돼지 심혈관계 기능적 효능 평가를 위한 운동시험
Summary
본 프로토콜은 전임상 환경에서 새로운 치료법의 효율성을 평가하기 위한 심혈관계의 기능적 능력을 평가하기 위한 대규모 동물 운동 테스트 모델을 설명합니다. 임상 운동 테스트와 비슷합니다.
Abstract
치료의 발전에도 불구하고 심혈관 질환은 여전히 전 세계적으로 사망률과 이환율의 가장 큰 원인 중 하나입니다. 유전자 치료 기반 치료 혈관신생은 최적의 약물 요법과 침습적 절차에도 불구하고 심각한 증상이 있는 환자를 치료하기 위한 유망한 접근 방식입니다. 그러나 많은 유망한 심혈관 유전자 치료 기술은 임상 시험에서 기대치를 달성하지 못했습니다. 한 가지 설명은 효능을 측정하는 데 사용되는 전임상 및 임상 종점 간의 불일치입니다. 동물 모델에서는 일반적으로 조직학적 절편에서 계산된 모세혈관의 수 및 면적과 같이 쉽게 정량화할 수 있는 종말점에 중점을 두었습니다. 사망률과 이환율 외에도 임상 시험의 종점은 운동 내성 및 삶의 질과 같은 주관적입니다. 그러나 전임상 및 임상 종점은 응용 요법의 다른 측면을 측정할 가능성이 높습니다. 그럼에도 불구하고 성공적인 치료 접근법을 개발하려면 두 가지 유형의 종점이 모두 필요합니다. 클리닉에서 주요 목표는 항상 환자의 증상을 완화하고 예후와 삶의 질을 향상시키는 것입니다. 전임상 연구에서 더 나은 예측 데이터를 얻으려면 종점 측정이 임상 연구의 측정과 더 잘 일치해야 합니다. 여기에서는 돼지의 임상적으로 관련된 트레드밀 운동 테스트를 위한 프로토콜을 소개합니다. 이 연구의 목표는 (1) 유전자 요법 및 기타 새로운 치료법의 안전성과 기능적 효능을 평가하는 데 사용할 수 있는 돼지에 대한 신뢰할 수 있는 운동 테스트를 제공하고 (2) 전임상 연구와 임상 연구 간의 종점을 더 잘 일치시키는 것입니다.
Introduction
만성 심혈관 질환은 전 세계적으로 사망률과 이환율의 중요한 원인입니다 1,2. 현재의 치료법이 대다수의 환자에게 효과적이지만, 예를 들어 확산성 만성 질환이나 동반 질환으로 인해 많은 사람들이 여전히 현재 치료법의 혜택을 받을 수 없습니다. 또한, 일부 환자의 경우 이용 가능한 치료법으로 심장 증상이 완화되지 않고 최적의 의학적 치료에도 불구하고 심혈관 질환이 진행된다3. 따라서 중증 심혈관 질환에 대한 새로운 치료 옵션을 개발할 필요성이 분명합니다.
지난 몇 년 동안 이러한 표적을 조작하는 새로운 분자 경로와 방법이 발견되어 유전자 치료, 세포 치료 및 기타 새로운 치료법이 중증 심혈관 질환 치료를 위한 현실적인 옵션이 되었습니다4. 그러나 유망한 전임상 결과 이후 많은 심혈관 응용 프로그램이 임상 시험에서 기대치를 충족시키지 못했습니다. 임상 시험에서 낮은 효능에도 불구하고, 몇몇 시험은 새로운 치료법 5,6,7,8,9의 우수한 안전성 프로파일을 확립했다. 따라서 환자에게 새로운 심혈관 요법을 제공하려면 임상적 효능을 예측할 수 있는 전임상 연구에서 개선된 접근 방식과 더 나은 전임상 모델, 연구 환경 및 종점이 필요합니다.
동물 모델에서 강조점은 일반적으로 조직학적 절편에서 계산된 모세혈관의 수와 면적 또는 휴식 시 및 약리학적 스트레스 하에서 좌심실 영상의 매개변수와 같이 쉽게 정량화할 수 있는 종점에 있었습니다. 임상 시험에서 운동 내성 또는 증상 완화와 같은 많은 평가변수가 보다 주관적이었다4. 따라서 전임상 연구 및 임상 시험의 종점은 응용 요법의 다양한 측면을 측정할 가능성이 높습니다. 예를 들어, 혈관 양의 증가가 항상 더 나은 관류, 심장 기능 또는 운동 내성과 관련이 있는 것은 아닙니다. 그럼에도 불구하고, 성공적인 치료적 접근법을 개발하기 위해서는 두 가지 유형의 종점모두 필요하다 10. 그러나 주요 목표는 항상 증상을 완화하고 환자의 예후와 삶의 질을 향상시키는 것입니다. 이를 위해서는 전임상 연구와 임상 연구 간에 종말점 측정이 더 잘 일치해야 한다4.
심폐 건강은 지속적인 신체 활동 중에 산소를 공급하는 순환계 및 호흡계의 능력을 반영하므로 개인의 기능적 능력을 정량화합니다. 기능적 능력은 심혈관 및 모든 원인으로 인한 사망 위험에 대한 강력하고 독립적인 예측 인자이기 때문에 주요 예후 지표이다11. 심폐 기능의 개선은 사망 위험 감소와 관련이 있다12. 운동 검사는 심혈관 질환의 유산소 성능 및 치료 반응을 평가하는 데 적합합니다. 가용성에 따라 테스트는 자전거 에르고 미터 또는 러닝 머신에서 수행됩니다. 분당 작업량의 점진적인 증가가 일반적으로 사용되며 급격한 증가는 피할 수 있습니다. 이것은 선형 생리적 반응으로 이어집니다. 운동 테스트에서 가장 중요한 변수에는 총 운동 시간, 달성한 대사 등가물(MET), 심박수, QRS 복합체(Q, R 및 S파)와 T파(ST 세그먼트) 사이의 심전도(ECG) 라인의 변화가 포함됩니다. 임상적 스트레스 테스트는 비용이 저렴하고 쉽게 접근할 수 있다13. 이러한 이유로 6분 걷기 테스트와 같은 스트레스 테스트는 클리닉에서 널리 사용되어 왔으며 새로운 치료법의 전임상 평가에도 사용해야 합니다.
우리가 아는 한, 유전자 요법 또는 다른 새로운 치료법의 기능적 효능을 평가하기 위한 잘 설명된 대형 동물 모델은 없습니다. 따라서 임상적으로 관련된 운동 테스트는 전임상 환경에서 이러한 새로운 치료법의 효율성을 평가하기 위한 훌륭한 관점을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 대규모 동물 운동 테스트는 클리닉에서 사용되는 테스트를 모방하여 전임상 연구와 임상 시험 간의 종점 격차를 줄입니다. 폐쇄성 동맥경화증, 심부전, 허혈성 심장질환 등 중증 심혈관질환에 대한 새로운 치료법의 효능을 평가하는 데 적용할 수 있다. 이 프로토콜에 적용되는 시점은 테스트된 치료에 따라 다를 수 있습니다. 이 프로토콜은 대형 동물에 대한 오랜 경험을 바탕으로 표준화되었?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 동물 작업에 도움을 준 국립 실험실 동물 센터의 Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen 및 Inkeri Niemi에게 감사를 표합니다. 이 연구는 Finnish Academy, ERC 및 CardioReGenix EU Horizon 보조금의 지원을 받습니다.
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).
