Создание свиной модели пост-миокарда инфаркт сердечной недостаточности для лечения стволовых клеток
Summary
Мы стремились установить свиную модель сердечной недостаточности, вызванной блокированием левой окружной артерии и быстрыми темпами, чтобы проверить эффект и безопасность внутримыокарда администрирования стволовых клеток для клеточной терапии.
Abstract
Хотя были достигнуты успехи в лечении сердечной недостаточности (HF) после инфаркта миокарда (MI), HF после MI остается одной из основных причин смертности и заболеваемости во всем мире. Клеточной терапии для сердечного ремонта и улучшения функции левого желудочка после ИМ привлекли значительное внимание. Соответственно, безопасность и эффективность этих клеточных трансплантаций должны быть проверены в доклинической модели крупных животных HF до клинического использования. Свиньи широко используются для исследования сердечно-сосудистых заболеваний из-за их сходства с людьми с точки зрения размера сердца и коронарной анатомии. Поэтому мы стремились представить эффективный протокол для создания свиной хронической модели HF с использованием закрытого грудного коронарного шара окклюзии левой окружной артерии (LCX), а затем быстрый желудочковый темп индуцированных с имплантацией кардиостимулятора. Восемь недель спустя стволовые клетки вводились путем инъекций внутримиокарда в пери-инфарктной области. Затем оценивались размер инфаркта, выживаемость клеток и функция левого желудочка (включая эхокардиографию, гемодинамические параметры и электрофизиологию). Это исследование помогает создать стабильную доклинциалистическую модель HF крупного животного для лечения стволовыми клетками.
Introduction
Сердечно-сосудистые заболевания, ишемическая болезнь сердца (КАД), в частности, остаются основной причиной заболеваемости и смертности в Гонконге и во всеммире 1. В Гонконге, 26% увеличение с 2012 по 2017 год число пациентов CAD лечение в рамках больницы администрации прогнозируется2. Среди всех CADs, острый инфаркт миокарда (MI) является основной причиной смерти и последующих осложнений, таких как сердечная недостаточность (HF). Они способствуют значительному медицинскому, социальному и финансовому бремени. У пациентов с ИМ тромболитическая терапия или первичное перкутанное коронарное вмешательство (PCI) является эффективной терапией в сохранении жизни, но эти методы лечения могут только уменьшить потерю кардиомиоцитов (СМ) во время ИМ. Доступные методы лечения не в состоянии пополнить постоянную потерю СМ, что приводит к сердечному фиброзу, миокардам, сердечной аритмии и, в конечном итоге, сердечной недостаточности. Уровень смертности в 1-летний пост-MI составляет около 7% с более чем 20% пациентов, развивающихся HF3. У пациентов с HF на конечной стадии трансплантация сердца является единственной доступной эффективной терапией, но она ограничена нехваткой доступных органов. Новые методы лечения необходимы, чтобы обратить вспять развитие пост-MI HF. В результате, клеточной терапии считается привлекательным подходом для ремонта поврежденных CMs и улучшить функцию левого желудочка (LV) в HF после MI. Наши предыдущие исследования показали, трансплантации стволовых клеток, чтобы быть полезным для улучшения функции сердца после прямой трансплантации интрамиокарда в малых животных моделей MI4,5. Таким образом, стандартизированные доклинические протоколы HF крупных животных необходимы для дальнейшего тестирования эффективности и безопасности трансплантации стволовых клеток перед клиническим использованием.
Последние десятилетия стали свидетелями широкого использования свиней в сердечно-сосудистых исследований для терапии стволовыми клетками. HF свиней являются перспективной моделью трансляционных исследований из-за их сходства с людьми с точки зрения размера сердца, вес, ритм, функция, и анатомии коронарной артерии. Кроме того, свиные модели HF могут имитировать пост-MI HF пациентов с точки зрения метаболизма CM, электрофизиологические свойства, и нейроэндокринные изменения в ишемическихусловиях 6. Протокол, представленный здесь, использует такую стандартизированную модель свиньи HF, используя окклюзию коронарного шара закрытой грудной клетки левой окружной артерии (LCX), за которой следует быстрый темп, вызванный имплантацией кардиостимулятора. Исследование также оптимизирует маршрут внутримиокарда введения стволовых клеток для лечения пост-MI HF. Цель состоит в том, чтобы произвести свиной животных модель хронического инфаркта миокарда, которые могут быть использованы для разработки методов лечения, которые являются клинически актуальными для пациентов с тяжелой CAD.
Protocol
Representative Results
Discussion
Стандартные модели животных имеют первостепенное значение для понимания патофизиологии и механизмов заболеваний и тестирования новых терапевтических средств. Наш протокол устанавливает свиную модель HF, вызванную блокированием левой окружной артерии и быстрым темпом. Через восемь н…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы признают Альфреду и Кунг Так Чунга за отличную техническую поддержку во время экспериментов на животных.
Materials
| Amiodarone | Mylan | – | – |
| Anaesthetic machines and respirator | Drager | Fabius plus XL | – |
| Angiocath | Becton Dickinson | 381147 | – |
| Anti-human nuclear antigen | abcam | ab19118 | – |
| Axio Plus image capturing system | Zeiss | Axioskop 2 PLUS | Axioskop 2 plus |
| AxioVision Rel. 4.5 software | Zeiss | – | – |
| Baytril | Bayer | – | enrofloxacin |
| Betadine | Mundipharma | – | – |
| CardioLab Electrophysiology Recording Systems | GE Healthcare | G220f | – |
| Culture media | MesenCult | 05420 | – |
| Cyclosporine | Novartis | – | – |
| Defibrillator | GE Healthcare | CardioServ | – |
| Dorminal | TEVA | – | – |
| Echocardiographic system | GE Vingmed | Vivid i | – |
| EchoPac software | GE Vingmed | – | – |
| Electrophysiological catheter | Cordis Corp | – | – |
| Embozene Microsphere | Boston Scientific | 17020-S1 | 700 μm |
| Endotracheal tube | Vet Care | VCPET70PCW | Size 7 |
| Ethanol | VWR chemicals | 20821.33 | – |
| Formalin | Sigma | HT501320 | 10% |
| IVC balloon Dilatation Catheter | Boston Scientific | 3917112041 | Mustang |
| JR4 guiding catheter | Cordis Corp | 67208200 | 6F |
| Lidocaine | Quala | – | – |
| Mersilk | Ethicon | W584 | 2-0 |
| Metoprolol succinate | Wockhardt | – | – |
| Microtome | Leica | RM2125RT | – |
| Mobile C arm fluoroscopy equipment | GE Healthcare | OEC 9900 Elite | – |
| Pacemaker | St Jude Medical | PM1272 | Assurity MRI pacemaker |
| Pacemaker generator | St Jude Medical | Merlln model 3330 | – |
| Pressure-volume catheter | CD Leycom | CA-71103-PL | 7F |
| Pressure–volume signal processor | CD Leycom | SIGMA-M | – |
| Programmable Stimulator | Medtronic Inc | 5328 | – |
| PTCA Dilatation balloon Catheter | Boston Scientific | H7493919120250 | MAVERICK over the wire |
| Ramipril | TEVA | – | – |
| Sheath introducer | Cordis Corp | 504608X | 8F, 9F, 12F |
| Steroid | Versus Arthritis | – | – |
| Temgesic | Nindivior | – | buprenorphine |
| Venous indwelling needle | TERUMO | SR+OX2225C | 22G |
| Vicryl | Ethicon | VCP320H | 2-0 |
| Xylazine | Alfasan International B.V. | – | – |
| Zoletil | Virbac New Zealand Limited | – | tiletamine+zolezepam |
References
- Mozaffarian, D., et al. Heart disease and stroke statistics-2015 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 131, e29 (2015).
- Hospital Authority. . Hospital Authority Statistical Report 2013. , (2013).
- Cung, T. T., et al. Cyclosporine before PCI in Patients with Acute Myocardial Infarction. The New England Journal of Medicine. 373 (11), 1021-1031 (2015).
- Liao, S. Y., et al. Proarrhythmic risk of embryonic stem cell-derived cardiomyocyte transplantation in infarcted myocardium. Heart Rhythm. 7, 1852-1859 (2010).
- Liao, S. Y., et al. Overexpression of Kir2.1 channel in embryonic stem cell-derived cardiomyocytes attenuates posttransplantation proarrhythmic risk in myocardial infarction. Heart Rhythm. 10, 273-282 (2013).
- Liu, Y., et al. Thoracic spinal cord stimulation improves cardiac contractile function and myocardial oxygen consumption in a porcine model of ischemic heart failure. Journal of Cardiovascular Electrophysiology. 23, 534-540 (2012).
- Liao, S. Y., et al. Improvement of Myocardial Function Following Catheter-Based Renal Denervation in Heart Failure. JACC: Basic to Translational Science. 2 (3), 270-281 (2017).
- Liao, S. Y., et al. Remodelling of cardiac sympathetic re-innervation with thoracic spinal cord stimulation improves left ventricular function in a porcine model of heart failure. Europace. 17 (12), 1875-1883 (2015).
- Daehnert, I., Rotzsch, C., Wiener, M., Schneider, P. Rapid right ventricular pacing is an alternative to adenosine in catheter interventional procedures for congenital heart disease. Heart. 90 (9), 1047-1050 (2004).
- Hála, P., et al. Tachycardia-Induced Cardiomyopathy as a Chronic Heart Failure Model in Swine. Journal of Visualized Experiments. (132), e57030 (2018).
- Santoso, T., et al. Endomyocardial implantation of autologous bone marrow mononuclear cells in advanced ischemic heart failure: a randomized placebo-controlled trial (END-HF). Journal of Cardiovascular Translational Research. 7, 545-552 (2014).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network. Effect of intracoronary delivery of autologous bone marrow mononuclear cells 2 to 3 weeks following acute myocardial infarction on left ventricular function: the LateTIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 306, 2110-2119 (2011).
- Traverse, J. H., et al. Cardiovascular Cell Therapy Research Network (CCTRN). Effect of the use and timing of bone marrow mononuclear cell delivery on left ventricular function after acute myocardial infarction: the TIME randomized trial. Journal of the American Medical Association. 308, 2380-2389 (2012).
- de Jong, R., Houtgraaf, J. H., Samiei, S., Boersma, E., Duckers, H. J. Intracoronary stem cell infusion after myocardial infarction. A meta-analysis and update on clinical trials. Circulation: Cardiovascular Interventions. 7, 156-167 (2014).
- Nowbar, A. N., et al. DAMASCENE writing group. Discrepancies in autologous bone marrow stem cell trials and enhancement of ejection fraction (DAMASCENE): weighted regression and meta-analysis. British Medical Journal. 348, g2688 (2014).
- Kanelidis, A. J., Premer, C., Lopez, J., Balkan, W., Hare, J. M. Route of Delivery Modulates the Efficacy of Mesenchymal Stem Cell Therapy for Myocardial Infarction: A Meta-Analysis of Preclinical Studies and Clinical Trials. Circulation Research. 120 (7), 1139-1150 (2017).
- Hou, D., et al. Radiolabeled cell distribution after intramyocardial, intracoronary, and interstitial retrograde coronary venous delivery: implications for current clinical trials. Circulation. 112 (9 Suppl), I150-I156 (2005).
- Hu, X., et al. A Large-Scale Investigation of Hypoxia-Preconditioned Allogeneic Mesenchymal Stem Cells for Myocardial Repair in Nonhuman Primates: Paracrine Activity Without Remuscularization. Circulation Research. 118, 970-983 (2016).
- Chong, J. J., et al. Human embryonic-stem-cell-derived cardiomyocytes regenerate non-human primate hearts. Nature. 510, 273-277 (2014).
- Martens, A., et al. Substantial early loss of induced pluripotent stem cells following transplantation in myocardial infarction. Artificial Organs. 38, 978-984 (2014).
- Shiba, Y., et al. Allogeneic transplantation of iPS cell-derived cardiomyocytes regenerates primate hearts. Nature. 538, 388-391 (2016).
