Domuzlarda Minimal İnvaziv Bir Aort Darlığı Modeli
Summary
Bu protokol, domuzlarda asendan aort bandı için minimal invaziv bir cerrahi prosedürü tanımlar.
Abstract
Kalp yetmezliğinin büyük hayvan modelleri, büyüklükleri ve insanlarla fizyolojik benzerlikleri nedeniyle yeni terapötik müdahalelerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Çabalar, aşırı basınca bağlı kalp yetmezliği modeli oluşturmaya ve hala supra-koroner iken ve insanlarda aort darlığının mükemmel bir taklidi değilken, insan durumuna çok benzeyen bir aort bandı oluşturmaya adanmıştır.
Bu çalışmanın amacı, perkütan olarak tanıtılan yüksek kaliteli basınç sensörleri ile hassas bir şekilde kalibre edilmiş bir aort bandı yerleştirerek sol ventrikül basıncının aşırı yüklenmesini indüklemek için minimal invaziv bir yaklaşım göstermektir. Bu yöntem, cerrahi prosedürün (3R) iyileştirilmesini temsil eder, bu da homojen trans-stenotik gradyanlar ve grup içi değişkenliğin azalması ile sonuçlanır. Ek olarak, hayvanların hızlı ve sorunsuz bir şekilde iyileşmesini sağlayarak minimum ölüm oranlarına yol açar. Çalışma boyunca, transtorasik ekokardiyografi ve basınç-hacim döngü analizi kullanılarak hayvanlar ameliyattan sonra 2 aya kadar takip edildi. Ancak istenirse daha uzun takip süreleri elde edilebilir. Bu büyük hayvan modeli, özellikle hipertrofiyi ve sol ventrikül basıncı aşırı yüklenmesi ile ilişkili yapısal ve fonksiyonel değişiklikleri hedefleyen yeni ilaçları test etmek için değerli olduğunu kanıtlamaktadır.
Introduction
Kalp yetmezliği (KY), dünya çapında milyonlarca insanı etkileyen, önemli sosyal ve ekonomik etkilere neden olan, yaşamı tehdit eden bir hastalıktır1. Önemli etiyolojilerinden biri aort kapak hastalığı veya aort darlığıdır (AS). Aort darlığı ileri yaşta daha sık görülür ve Amerika Birleşik Devletleri’nde en sık görülen ikinci kapak lezyonudur. AS’ye bağlı mortalite, Avrupa’da, özellikle de yakın zamanda girişimsel prosedürlere erişimi olmayan ülkelerde de artmıştır2. HF’nin karmaşıklığı ve terapötik yeniliklerin azlığı göz önüne alındığında, insan durumunu kopyalayabilen ve yeni müdahalelerin test edilmesini kolaylaştırabilen güvenilir hayvan modellerine acil bir ihtiyaç vardır3. Kemirgen modelleri büyük hayvan modellerinden daha fazla olsa da, ikincisi, büyüklükleri ve fizyolojik benzerlikleri nedeniyle çeşitli avantajlar sunarak ilaç dozlarının ve insan kullanımına yönelik tıbbi cihazların test edilmesine olanak tanır.
Bu yöntemin amacı, biyomedikal araştırmalarda kullanılan çoğu büyük hayvan türüne uygulanabilen, tekrarlanabilir bir yükselen aort bandı (AAB) modeli oluşturmaktır. Bu çalışmada, prosedür, 3R ilkelerine (değiştirme, azaltma ve iyileştirme4) bağlı kalarak minimal invaziv bir yaklaşım kullanılarak domuzlarda gösterilmiştir. Bu yaklaşım, doğru bir basınç gradyanının oluşturulmasını sağlayarak yüksek tekrarlanabilirlik sağlar (potansiyel olarak gerekli hayvan sayısını azaltır). Ek olarak, küçük cerrahi kesi (2-3 cm) cerrahi hakareti en aza indirerek sternotomi ve daha büyük torakotomiler5 (iyileştirme) gibi daha agresif yaklaşımlara kıyasla hayvan refahını iyileştirir. Ayrıca, literatürdeki ayrıntılı açıklamalarla birlikte yöntemin bir video gösteriminin sağlanması, yalnızca eğitim amacıyla kullanılan hayvanlara olan ihtiyacı potansiyel olarak azaltabilir (değiştirme), hayvan kullanımını daha da azaltabilir. Bu model, farklı büyüme oranlarına sahip farklı domuz suşları/ırkları için uyarlanabilir ve sürekli aşırı basınç yüklenmesine neden olarak 1 veya 2 aylık takipten sonra önemli hipertrofiye yol açar.
Mevcut yöntemler, hayvan boyutu değişkenliğini göz ardı ederek sabit stenoz6 kullanır veya yüksek kaliteli basınç sensörlerinden daha az güvenilir olan ve sinyal sönümlemesineduyarlı olan sıvı dolu basınç okumalarını7 kullanarak gradyanı hesaplar 8. Başka bir yaklaşım, darlığın distalinde tek bir basınç ölçümü kullanır5. Bununla birlikte, perkütan olarak iletilen yüksek kaliteli basınç sensörleri kullanılarak eşzamanlı proksimal ve distal basınç sinyalleri aracılığıyla stenozun kalibre edilmesi, protokolün önemli bir optimizasyonunu temsil eder ve bu da grup homojenliğinin artmasıyla sonuçlanır. Bu yöntemi görsel olarak göstererek, diğer araştırmacılar onu önemli engeller olmadan çoğaltabilmeli ve 3R ilkelerinin uygulanmasını teşvik ederken bu modelin kullanılabilirliğini artırmalıdır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son yıllarda, birkaç çalışma, sol ventrikül basıncı aşırı yüklenmesi ve kalp yetmezliği (9’dan yükselen aorta10’a inen) için bir model olarak cerrahi aort bantlamasını kullanmış ve araştırmacıların kendi özel ihtiyaçlarına göre uyarlanmış çeşitli fenotipler elde etmelerine olanak sağlamıştır. Bu tür modelleri kullanmak maliyetli ekipman ve uzmanlık bilgisi gerektirse de, sağladıkları bilgiler paha biçilmezdir. Domuz, büyüklüğü v…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, QREN projesi 2013/30196, “la Caixa” Bankacılık Vakfı, Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) projesi, LCF/PR/HP17/52190002 kapsamında desteklenmiş ve finanse edilmiştir. JS ve EB, Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programı tarafından Marie Sklodowska-Curie hibe sözleşmesi no. 813716 kapsamında desteklenmiştir. PdCM, Stichting Yaşam Bilimleri Sağlık (LSH)-TKI projesi MEDIATOR (LSHM 21016) tarafından desteklenmiştir.
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).
