Upprättande av en Swine modell av Post-hjärtinfarkt hjärtsvikt för stamcellsbehandling
Summary
Vi försökte upprätta en svin modell av hjärtsvikt framkallas av vänster cirkumflex gatan blockering och snabba pacing att testa effekten och säkerheten för intramyocardial administration av stamceller för cell-baserade terapier.
Abstract
Även om framsteg har uppnåtts vid behandling av hjärtsvikt (HF) efter hjärtinfarkt (MI), HF efter MI är fortfarande en av de stora orsakerna till dödlighet och sjuklighet runt om i världen. Cell-baserade terapier för hjärt reparation och förbättring av vänster ventrikulärt funktion efter MI har rönt stor uppmärksamhet. Följaktligen bör säkerheten och effekten av dessa celltransplantationer testas i en preklinisk stor djurmodell av HF före klinisk användning. Grisar används ofta för hjärt-kärlsjukdom forskning på grund av deras likhet med människor när det gäller hjärtat storlek och koronar anatomi. Därför försökte vi att lägga fram ett effektivt protokoll för inrättandet av en porcine kronisk HF-modell med slutna-bröstet födans ballong ocklusion av den vänstra cirkumflex gatan (LCX), följt av snabba Ventrikulärt framröra inducerad med pacemaker implantation. Åtta veckor senare, var stamcellerna administreras genom intramyocardial injektion i peri-infarct området. Därefter utvärderades infarct storlek, cell överlevnad och vänster Ventrikulärt funktion (inklusive ekokardiografi, hemodynamic parametrar och elektrofysiologi). Denna studie hjälper till att etablera en stabil preklinisk stor djur HF modell för stamcellsbehandling.
Introduction
Hjärt-kärlsjukdomar, kranskärlssjukdom (CAD) i synnerhet, förblir den främsta orsaken till sjuklighet och dödlighet i Hongkong och i hela världen1. I Hongkong beräknades en ökning med 26 % från 2012 till 2017 av antalet CAD-patienter som behandlades under sjukhusmyndigheten2. Bland alla CADs är akut hjärtinfarkt (MI) en ledande dödsorsak och efterföljande komplikationer, såsom hjärtsvikt (HF). Dessa bidrar till betydande medicinska, sociala och ekonomiska bördor. Hos patienter med MI är trombolytisk terapi eller primär perkutan koronar intervention (PCI) en effektiv terapi för att bevara livet, men dessa terapier kan endast minska kardiomyocyter (CM) förlust under MI. De behandlingar som finns kan inte fylla på permanent förlust av CMs, vilket leder till hjärt fibros, hjärtinfarkt ombyggnad, hjärtarytmi, och så småningom hjärtsvikt. Dödligheten vid 1 års post-MI är cirka 7% med mer än 20% patienter som utvecklar HF3. I slutet-steg HF patienter är hjärtat transplantation den enda tillgängliga effektiva terapi, men det begränsas av en brist på tillgängliga organ. Nya terapier är nödvändiga för att vända utvecklingen av post-MI HF. Som ett resultat, cell-baserad terapi anses vara en attraktiv metod för att reparera nedsatt CMs och ameliorate vänster Ventrikulärt (LV) funktion i HF följande MI. Våra tidigare studier fann stamcellstransplantation vara fördelaktigt för hjärtfunktion förbättring efter direkt intramyocardial transplantation i små djur modeller av MI4,5. Standardiserade prekliniska stora animaliska HF-protokoll behövs således för att ytterligare testa effekten och säkerheten av stamcellstransplantation före klinisk användning.
De senaste decennierna har bevittnat den utbredda användningen av grisar i kardiovaskulär forskning för stamcellsterapi. HF svin är en lovande modell av translationell forskning på grund av deras likhet med människor när det gäller hjärtstorlek, vikt, rytm, funktion och födans gatan anatomi. Dessutom kan porcin HF-modeller efterlikna post-MI HF patienter när det gäller CM metabolism, elektrofysiologiska egenskaper, och neuroendokrina förändringar under ischemiska förhållanden6. Protokollet presenteras här använder en sådan standardiserade gris HF modell, anställa en sluten-bröst koronar ballong ocklusion av den vänstra cirkumflex gatan (LCX) följt av snabba tempo inducerad av pacemakern implantation. Studien optimerar också vägen för intramyokardiell administrering av stamceller för behandling av post-MI HF. Syftet är att ta fram en porcine djurmodell av kronisk hjärtinfarkt som kan användas för att utveckla behandlingar som är kliniskt relevanta för patienter med svår CAD.
Protocol
Representative Results
Discussion
Standard djurmodeller är av största vikt för att förstå patofysiologi och mekanismer för sjukdomar och testa nya therapeutics. Vårt protokoll upprättar en svin modell av HF inducerad av vänster cirkumflex gatan blockering och snabb pacing. Åtta veckor efter induktionen av MI utvecklade djuren betydande försämring av LVEF, LVEDD, LVESD, +dP/dt och ESPVR. Detta protokoll testar också administreringsmetoden för stamcellsterapi för hjärtregenerering genom intramyocardial injektion. Infarct storlek, och hjärt…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna erkänner Alfreda och Kung Tak Chung för deras utmärkta tekniska stöd under djurförsöken.
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 |
Referências
- 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).
