En minimalt invasiv modell av aortastenose hos svin

Summary

Denne protokollen beskriver en minimalt invasiv kirurgisk prosedyre for stigende aortabånd hos svin.

Abstract

Store dyremodeller av hjertesvikt spiller en viktig rolle i utviklingen av nye terapeutiske inngrep på grunn av deres størrelse og fysiologiske likheter med mennesker. Innsatsen har vært dedikert til å skape en modell av trykk-overbelastning indusert hjertesvikt, og stigende aorta banding mens fortsatt supra-koronar og ikke en perfekt etterligning av aortastenose hos mennesker, ligner den menneskelige tilstand.

Hensikten med denne studien er å demonstrere en minimalt invasiv tilnærming for å indusere overbelastning av venstre ventrikkeltrykk ved å plassere et aortabånd, nøyaktig kalibrert med perkutant introduserte hi-fidelity trykksensorer. Denne metoden representerer en forbedring av den kirurgiske prosedyren (3Rs), noe som resulterer i homogene transstenotiske gradienter og redusert intragruppevariabilitet. I tillegg muliggjør det rask og begivenhetsløs gjenoppretting av dyr, noe som fører til minimal dødelighet. Gjennom hele studien ble dyrene fulgt i opptil 2 måneder etter operasjonen, ved hjelp av transtorakal ekkokardiografi og trykk-volum-sløyfeanalyse. Imidlertid kan lengre oppfølgingsperioder oppnås om ønskelig. Denne store dyremodellen viser seg verdifull for testing av nye stoffer, spesielt de som retter seg mot hypertrofi og strukturelle og funksjonelle endringer forbundet med overbelastning av venstre ventrikkeltrykk.

Introduction

Hjertesvikt (HF) er en livstruende sykdom som rammer millioner av mennesker over hele verden og forårsaker store sosiale og økonomiske konsekvenser¹. En av dens betydelige etiologier er aortaklaffsykdom eller aortastenose (AS). Aortastenose er mer utbredt i høy alder og rangerer som den nest vanligste valvulær lesjon i USA. AS-relatert dødelighet har også økt i Europa, særlig i land uten tilgang til nyere intervensjonsprosedyrer². Gitt kompleksiteten til HF og mangelen på terapeutiske innovasjoner, er det et presserende behov for pålitelige dyremodeller som kan replikere den menneskelige tilstanden og lette testingen av nye inngrep³. Mens gnagermodeller overgår store dyremodeller, gir sistnevnte flere fordeler på grunn av deres størrelse og fysiologiske likheter, noe som gjør det mulig å teste legemiddeldoser og medisinsk utstyr beregnet på menneskelig bruk.

Målet med denne metoden er å etablere en reproduserbar modell for ascending aortabånd (AAB) som gjelder for de fleste store dyrearter som brukes i biomedisinsk forskning. I denne studien er prosedyren demonstrert hos svin ved hjelp av en minimalt invasiv tilnærming, og følger 3Rs-prinsippene (erstatning, reduksjon og forbedring⁴). Denne tilnærmingen sikrer opprettelse av en nøyaktig trykkgradient, noe som resulterer i høy reproduserbarhet (potensielt redusere antall nødvendige dyr). I tillegg minimerer det lille kirurgiske snittet (2-3 cm) kirurgisk fornærmelse, og forbedrer dyrs velvære sammenlignet med mer aggressive tilnærminger som sternotomi og større torakotomier⁵ (raffinement). Videre kan en videodemonstrasjon av metoden, sammen med detaljerte beskrivelser i litteraturen, potensielt redusere behovet for dyr som bare brukes til treningsformål (erstatning), noe som ytterligere reduserer bruken av dyr. Denne modellen kan tilpasses forskjellige svinestammer/raser med forskjellige veksthastigheter og induserer vedvarende trykkoverbelastning, noe som fører til betydelig hypertrofi etter 1 eller 2 måneders oppfølging.

Nåværende metoder benytter fast stenose⁶, ser bort fra variasjon i dyrestørrelse, eller beregner gradient ved hjelp av væskefylte trykkavlesninger⁷, som er mindre pålitelige enn hi-fidelity trykksensorer og er utsatt for signaldemping⁸. En annen tilnærming bruker en enkelt trykkmåling distalt for stenosen⁵. Kalibrering av stenosen gjennom samtidige proksimale og distale trykksignaler ved bruk av perkutant leverte hi-fidelity trykksensorer representerer imidlertid en betydelig optimalisering av protokollen, noe som resulterer i forbedret gruppehomogenitet. Ved å visuelt demonstrere denne metoden, bør andre forskere kunne replikere den uten betydelige hindringer, og øke tilgjengeligheten av denne modellen samtidig som den fremmer anvendelsen av 3Rs-prinsippene.

Protocol

Dyreforsøkene ble utført ved laboratoriet for eksperimentell kirurgi ved Universitetet i Porto, Cardiovascular Research and Development Centre (UnIC, Porto, Portugal). Den institusjonelle dyreetiske komiteen godkjente studien i samsvar med National Authority for Animal Health (Direcção-Geral de Alimentação e Veterinária, DGAV, Ref: 2021-07-30 011706 0421/000/000/2021). Eksperimentene var enten lisensiert (FELASA-ekvivalent Laboratory Animal Sciences autorisasjon) eller var kardiotorakiske kirurger eller anestesiol…

Representative Results

Under den første utviklingen av modellen var dødeligheten ca. 30%, med dyr som døde av akutt hjertesvikt etter båndtvang og kirurgiske komplikasjoner. Men etter at modellen ble etablert, ble kirurgiske komplikasjoner mindre vanlige, og dødeligheten falt til rundt 15%. De to dødsfallene skyldtes aortaruptur under disseksjon. Bruk av hi-fidelity trykksensorer gjør det mulig å oppnå trykksignaler av høy kvalitet (figur 2), noe som muliggjør nøyaktig kalib…

Discussion

I de senere år har flere studier benyttet kirurgisk aortabånd som en modell for overbelastning av venstre ventrikkeltrykk og hjertesvikt (synkende⁹ til den stigende aorta¹⁰), slik at forskere kan få forskjellige fenotyper tilpasset deres spesifikke behov. Selv om bruk av slike modeller krever kostbart utstyr og spesialisert kunnskap, er informasjonen de gir uvurderlig. Svin, på grunn av sin størrelse og likhet med menneskets hjerte, fungerer som en ideell modell<sup cl…

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