Een minimaal invasief model van aortastenose bij varkens
Summary
Dit protocol beschrijft een minimaal invasieve chirurgische ingreep voor het opstijgen van aortabanden bij varkens.
Abstract
Grote diermodellen van hartfalen spelen een essentiële rol bij de ontwikkeling van nieuwe therapeutische interventies vanwege hun grootte en fysiologische overeenkomsten met mensen. Er zijn inspanningen geleverd om een model te creëren van door drukoverbelasting geïnduceerd hartfalen en stijgende aortabanden terwijl het nog steeds supra-coronair is en geen perfecte nabootsing is van aortastenose bij mensen, die sterk lijkt op de menselijke conditie.
Het doel van deze studie is om een minimaal invasieve benadering te demonstreren om overbelasting van de linkerventrikeldruk te induceren door een aortaband te plaatsen, nauwkeurig gekalibreerd met percutaan geïntroduceerde high-fidelity druksensoren. Deze methode vertegenwoordigt een verfijning van de chirurgische ingreep (3V’s), wat resulteert in homogene transstenotische gradiënten en verminderde variabiliteit binnen de groep. Bovendien maakt het een snel en rustig herstel van dieren mogelijk, wat leidt tot minimale sterftecijfers. Gedurende het hele onderzoek werden de dieren tot 2 maanden na de operatie gevolgd, waarbij gebruik werd gemaakt van transthoracale echocardiografie en druk-volumelusanalyse. Indien gewenst kunnen echter langere follow-upperioden worden bereikt. Dit grote diermodel blijkt waardevol voor het testen van nieuwe geneesmiddelen, met name die gericht zijn op hypertrofie en de structurele en functionele veranderingen die gepaard gaan met overbelasting van de linkerventrikeldruk.
Introduction
Hartfalen (HF) is een levensbedreigende ziekte die wereldwijd miljoenen mensen treft en grote sociale en economische gevolgenheeft1. Een van de belangrijkste etiologieën is aortaklepziekte of aortastenose (AS). Aortastenose komt vaker voor op hoge leeftijd en is de op één na meest voorkomende kleplaesie in de Verenigde Staten. De sterfte als gevolg van AS-gerelateerde is ook in Europa toegenomen, met name in landen die geen toegang hebben tot recente interventieprocedures2. Gezien de complexiteit van HF en de schaarste aan therapeutische innovaties, is er een dringende behoefte aan betrouwbare diermodellen die de menselijke conditie kunnen nabootsen en het testen van nieuwe interventies kunnen vergemakkelijken3. Hoewel er meer knaagdiermodellen zijn dan grote diermodellen, biedt de laatste verschillende voordelen vanwege hun grootte en fysiologische overeenkomsten, waardoor het testen van medicijndoses en medische hulpmiddelen voor menselijk gebruik mogelijk is.
Het doel van deze methode is om een reproduceerbaar model van oplopende aortabanden (AAB) vast te stellen dat toepasbaar is op de meeste grote diersoorten die in biomedisch onderzoek worden gebruikt. In deze studie wordt de procedure gedemonstreerd bij varkens met behulp van een minimaal invasieve benadering, waarbij de 3V-principes worden nageleefd (vervanging, vermindering en verfijning4). Deze aanpak zorgt voor het creëren van een nauwkeurige drukgradiënt, wat resulteert in een hoge reproduceerbaarheid (waardoor het aantal benodigde dieren mogelijk wordt verminderd). Bovendien minimaliseert de kleine chirurgische incisie (2-3 cm) chirurgische belediging, waardoor het welzijn van het dier wordt verbeterd in vergelijking met agressievere benaderingen zoals sternotomie en grotere thoracotomieën5 (verfijning). Bovendien zou het verstrekken van een videodemonstratie van de methode, samen met gedetailleerde beschrijvingen in de literatuur, de behoefte aan dieren die uitsluitend voor trainingsdoeleinden (vervanging) worden gebruikt, mogelijk kunnen verminderen, waardoor het gebruik van dieren verder wordt verminderd. Dit model kan worden aangepast voor verschillende varkensstammen/rassen met verschillende groeisnelheden en induceert aanhoudende drukoverbelasting, wat leidt tot significante hypertrofie na 1 of 2 maanden follow-up.
De huidige methoden maken gebruik van vaste stenose6, zonder rekening te houden met de variabiliteit van de grootte van het dier, of berekenen de gradiënt met behulp van met vloeistof gevulde drukmetingen7, die minder betrouwbaar zijn dan high-fidelity druksensoren en gevoelig zijn voor signaaldemping8. Een andere benadering maakt gebruik van een enkele drukmeting distaal van de stenose5. Het kalibreren van de stenose door middel van gelijktijdige proximale en distale druksignalen met behulp van percutaan toegediende high-fidelity druksensoren vertegenwoordigt echter een substantiële optimalisatie van het protocol, wat resulteert in een verbeterde groepshomogeniteit. Door deze methode visueel te demonstreren, zouden andere onderzoekers deze zonder noemenswaardige obstakels moeten kunnen repliceren, waardoor de beschikbaarheid van dit model toeneemt en de toepassing van de 3V-principes wordt bevorderd.
Protocol
Representative Results
Discussion
In de afgelopen jaren hebben verschillende onderzoeken chirurgische aortabanden gebruikt als model voor overbelasting van de linkerventrikeldruk en hartfalen (aflopendvan 9 naar de stijgende aorta10), waardoor onderzoekers verschillende fenotypes kunnen verkrijgen die zijn afgestemd op hun specifieke behoeften. Hoewel het gebruik van dergelijke modellen kostbare apparatuur en gespecialiseerde kennis vereist, is de informatie die ze bieden van onschatbare waarde. Varkens die…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund en gefinancierd in het kader van het QREN-project 2013/30196, de “la Caixa” Banking Foundation, het Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT)-project, LCF/PR/HP17/52190002. JS en EB werden ondersteund door het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie in het kader van de Marie Skłodowska-Curie-subsidieovereenkomst nr. 813716. PdCM werd ondersteund door de Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI project 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).
