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* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Dieses Protokoll beschreibt die Schweine-Myokardinfarkt (MI)-Modell unter Verwendung eines 90 min geschlossener Brust koronare Ballon Okklusion der linken vorderen absteigenden Arterie (LAD), gefolgt von der Reperfusion. Außerdem wird das Protokoll für mehrere Zielgrößen, wie Herzfunktion, Hämodynamik, mikrovaskuläre Widerstand und der Infarktgröße, sind ebenfalls dargestellt.
Einführung der neu entdeckte Herz-Kreislauf-Therapeutika in First-in-Man-Studien hängt von einer streng regulierten ethischen und rechtlichen Roadmap. Eine wichtige Voraussetzung ist ein gutes Verständnis für alle Aspekte Sicherheit und Wirksamkeit in einem Großtiermodell, das die menschliche Szenario der Myokardinfarkt (MI) gültig spiegeln erhalten. Schweine werden häufig in diesem Zusammenhang verwendet werden, da ihre Herzgröße, Hämodynamik und koronare Anatomie nahe dem des Menschen. Hier präsentieren wir ein effektives Protokoll für die Verwendung des Schweine-MI-Modell mit einer geschlossenen Brust koronare Ballon Okklusion des linken vorderen absteigenden Arterie (LAD), gefolgt von Reperfusion. Dieser Ansatz wird auf 90 min Myokardischämie basiert, induzieren großen linken Herzkammer Infarkt des vorderen, Septum und inferoseptal Wänden. Weiterhin stellen wir Protokollen für verschiedene Maßnahmen Ergebnis, das eine Vielzahl von Informationen über das Herz zu schaffen, wie systolische und diastolische Herzfunktion hemodynamics, koronare Flussgeschwindigkeit, mikrovaskuläre Widerstand und Infarktgröße. Dieses Protokoll kann sich leicht an spezifische Anforderungen gerecht zu studieren für die Validierung von neuartigen Biologika cardioregenerative in verschiedenen Phasen (dh direkt nach der akuten ischämischen Insult, in der subakuten Einstellung oder auch in der chronischen MI einmal Narbenbildung abgeschlossen ist) werden. Dieses Modell ist daher ein nützliches Tool, um translationale MI studieren, nachträgliche Neben Umbau, und das Potenzial der neuartigen cardioregenerative Mittel.
Akuter Myokardinfarkt (AMI) und seine langfristige Folgeerkrankungen wie chronischer Herzinsuffizienz (CHF) tiefgreifend beeinträchtigen die Prognose der Patienten und der Lebensqualität, geschweige denn die hohen Kosten Beschränkungen unsere verfügbaren Ressourcen im Gesundheitswesen ein auferlegt. Die Prävalenz von CHF in der westlichen Welt wird bei 1-2% geschätzt, von denen ca. 60% der Fälle sind die Folge von AMI als primäre Ursache 2. Allein in den USA, über 5,7 Millionen Patienten leiden unter CHF entfallen in jährlichen Gesundheitskosten rund 30 Milliarden Dollar im Jahr 2008, mit einem vorhergesagten dreifacher Ausfertigung in steigenden Kosten auf 97 Milliarden Dollar pro Jahr im Jahr 2030 ein. Zusammengenommen zeigen diese Zahlen machen ein starkes Argument für die Entwicklung neuer cardioregenerative Behandlungen, die, für die schnelle Übersetzung, stützen sich auf eine reproduzierbare und zuverlässige Großtier Myokardinfarkt-Modell, das genau imitiert das menschliche Szenario.
Schweine (Sus scrofa) werden zunehmend in der Herz-Kreis verwendetlar Forschung für pharmakologische und toxikologische Prüfungen 3. Eines der Merkmale für diesen Erfolg als translationale Forschung Werkzeug verantwortlich ist ihre Ähnlichkeit in der kardialen Funktion und Anatomie des menschlichen Herzens mit 4,5. Zum Beispiel Schweineherz-zu-Körper-Gewicht-Verhältnis, Herzgröße und Herzkranzgefäße Anatomie Verteilung haben alle gezeigt, bemerkenswert ähnlich dem Menschen 4 sein. Darüber hinaus Kardiomyozyten Stoffwechsel, elektrophysiologischen Eigenschaften und die Reaktion auf einen ischämischen Insult, wie AMI wurde berichtet, dass ein hohes Maß an Übereinstimmung mit der menschlichen Situation 6,7 zeigen. Letztlich um die oben beschriebenen Kriterien erfüllen, eine standardisierte MI-Protokoll, das robuste und nachhaltige MI produziert für die Prüfung der Prüfpräparate (IND) benötigt. Hier präsentieren wir ein solches Modell, das eine standardisierte 90 min geschlossen-Brust koronare Ballon Okklusion des linken vorderen absteigenden Arterie (LAD), gefolgt von Reperfusion verwendet, wodurch reproduzierbare Myokardinfarkt infarction für den anteroapical, Septum und inferoseptal Wände des linken Ventrikels.
Alle in-vivo-Experimente wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren durch das Institut für Labortier Ressourcen vorbereitet durchgeführt. Die Versuche wurden von der örtlichen Tierversuchs Committee genehmigt.
1. Medikamente, Anästhesie, Venenzugang und Intubation
2. Transthorakale Echokardiographie
3. Chirurgische Vorbereitung und Gefäßzugang
4. Invasive Druck Volumen-Kurve Analyse
5. Intrakoronare Druck-und Durchflussmessung
6. Induktion von MI
Finishing der Surgical Procedure (für Long Term Follow Up)
7. Cardiac Magnetic Resonance Imaging
8. Ende der Studien-und Infarktgröße
Mortalität und Infarktgröße
In unserem Zentrum, von 32 Schweinen (Weiblich Dalland Landrasse, 6 Monate alt, ca. 70 kg), die zu dieser MI-Protokoll, fünf (15,6%) unterzogen wurden, starben an feuerfesten Kammerflimmern während der Ischämie. Dieses Protokoll schafft einen Infarkt die ungefähr 10-15% des linken Ventrikels, im anteroseptalen, Septum und inferoseptal Wände (2A) befindet. Wenn nicht-invasive Beurteilung der Serieninfarktgröße gerechtfertigt ist, kann späten Gadolinium Enhancement (LGE) auf CMR verwendet, die nicht lebensfähig Infarktbereich über die Zeit (2B) folgen werden.
Herzfunktion und Remodeling
Vier Wochen nach MI, sollten globale und regionale Parameter reflektiert die Herzfunktion im Vergleich zu gesunden Baseline-Werte verringert werden. Insbesondere sollte LV Ejektionsfraktion (LVEF) auf etwa ~ 35-45% vier Wochen nach MI verringern. Neben der globalen systolischen Funktion,mehrere Parameter reflektierenden post-MI negativen Umbau kann auch gemessen werden, wie NS-Morphologie und Durchmesser mit CMR und Echokardiographie (3A und 3B). Vier Wochen nach MI, eine Zunahme des enddiastolischen Volumens (EDV) als Zeichen einer negativen Umbau kann erwartet werden (Fig. 3A und 3B).
Koronare Fluss-und Druckparameter
Angiogenese und die Bildung neuer Kapillaren werden häufig als wichtige Behandlungsziele in der ischämischen Herzkrankheit 8 angesehen. Bewertung der mikrovaskulären Widerstand kann indirekt auf die kombinierte Messung von intrakoronaren Druck und Strömungsgeschwindigkeit beruhen. Repräsentativen Druck-und Strömungsgeschwindigkeitsmessung unter Normalbedingungen maximal Hyperämie ist in Fig. 4 gezeigt. Vier Wochen nach MI sollte die hyperamisch mikrovaskuläre Widerstand im Infarkt bezogen Koronararterie (LAD) erhöht verglichen werdenzur Ausgangssituation 8.
. Abbildung 1 MI-Modell (A) auf Basis von KOP Ballonokklusion Standard-OP-Ausstattung mit: 1). Handtuchklemmen; 2) Mücken; 3) Präparierzange; 4) Rundbehälter; 5) Nadelhalter (fein und grob); 6) Klinkenberg Schere; 7) Dissektionsscheren (gerade und gebogen); 9) Zange (De Bakey-, Fein-und Grob); 10) Schlauchschelle; 11) Anastomose Klemme; 12) Netzen; 13) elektro Bleistift; 14) Skalpellhalter; 15) Dreesman (Saug-); 16) Aufroller; 17) Lampenfassungen. (B) Linke vordere Schrägdurchleuchtungs Ansicht der LAD und LCX. (C) Nach der Visualisierung der zweiten Diagonalzweig, positionieren die beiden röntgendichte Marker (siehe Kasten, schwarz Pfeilspitzen) des Ballons nur distal der D2. Inflate und sicherzustellen, dass den koronaren Blutfluss wird erfolgreich von Kontrastmittelinjektion blockiert (siehe Sternchen). Intra Defibrillator Blei in der rechten Herzkammer zu sehen ist (siehe weißer Pfeil). LAD bezeichnet linken vorderen absteigenden Arterie; LCX bezeichnet linken Kranzarterie; LAO bezeichnet linken vorderen Schrägansicht; AP bezeichnet vorderen hinteren Ansicht; D1 bezeichnet erste Diagonalzweig; D2 bezeichnet zweiten Diagonalzweig. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.
Abbildung 2. Infarktgröße nach MI. (A) Die 90 min Ballon Okklusion der LAD führt zu umfangreichen Herzmuskelschäden und Narbenbildung (weiße Farbe), von TTC-Färbung sichtbar nach 1 Monat folgen.(B) Schematische Infarktverteilung zeigt, dass der Infarkt in der vorderen befindet anteroseptalen und inferoseptal Segmente des Herzens. (C, D) Kurze und lange Achse späten Gadolinium verbessert CMR Bilder zeigen die umfangreichen Infarktnarbe (weiß Signal, siehe schwarze Pfeile) in der vorderen, anteroseptalen und inferoseptal Segmente des Herzens lokalisiert. LGE-CMR bezeichnet späten Gadolinium verbessert Herz-Magnetresonanz. Maßstabsbalken zeigt 3 cm. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.
Abbildung 3. Beurteilung der Herzfunktion bei ischämischen MI-Modelle. (A) Repräsentative CMR Cine-Loop-Bilder am Ende der Diastole und Systole Ende zeigt funktionelle Beeinträchtigung der INFArct Narbe Segmenten. (B) M-Mode Bild von 2D parasternalen langen Achse durch Echokardiographie, zeigt LV Dilatation (Zunahme LVIDd) 1 Monat nach MI, sowie Funktionsstörungen (Fehlen der Scheidewandverdickung). EDV bezeichnet enddiastolischen Volumen; ESV bezeichnet endsystolischem Volumen; LVIDd bezeichnet linksventrikulären Innendurchmesser an der Diastole und LVIDs bezeichnet linksventrikulären Innendurchmesser an der Systole. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.
Abbildung 4. Intrakoronare Druck und Strömungsgeschwindigkeit abgeleiteten Parameter. Intrakoronare Druck und Strömungsgeschwindigkeit Aufnahmen über den Combowire zeigt (A) Referenzwerte vor der MI mit hoher Response Hyperämie (schwarze Pfeilspitze). (B) 1 Monat nach der MI, die Infarktarterie (LAD) eine verminderte hyperämisch Antwort in koronaren Flussgeschwindigkeit (schwarze Pfeilspitzen). Als Ergebnis, Druck und Strömungsgeschwindigkeit abgeleiteten Parameter (HMR) oder Strömungsgeschwindigkeit Reserve (CFR) gegenüber dem Basis verringert. BAPV bezeichnet basalen durchschnittliche Spitzengeschwindigkeit; pAPV bezeichnet Spitzen durchschnittliche Spitzengeschwindigkeit; CFR bezeichnet koronare Flussreserve; HMR bezeichnet hyperemisierend mikrovaskuläre Widerstand. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.
Abbildung 5. Überblick der verschiedenen Studiendesigns. (A) Schematische Darstellung der mehreren möglichen Studiendesigns zu Prüfpräparate validieren(IND-Anträge) in verschiedenen Stadien der MI mit dieser Schweinemodell LAD MI. Abhängig von der gewählten Phase des MI, die untersucht wird, kann die funktionelle Analyse nur vor der Behandlung Zuordnung wie die Baseline-Wert und Bewertung der Risikobereich durchgeführt werden. Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.
Die intrakoronare Ballon Okklusion der LAD bietet eine reproduzierbare und konsistente präklinischen MI-Modell bei Schweinen, die verwendet werden können, um die Sicherheit und die Wirksamkeit von neuen Herz-Kreislauf-Therapien, die imitiert die menschliche Situation zu untersuchen. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, stellt die vorge Ischämie / Reperfusion-Infarkt-Modell die Plattform, die weiter angepasst werden kann, um verschiedene Phasen des MI und Post-MI Remodeling während der Anfangs Ischämie / Reperfusionsschaden ist für beide untersucht werden.
Der Erfolg der hier beschriebenen Protokoll beschrieben ist abhängig von der Myokardischämie als die kritische Phase des Protokolls. Die korrekte Platzierung des Ballons distal der zweiten Diagonalzweig der LAD ist von entscheidender Bedeutung für das Erreichen ausreichend Infarktgröße und gleichzeitig ein hohes Überlebensrate. Basierend auf dieser MI-Modell wurde eine ~ 15% Sterblichkeit beobachtet, während umfangreiche mittleren und apikalen Segmente der vorderen, Septum und inferioder Wände wurden infarzierte als auf CMR und TTC-Färbung (2A und 2B) gesehen. Die Dauer der Ischämie kann entsprechend der gewünschten Infarktgröße zugeschnitten werden. Obwohl wir Landrasse in diesem Protokoll verwendet, Minischweine (dh Göttingen Minipigs) erfordern in der Regel längere Laufzeiten der myokardialen Ischämie (zB 150 min Okklusion).
Outcome-Analyse in der präklinischen und klinischen Studien MI wird oft auf die LVEF basiert. Obwohl niedrigere LVEF wurde fest mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Mortalität assoziiert, bleibt es abhängig von hämodynamischen Parameter wie Vorspannung 9. Wohl, da durchschnittlich nur 10-15% der LV infarzierte mehrere konzeptionelle und praktische Einschränkungen sind LVEF ein globales Maß der systolischer Funktion eher als reflektierende lokalen Verbesserung 10 zusammen. Daher werden die vorgeschlagenen Maßnahmen von Ergebnis in diesem Modell verwendet, beleuchten verschiedene Aspekte der MI-und Post-MI Remodeling wodurch die Ermittler die Mittel, um genau beurteilen die Wirksamkeit neuer Therapien auf mehreren Ebenen.
Um die Übersetzung von präklinischen Modellen in die klinische Praxis zu optimieren, wählen wir mit großen Schweine anstelle von Minischweinen. Hämodynamischen Messungen, Medikamentendosierung und chirurgische Geräte können problemlos mit der klinischen Praxis ausgetauscht werden. Im Vergleich zu Minischweinen, große Schweine gewinnen relativ viel Gewicht. Dies kann ein Problem bei langfristigen Follow-up, im Hinblick auf die Vergleichbarkeit der Ergebnisse Serien. Weiblich Dalland Landrasse Schweine wiegen etwa 70 kg in einem Alter von 6 Monaten. Um reichlich Gewichtszunahme während der Follow-up-Periode zu verhindern, werden die Tiere auf einer Diät gehalten. Schweine erhalten 750 g Maß kalorienarme Lebensmittel (mit: Proteine 15,6%, 2,0% Fett, Fasern 14,8%, Asche 8,8%, Calcium 0,9%, Phosphor 0,57%, Magnesium 0,29%, 0,18% und Kalium) zweimal am Tag und gewinnen, etwa 10 kg Gewicht in 4 Wochen.
e_content "> McCall und Mitarbeiter haben bereits ein ähnliches Protokoll für Myokardinfarkt bei Schweinen 11 veröffentlicht. erhebliche Überlappung besteht zwischen diesem Protokoll und ihre, betont die Vorliebe für die LAD anstatt der linken Kranzarterie (LCX) oder die rechte Koronararterie (RCA ). Nach unserer Erfahrung gibt es einen geringeren Ausmaß der Infarktgröße des gesamten linken Ventrikels mit dem LCX während die Cinch-Infarkt mit einer höheren Wahrscheinlichkeit von unerwünschten Leitungsstörungen (dh Sinusknoten-Dysfunktion, AV-Knoten-Dysfunktion) begleitet. Ein Unterschied zwischen die beiden Protokolle betrifft die Verwendung von erhöhten pharmakologische Hemmung der Plättchenaggregation in diesem Protokoll, wie wir höhere Leer Reflow bezogen auf die Thrombusbildung als Ergebnis der 90 min der Hämostase im verschlossenen Koronararterie beobachtet. Diese Beobachtung steht in Einklang mit bekannte Hyperkoagulabilität bei Schweinen 12 beobachtet. Obwohl McCall mit einem einzigen, hochdosierte, Bolus von Heparin, thi vorgeschlagens-Protokoll beruht auf der Verwendung von Heparin in mehreren Dosen über den unteren Chirurgie verbreiten, um thrombotischen Komplikationen zu minimieren.Zusammenfassend stellen wir ein Schweine-MI-Modell, die Forschern die Verwendung einer wirksamen, reproduzierbare und vor allem praktische Großtiermodell der menschlichen Krankheit zu neuen Therapeutika als ein wesentlicher Schritt in Richtung einer First-in-Man-Studie untersuchen lassen.
Diese Arbeit wurde von der HGG Group BV (SK), die "Wijnand Pon M. Stichting" (SC, SK) unterstützt. Diese Forschung ist Teil des Projekts Smartcare P1.04 der biomedizinischen Materialien Instituts, die vom niederländischen Ministerium für Wirtschaft, Landwirtschaft und Innovation (SJL, JG) kofinanziert. Alle Autoren haben berichtet, dass sie keine Beziehungen offen zu legen.
Cees Verlaan, Joyce Visser, Merel Schurink und Gnade Croft sind herzlich für die hervorragende technische Unterstützung bei den Tierversuchen anerkannt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Saline | Braun | ||
6-0 Prolene | Ethicon | ||
Acetylsalicylic acid | Ratiopharm | 80 mg | |
Adenosine | Apotheek UMCU | 3 mg/ml | |
AdVantage PV loop system | Transonic Science | ||
Amiodarone | Cordarone I.V. (Sanofi) | ||
Amiodaron HCl (PCH) | |||
Amoxicilline/clavulaanzuur | Sandoz | 500/50 mg | |
Atropinesulfate | PCH | 0.5 mg/ml | |
Bone Marrow Wax | Syneture | ||
Cardiac Defibrillator | Philips | ||
Clopidogrel | Apothecon B.V. | Clopidrogel 75A | |
Contrast agent | Telebrix | ||
Endotracheal tube | Covidien | ||
Fentanyl patch | Durogesic (Janssen-Cilag) | 25 μg/hr | |
Fogarty catheter | Edwards Life Sciences | ||
Gadolinium | Gadovist | ||
Guidewire | Abbott | ||
Heparin | Leo | ||
I.V. cannula | Abbocath (Hospira Venisystems) | ||
Iodine | Jodiumtictuur 2% (Eurovet) | ||
Ketamine | Narketan 10 Vétoquinol | ||
Midazolam | Actavis | 5 mg/ml | |
Nitroglycerin | Pohl Boskamp | 1 mg/ml | |
Pancuronium bromide | 2 mg/ml | ||
Seldinger vascular sheath 8F | Arrow | ||
Sufentanil | Sufentanil-Hameln | 50 μg/ml | |
Swann-Ganz catheter | Criticath ref 680078 (Argon) | ||
Synolux | Pfizer | 250 mg | |
Tetra-polar catheter | Transonic Science | ||
Thiopental | Inresa | 0.5 g | |
Triphenyl-tetrazolium chloride | Merck | ||
Venofundin | Braun | ||
Vicryl 2-0 | Ethicon | ||
Volcano ComboMap system | Volcano |
A correction was made to Myocardial Infarction and Functional Outcome Assessment in Pigs. An author's middle initial was omitted at publication.
The author's name was updated from:
Sanne Jansen of Lorkeers
to:
Sanne J. Jansen of Lorkeers
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