Uitgebreide echocardiografische beoordeling van de rechterventrikelfunctie in een ratmodel van pulmonale arteriële hypertensie
Summary
Het huidige protocol beschrijft de echocardiografische karakterisering van de morfologie en functie van de rechterventrikel in een rattenmodel van pulmonale arteriële hypertensie.
Abstract
Pulmonale arteriële hypertensie (PAH) is een progressieve ziekte veroorzaakt door vasoconstrictie en remodellering van de kleine slagaders in de longen. Deze remodellering leidt tot verhoogde pulmonale vasculaire weerstand, verslechterde rechterventrikelfunctie en vroegtijdige dood. Momenteel goedgekeurde therapieën voor PAH richten zich grotendeels op pulmonale vaatverwijdende routes; recente opkomende therapeutische modaliteiten zijn echter gericht op andere nieuwe routes die betrokken zijn bij de pathogenese van de ziekte, waaronder remodellering van de rechterkamer (RV). Beeldvormende technieken die longitudinale beoordeling van nieuwe therapieën mogelijk maken, zijn zeer nuttig voor het bepalen van de werkzaamheid van nieuwe geneesmiddelen in preklinische studies. Niet-invasieve trans-thoracale echocardiografie blijft de standaardbenadering voor het evalueren van de hartfunctie en wordt veel gebruikt in knaagdiermodellen. Echocardiografische evaluatie van de RV kan echter een uitdaging zijn vanwege de anatomische positie en structuur. Bovendien ontbreken gestandaardiseerde richtlijnen voor echocardiografie in preklinische knaagdiermodellen, waardoor het moeilijk is om een uniforme beoordeling van de RV-functie uit te voeren in verschillende onderzoeken in verschillende laboratoria. In preklinische studies wordt het monocrotaline (MCT) letselmodel bij ratten veel gebruikt om de werkzaamheid van geneesmiddelen voor de behandeling van PAH te evalueren. Dit protocol beschrijft de echocardiografische evaluatie van de RV bij naïeve en MCT-geïnduceerde PAH-ratten.
Introduction
PAH is een progressieve ziekte gedefinieerd als een gemiddelde pulmonale arteriële druk bij rust van meer dan 20 mmHg1. Pathologische veranderingen in PAH omvatten longslagader (PA) remodellering, vasoconstrictie, ontsteking en fibroblastactivering en proliferatie. Deze pathologische veranderingen leiden tot verhoogde pulmonale vasculaire weerstand en bijgevolg tot remodellering van de rechterventrikel, hypertrofie en falen2. PAH is een complexe ziekte waarbij kruisverwijzing tussen verschillende signaalwegen plaatsvindt. De momenteel goedgekeurde geneesmiddelen voor de behandeling van PAH richten zich meestal op vaatverwijdende routes, waaronder de stikstofmonoxide-cyclische guanosinemonofosfaatroute, prostacyclineroute en endothelineroute. Therapieën gericht op deze routes zijn gebruikt als zowel monotherapieën als in combinatietherapieën 3,4. Ondanks de vooruitgang in de behandeling van PAH in het afgelopen decennium, tonen bevindingen van het in de VS gevestigde REVEAL-register een slechte 5-jaarsoverleving voor nieuw gediagnosticeerde patiënten5. Meer recent hebben opkomende therapeutische modaliteiten zich gericht op ziektemodificerende middelen die van invloed kunnen zijn op de multifactoriële pathofysiologie van de vasculaire remodellering die optreedt bij PAH in de hoop de ziekte te verstoren6.
Diermodellen van PAK’s zijn van onschatbare waarde bij het beoordelen van de werkzaamheid van nieuwe medicamenteuze behandelingen. Het MCT-geïnduceerde PAH-ratmodel is een veel gebruikt diermodel dat wordt gekenmerkt door remodellering van de pulmonale arteriële vaten, wat op zijn beurt leidt tot verhoogde pulmonale vasculaire weerstand en rechterventrikelhypertrofie en disfunctie 7,8. Om de werkzaamheid van nieuwe behandelingen te beoordelen, richten onderzoekers zich normaal gesproken op de terminale beoordeling van RV-druk zonder rekening te houden met de longitudinale evaluatie van PA-druk, RV-morfologie en RV-functie. Het gebruik van niet-invasieve en niet-terminale beeldvormingstechnieken is cruciaal voor een uitgebreid onderzoek naar ziekteprogressie in diermodellen. Transthoracale echocardiografie blijft de standaardbenadering voor het evalueren van hartmorfologie en -functie in diermodellen vanwege de lage kosten en het gebruiksgemak in vergelijking met andere beeldvormingsmodaliteiten, zoals magnetische resonantiebeeldvorming. Echocardiografische evaluatie van de RV kan echter een uitdaging zijn vanwege de RV-positionering onder de borstschaduw, de goed ontwikkelde trabeculatie en de anatomische vorm, die het allemaal moeilijk maken om de endocardiale grens 9,10,11 af te bakenen.
Dit artikel is bedoeld om een uitgebreid protocol te beschrijven voor het evalueren van RV-afmetingen, -gebieden en -volumes, en systolische en diastolische functie bij naïeve en MCT-geïnduceerde PAK’s bij Sprague Dawley (SD) ratten. Daarnaast beschrijft dit protocol een methode om echocardiografische dimensies in het normale en verwijde rechter atrium te beoordelen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Echocardiografische evaluatie van de RV is een waardevol ontdekkingsinstrument voor de screening van de effectiviteit van nieuwe behandelingen in diermodellen van PAH. Diepgaande karakterisering van de RV-structuur en -functie is noodzakelijk als nieuwe doelen bij de behandeling van PAK-adres RV-verbouwing 4,14. Deze studie beschrijft een gedetailleerd protocol dat de succesvolle karakterisering van RV-structuur en -functie mogelijk maakt.
<p class="jove_cont…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door NHLBI K01 HL155241 en AHA CDA849387 toegekend aan de auteur P.C.R.
Materials
| 0.9% sodium cloride injection USP | Baxter | 2B1324 | |
| Braided cotton rolls | 4MD Medical Solutions | RIHD201205 | |
| Depilating agent | Wallgreens | Nair Hair Remover | |
| Electrode gel | Parker Laboratories | 15-60 | |
| High frequency ultrasound image system and imaging station | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo 2100 | |
| Isoflurane | MedVet | RXISO-250 | |
| Male sprague Dawley rats | Charles River Laboratories | CD 001 | CD IGS Rats (Crl:CD(SD)) |
| Monocrotaline (MCT) | Sigma-Aldrich | C2401 | |
| Rectal temperature probe | Physitemp | RET-3 | |
| Sealed induction chambers | Scivena Scientific | RES644 | 3 L size |
| Solid-state array ultrasound transducer | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Vevo MicroScan transducer MS250S | |
| Stainless steel digital calipers | VWR Digital Calipers | 62379-531 | |
| Ultrasound gel | Parker Laboratories | 11-08 | |
| Vevo Lab software | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | Verison 5.5.1 |
References
- Galie, N., McLaughlin, V. V., Rubin, L. J., Simonneau, G. An overview of the 6th World Symposium on Pulmonary Hypertension. European Respiratory Journal. 53 (1), 1802148 (2019).
- Tyagi, S., Batra, V. Novel therapeutic approaches of pulmonary arterial hypertension. International Journal of Angiology. 28 (2), 112-117 (2019).
- Hoeper, M. M., et al. Targeted therapy of pulmonary arterial hypertension: Updated recommendations from the Cologne Consensus Conference 2018. International Journal of Cardiology. 272, 37-45 (2018).
- Sommer, N., et al. Current and future treatments of pulmonary arterial hypertension. British Journal of Pharmacology. 178 (1), 6-30 (2021).
- Farber, H. W., et al. Five-year outcomes of patients enrolled in the REVEAL registry. Chest. 148 (4), 1043-1054 (2015).
- Zolty, R. Novel experimental therapies for treatment of pulmonary arterial hypertension. Journal of Experimental Pharmacology. 13, 817-857 (2021).
- Jasmin, J. F., Lucas, M., Cernacek, P., Dupuis, J. Effectiveness of a nonselective ET(A/B) and a selective ET(A) antagonist in rats with monocrotaline-induced pulmonary hypertension. Circulation. 103 (2), 314-318 (2001).
- Stenmark, K. R., Meyrick, B., Galie, N., Mooi, W. J., McMurtry, I. F. Animal models of pulmonary arterial hypertension: the hope for etiological discovery and pharmacological cure. American Journal of Physiology Lung Cellular and Molecular Physiology. 297 (6), 1013-1032 (2009).
- Muresian, H. The clinical anatomy of the right ventricle. Clinical Anatomy. 29 (3), 380-398 (2016).
- Rudski, L. G., et al. Guidelines for the echocardiographic assessment of the right heart in adults: a report from the American Society of Echocardiography endorsed by the European Association of Echocardiography, a registered branch of the European Society of Cardiology, and the Canadian Society of Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 23 (7), 685-713 (2010).
- Jones, N., Burns, A. T., Prior, D. L. Echocardiographic assessment of the right ventricle-state of the art. Heart Lung and Circulation. 28 (9), 1339-1350 (2019).
- Spyropoulos, F., et al. Echocardiographic markers of pulmonary hemodynamics and right ventricular hypertrophy in rat models of pulmonary hypertension. Pulmonary Circulation. 10 (2), 2045894020910976 (2020).
- Armstrong, W. F., Ryan, T., Feigenbaum, H. . Feigenbaum’s echocardiography. 7th edn. , (2010).
- Kimura, K., et al. Evaluation of right ventricle by speckle tracking and conventional echocardiography in rats with right ventricular heart failure. International Heart Journal. 56 (3), 349-353 (2015).
- Cheng, H. W., et al. Assessment of right ventricular structure and function in mouse model of pulmonary artery constriction by transthoracic echocardiography. Journal of Visualized Experiments. 84, e51041 (2014).
- Mazurek, J. A., Vaidya, A., Mathai, S. C., Roberts, J. D., Forfia, P. R. Follow-up tricuspid annular plane systolic excursion predicts survival in pulmonary arterial hypertension. Pulmonary Circulation. 7 (2), 361-371 (2017).
- Grapsa, J., et al. Echocardiographic and hemodynamic predictors of survival in precapillary pulmonary hypertension: seven-year follow-up. Circulation: Cardiovascular Imaging. 8 (6), 002107 (2015).
- Bernardo, I., Wong, J., Wlodek, M. E., Vlahos, R., Soeding, P. Evaluation of right heart function in a rat model using modified echocardiographic views. PLoS One. 12 (10), 0187345 (2017).
