肺高血圧症と右心室不全の大型動物モデル:羊の左肺動脈結紮と進行性主肺動脈バンディング
1Department of Thoracic Surgery,Vanderbilt University Medical Center, 2Department of Biomedical Engineering,Carnegie Mellon University, 3Department of Pediatrics,Columbia University Medical Center, Columbia University Irving Medical Center, 4Department of Medicine,Columbia University Medical Center, Columbia University Irving Medical Center, 5Department of Anesthesiology,Vanderbilt University Medical Center, 6Department of Biomedical Engineering,Vanderbilt University
Summary
この原稿は、それらの適応および不適応表現型をモデル化するために重度の右心室圧過負荷を発症させるための外科的技術および実験的アプローチを説明する。
Abstract
肺高血圧症(PH)における代償不全の右心室不全(RVF)は致命的であり、治療選択肢は限られている。PHの新規治療薬の開発および試験には、肺血管抵抗およびRVFの増加の臨床的に関連する大型動物モデルが必要である。この原稿では、左肺動脈(PA)結紮と主PA閉塞を利用する以前に発表されたオウジPH-RVFモデルの最新の開発について説明します。PH-RVFのこのモデルは、疾患の重症度だけでなくRVの表現型応答も制御するための汎用性の高いプラットフォームです。
成体羊(60〜80kg)は、左PA(LPA)結紮、メインPAカフの配置、およびRV圧力モニタの挿入を受けた。PAカフおよびRV圧力モニタを皮下ポートに接続した。被験者は、RV圧、PAカフ圧、および混合静脈血ガス(SvO2)の逐次測定で、9週間にわたって週に2回進行性PAバンディングを受けた。このモデルの開始時および終点において、心室機能および寸法を心エコー検査を用いて評価した。12匹の動物被験者の代表的なグループにおいて、RV平均および収縮期血圧は、それぞれ第1週の28±5および57±7mmHgから、第9週までに44±7および93±18mmHg(平均±標準偏差)に増加した。心エコー検査は、PH-RVFの特徴的な所見、特にRV拡張、壁厚の増加、および中隔ボーイングを実証した。SvO2およびPAカフ圧の縦方向の傾向は、PAバンディングの速度を滴定して、さまざまなRV表現型を惹起することができることを示している。より速いPAバンディング戦略は、RV代償不全を示すSvO2<65%の急激な減少をもたらしたが、より遅く、よりペースの速い戦略は、生理学的SvO2の70%〜80%の維持をもたらした。加速戦略を経験した1匹の動物は、9週目までに数リットルの胸水と腹水を発症しました。この慢性PH-RVFモデルは、分子メカニズムの研究、診断バイオマーカーの開発、およびPHからのRV適応および不適応を管理するための治療革新を可能にするための貴重なツールを提供する。
Introduction
代償不全右心室(RV)不全は、肺高血圧症(PH)患者の罹患率および死亡率の主な原因である。RV障害は、PH患者の入院の50%以上の原因であり、この患者集団における一般的な死因である1,2。PHの現在の医学的治療は一時的対策を提供することができるが、それらは疾患の進行を逆転させるものではない。したがって、唯一の長期治療は肺移植です。PHおよびRVFに対する新規の医学的治療および介入を探求および試験するためには、疾患の複雑な病態生理を再現するために臨床的に関連する動物モデルが必要である。特に、RV機能を改善するためにPH患者のためのRV標的治療薬を開発することは大きな臨床的ニーズがある。今日まで、PHおよびRV機能障害に関するほとんどの公表された動物研究は、マウスおよびラットなどの小型哺乳類に依存していた3。一方、異常な後負荷からの疾患およびRV病態生理を研究するための大型動物モデルはほんの一握りしかなかった4,5,6,7。加えて、以前に発表された大型動物モデルのいずれも、補償されたRV不全表現型と非代償性のRV障害表現型を差動的に導く疾患重症度の制御滴定のための実験手順の記述を含まない。疾患メカニズムを研究し、PHおよびRVFの新規診断および治療法を開発、試験、および臨床実践に翻訳するために、様々な程度の補償を伴う急性および慢性RV不全を誘導するために滴定することができるPHの動物モデルが必要である。大型動物におけるこのようなモデルは、機械的循環支援装置の開発に特に価値がある8。
ここでは、成体羊における左肺動脈(PA)結紮および進行性主PAバンディングを用いた慢性の大型動物PH−RVFモデルが提示されている9、10。左PA(LPA)の結紮は肺血管抵抗を増加させ、PA容量を減少させる11,12。漸進的なPAバンディングアプローチは、疾患の重症度およびRV適応の正確な滴定を可能にする。このプラットフォームはまた、RV代償不全に向けた疾患進行の縦断的調査のために容易に利用することができる。このモデルを実行するために必要な手順とプロセスは、PHおよびRVFの新しい治療法を開発するための大型動物プラットフォームに関心のある研究者のためのリソースとして提示されています。
Protocol
ヴァンダービルト大学医療センターの施設動物ケアおよび使用委員会は、このプロトコルを承認しました。記載された手順は、実験 動物の世話と使用のための米国国立研究評議会のガイド、第8版に従って実施されました。実験手順の概要とタイムラインを 図1に示します。補足表1は、羊の性別、体重、品種、羊の出所、および再現性の目的に役立つ…
Representative Results
12頭の羊の代表的なグループは、様々な程度のPH-RVFを発症するためのこのモデルの有効性を示すために使用される。これらのヒツジのうち、平均PAカフ圧は、第1週の32±20mmHgから、第9週の1002±429mmHgに増加した。これにより、RV平均圧および収縮期圧は、それぞれ1週目の28±5および57±7mmHgから、9週目までに44±7および93±18mmHgに増加した。さらに、PAカフ圧プロファイルを混合静脈酸素飽和度(SvO2)…
Discussion
提示されたPH-RVFモデルは、調査の目標に合うように、様々なレベルの疾患重症度を確実に誘導することができる。この疾患モデルを誘導するために、2つの異なるアプローチが併用される。第1に、LPAライゲーションは、肺血管抵抗を増加させ、PA容量11、12を減少させる働きをし、それによって、既に増加したRV後負荷状態での慢性モデルの出発点を?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、国立衛生研究所R01HL140231によって資金提供されました。私たちは、畜産と獣医のケアのために動物ケア部門に感謝します。SR Light LaboratoryとそのスタッフであるJamie Adcock、Susan Fultz、Codi VanRooyen、José Diazに、大型動物の手術に関する献身的な技術サポートに感謝します。
Materials
| 0.9% Sodium Chloride Irrigation Pour Bottle by Baxter Healthcare, 1000 mL | Medline | BHL2F7124 | Surgical Disposable |
| 0.25% Bupivacaine | Hospira Inc | 0409-1160-18 | Medication, Intra-Operative |
| 0.9% Normal Saline, 1000 mL | Baxter Healthcare Corp | 0338-0049-04 | Medication, Intra-Operative |
| 0.9% Normal Saline, 500 mL | Baxter Healthcare Corp., | 0338-0049-03 | Medication, Chronic PH |
| 16 mm Heavy Duty Occluder with actuating tubing | Access Technologies | OC-16HD | Surgical Disposable |
| 3-mL Skin Prep Applicator | Medline | MDF260400 | Surgical Disposable |
| 70% isopropyl alcohol prep pads | Medline | MDS090670 | Disposable, Chronic PH |
| Adhesive bandage tape | Patterson Veterinary | Disposable, Chronic PH | |
| Adson forceps | V. Mueller | NL1400 | Surgical Instrument |
| Allis tissue forceps | V. Mueller | CH1560 | Surgical Instrument |
| Aortic clamp, straight (bainbridge forceps) | V. Mueller | SU6001 | Surgical Instrument |
| Backhaus towel forceps | V. Mueller | SU2900 | Surgical Instrument |
| Bags, Infusion: Nonsterile Novaplus Infusion Bag, 500 mL | Medline | TCV4005H | Disposable, Chronic PH |
| Berry sternal needle holder | V. Mueller | CH2540 | Surgical Instrument |
| Blades, Electrode: Electrode Blade, 6.5", with 0.24 cm Shaft | Medline | VALE15516 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #10 | Medline | B-D371210 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #11 | Medline | B-D371211 | Surgical Disposable |
| Blades: Stainless-Steel Sterile Surgical Blade, Size #15 | Medline | B-D371215 | Surgical Disposable |
| BNC Male to BNC Male Cable | Digi-Key | 415-0198-036 | Equipment |
| Castroviejo needle holder | V. Mueller | CH8589 | Surgical Instrument |
| Cefazolin | Apotex Corp | 60505-6142-0 | Medication, Intra-Operative |
| Ceftiofur Crystalline Free Acid | Zoetis Inc | 54771-5223-1 | Medication, Post-Operative |
| Chest Drain, with Dry Suction, Adult-Pediatric | Medline | DEKA6000LFH | Surgical Disposable |
| Chest tube passer | V. Mueller | CH04189 | Surgical Instrument |
| COnfidence Flowprobes for Research (PAU-Series) | Transonic | 24PAU | Equipment, Perivascular Flow Probe |
| Cooley tangential occlusion clamp | V. Mueller | CH6572 | Surgical Instrument |
| Data Acquisition Hardware | ADInstruments | PowerLab 16/30 | Equipment |
| DeBakey Aorta clamp | V. Mueller | CH7247 | Surgical Instrument |
| DeBakey multi-purpose clamp | V. Mueller | CH7276 | Surgical Instrument |
| Debakey tissue forceps, 12’’ | V. Mueller | CH5906 | Surgical Instrument |
| Debakey vascular tissue forceps 7 3/4’’ | V. Mueller | CH5902 | Surgical Instrument |
| Debakey vascular tissue forceps, 9’’ | V. Mueller | CH5904 | Surgical Instrument |
| Electrosurgical Generator | Covidien | Force FX-C | Equipment |
| Endotracheal Tube, 10mm | Patterson Veterinary | 07-882-9008 | Surgical Disposable |
| Enrofloxacin | Norbrook Laboratories Limited | 55529-152-05 | Medication, Intra-Operative |
| Fentanyl Transdermal Patch | Apotex Corp | 60505-7007-2 | Medication, Pre-Operative |
| Ferris smith tissue forceps | V. Mueller | SU2510 | Surgical Instrument |
| Finochietto rib spreaders, large | V. Mueller | CH1220-1 | Surgical Instrument |
| Finochietto rib spreaders, medium | V. Mueller | CH1215-1 | Surgical Instrument |
| Flexsteel ribbon retractor, 1” x 13” | V. Mueller | SU3340 | Surgical Instrument |
| Flexsteel ribbon retractor, 2” x 13” | V. Mueller | SU3346 | Surgical Instrument |
| Foerster sponge forceps, curved | V. Mueller | GL660 | Surgical Instrument |
| Gauze Sponges: Sterile X-ray Compatible Gauze Sponges, 16-Ply, 4" x 4" | Medline | PRM21430LFH | Surgical Disposable |
| Gerald-DeBakey forceps | V. Mueller | CH04242 | Surgical Instrument |
| Glassman Allis | V. Mueller | SU6152 | Surgical Instrument |
| Halsted mosquito forceps | V. Mueller | SU2702 | Surgical Instrument |
| Harken clamp | V. Mueller | CH6462 | Surgical Instrument |
| Heat Therapy Pump | Gaymar/Stryker | TP-400 | Equipment |
| Heparin | Fresenius Kabi, | 63323-540-31 | Medication, Chronic PH |
| Hospira Primary IV Sets, 80" | Patterson Veterinary | 07-835-0123 | Surgical Disposable |
| Hypertonic saline 3% | Baxter Healthcare Corp., | 0338-0054-03 | Medication, Chronic PH |
| Hypodermic Needle with Bevel and Regular Wall, 20 G x 1" | Medline | B-D305175Z | Disposable, Chronic PH |
| Interface Cable, Edwards LifeScience Transducer to ADInstruments Bridge Amplifier | Fogg System | 0395-2434 | Equipment |
| Intravenous Infusion Pump | Heska | Vet/IV 2.2 Infusion Pump | Equipment |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 14043-704-06 | Medication, Pre-Operative |
| Kantrowitz thoracic clamp, 9-1/2” | V. Mueller | CH1722 | Surgical Instrument |
| Kelly hemostats | V. Mueller | 88-0314 | Surgical Instrument |
| Lidocaine HCl, 2.46% | PRN Pharmacal, | 49427-434-04 | Medication, Chronic PH |
| Ligaclip Multiple-Clip Appliers by Ethicon | Medline | ETHMCS20 | Surgical Disposable |
| Loop, Vessel, Mini, Red, 2/pk, Sterile | Medline | DYNJVL12 | Surgical Disposable |
| Lorna non-perforating towel forceps | V. Mueller | SU2937 | Surgical Instrument |
| Mayo dissecting scissors, curved | V. Mueller | SU1826 | Surgical Instrument |
| Mayo dissecting scissors, straight | V. Mueller | SU1821 | Surgical Instrument |
| Medipore Dress-It Pre-Cut Dressing Covers by 3M | Medline | MMM2955Z | Surgical Disposable |
| Meloxicam | Patterson Veterinary | 14043-909-10 | Medication, Post-Operative |
| Mixter thoracic forceps, 9” | V. Mueller | CH1730-003 | Surgical Instrument |
| Mosquito hemostats | V. Mueller | 88-0301 | Surgical Instrument |
| Multi-Channel Research Consoles | Transonic | T402/T403 | Equipment, Perivascular Flow Meter |
| Multi-Lumen Central Venous Catheterization Kits | Medline | ARW45703XP1AH | Surgical Disposable |
| Multi-Parameter Vital Signs Monitor | Smiths Medical | SurgiVet Advisor 3 | Equipment |
| Needles: Hypodermic Needle with Regular Bevel, Sterile, 18 G x 1.5" | Medline | B-D305185Z | Surgical Disposable |
| No. 3 knife handle | V. Mueller | SU1403-001 | Surgical Instrument |
| No. 7 knife handle | V. Mueller | SU1407 | Surgical Instrument |
| Non-Vented Male Luer Cap | Qosina | 13614 | Disposable, Chronic PH |
| Octal Bridge Amplifier | ADInstruments | FE228 | Equipment |
| Ophthalmic Ointment | Akorn Animal Health | 59399-162-35 | Medication, Pre-Operative |
| Penrose Tubing, 6 mm x 46 cm, 11 mm Flat | Medline | SWD514604H | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Black Braided Silk: 2-0 SH Taperpoint Needle, Control Release, 30" | Medline | ETHD8552 | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 0, 6 x 30” | Medline | ETHA306H | Surgical Disposable |
| Perma-Hand Suture, Black Braided, Size 4-0, 12 x 30" | Medline | ETHA303H | Surgical Disposable |
| Phenylephrine | West-Ward | 0641-6142-25 | Medication, Intra-Operative |
| Polyhesive Cordless Patient Return Electrodes, Adult | Medline | SWDE7509 | Surgical Disposable |
| Port-A-Cath Huber Needle, Straight, 22 G x 1-1/2" | Medline | AAKM21200724 | Disposable, Chronic PH |
| PROLENE Monofilament Suture, Blue, Size 4-0, 36", Double Arm, RB-1 Needle | Medline | ETHD7143 | Surgical Disposable |
| PROLENE Polypropylene Monofilament Suture, Blue, Double-Armed, RB-1 Needle, Size 5-0, 24" | Medline | ETH8555H | Surgical Disposable |
| Regional Block Needles, 22-gauge | Medline | B-D408348Z | Surgical Disposable |
| Schnidt tonsil artery forceps | V. Mueller | M01700 | Surgical Instrument |
| Skin staple extractor | Medline | CND3031 | Disposable, Chronic PH |
| Skin stapler 35 wide, with counter | Medline | STAPLER35W | Surgical Disposable |
| Sphygmomanometer | Medline | Equipment | |
| Sponge bowl | V. Mueller | GE-75 | Surgical Instrument |
| Sponge, Lap: X-Ray Detectable Sterile Lap Sponge, 18" x 18", 5/Pack | Medline | MDS241518HH | Surgical Disposable |
| Sponge, Peanut: X-Ray Detectable Sterile Peanut Sponge, Small, 3/8" | Medline | MDS72038 | Surgical Disposable |
| Sterile Disposable Deluxe OR Towel, Blue, 17'' x 27'', 2/Pack | Medline | MDT2168202 | Surgical Disposable |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 3 mL | Medline | SYR103010Z | Disposable, Chronic PH |
| Sterile Luer-Lock Syringe, 5 mL | Medline | SYR105010Z | Disposable, Chronic PH |
| Sterile Surgical Equipment Probe Covers | Medline | DYNJE5930 | Surgical Disposable |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Surgical Disposable |
| Stopcock: 3-Way Stopcock with Handle in OFF Position, Rotating Adaptor Male Collar Fitting, 45 PSI | Medline | DYNJSC301 | Disposable, Chronic PH |
| Subcutaneous Port with 5-French Connector and Blue Boot | Access Technologies | CP2AC-5NC | Surgical Disposable |
| Super cut metzenbaum dissecting scissors | V. Mueller | CH2032-S | Surgical Instrument |
| Super cut nelson-metzenbaum dissecting scissors | V. Mueller | CH2025-S | Surgical Instrument |
| Syringes: Sterile Luer-Lock Syringe, 10 mL | Medline | SYR110010Z | Surgical Disposable |
| Thoracic Catheter, Straight, 28 Fr x 20" | Medline | SWD570549H | Surgical Disposable |
| Three-quarter surgical drape | Medline | DYNJP2414H | Surgical Disposable |
| Tiletamine + Zolazepam | Zoetis Inc | 54771-9050-1 | Medication, Pre-Operative |
| TourniKwik Tourniquet Set with Four 7.5" Bronze-Colored Tubes and 1 Snare, 12 French | Medline | CVR79013 | Surgical Disposable |
| Transducer clip | Edwards LifeScience | TCLIP05 | Equipment |
| Trigger Aneroid Gauge (Sphygmomanometer) | Patterson Veterinary | 07-815-0464 | Equipment |
| TruWave Disposable Pressure Transducer Kits by Edwards Lifesciences | Medline | VSYPX260 | Surgical Disposable and Chronic PH |
| TS420 Perivascular Flow Module | Transonic | TS420 | Equipment, Perivascular Flow Meter |
| Tubing, Suction: Sterile Universal Suction Tubing with Straight Ribbed Connectors, 1/4" x 12' | Medline | OR612 | Surgical Disposable |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Surgical Disposable |
| Tubing: Pressure Monitoring Tubing with Fixed Male Luer Lock and Female Fitting, Low Pressure, 72" L | Medline | DYNJPMTBG72MF | Disposable, Chronic PH |
| Tubular Elastic Dressing Retainer | Medline | DERGL711 | Disposable, Chronic PH |
| Tuffier rib retractor | V. Mueller | CD1101 | Surgical Instrument |
| Tygon E-3603 Flexible Tubings | Fisher Scientific | 14-171-227 | Surgical Disposable |
| U.S.A retractor | V. Mueller | SU3660 | Surgical Instrument |
| Umbilical Tape, Cotton, 3-Strand, 1/8 x 36" | Medline | ETHU12TH | Surgical Disposable |
| Valleylab Button Switch Pencil | Medline | VALE2516H | Surgical Disposable |
| Vanderbilt deep vessel forceps | V. Mueller | CH1687 | Surgical Instrument |
| Veterinary Anesthesia Machine | Midmark | Matrx VMC | Equipment |
| Veterinary Anesthesia Ventilator | Hallowell EMC | Model 2000 | Equipment |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 0 CT-1 36" Suture | Medline | ETHVCP946H | Surgical Disposable |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2 TP-1 Taper 54" Suture | Medline | ETHVCP880T | Surgical Disposable |
| Vicryl: Undyed Coated Vicryl 2-0 CT-1 18" Suture | Medline | ETHVCP739D | Surgical Disposable |
| Vital crile-wood needle holder, 10-3/8” | V. Mueller | CH2427 | Surgical Instrument |
| Vital mayo-hegar needle holder, 7-1/4” | V. Mueller | CH2417 | Surgical Instrument |
| Vital metzenbaum dissecting scissors, 14’’ | V. Mueller | CH2009 | Surgical Instrument |
| Vital metzenbaum dissecting scissors, 9” | V. Mueller | CH2006 | Surgical Instrument |
| Vital ryder needle holder, 9” | V. Mueller | CH2510 | Surgical Instrument |
| Yankauer, Bulb Tip: Sterile Rigid Yankauer with Bulb Tip, No Vent | Medline | DYND50130 | Surgical Disposable |
References
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Cite This Article
Ukita, R., Stokes, J. W., Wu, W. K., Talackine, J., Cardwell, N., Patel, Y., Benson, C., Demarest, C. T., Rosenzweig, E. B., Cook, K., Tsai, E. J., Bacchetta, M. A Large Animal Model for Pulmonary Hypertension and Right Ventricular Failure: Left Pulmonary Artery Ligation and Progressive Main Pulmonary Artery Banding in Sheep. J. Vis. Exp. (173), e62694, doi:10.3791/62694 (2021).