En minimalt invasiv modell av aortastenos hos svin
Summary
Detta protokoll beskriver ett minimalt invasivt kirurgiskt ingrepp för stigande aortabandning hos svin.
Abstract
Stora djurmodeller av hjärtsvikt spelar en viktig roll i utvecklingen av nya terapeutiska interventioner på grund av deras storlek och fysiologiska likheter med människor. Ansträngningar har ägnats åt att skapa en modell för tryck-överbelastningsinducerad hjärtsvikt och stigande aortabandning medan den fortfarande är supra-koronar och inte en perfekt imitation av aortastenos hos människor, som liknar det mänskliga tillståndet.
Syftet med denna studie är att demonstrera ett minimalt invasivt tillvägagångssätt för att inducera överbelastning av vänsterkammartryck genom att placera ett aortaband, exakt kalibrerat med perkutant introducerade högupplösta trycksensorer. Denna metod representerar en förfining av det kirurgiska ingreppet (3R), vilket resulterar i homogena transstenotiska gradienter och minskad intragruppvariabilitet. Dessutom möjliggör det snabb och händelselös återhämtning av djur, vilket leder till minimal dödlighet. Under hela studien följdes djuren i upp till 2 månader efter operationen, med hjälp av transthoraxekokardiografi och tryck-volymloopanalys. Längre uppföljningsperioder kan dock uppnås om så önskas. Denna stordjursmodell visar sig vara värdefull för att testa nya läkemedel, särskilt de som riktar sig mot hypertrofi och de strukturella och funktionella förändringar som är förknippade med överbelastning av vänsterkammartrycket.
Introduction
Hjärtsvikt är en livshotande sjukdom som drabbar miljontals människor världen över och orsakar stora sociala och ekonomiska konsekvenser1. En av dess betydande etiologier är aortaklaffsjukdom eller aortastenos (AS). Aortastenos är vanligare i hög ålder och rankas som den näst vanligaste klafflesionen i USA. Den AS-relaterade dödligheten har också ökat i Europa, särskilt i länder som inte har tillgång till nya interventionella ingrepp2. Med tanke på komplexiteten hos HF och bristen på terapeutiska innovationer finns det ett stort behov av tillförlitliga djurmodeller som kan replikera det mänskliga tillståndet och underlätta testning av nya interventioner3. Även om det finns fler modeller av gnagare än stora djur, erbjuder de senare flera fördelar på grund av deras storlek och fysiologiska likheter, vilket gör det möjligt att testa läkemedelsdoser och medicintekniska produkter avsedda för människor.
Syftet med denna metod är att etablera en reproducerbar modell av stigande aortabandning (AAB) som är tillämplig på de flesta stora djurarter som används i biomedicinsk forskning. I denna studie demonstreras proceduren på svin med hjälp av en minimalt invasiv metod, i enlighet med 3R-principerna (ersättning, minskning och förfining4). Detta tillvägagångssätt säkerställer skapandet av en exakt tryckgradient, vilket resulterar i hög reproducerbarhet (vilket kan minska antalet djur som krävs). Dessutom minimerar det lilla kirurgiska snittet (2-3 cm) kirurgisk förolämpning, vilket förbättrar djurens välbefinnande jämfört med mer aggressiva metoder som sternotomi och större torakotomier5 (förfining). Att tillhandahålla en videodemonstration av metoden, tillsammans med detaljerade beskrivningar i litteraturen, skulle dessutom potentiellt kunna minska behovet av djur som enbart används för träningsändamål (ersättning), vilket ytterligare minskar användningen av djur. Denna modell kan anpassas för olika svinstammar/raser med olika tillväxthastigheter och inducerar ihållande trycköverbelastning, vilket leder till betydande hypertrofi efter 1 eller 2 månaders uppföljning.
Nuvarande metoder använder fast stenos6, utan hänsyn till variationer i djurstorlek, eller beräknar gradient med hjälp av vätskefyllda tryckavläsningar7, som är mindre tillförlitliga än högtrogna trycksensorer och är känsliga för signaldämpning8. Ett annat tillvägagångssätt använder en enda tryckmätning distalt om stenos5. Kalibrering av stenosen genom samtidiga proximala och distala trycksignaler med hjälp av perkutant levererade högupplösta trycksensorer representerar dock en betydande optimering av protokollet, vilket resulterar i förbättrad grupphomogenitet. Genom att visuellt demonstrera denna metod bör andra forskare kunna replikera den utan betydande hinder, vilket ökar tillgängligheten till denna modell samtidigt som tillämpningen av 3R-principerna främjas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Under de senaste åren har flera studier använt kirurgisk aortabandning som en modell för överbelastning av vänsterkammartryck och hjärtsvikt (fallande9 till stigande aorta10), vilket gör det möjligt för forskare att få olika fenotyper skräddarsydda för deras specifika behov. Även om användningen av sådana modeller kräver dyr utrustning och specialkunskap, är informationen de tillhandahåller ovärderlig. Svin, på grund av sin storlek och likhet med det mä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes och finansierades inom ramen för QREN-projektet 2013/30196, bankstiftelsen “la Caixa”, projektet Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), LCF/PR/HP17/52190002. JS och EB stöddes av EU:s forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020 inom ramen för Marie Sklodowska-Curie-bidragsavtalet nr 813716. PdCM fick stöd av Stichting Life Sciences Health (LSH)-TKI-projektet 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).
