Verbetering van een gesloten borst varkens myocardiaal infarct Model door standaardisatie van weefsel en bloed bemonsteringsprocedures
Summary
Hier tonen we een protocol om te standaardiseren bemonsteringsprocedures van een gevestigde varkens model van acuut myocardinfarct teneinde haar translationeel waarde in de kennis van de pathofysiologie van myocardiale ischemie/reperfusie letsel en het testen van nieuwe drugkandidaten.
Abstract
Myocardiale ischemie-reperfusie (Ik / R) schade draagt bij tot bijna de helft van het necrotische gebied na een myocardinfarct. Tot op heden er geen goedgekeurde drug is te voorkomen of beperken myocardiale ik / R letsel. De studie en begrip van de pathofysiologische mechanismen van myocardiale ik / R letsel is essentieel voor het ontwikkelen van succesvolle behandelingen. Grote dierproeven zijn een belangrijke stap in translationeel methoden. De varkens model van acuut myocardinfarct is vastgesteld en beschreven door onszelf en anderen. We gericht aan verdere verbetering van de waarde van het model door de nadruk in detail op de sampling technieken voor gebruik in toekomstige experimenten. Bovendien benadrukken wij kleine maar belangrijke stappen die kunnen invloed hebben op de kwaliteit van het eindresultaat. Om na te bootsen de klinische situatie van myocardiale ik / R letsel, een katheter percutane coronaire interventie (PCI) werd ingevoegd in de linker anterior aflopende coronaire (LAD) van een narcose varken. ° ° ° Dit model nabootsers acuut myocardinfarct en PCI behandeling bij mensen met de mogelijkheid voor het nauwkeurig bepalen van het gebied op risico en het necrotische- en levensvatbare ischemische weefsel. Hier werd het model gebruikt voor het onderzoeken van het effect van een bicyclische peptide inhibitor van FXIIa. Het model kan ook worden gewijzigd zodat de langere reperfusie tijden later effecten van myocardinfarct te bestuderen.
Introduction
Ischemische hartziekte, in het bijzonder acuut myocardinfarct (MI), is de belangrijkste doodsoorzaak in de ontwikkelde landen 1. Vandaag is de standaardbehandeling voor MI percutane coronaire interventie (PCI), de ballon katheter behandeling. Een van de cruciale factoren die invloed op de kwaliteit van het leven en de prognose van patiënten na een acute MI PCI-behandeld is de grootte van het infarct. De vermindering van de grootte kan een grote impact hebben op de patiënt overleving en prognose 2. Myocardiale ischemie/reperfusie (Ik / R) letsel heeft een belangrijke invloed op de grootte van het infarct dus een van de hoofddoelstellingen in cardiovasculair onderzoek is te voorkomen of beperken myocardiale ik / R schade 3. De precieze mechanismen van I / R schade zijn nog steeds onder onderzoek 4. Activering van de plasma cascades en endotheliale cellen zijn kenmerken van I / R letsel 5. Activering van de stolling systeem is duidelijk betrokken 6,7. Onlangs, de rol van FXII, als een vroege upstream peptide die betrokken zijn bij contact fase activering van de stolling cascade, is aangetoond in een FXII knock-out rat model van cerebrale ik / R letsel 8. Validatie van deze resultaten in een varkens model is een belangrijke stap in klinische vertaling. Daarom testen we een nieuwe bicyclische (80 kDa) FXIIa proteaseinhibitor in het kader van myocardiale ik / R letsel in een pilot-studie.
Dierlijke modellen, die de klinische situatie van acute MI en PCI behandelingen na te bootsen, zijn essentieel voor het verbeteren van onze kennis van de pathofysiologie van myocardiale ik / R letsel en het testen van nieuwe behandelmogelijkheden. Varkens vertegenwoordigen een goede diermodel voor klinische myocardiale ik / R letsel. Dit is niet alleen omdat hun harten zeer vergelijkbaar met menselijke harten met betrekking tot de anatomie en de coronaire circulatie zijn, maar ze ook soortgelijke pathofysiologische reacties op myocardiale ischemie en reperfusie 9,10 tonen. Andere modellen zoals ratten en muizen niet voldoen aan deze criteria en tonen aanzienlijke verschillen in vergelijking met menselijke harten 11,12, overwegende dat honden bijvoorbeeld veel meer collateral coronaire bloedvaten ten opzichte van de mens hebben 13.
Het model van de varkens acuut myocardinfarct is wijd verbeid gebruikt bij cardiovasculair onderzoek te onderzoeken ischemische hartziekte met inbegrip van myocardiale ik / R letsel 14,15,16,17. Dit laatste is een inflammatoire aandoening, vanwege die minimaliseren de ontstekingsreactie met sternotomy of Thoracotomie gebruikt in open-borst chirurgie is van essentieel belang. Het model van de gesloten borst met behulp van een klinische setting van de C-arm angiografie ondervangt dit probleem. Bovendien is een van de belangrijkste punten dat onze protocol een nauwkeurig onderscheid tussen ischemische (gebied in gevaar, AAR) en niet-ischemische gebieden van het linkerventrikel (gebied niet in gevaar, ANR), voorziet zodat de grootte van het infarct (necrotisch ischemische weefsel, NIT) worden nauwkeurig bepaald. Ons doel voor dit document is om duidelijk te definiëren een reproduceerbare methodologie van een varkens myocardiale ik / R letsel model, in het bijzonder met betrekking tot bemonstering myocardiale weefsel, die zal voorzien in een nauwkeuriger analyse van de moleculaire mechanismen van I / R letsel en een duidelijker beeld van de gevolgen van nieuwe drug behandelingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Myocardiale ik / R letsel heeft een significant effect op de grootte van de laatste infarct die rechtstreeks worden vertaald naar de patiënt prognose na acuut myocardinfarct3. Inzicht in de pathofysiologie van myocardiale ik / R letsel is de eerste stap om te verminderen of te voorkomen. Myocardiale ik / R letsel is een acute aandoening die direct na reperfusie van de afgesloten vaten optreedt. Ik / R letsel leidt tot activering van het aangeboren immuun reactie en cellulaire schade optreedt bij …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen erkennen van Professor Christian Heinis voor het verstrekken van de FXIIa-remmer en de respectieve controle. Wij erkennen ook dankbaar Olgica Beslac, Dr. Daniel Mettler en Kay Nettelbeck uit de experimentele chirurgie eenheid, afdeling voor biomedisch onderzoek, Universiteit van Bern voor technische ondersteuning. Celine Guillod en Matthias Rausch van de afdeling voor Diagnostische Interventional en pediatrische radiologie, Bern University Hospital, ondersteunden vanaf met de röntgenapparatuur en technieken. Dit project werd gefinancierd door de Zwitserse National Science Foundation, project nr. 320030_156193. Wij ook bedank Mr. Reto Haenni van communicatie en marketing, Bern University Hospital, vanaf voor video-opname van ons experiment.
Materials
| ABL 90 Flex, blood gas analyser | Radiometer | – | Blood gas analysis (BGA) |
| ACT Plus | Medtronic | – | Activated clotting time |
| Atropin | Sintetica | – | Atropinum Sulfas, 0,5mg/ml |
| Balance (20-500 Kg) | NAGATA Scale, Tiwan | HTB/HTR | Alternative products can be used |
| Balance (21-4200 g) | Mettler toledo, Switzerland | MS4002SDR | Alternative products can be used |
| Blood collection tubes: EDTA, citrate and serum | S-Monovette, Nuembrecht, Germany | 05.1167.001, 05.1071.001 and 05.1557.001 respectively |
Alternative products can be used |
| BV Pulsera mobile C-arm | Philips | – | Alternative products can be used |
| Centrifuge | Labcare, UK | ALC PK120R | Alternative products can be used |
| Defibrillator Lifepak 12 | Medtronic | – | Alternative products can be used |
| Dextran from Leuconostoc mesenteroides | Sigma-Aldrich, Germany | D3759 | Average M.wt 48000-90000 |
| Digital single lens reflex camera | Sony, Thailand | DSLR-A500/A550 | Alternative products can be used |
| Dissecting forceps | Alternative products can be used | ||
| EMPIRA RX PCI dilatation catheter | Cordis, Johnson&Johnson, USA | 85R15300S | Diameter 3 mm, length 15 mm, Alternative products can be used |
| EMPIRA RX PCI dilatation catheter | Cordis, Johnson&Johnson, USA | 85R15350S | Diameter 3.5 mm, length 15 mm, Alternative products can be used |
| Evans Blue | Sigma-Aldrich, Germany | E2129 | Toxic |
| Fabius GS premium respirator | Dräger, Lübeck, Germany | – | Anesthesia work station, Alternative products can be used |
| Fentanyl | Inselspital ISPI | – | Fentanyl 2500mcg/50ml |
| Formaldehyde | Pathology Institute, Bern University | SI148701 | Alternative products can be used |
| FXIIa inhibitor | Provided by Prof. Christian Heinis' laboratory in EPFL | Novel bicyclic peptide | |
| Galeo, coronary guidewire | Biotronik, Germany | 125497 | Alternative products can be used |
| Guidance catheter | Boston Scientific, Florida, USA | 34356-06 | 6F (100 cm, EB3.75). Alternative products can be used |
| Heparin Sodium | Drossapharm, Basel, Switzerland | – | Liquemin, 25000 U.I./5 ml |
| High end electrosurgery | BOWA, Germany | ARC 400 | Electrical source for blood suction. Alternative products can be used |
| Hydro-Guardmini breathing filter | Intersurgical, Lithuania | 1745000 | Filters |
| Image J | National Institute of Health, USA | 1.47v | Alternative products can be used |
| Inflation device, Atrion QL2530 | Atrion medical product, Alabama, USA | 96402 | Alternative products can be used |
| IntelliVue MP 70 | Philips, Boeblingen, Germany | – | Monitor (ECG, heart rate, blood presure and body temperature). Alternative products can be used |
| KCl | Sintetica SA | – | Potassium chloride 15% |
| Ketamine | Vetoquinol | – | Narketan, 1ml/100mg |
| LR-ACT | Medtronic | 402-01 | ACT special syringes |
| Midazolam | Roche | – | Dormicum, 5mg/ml |
| Monopolar scalpel | Alternative products can be used | ||
| Needle holder | Alternative products can be used | ||
| High resolution camera, PathStand Macro Imaging Stand for Grossing | Spotimaging, USA | 1080 p HD resolution. Alternative products can be used | |
| PBS | In-house preparation | – | Alternative products can be used |
| Peripheral venous cannula, 18 G | Alternative products can be used | ||
| PowerLab 4/35 data acquisition system | Adinstruments, Spechbach, Germany | – | |
| Rotamax120T | Heidolph, Germany | 544-41200-00 | Shaker. Alternative can be used |
| Rüschelit-Super Safety Clear Tube | Teleflex, Dublin, Irland | 112480 | Air way tubing, Alternative products can be used |
| Safe Pico Aspirator Syringes | Radiometer | 956-622 | BGA special syringes |
| Saline | Sintetica Bioren | – | NaCl 0,9%. Alternative products can be used |
| Sevorane 1.5% | AbbVie AG | – | Sevorane 250ml 100% |
| Sheath | Cordis, Johnson&Johnson, USA | 504-607 A | AVANTI + / 7 F, Alternative products can be used |
| Space infusion pump | B.Braun Medical AG, Germany | – | For infusion of fentanyl. Alternative products can be used |
| SPR-350 (Millar catheter) | Adinstruments, Texas, USA | 840-8166 | MIKRO-TIP, 5F, 120 cm |
| Sternotomy saw | Alternative products can be used | ||
| Sutures | ETHICON, Johnson&Johnson, USA | Y3110H | Monocryl 3-0 SH-1 Plus. Alternative products can be used |
| Syringes (20, 10 and 5 mL) | CODAN,Baar, Switzerland | 62.7602, 62.6616, 62.5607 respectively |
Used to inject anesthetic materials intramuscularly or directly into the central venous line. Also to inject heparin or FXIIa or the respective control. Alternative products can be used |
| Thorax spreader | Alternative products can be used | ||
| Tissue-tek | SAKURA, Netherlands | 4583 | O.C.T. compound |
| Vascular forceps | Alternative products can be used | ||
| Xenetix 300 contrast media | Guerbet, Zürich, Switzerland | – | Lobitridol, 300 mg iodide/ml |
| Xylazine | Vetoquinol | – | Xylapan, 20mg/1 mL |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium choride | Sigma-Aldrich, Austria | T8877 | |
| 500 μL tubes (eppendorf) | Trefflab, Switzerland | 96.08185.9.03 | Alternative products can be used |
Riferimenti
- Mozaffarian, D., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update. Circulation. 133, e338-e360 (2016).
- Miller, T. D., et al. Infarct size after acute myocardial infarction measured by quantitative tomographic 99mTc sestamibi imaging predicts subsequent mortality. Circulation. 92, 334-341 (1995).
- Ovize, M., et al. Postconditioning and protection from reperfusion injury: where do we stand? Position Paper from the Working Group of Cellular Biology of the Heart of the European Society of Cardiology. Cardiovasc Res. 87, 406-423 (2010).
- Neri, M., Riezzo, I., Pascale, N., Pomara, C., Turillazzi, E. Ischemia/Reperfusion Injury following Acute Myocardial Infarction: A Critical Issue for Clinicians and Forensic Pathologists. Mediators Inflamm. 2017, 1-14 (2017).
- Yang, Q., He, G. -. W., Underwood, M. J., Yu, C. -. M. Cellular and molecular mechanisms of endothelial ischemia/reperfusion injury: perspectives and implications for postischemic myocardial protection. Am J Transl Res. 8, 765-777 (2016).
- Massberg, S., et al. Platelet-Endothelial Cell Interactions During Ischemia/Reperfusion: The Role of P-Selectin. Blood. 92, 507-515 (1998).
- Wang, J., et al. Antithrombin is protective against myocardial ischemia and reperfusion injury. J Thromb and Haemost. 11, 1020-1028 (2013).
- Hopp, S., et al. Targeting coagulation factor XII as a novel therapeutic option in brain trauma. Ann Neurol. 79, 970-982 (2016).
- Crick, S. J., Sheppard, M. N., Ho, S. Y., Gebstein, L., Anderson, R. H. Anatomy of the pig heart: comparisons with normal human cardiac structure. J Anat. 193 (Pt 1), 105-119 (1998).
- Heusch, G., Skyschally, A., Schulz, R. The in-situ pig heart with regional ischemia/reperfusion – ready for translation. J Mol Cell Cardiol. 50, 951-963 (2011).
- Poirier, P. Exercise, heart rate variability, and longevity: the cocoon mystery?. Circulation. , 2085-2087 (2014).
- Milani-Nejad, N., Janssen, P. M. L. Small and large animal models in cardiac contraction research: advantages and disadvantages. Pharmacol Ther. 141, 235-249 (2014).
- Bloor, C. M., White, F. C. Functional development of the coronary collateral circulation during coronary artery occlusion in the conscious dog. Am J Pathol. 67, 483-500 (1972).
- Banz, Y. Locally targeted cytoprotection with dextran sulfate attenuates experimental porcine myocardial ischaemia/reperfusion injury. Eur Heart J. 26, 2334-2343 (2005).
- Krombach, G. A., Kinzel, S., Mahnken, A. H., Günther, R. W., Buecker, A. Minimally Invasive Close-Chest Method for Creating Reperfused or Occlusive Myocardial Infarction in Swine. Invest Radiol. 40, 14 (2005).
- Suzuki, Y., Lyons, J. K., Yeung, A. C., Ikeno, F. In vivo porcine model of reperfused myocardial infarction: in situ double staining to measure precise infarct area/area at risk. Catheter Cardiovasc Interv. 71, 100-107 (2008).
- McCall, F. C., et al. Myocardial infarction and intramyocardial injection models in swine. Nat Protoc. 7, 1479-1496 (2012).
- Koudstaal, S., et al. Myocardial infarction and functional outcome assessment in pigs. J Vis Exp. , e51269 (2014).
- Kamat, P., et al. Dexrazoxane Shows No Protective Effect in the Acute Phase of Reperfusion during Myocardial Infarction in Pigs. PLoS One. 11, e0168541 (2016).
- Carden, D. L., Granger, D. N. Pathophysiology of ischaemia-reperfusion injury. J Pathol. 190, 255-266 (2000).
- Pérez de Prado, A., et al. Closed-chest experimental porcine model of acute myocardial infarction-reperfusion. J Pharmacol Toxicol Methods. 60, 301-306 (2009).
- Lown, B., Levine, S. A. The carotid sinus. Clinical value of its stimulation. Circulation. 23, 766-789 (1961).
- Regueiro-Purriños, M., et al. Ventricular Arrhythmias and Mortality Associated with Isoflurane and Sevoflurane in a Porcine Model of Myocardial Infarction. J Am Assoc Lab Anim Sci. , (2011).
- Roberts, L. N. Evans blue toxicity. Can Med Assoc J. 71, 489-491 (1954).
- Ellenbroek, G. H. J. M., et al. Primary Outcome Assessment in a Pig Model of Acute Myocardial Infarction. J Vis Exp. , e54021 (2016).
