika başına iş yükünde kademeli bir artış kullanılır ve ani artışlardan kaçınılır; Bu, doğrusal bir fizyolojik tepkiye yol açar. Egzersiz testlerindeki en önemli değişkenler arasında toplam egzersiz süresi, elde edilen metabolik eşdeğerler (MET’ler), kalp atış hızı ve QRS kompleksi (Q, R ve S dalgaları) ile T-dalgası (ST segmenti) arasındaki elektrokardiyogram (EKG) çizgisindeki değişiklikler bulunur. Klinik stres testleri düşük maliyetlidir ve kolayca erişilebilir13. Bu nedenlerden dolayı, 6 dakikalık yürüme testi gibi stres testleri kliniklerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve yeni tedavilerin klinik öncesi değerlendirilmesinde de kullanılmalıdır.
Bildiğimiz kadarıyla, gen terapisinin veya diğer yeni tedavilerin fonksiyonel etkinliğini değerlendirmek için iyi tanımlanmış büyük hayvan modelleri yoktur. Bu nedenle, klinik olarak ilgili egzersiz testi, bu yeni tedavilerin klinik öncesi ortamdaki etkinliğini değerlendirmek için mükemmel bir bakış açısı sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu büyük hayvan egzersiz testi, kliniklerde kullanılan testi taklit ederek, klinik öncesi çalışmalar ve klinik çalışmalar arasındaki son noktalardaki boşluğu azaltır. Arteriyoskleroz obliterans, kalp yetmezliği ve iskemik kalp hastalıkları gibi ciddi kardiyovasküler hastalıklar için yeni tedavilerin etkinliğini değerlendirmek için uygulanabilir. Bu protokolde uygulanan zaman noktaları, test edilen tedaviye bağlı olarak değişebilir. Bu protokol, büyük hayvanlarla çalışma konusunda uzun bir…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazar, Ulusal Laboratuvar Hayvanları Merkezi’nden Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen ve Inkeri Niemi’ye hayvan çalışmalarındaki yardımları için teşekkür eder. Bu çalışma Finlandiya Akademisi, ERC ve CardioReGenix AB Horizon hibesi ile desteklenmektedir.
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
- Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139 (2020).
- Townsend, N., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 19 (2), 133-143 (2022).
- Knuuti, J., et al. 2019 ESC Guidelines for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes: The Task Force for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes of the European Society of Cardiology (ESC). European Heart Journal. 41 (3), 407-477 (2020).
- Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
- Hedman, M., et al. Eight-year safety follow-up of coronary artery disease patients after local intracoronary VEGF gene transfer. Gene Therapy. 16 (5), 629-634 (2009).
- Rosengart, T. K., et al. Long-term follow-up of a phase 1 trial of angiogenic gene therapy using direct intramyocardial administration of an adenoviral vector expression the VEGF121 cDNA for the treatment of diffuse coronary artery disease. Human Gene Therapy. 24 (2), 203-208 (2013).
- Muona, K., Mäkinen, K., Hedman, M., Manninen, H., Ylä-Herttuala, S. 10-year safety follow-up in patients with local VEGF gene transfer to ischemic lower limb. Gene Therapy. 19 (4), 392-395 (2012).
- Leikas, A. J., et al. Long-term safety and efficacy of intramyocardial adenovirus-mediated VEGF-DΔNΔC gene therapy eight-year follow-up of phase I KAT301 study. Gene Therapy. 29 (5), 289-293 (2022).
- Telukuntla, K. S., Suncion, V. Y., Schulman, U. H., Hare, J. M. The advancing field of cell-based therapy: insights and lessons from clinical trials. Journal of the American Heart Association. 2 (5), e000338 (2013).
- Ylä-Herttuala, S., Bridges, C., Katz, M. G., Korpisalo, P. Angiogenic gene therapy in cardiovascular diseases: dream or vision. European Heart Journal. 38 (18), 1365-1371 (2017).
- Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
- Ross, R., et al. Importance of assessing cardiorespiratory fitness in clinical practice: a case for fitness as a clinical vital sign: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 134 (24), e653-e699 (2016).
- Sietsema, K. E., Stringer, W. W., Sue, D. Y., Ward, S. . Wasserman & Whipp’s Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th. , (2021).
- Darmadi, M. A., et al. Exercise-induced sustained ventricular tachycardia without structural heart disease: a case report. The American Journal of Case Reports. 21, e928242 (2020).
- Casella, G., Pavesi, P. C., Sangiorgio, P., Rubboli, A., Bracchetti, D. Exercise-induced ventricular arrhythmias in patients with healed myocardial infarction. International Journal of Cardiology. 40 (3), 229-235 (1993).
- Gimeno, J. R., et al. Exercise-induced ventricular arrhythmias and risk of sudden cardiac death in patients with hypertrophic cardiomyopathy. European Heart Journal. 30 (21), 2599-2605 (2009).
- 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).
- Korpela, H., et al. AAV2-VEGF-B gene therapy failed to induce angiogenesis in ischemic porcine myocardium due to inflammatory responses. Gene Therapy. 29 (10-11), 643-652 (2022).
- Swindle, M. M. . Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , (2007).
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
