Træningstest til evaluering af den funktionelle effekt af svinets kardiovaskulære system

Summary

Denne protokol beskriver en stor dyretræningstestmodel til vurdering af det kardiovaskulære systems funktionelle kapacitet til evaluering af effektiviteten af nye terapier i prækliniske omgivelser. Det kan sammenlignes med en klinisk træningstest.

Abstract

På trods af fremskridt inden for behandlinger er hjerte-kar-sygdomme stadig en af de største årsager til dødelighed og sygelighed på verdensplan. Genterapibaseret terapeutisk angiogenese er en lovende tilgang til behandling af patienter med betydelige symptomer på trods af optimal farmakologisk terapi og invasive procedurer. Imidlertid har mange lovende kardiovaskulære genterapiteknikker ikke opfyldt forventningerne i kliniske forsøg. En forklaring er et misforhold mellem prækliniske og kliniske endepunkter, der bruges til at måle effekt. I dyremodeller har vægten normalt været på let kvantificerbare endepunkter, såsom antallet og arealet af kapillærkarrene beregnet ud fra histologiske sektioner. Bortset fra dødelighed og sygelighed er endepunkter i kliniske forsøg subjektive, såsom træningstolerance og livskvalitet. Imidlertid måler de prækliniske og kliniske endepunkter sandsynligvis forskellige aspekter af den anvendte terapi. Ikke desto mindre er begge typer endepunkter nødvendige for at udvikle vellykkede terapeutiske tilgange. I klinikker er hovedmålet altid at lindre patienternes symptomer og forbedre deres prognose og livskvalitet. For at opnå bedre prædiktive data fra prækliniske studier skal effektparametermålinger matches bedre med målinger i kliniske studier. Her introducerer vi en protokol for en klinisk relevant løbebåndsøvelsestest hos grise. Denne undersøgelse har til formål at: (1) tilvejebringe en pålidelig øvelsestest på svin, der kan bruges til at evaluere sikkerheden og den funktionelle effekt af genterapi og andre nye terapier, og (2) bedre matche endepunkterne mellem prækliniske og kliniske undersøgelser.

Introduction

Kroniske hjerte-kar-sygdomme er væsentlige årsager til dødelighed og sygelighed på verdensplan ^1,2. Selvom de nuværende behandlinger er effektive for de fleste patienter, kan mange stadig ikke drage fordel af de nuværende behandlinger på grund af for eksempel diffus kronisk sygdom eller comorbiditeter. Derudover lindres hjertesymptomer hos nogle patienter ikke af de tilgængelige behandlinger, og deres hjerte-kar-sygdom skrider frem på trods af optimal medicinsk behandling³. Der er således et klart behov for at udvikle nye behandlingsmuligheder for alvorlige hjerte-kar-sygdomme.

I løbet af de sidste mange år er nye molekylære veje og måder at manipulere disse mål blevet opdaget på, hvilket gør genterapi, celleterapi og andre nye terapier til en realistisk mulighed for behandling af alvorlige hjerte-kar-sygdomme⁴. Men efter lovende prækliniske resultater har mange kardiovaskulære applikationer ikke opfyldt forventningerne i kliniske forsøg. På trods af den dårlige effekt i kliniske forsøg har flere forsøg etableret gode sikkerhedsprofiler for nye behandlinger 5,6,7,8,9. At bringe nye kardiovaskulære terapier til patienter vil således kræve forbedrede tilgange og bedre prækliniske modeller, undersøgelsesindstillinger og endepunkter i prækliniske undersøgelser, der kan forudsige klinisk effekt.

I dyremodeller har vægten normalt været på let kvantificerbare endepunkter, såsom antallet og arealet af kapillærbeholdere beregnet ud fra histologiske sektioner eller parametre fra billeddannelse af venstre ventrikel i hvile og under farmakologisk stress. I kliniske forsøg har mange endepunkter været mere subjektive, såsom træningstolerance eller symptomlindring⁴. Det er således sandsynligt, at endepunkterne i prækliniske undersøgelser og kliniske forsøg måler forskellige aspekter af den anvendte terapi. For eksempel korrelerer en stigning i mængden af blodkar ikke altid med bedre perfusion, hjertefunktion eller træningstolerance. Ikke desto mindre er begge typer endepunkter nødvendige for at udvikle vellykkede terapeutiske tilgange¹⁰. Alligevel er hovedmålet altid at lindre symptomer og forbedre patientens prognose og livskvalitet. For at opnå dette skal effektparametermålinger matches bedre mellem prækliniske og kliniske undersøgelser⁴.

Kardiorespiratorisk kondition afspejler kredsløbs- og åndedrætssystemernes evne til at tilvejebringe ilt under vedvarende fysisk aktivitet, og det kvantificerer således individets funktionelle kapacitet. Funktionel kapacitet er en vigtig prognostisk markør, da det er en stærk uafhængig forudsigelse for risikoen for kardiovaskulær dødelighed og dødelighed af alle årsager¹¹. Forbedringer i kardiorespiratorisk kondition er forbundet med en reduceret risiko for dødelighed¹². Træningstest er egnede til evaluering af aerob ydeevne og behandlingsrespons i hjerte-kar-sygdomme. Afhængigt af tilgængeligheden udføres test på et cykelergometer eller et løbebånd. Minut bruges normalt, og pludselige stigninger undgås; Dette fører til et lineært fysiologisk respons. De vigtigste variabler i træningstestene inkluderer den samlede træningstid, opnåede metaboliske ækvivalenter (MET’er), puls og ændringer på et elektrokardiogram (EKG) mellem QRS-komplekset (Q-, R- og S-bølger) og T-bølge (ST-segment). Kliniske stresstest har lave omkostninger og er let tilgængelige¹³. Af disse grunde har stresstest, såsom 6 minutters gangtest, været meget udbredt i klinikker og bør også bruges i den prækliniske evaluering af nye terapier.

Så vidt vi ved, findes der ingen velbeskrevne store dyremodeller til evaluering af den funktionelle effekt af genterapi eller andre nye terapier. Derfor giver den klinisk relevante træningstest et fremragende perspektiv til evaluering af effektiviteten af disse nye terapier i den prækliniske indstilling.

Protocol

Alle forsøg er godkendt af Animal Experiment Board ved University of Eastern Finland. Denne protokol beskriver en klinisk relevant løbebåndsøvelsestest for svin for at evaluere sikkerheden og effekten af nye terapier til hjertesygdomme. Kvindelige tamsvin med en vægt på 25-80 kg blev anvendt til denne undersøgelse. Dyrene blev hentet fra en kommerciel kilde (se materialetabel). 1. Opsætning af løbebanen Opsæt løbebanen, så dyrene kun kan …

Representative Results

Man skal have erfaring med at arbejde med store dyr for at lykkes med denne protokol. Forskere skal være i stand til at vurdere, om et dyr holder op med at løbe på grund af træthed eller manglende motivation. Registrering af hastighed og afstand kan hjælpe med at evaluere dette, da dyr, der mangler motivation, normalt holder helt op med at løbe, mens trætte dyr fortsætter med at løbe efter at have sænket hastigheden (figur 3). Om nødvendigt kan protokollen gentages den næste dag,…

Discussion

Denne store dyreøvelsestest efterligner den test, der anvendes i klinikker, hvilket reducerer kløften i endepunkter mellem de prækliniske undersøgelser og kliniske forsøg. Det kan anvendes til at evaluere effekten af nye behandlinger for alvorlige hjerte-kar-sygdomme, såsom arteriosklerose obliterans, hjertesvigt og iskæmiske hjertesygdomme. De tidspunkter, der anvendes i denne protokol, kan variere afhængigt af den testede behandling. Denne protokol er blevet standardiseret baseret på en lang erfaring med at ar…

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