Тест с физической нагрузкой для оценки функциональной эффективности сердечно-сосудистой системы свиньи
Summary
В настоящем протоколе описана модель теста с физической нагрузкой на крупных животных для оценки функциональной способности сердечно-сосудистой системы для оценки эффективности новых методов лечения в доклинических условиях. Это сравнимо с клиническим тестом с физической нагрузкой.
Abstract
Несмотря на прогресс в лечении, сердечно-сосудистые заболевания по-прежнему являются одной из основных причин смертности и заболеваемости во всем мире. Терапевтический ангиогенез на основе генной терапии является перспективным подходом к лечению пациентов со значительными симптомами, несмотря на оптимальную фармакологическую терапию и инвазивные процедуры. Тем не менее, многие многообещающие методы сердечно-сосудистой генной терапии не оправдали ожиданий в клинических испытаниях. Одним из объяснений является несоответствие между доклиническими и клиническими конечными точками, используемыми для измерения эффективности. В моделях на животных акцент обычно делался на легко поддающихся количественной оценке конечных точках, таких как количество и площадь капиллярных сосудов, рассчитанных по гистологическим срезам. Помимо смертности и заболеваемости, конечные точки в клинических испытаниях субъективны, такие как толерантность к физической нагрузке и качество жизни. Тем не менее, доклинические и клинические конечные точки, вероятно, измеряют различные аспекты применяемой терапии. Тем не менее, оба типа конечных точек необходимы для разработки успешных терапевтических подходов. В клиниках главной целью всегда является облегчение симптомов пациентов и улучшение их прогноза и качества жизни. Чтобы получить более точные прогностические данные доклинических исследований, конечные точки должны быть лучше согласованы с измерениями в клинических исследованиях. Здесь мы представляем протокол клинически значимого теста с физической нагрузкой на беговой дорожке у свиней. Это исследование направлено на: (1) обеспечение надежного теста с физической нагрузкой на свиньях, который можно использовать для оценки безопасности и функциональной эффективности генной терапии и других новых методов лечения, и (2) лучшее соответствие конечным точкам между доклиническими и клиническими исследованиями.
Introduction
Хронические сердечно-сосудистые заболевания являются основными причинами смертности и заболеваемости во всем мире 1,2. Несмотря на то, что современные методы лечения эффективны для большинства пациентов, многие по-прежнему не могут извлечь выгоду из современных методов лечения, например, из-за диффузного хронического заболевания или сопутствующих заболеваний. Кроме того, у некоторых пациентов сердечные симптомы не облегчаются доступными методами лечения, и их сердечно-сосудистые заболевания прогрессируют, несмотря на оптимальную медикаментозную терапию3. Таким образом, существует очевидная необходимость в разработке новых вариантов лечения тяжелых сердечно-сосудистых заболеваний.
За последние несколько лет были открыты новые молекулярные пути и способы манипулирования этими мишенями, что сделало генную терапию, клеточную терапию и другие новые методы лечения реалистичным вариантом лечения тяжелых сердечно-сосудистых заболеваний4. Однако после многообещающих доклинических результатов многие сердечно-сосудистые приложения не оправдали ожиданий в клинических испытаниях. Несмотря на низкую эффективность в клинических испытаниях, несколько исследований установили хорошие профили безопасности новых методов лечения 5,6,7,8,9. Таким образом, внедрение новых методов лечения сердечно-сосудистых заболеваний для пациентов потребует улучшенных подходов и лучших доклинических моделей, условий исследования и конечных точек в доклинических исследованиях, которые могут предсказать клиническую эффективность.
На животных моделях акцент обычно делался на легко поддающихся количественной оценке конечных точках, таких как количество и площадь капиллярных сосудов, рассчитанные по гистологическим срезам или параметрам визуализации левого желудочка в состоянии покоя и в условиях фармакологического стресса. В клинических испытаниях многие конечные точки были более субъективными, например, толерантность к физической нагрузке или облегчение симптомов4. Таким образом, вполне вероятно, что конечные точки в доклинических исследованиях и клинических испытаниях измеряют различные аспекты применяемой терапии. Например, увеличение количества кровеносных сосудов не всегда коррелирует с улучшением перфузии, сердечной функции или толерантности к физической нагрузке. Тем не менее, для разработки успешных терапевтических подходов необходимы оба типа конечных точек10. Тем не менее, главная цель всегда состоит в том, чтобы облегчить симптомы и улучшить прогноз и качество жизни пациента. Для достижения этой цели конечные измерения должны быть лучше согласованы между доклиническими и клиническими исследованиями4.
Кардиореспираторная пригодность отражает способность кровеносной и дыхательной систем обеспечивать кислород во время длительной физической активности и, таким образом, количественно определяет функциональную способность человека. Функциональная способность является ключевым прогностическим маркером, поскольку она является сильным независимым предиктором риска сердечно-сосудистой смертности и смертности от всех причин11. Улучшение кардиореспираторной подготовленности связано со снижением риска смертности12. Тесты с физической нагрузкой подходят для оценки аэробной работоспособности и реакции на лечение сердечно-сосудистых заболеваний. В зависимости от наличия, тесты проводятся на велоэргометре или беговой дорожке. Обычно используется постепенное увеличение рабочей нагрузки в минуту, а резких повышений избегают; Это приводит к линейной физиологической реакции. Наиболее важные переменные в тестах с физической нагрузкой включают общее время тренировки, достигнутые метаболические эквиваленты (MET), частоту сердечных сокращений и изменения на линии электрокардиограммы (ЭКГ) между комплексом QRS (зубцы Q, R и S) и зубцом T (сегмент ST). Клинические стресс-тесты имеют низкую стоимость и легко доступны13. По этим причинам стресс-тесты, такие как тест на 6-минутную ходьбу, широко используются в клиниках и также должны использоваться в доклинической оценке новых методов лечения.
Насколько нам известно, не существует хорошо описанных моделей крупных животных для оценки функциональной эффективности генной терапии или других новых методов лечения. Таким образом, клинически значимый тест с физической нагрузкой обеспечивает отличную перспективу для оценки эффективности этих новых методов лечения в доклинических условиях.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот тест с физической нагрузкой на крупных животных имитирует тест, используемый в клиниках, сокращая разрыв в конечных точках между доклиническими исследованиями и клиническими испытаниями. Он может быть применен для оценки эффективности новых методов лечения тяжелых сердечно-сос?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Автор благодарит Минну Тёррёнен, Рийкку Веняляйнен, Хейкки Кархунен и Инкери Ниеми из Национального центра лабораторных животных за их помощь в работе с животными. Это исследование поддержано Финской академией, ERC и грантом CardioReGenix EU Horizon.
Materials
| Defibrillator | Zoll M series | TO9K116790 | All portable defribrillators will work |
| Defibrillator pads | Philips | M3713A | All pads work, as long as the pads are compatible with the defibrillator |
| ECG electrodes | Several providers | Prefer ECG electrodes designed for exercise tests | |
| Loop recorder | Abbott Oy | DM3500 | Optional for rhythm monitoring |
| Patient monitor | Schiller Argus LCM Plus | 7,80,05,935 | All portable ecg monitors will work |
| Pigs | Emolandia Oy | ||
| Treadmill | NordicTrack | All treadmills with adjustable incline and speed are suitable for the exercise test. The treadmill should be as long and wide as possible. | |
| Ultrasound system | Philips EPIQ 7 ultrasound | ||
| Various building materials | Several providers | For building fences, ramps and gates according to the Figure 1 and Figure 2 | |
| Various treats for the animals |
References
- Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139 (2020).
- Townsend, N., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 19 (2), 133-143 (2022).
- Knuuti, J., et al. 2019 ESC Guidelines for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes: The Task Force for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes of the European Society of Cardiology (ESC). European Heart Journal. 41 (3), 407-477 (2020).
- Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
- Hedman, M., et al. Eight-year safety follow-up of coronary artery disease patients after local intracoronary VEGF gene transfer. Gene Therapy. 16 (5), 629-634 (2009).
- Rosengart, T. K., et al. Long-term follow-up of a phase 1 trial of angiogenic gene therapy using direct intramyocardial administration of an adenoviral vector expression the VEGF121 cDNA for the treatment of diffuse coronary artery disease. Human Gene Therapy. 24 (2), 203-208 (2013).
- Muona, K., Mäkinen, K., Hedman, M., Manninen, H., Ylä-Herttuala, S. 10-year safety follow-up in patients with local VEGF gene transfer to ischemic lower limb. Gene Therapy. 19 (4), 392-395 (2012).
- Leikas, A. J., et al. Long-term safety and efficacy of intramyocardial adenovirus-mediated VEGF-DΔNΔC gene therapy eight-year follow-up of phase I KAT301 study. Gene Therapy. 29 (5), 289-293 (2022).
- Telukuntla, K. S., Suncion, V. Y., Schulman, U. H., Hare, J. M. The advancing field of cell-based therapy: insights and lessons from clinical trials. Journal of the American Heart Association. 2 (5), e000338 (2013).
- Ylä-Herttuala, S., Bridges, C., Katz, M. G., Korpisalo, P. Angiogenic gene therapy in cardiovascular diseases: dream or vision. European Heart Journal. 38 (18), 1365-1371 (2017).
- Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
- Ross, R., et al. Importance of assessing cardiorespiratory fitness in clinical practice: a case for fitness as a clinical vital sign: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 134 (24), e653-e699 (2016).
- Sietsema, K. E., Stringer, W. W., Sue, D. Y., Ward, S. . Wasserman & Whipp’s Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th. , (2021).
- Darmadi, M. A., et al. Exercise-induced sustained ventricular tachycardia without structural heart disease: a case report. The American Journal of Case Reports. 21, e928242 (2020).
- Casella, G., Pavesi, P. C., Sangiorgio, P., Rubboli, A., Bracchetti, D. Exercise-induced ventricular arrhythmias in patients with healed myocardial infarction. International Journal of Cardiology. 40 (3), 229-235 (1993).
- Gimeno, J. R., et al. Exercise-induced ventricular arrhythmias and risk of sudden cardiac death in patients with hypertrophic cardiomyopathy. European Heart Journal. 30 (21), 2599-2605 (2009).
- Lelovas, P. P., Kostomitsopoulos, N. G., Xanthos, T. T. A comparative anatomic and physiologic overview of the porcine heart. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (5), 432-438 (2014).
- Korpela, H., et al. AAV2-VEGF-B gene therapy failed to induce angiogenesis in ischemic porcine myocardium due to inflammatory responses. Gene Therapy. 29 (10-11), 643-652 (2022).
- Swindle, M. M. . Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , (2007).
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
