Минимально инвазивная модель аортального стеноза у свиней
Summary
Этот протокол описывает минимально инвазивную хирургическую процедуру бандажирования восходящей аорты у свиней.
Abstract
Модели сердечной недостаточности на крупных животных играют важную роль в разработке новых терапевтических вмешательств из-за их размера и физиологического сходства с людьми. Усилия были направлены на создание модели сердечной недостаточности, вызванной перегрузкой давлением, и восходящего бандажа аорты, в то время как это все еще надкоронарная и не идеальная имитация аортального стеноза у человека, очень напоминающая состояние человека.
Целью данного исследования является демонстрация минимально инвазивного подхода к индуцированию перегрузки левым желудочком путем установки аортального бандажа, точно откалиброванного с помощью чрескожно введенных высокоточных датчиков давления. Этот метод представляет собой усовершенствование хирургического вмешательства (3R), что приводит к однородным трансстенотическим градиентам и снижению внутригрупповой вариабельности. Кроме того, это позволяет быстро и без происшествий выздоравливать животных, что приводит к минимальному уровню смертности. На протяжении всего исследования за животными наблюдали в течение 2 месяцев после операции с использованием трансторакальной эхокардиографии и анализа петли давления-объема. Тем не менее, при желании можно добиться более длительных периодов наблюдения. Эта модель крупного животного оказалась ценной для тестирования новых препаратов, особенно тех, которые нацелены на гипертрофию и структурные и функциональные изменения, связанные с перегрузкой левого желудочкового давления.
Introduction
Сердечная недостаточность (СН) является опасным для жизни заболеванием, которое поражает миллионы людей во всем мире и приводит к серьезным социальным и экономическим последствиям1. Одной из его значимых этиологий является заболевание аортального клапана или аортальный стеноз (АС). Аортальный стеноз более распространен в пожилом возрасте и занимает второе место по распространенности в Соединенных Штатах. Смертность, связанная с АС, также возросла в Европе, особенно в странах, не имеющих доступа к современным интервенционным процедурам2. Учитывая сложность СН и нехватку терапевтических инноваций, существует острая потребность в надежных моделях на животных, которые могли бы воспроизвести состояние человека и облегчить тестирование новых вмешательств3. В то время как моделей грызунов больше, чем моделей крупных животных, последние имеют ряд преимуществ благодаря своему размеру и физиологическому сходству, что позволяет тестировать дозы лекарств и медицинских устройств, предназначенных для использования человеком.
Целью этого метода является создание воспроизводимой модели восходящей аортальной бандажи (AAB), применимой к большинству крупных видов животных, используемых в биомедицинских исследованиях. В данном исследовании процедура демонстрируется на свиньях с использованием минимально инвазивного подхода, придерживаясь принципов 3R (замена, редукция и уточнение4). Такой подход обеспечивает создание точного градиента давления, что приводит к высокой воспроизводимости (потенциально снижая количество необходимых животных). Кроме того, небольшой хирургический разрез (2-3 см) сводит к минимуму хирургическое повреждение, улучшая самочувствие животных по сравнению с более агрессивными подходами, такими как стернотомия и большая торакотомия5 (уточнение). Кроме того, предоставление видеодемонстрации метода, наряду с подробными описаниями в литературе, потенциально может снизить потребность в животных, используемых исключительно в целях дрессировки (замена), что еще больше сократит использование животных. Эта модель может быть адаптирована для различных линий/пород свиней с различными темпами роста и вызывает длительную перегрузку давлением, приводящую к значительной гипертрофии через 1 или 2 месяца наблюдения.
Современные методы используют фиксированный стеноз6, не принимая во внимание изменчивость размеров животных, или рассчитывают градиент с использованием показаний давления7, заполненных жидкостью, которые менее надежны, чем высокоточные датчики давления, и восприимчивы к затуханию сигнала8. Другой подход использует однократное измерение давления дистальнее стеноза5. Тем не менее, калибровка стеноза с помощью одновременных проксимальных и дистальных сигналов давления с использованием чрескожно доставляемых высокоточных датчиков давления представляет собой существенную оптимизацию протокола, что приводит к улучшению однородности группы. Наглядно демонстрируя этот метод, другие исследователи должны иметь возможность воспроизвести его без существенных препятствий, повышая доступность этой модели и способствуя применению принципов 3R.
Protocol
Representative Results
Discussion
В последние годы в нескольких исследованиях хирургическое бандажирование аорты использовалось в качестве модели перегрузки левым желудочковым давлением и сердечной недостаточности (нисходящее9 к восходящей аорте10), что позволило исследователям получить ра…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана и профинансирована в рамках проекта QREN 2013/30196, банковского фонда «la Caixa», проекта Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), LCF/PR/HP17/52190002. JS и EB были поддержаны программой исследований и инноваций Европейского Союза «Горизонт 2020» в рамках грантового соглашения No 813716 имени Марии Склодовской-Кюри. PdCM был поддержан проектом Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI MEDIATOR (LSHM 21016).
Materials
| 3-0 PDS II suture | Ethicon | Z683G | Aorta banding |
| 5-0 prolene | Ethicon | 7472H | Aorta banding |
| ACUSON NX2 Ultrasound System | Siemens | (240)11284381 | Vascular Access and Echocardiography |
| Arterial Extension 200 cm | PMH | 303.0666 | Anesthesia Maintenance |
| Atlan A300 Ventilator | Draeger | 8621300 | Ventilation |
| Bone cutters | Fehling | AMP 367.00 | Aorta banding |
| Cefazolin 1000 mg | Labesfal | 100063 | Antibiotic |
| Chlorhexidine 4% Wash Solution | AGA | 19110008 | Cleaning |
| Doyen Intestinal Forceps | Aesculap | EA121R | Intubation |
| Echogenic Introducer Needle | Teleflex | AN-04318 | Vascular Access |
| Endotracheal tube | Intersurgical | 8040070 | Intubation |
| ePTFE vascular graft (5 mm x 40 cm) | GORE-TEX | S0504 | Aorta banding |
| Extension line 100 cm | PMH | 303.0394 | Anesthesia Induction |
| F.O. Laryngoscope | Luxamed | E1.317.012 | Intubation |
| F.O. Miller Blade 4 204 x 17 mm | Luxamed | 3 | Intubation |
| Fenestrated Sterile Drape | Bastos Viegas | 4882-256 | Aseptic Technique |
| Fentanyl 0.5 mg/10 mL | B.Braun | 5758883 | Anesthesia / Analgesia |
| Guidewire 260 cm J-tip | B.Braun | J3 FC-FS 260-035 | Left Ventricle catheterization |
| Infusomat Space Infusion Pump | B.Braun | 24101800 | Fluids / Drug administration |
| Intercostal retractor | Fehling Surgical | MRP-1 | Thoracotomy |
| Introcan Certo IV Catheter 20G | B.Braun | 4251326 | Fluids / Drug administration |
| Isotonic Saline Solution 0.9% | B.Braun | 5/44929/1/0918 | Fluids / Drug administration |
| Ketamidor 100 mg/mL | Richter pharma | 1121908AB | Anesthesia Induction |
| L10-5v Linear Transducer | Siemens | 11284481 | Vascular Access |
| Midazolam 15 mg/3 mL | Labesfal | PLB762-POR/2 | Anesthesia Induction |
| Mikro-cath | Millar | 63405(1) | Pressure recording |
| MP1 guide catheter 6 Fr | Cordis | 67027000 | Left Ventricle catheterization |
| Needle Holder | Fehling Surgical | ZYY-5 | Aorta banding |
| Non-woven adhesive | Bastos Viegas | 442-002 | Fluids / Drug administration |
| P4-2 Phased Array Transducer | Siemens | 11284467 | Echocardiography |
| Perfusor Compact Syringe Perfusion Pump | B.Braun | 8717030 | Fluids / Drug administration |
| Pressure Signal Conditioner | ADinstruments | PCU-2000 | Pressure recording |
| Propofol Lipuro 2% | B.Braun | 357410 | Anesthesia Maintenance |
| Radifocus Introducer II Standard Kit B – Introducer Sheath | Terumo | RS+B60K10MQ | Vascular Access |
| Radiopaque marker | Scanlan | 1001-83 | Aorta banding |
| Scissors | Fehling Surgical | Thoracotomy | |
| Skinprep (Chlorhexidine 2% / 70% Isopropyl alcohol) | Vygon | SKPC015ES | Disinfection |
| Stopcock manifold (3 ports) | PMH | 310.0489 | Fluids / Drug administration |
| Straight forceps | Fehling Surgical | ZYY-1 | Thoracotomy |
| Stresnil 40 mg/mL | ecuphar | 572184.2 | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 20 cc | Omnifix B.Braun | 4617207V | Anesthesia Induction |
| Syringe Luer Lock 50 cc | Omnifix B.Braun | 4617509F | Anesthesia Maintenance |
| Transdermal fentanyl Patch 50 mcg/h | Mylan | 5022153 | Analgesia |
| Ultravist | Bayer | KT0B019 | Angiography |
| Universal Hemostasis Valve Adapter | Merit Medical | UHVA08 | Left Ventricle catheterization |
| Velcro Limb Immobilizer | PMH | SU-211 | Animal stabilization |
| Venofix A, 21 G | B.Braun | 4056337 | Anesthesia Induction |
| Vista 120S Patient Monitor | Draeger | MS32997 | Monitoring |
| Weck titanium clip | Teleflex | 523760 | Aorta banding |
| Weck titanium clip applier | Teleflex | 523166 | Aorta banding |
| Zhiem Vision | Iberdata | N/A | Fluoroscopy |
References
- Savarese, G., et al. Global burden of heart failure: a comprehensive and updated review of epidemiology. Cardiovascular Research. 118 (17), 3272-3287 (2023).
- Hartley, A., et al. Trends in mortality from aortic stenosis in Europe: 2000-2017. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 748137 (2021).
- Silva, K. A. S., Emter, C. A. Large Animal models of heart failure: a translational bridge to clinical success. Journal of the American College of Cardiology: Basic to Translational Science. 5 (8), 840-856 (2020).
- Brink, C. B., Lewis, D. I. The 12 Rs framework as a comprehensive, unifying construct for principles guiding animal research ethics. Animals (Basel). 13 (7), 1128 (2023).
- Choy, J. S., Zhang, Z. D., Pitsillides, K., Sosa, M., Kassab, G. S. Longitudinal hemodynamic measurements in swine heart failure using a fully implantable telemetry system. PLoS One. 9 (8), 103331 (2014).
- Ishikawa, K., et al. Increased stiffness is the major early abnormality in a pig model of severe aortic stenosis and predisposes to congestive heart failure in the absence of systolic dysfunction. Journal of the American Heart Association. 4 (5), 001925 (2015).
- Emter, C. A., Baines, C. P. Low-intensity aerobic interval training attenuates pathological left ventricular remodeling and mitochondrial dysfunction in aortic-banded miniature swine. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 299 (5), H1348-H1356 (2010).
- Brito, J., Raposo, L., Teles, R. C. Invasive assessment of aortic stenosis in contemporary practice. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9, 1007139 (2022).
- Tan, W., et al. A Porcine model of heart failure with preserved ejection fraction induced by chronic pressure overload characterized by cardiac fibrosis and remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 8, 677727 (2021).
- Bikou, O., Miyashita, S., Ishikawa, K. Pig model of increased cardiac afterload induced by ascending aortic banding. Methods in Molecular Biology. 1816, 337-342 (2018).
- 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).
- Tian, L., et al. Supra-coronary aortic banding improves right ventricular function in experimental pulmonary arterial hypertension in rats by increasing systolic right coronary artery perfusion. Acta Physiologica (Oxf). 229 (4), 13483 (2020).
- Sorensen, M., Hasenkam, J. M., Jensen, H., Sloth, E. Subcoronary versus supracoronary aortic stenosis. An experimental evaluation. Journal of Cardiothoracic Surgery. 6, 100 (2011).
- Lygate, C. A., et al. Serial high resolution 3D-MRI after aortic banding in mice: band internalization is a source of variability in the hypertrophic response. Basic Research in Cardiology. 101 (1), 8-16 (2006).
- Jalal, Z., et al. Unexpected Internalization of a Pulmonary Artery Band in a Porcine Model of Tetralogy of Fallot. World Journal for Pediatric and Congenital Heart Surgery. 8 (1), 48-54 (2017).
