Ein minimal-invasives Modell der Aortenstenose beim Schwein

Summary

Dieses Protokoll beschreibt ein minimal-invasives chirurgisches Verfahren zur aufsteigenden Aortenbänder beim Schwein.

Abstract

Großtiermodelle der Herzinsuffizienz spielen aufgrund ihrer Größe und physiologischen Ähnlichkeiten mit dem Menschen eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung neuer therapeutischer Interventionen. Es wurden Anstrengungen unternommen, um ein Modell der durch Drucküberlastung induzierten Herzinsuffizienz und des aufsteigenden Aortenbandes zu erstellen, während es noch suprakoronar ist und keine perfekte Nachahmung der Aortenstenose beim Menschen darstellt, die dem menschlichen Zustand sehr ähnlich ist.

Das Ziel dieser Studie ist es, einen minimal-invasiven Ansatz zur Induktion einer linksventrikulären Drucküberlastung zu demonstrieren, indem ein Aortenband platziert wird, das mit perkutan eingeführten High-Fidelity-Drucksensoren präzise kalibriert ist. Diese Methode stellt eine Verfeinerung des chirurgischen Eingriffs (3R) dar, was zu homogenen transstenotischen Gradienten und einer reduzierten Variabilität innerhalb der Gruppe führt. Darüber hinaus ermöglicht es eine schnelle und ereignislose Genesung der Tiere, was zu minimalen Sterblichkeitsraten führt. Während der gesamten Studie wurden die Tiere bis zu 2 Monate nach der Operation beobachtet, wobei transthorakale Echokardiographie und Druck-Volumen-Schleifenanalyse eingesetzt wurden. Auf Wunsch können jedoch längere Nachbeobachtungszeiträume erreicht werden. Dieses Großtiermodell erweist sich als wertvoll für die Erprobung neuer Medikamente, insbesondere solcher, die auf Hypertrophie und die strukturellen und funktionellen Veränderungen abzielen, die mit einer linksventrikulären Drucküberlastung verbunden sind.

Introduction

Herzinsuffizienz (HF) ist eine lebensbedrohliche Krankheit, von der Millionen von Menschen weltweit betroffen sind und die erhebliche soziale und wirtschaftliche Auswirkungen hat¹. Eine der wichtigsten Ursachen ist die Aortenklappenerkrankung oder Aortenklappenstenose (AS). Die Aortenklappenstenose tritt häufiger im fortgeschrittenen Alter auf und ist die zweithäufigste Herzklappenläsion in den Vereinigten Staaten. Auch in Europa ist die AS-bedingte Mortalität gestiegen, insbesondere in Ländern, die keinen Zugang zu neueren interventionellen Verfahren haben². Angesichts der Komplexität der Herzinsuffizienz und des Mangels an therapeutischen Innovationen besteht ein dringender Bedarf an zuverlässigen Tiermodellen, die den menschlichen Zustand replizieren und die Erprobung neuer Interventionen erleichtern^{können 3}. Während Nagetiermodelle den Großtiermodellen zahlenmäßig überlegen sind, bieten letztere aufgrund ihrer Größe und physiologischen Ähnlichkeiten mehrere Vorteile und ermöglichen die Prüfung von Medikamentendosen und Medizinprodukten, die für den menschlichen Gebrauch bestimmt sind.

Das Ziel dieser Methode ist es, ein reproduzierbares Modell der aufsteigenden Aortenbänder (AAB) zu erstellen, das auf die meisten großen Tierarten anwendbar ist, die in der biomedizinischen Forschung verwendet werden. In dieser Studie wird das Verfahren am Schwein mit einem minimal-invasiven Ansatz unter Einhaltung der 3R-Prinzipien (Replacement, Reduction, and Refinement⁴) demonstriert. Dieser Ansatz gewährleistet die Erzeugung eines genauen Druckgradienten, was zu einer hohen Reproduzierbarkeit führt (wodurch die Anzahl der benötigten Tiere reduziert werden kann). Darüber hinaus minimiert der kleine chirurgische Schnitt (2-3 cm) die chirurgische Beleidigung und verbessert das Wohlbefinden der Tiere im Vergleich zu aggressiveren Ansätzen wie Sternotomie und größeren Thorakotomien⁵ (Verfeinerung). Darüber hinaus könnte die Bereitstellung einer Videodemonstration der Methode zusammen mit detaillierten Beschreibungen in der Literatur möglicherweise den Bedarf an Tieren, die ausschließlich zu Trainingszwecken verwendet werden (Ersatz), verringern und den Einsatz von Tieren weiter verringern. Dieses Modell kann für verschiedene Schweinestämme/-rassen mit unterschiedlichen Wachstumsraten angepasst werden und induziert eine anhaltende Drucküberlastung, die nach 1 oder 2 Monaten Nachbeobachtung zu einer signifikanten Hypertrophie führt.

Derzeitige Methoden verwenden eine fixierte Stenose⁶, wobei die Variabilität der Tiergröße außer Acht gelassen wird, oder berechnen den Gradienten unter Verwendung von flüssigkeitsgefüllten Druckmesswerten⁷, die weniger zuverlässig sind als High-Fidelity-Drucksensoren und anfällig für Signaldämpfung⁸ sind. Ein anderer Ansatz verwendet eine einzelne Druckmessung distal der Stenose⁵. Die Kalibrierung der Stenose durch gleichzeitige proximale und distale Drucksignale unter Verwendung von perkutan zugeführten High-Fidelity-Drucksensoren stellt jedoch eine wesentliche Optimierung des Protokolls dar, was zu einer verbesserten Gruppenhomogenität führt. Durch die visuelle Demonstration dieser Methode sollten andere Forscher in der Lage sein, sie ohne nennenswerte Hindernisse zu replizieren, die Verfügbarkeit dieses Modells zu erhöhen und gleichzeitig die Anwendung der 3R-Prinzipien zu fördern.

Protocol

Die Tierversuche wurden im Labor für experimentelle Chirurgie der Universität Porto, Zentrum für kardiovaskuläre Forschung und Entwicklung (UnIC, Porto, Portugal) durchgeführt. Die institutionelle Tierethikkommission genehmigte die Studie in Übereinstimmung mit der Nationalen Behörde für Tiergesundheit (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Ref: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). Die Versuchsleiter waren entweder lizenziert (FELASA-äquivalente Zulassung für Labortierwissenschaften) oder Her…

Representative Results

Während der anfänglichen Entwicklung des Modells lag die Sterblichkeitsrate bei etwa 30 %, wobei die Tiere nach Banding und chirurgischen Komplikationen an akuter Herzinsuffizienz starben. Nach der Etablierung des Modells traten chirurgische Komplikationen jedoch seltener auf und die Sterblichkeitsrate sank auf etwa 15 %. Die beiden Todesfälle, die auftraten, waren auf eine Aortenruptur während der Sektion zurückzuführen. Die Verwendung von High-Fidelity-Drucksensoren ermöglicht die Gew…

Discussion

In den letzten Jahren wurde in mehreren Studien das chirurgische Aortenband als Modell für linksventrikuläre Drucküberlastung und Herzinsuffizienz (absteigend^{von 9} bis zur aufsteigenden Aorta¹⁰) verwendet, so dass die Forscher verschiedene Phänotypen erhalten konnten, die auf ihre spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten sind. Obwohl die Verwendung solcher Modelle kostspielige Geräte und Fachwissen erfordert, sind die Informationen, die sie liefern, von unschätzbarem W…

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