돼지 대동맥 협착증의 최소 침습 모델
Summary
이 프로토콜은 돼지의 상행 대동맥 밴딩에 대한 최소 침습 수술 절차를 설명합니다.
Abstract
심부전의 대형 동물 모델은 크기와 인간과의 생리학적 유사성으로 인해 새로운 치료 중재 개발에 필수적인 역할을 합니다. 압력 과부하로 인한 심부전, 상향 대동맥 밴딩의 모델을 만들기 위해 노력해 왔으며 여전히 관상 동맥 상부 상태이며 인간의 대동맥 협착증을 완벽하게 모방하지 않고 인간의 상태와 매우 유사합니다.
이 연구의 목적은 경피적으로 도입된 고충실도 압력 센서로 정밀하게 보정된 대동맥 밴드를 배치하여 좌심실 압력 과부하를 유도하는 최소 침습적 접근 방식을 입증하는 것입니다. 이 방법은 수술 절차(3R)를 개선하여 균질한 횡단 협착 구배와 그룹 내 변동성 감소를 나타냅니다. 또한 신속하고 사건 없이 동물을 회복할 수 있어 폐사율을 최소화할 수 있습니다. 연구 기간 동안 동물은 수술 후 최대 2개월 동안 경흉부 심초음파와 압력-부피 루프 분석을 사용하여 추적되었습니다. 그러나 원하는 경우 더 긴 후속 조치를 취할 수 있습니다. 이 대형 동물 모델은 신약, 특히 비대와 좌심실 압력 과부하와 관련된 구조적 및 기능적 변화를 표적으로 하는 약물을 테스트하는 데 유용한 것으로 입증되었습니다.
Introduction
심부전(HF)은 전 세계 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치는 생명을 위협하는 질병으로, 사회적, 경제적으로 큰 영향을 미칩니다1. 중요한 병인 중 하나는 대동맥 판막 질환 또는 대동맥 협착증(AS)입니다. 대동맥 협착증은 고령기에 더 많이 발생하며 미국에서 두 번째로 흔한 판막 병변으로 꼽힙니다. AS 관련 사망률은 유럽에서도 증가했으며, 특히 최근 중재적 시술을 받을 수 없는 국가에서 증가했다2. 심방세공의 복잡성과 치료 혁신의 부족을 감안할 때, 인간의 상태를 재현하고 새로운 중재의 테스트를 용이하게 할 수 있는 신뢰할 수 있는 동물 모델이 절실히 필요하다3. 설치류 모델이 대형 동물 모델보다 많지만 후자는 크기와 생리적 유사성으로 인해 몇 가지 이점을 제공하여 인간이 사용할 수 있는 약물 용량 및 의료 기기를 테스트할 수 있습니다.
이 방법의 목적은 생물의학 연구에 사용되는 대부분의 대형 동물 종에 적용할 수 있는 상행 대동맥 밴딩(AAB)의 재현 가능한 모델을 확립하는 것입니다. 이 연구에서 절차는 3R 원칙(교체, 감소 및 정제4)을 준수하는 최소 침습적 접근 방식을 사용하여 돼지에서 입증되었습니다. 이 접근 방식은 정확한 압력 구배를 생성하여 높은 재현성을 제공합니다(잠재적으로 필요한 동물의 수를 줄일 수 있음). 또한, 작은 수술 절개(2-3cm)는 수술적 모욕을 최소화하여 흉골 절개술 및 더 큰 개흉술5 (정제)과 같은 보다 공격적인 접근법에 비해 동물의 웰빙을 개선한다. 또한, 문헌의 자세한 설명과 함께 방법의 비디오 데모를 제공하면 잠재적으로 훈련 목적으로만 사용되는 동물의 필요성을 줄여 동물 사용을 더욱 줄일 수 있습니다. 이 모델은 뚜렷한 성장률을 가진 다양한 돼지 균주/품종에 적용할 수 있으며 지속적인 압력 과부하를 유도하여 1개월 또는 2개월의 추적 관찰 후 상당한 비대를 유발합니다.
현재의 방법은 동물의 크기 변동성을 무시하고 고정 협착증6을 사용하거나, 고충실도 압력 센서보다 신뢰성이 떨어지고 신호 감쇠8에 취약한 유체 충전 압력 판독값7을 사용하여 기울기를 계산한다. 또 다른 접근법은 협착증 원위부(stenosis 5)에 대한 단일 압력 측정을 사용한다. 그러나 경피적으로 전달된 고충실도 압력 센서를 사용하여 동시 근위 및 원위 압력 신호를 통해 협착을 교정하면 프로토콜이 크게 최적화되어 그룹 균질성이 향상됩니다. 이 방법을 시각적으로 시연함으로써 다른 연구자들은 큰 장애물 없이 이를 복제할 수 있어야 하며, 3R 원칙의 적용을 촉진하는 동시에 이 모델의 가용성을 높일 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
최근 몇 년 동안 여러 연구에서 외과적 대동맥 밴딩을 좌심실 압력 과부하 및 심부전(하행9 에서상행 대동맥 10)에 대한 모델로 활용하여 연구자들이 특정 요구에 맞는 다양한 표현형을 얻을 수 있도록 했습니다. 이러한 모델을 사용하려면 값비싼 장비와 전문 지식이 필요하지만 이러한 모델이 제공하는 정보는 매우 중요합니다. 돼지는 크기와 인간의 심장과 유…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 QREN 프로젝트 2013/30196, “la Caixa” Banking Foundation, Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) 프로젝트, LCF/PR/HP17/52190002에 따라 지원 및 자금 지원을 받았습니다. JS와 EB는 Marie Sklodowska-Curie 보조금 계약 번호 813716에 따라 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램의 지원을 받았습니다. PdCM은 Stichting Life Sciences Health(LSH)-TKI 프로젝트 MEDIATOR(LSHM 21016)의 지원을 받았습니다.
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).
