Test d’effort pour l’évaluation de l’efficacité fonctionnelle du système cardiovasculaire du porc

Résumé

Le présent protocole décrit un modèle de test d’effort pour grands animaux afin d’évaluer la capacité fonctionnelle du système cardiovasculaire à évaluer l’efficacité de nouvelles thérapies dans le cadre préclinique. Il est comparable à un test d’effort clinique.

Résumé

Malgré les progrès des traitements, les maladies cardiovasculaires restent l’une des principales causes de mortalité et de morbidité dans le monde. L’angiogenèse thérapeutique basée sur la thérapie génique est une approche prometteuse pour traiter les patients présentant des symptômes importants, malgré une thérapie pharmacologique optimale et des procédures invasives. Cependant, de nombreuses techniques prometteuses de thérapie génique cardiovasculaire n’ont pas répondu aux attentes des essais cliniques. L’une des explications est un décalage entre les paramètres précliniques et cliniques utilisés pour mesurer l’efficacité. Dans les modèles animaux, l’accent a généralement été mis sur des critères d’évaluation facilement quantifiables, tels que le nombre et la surface des vaisseaux capillaires calculés à partir de coupes histologiques. Outre la mortalité et la morbidité, les critères d’évaluation des essais cliniques sont subjectifs, tels que la tolérance à l’exercice et la qualité de vie. Cependant, les paramètres précliniques et cliniques mesurent probablement différents aspects de la thérapie appliquée. Néanmoins, les deux types de paramètres sont nécessaires pour développer des approches thérapeutiques réussies. Dans les cliniques, l’objectif principal est toujours de soulager les symptômes des patients et d’améliorer leur pronostic et leur qualité de vie. Pour obtenir de meilleures données prédictives à partir d’études précliniques, les mesures des critères d’évaluation doivent être mieux adaptées à celles des études cliniques. Ici, nous présentons un protocole pour un test d’effort sur tapis roulant cliniquement pertinent chez les porcs. Cette étude vise à : (1) fournir un test d’effort fiable chez les porcs qui peut être utilisé pour évaluer l’innocuité et l’efficacité fonctionnelle de la thérapie génique et d’autres thérapies innovantes, et (2) mieux faire correspondre les critères d’évaluation entre les études précliniques et cliniques.

Introduction

Les maladies cardiovasculaires chroniques sont des causes importantes de mortalité et de morbidité dans le monde ^1,2. Bien que les traitements actuels soient efficaces pour la majorité des patients, beaucoup ne peuvent toujours pas bénéficier des thérapies actuelles en raison, par exemple, de maladies chroniques diffuses ou de comorbidités. De plus, chez certains patients, les symptômes cardiaques ne sont pas soulagés par les traitements disponibles, et leur maladie cardiovasculaire progresse malgré un traitement médical optimal³. Il existe donc un besoin évident de développer de nouvelles options de traitement pour les maladies cardiovasculaires graves.

Au cours des dernières années, de nouvelles voies moléculaires et de nouvelles façons de manipuler ces cibles ont été découvertes, faisant de la thérapie génique, de la thérapie cellulaire et d’autres nouvelles thérapies une option réaliste pour traiter les maladies cardiovasculaires graves⁴. Cependant, après des résultats précliniques prometteurs, de nombreuses applications cardiovasculaires n’ont pas répondu aux attentes des essais cliniques. Malgré la faible efficacité des essais cliniques, plusieurs essais ont établi de bons profils d’innocuité des nouvelles thérapies 5,6,7,8,9. Ainsi, apporter de nouvelles thérapies cardiovasculaires aux patients nécessitera des approches améliorées et de meilleurs modèles précliniques, contextes d’étude et critères d’évaluation dans les études précliniques qui peuvent prédire l’efficacité clinique.

Dans les modèles animaux, l’accent a généralement été mis sur des paramètres facilement quantifiables, tels que le nombre et la surface des vaisseaux capillaires calculés à partir de coupes histologiques ou les paramètres de l’imagerie du ventricule gauche au repos et sous stress pharmacologique. Dans les essais cliniques, de nombreux critères d’évaluation ont été plus subjectifs, tels que la tolérance à l’exercice ou le soulagement des symptômes⁴. Ainsi, il est probable que les critères d’évaluation des études précliniques et des essais cliniques mesurent différents aspects de la thérapie appliquée. Par exemple, une augmentation de la quantité de vaisseaux sanguins n’est pas toujours corrélée à une meilleure perfusion, une meilleure fonction cardiaque ou une meilleure tolérance à l’exercice. Néanmoins, les deux types de paramètres sont nécessaires pour développer des approches thérapeutiques réussies¹⁰. Pourtant, l’objectif principal est toujours de soulager les symptômes et d’améliorer le pronostic et la qualité de vie du patient. Pour ce faire, les mesures des critères d’évaluation doivent être mieux adaptées entre les études précliniques et cliniques⁴.

La capacité cardiorespiratoire reflète la capacité des systèmes circulatoire et respiratoire à fournir de l’oxygène pendant une activité physique soutenue, et quantifie ainsi la capacité fonctionnelle d’un individu. La capacité fonctionnelle est un marqueur pronostique clé car il s’agit d’un prédicteur indépendant fort du risque de mortalité cardiovasculaire et toutes causes confondues¹¹. L’amélioration de la capacité cardiorespiratoire est associée à un risque réduit de mortalité¹². Les tests d’effort conviennent à l’évaluation des performances aérobiques et des réponses au traitement des maladies cardiovasculaires. Selon la disponibilité, les tests sont effectués sur un vélo ergomètre ou un tapis roulant. Une augmentation progressive de la charge de travail par minute est généralement utilisée, et les augmentations brusques sont évitées; Cela conduit à une réponse physiologique linéaire. Les variables les plus importantes dans les tests d’effort comprennent le temps total d’exercice, les équivalents métaboliques (MET) atteints, la fréquence cardiaque et les changements sur une ligne d’électrocardiogramme (ECG) entre le complexe QRS (ondes Q, R et S) et l’onde T (segment ST). Les tests d’effort cliniques ont peu de coûts et sont facilement accessibles¹³. Pour ces raisons, les tests d’effort, tels que le test de marche de 6 minutes, ont été largement utilisés dans les cliniques et devraient également être utilisés dans l’évaluation préclinique de nouvelles thérapies.

À notre connaissance, il n’existe pas de modèles de grands animaux bien décrits pour évaluer l’efficacité fonctionnelle de la thérapie génique ou d’autres thérapies novatrices. Par conséquent, le test d’effort cliniquement pertinent offre une excellente perspective pour évaluer l’efficacité de ces nouvelles thérapies dans le cadre préclinique.

Protocole

Toutes les expériences sont approuvées par le Conseil de l’expérimentation animale de l’Université de Finlande orientale. Ce protocole décrit un test d’effort sur tapis roulant cliniquement pertinent pour les porcs afin d’évaluer l’innocuité et l’efficacité de nouvelles thérapies pour les maladies cardiaques. Des porcs domestiques femelles pesant de 25 à 80 kg ont été utilisés pour la présente étude. Les animaux ont été obtenus d’une source commerciale (voir le tableau des matériaux).

1. Mise en place de la piste de course

1. Installez la piste de course de manière à ce que les animaux ne puissent se déplacer que dans un sens. Utilisez des barrières et des écoutilles pour empêcher les animaux de reculer. Le plan d’étage de la piste de course est illustré à la figure 1, et un exemple de piste de course à pied est à la figure 2.
2. Assurez-vous que le tapis roulant (voir le tableau des matériaux) dispose de suffisamment d’espace pour permettre les changements d’inclinaison.
3. Assurez-vous que le tapis roulant a une largeur réglable pour empêcher l’animal de tourner pendant la course.
4. Utilisez du plastique transparent pour fabriquer la paroi avant du tapis roulant. Cela empêche l’animal de s’enfuir du tapis roulant, mais lui permet toujours de voir à travers le mur.
   NOTE: Il est essentiel que les animaux puissent voir à travers le mur avant, car notre expérience suggère que les porcs sont plus motivés à courir s’ils voient leurs compagnons de l’autre côté du mur.
5. Placez un moniteur ECG et un défibrillateur (voir le tableau des matériaux) à côté du tapis roulant.
   NOTE: Des arythmies mortelles peuvent survenir pendant le test d’effort, surtout si le porc a une ischémie myocardique^14,15,16.
6. Assurez-vous que la piste de course comprend un point d’eau où les animaux peuvent boire et se rafraîchir après la course.

2. Période d’acclimatation des porcs avant l’essai

1. Hébergez les animaux pendant 2 semaines avant de commencer les expériences.
2. Au cours de la 1re semaine d’acclimatation, assurez-vous que les animaux s’habituent à leurs maîtres et au nouvel environnement de logement, à l’exclusion de la piste de course.
3. Au cours de la 2e semaine de la période d’acclimatation, assurez-vous que les animaux s’habituent à la piste de course.
4. Commencez à vous habituer pour que les animaux se familiarisent avec la piste de course. Tout d’abord, gardez toutes les portes ouvertes afin que les animaux puissent marcher librement sur la piste et explorer l’environnement.
5. Lorsque les animaux sont plus familiers avec la piste, allumez le tapis roulant et laissez l’animal courir pendant de courtes périodes à la fois, par exemple 7 minutes. La durée des temps de fonctionnement doit être prolongée quotidiennement.
   NOTE: N’oubliez pas de récompenser les animaux pendant la période d’acclimatation. Par exemple, les porcs ont été récompensés avec du maïs soufflé non salé dans la présente étude.

3. Le test d’effort

REMARQUE: Les porcs doivent être à jeun au moins 2 heures avant le test d’effort ou ne recevoir qu’une infime portion de nourriture avant la course.

1. Allumez le tapis roulant et réglez l’inclinaison à 5%-10%.
2. Dès que l’animal est sur le tapis roulant, démarrez le tapis roulant avec une vitesse de départ de 2 km/h.
3. Augmentez la vitesse de 0,5 km/h toutes les 60 s jusqu’à ce que 5 km/h soient atteints. La durée totale est de 15 min.
4. Dans le cas où l’animal ne peut pas courir tout le temps à la vitesse maximale, suivez les étapes ci-dessous.
   1. Si le cochon ne court pas aussi vite qu’une vitesse sélectionnée, poussez-le doucement par l’arrière, car cela peut donner à l’animal le sentiment qu’il doit courir plus vite sans ralentir.
   2. Essayez de pousser doucement l’animal au maximum trois fois; Après cela, ralentissez la vitesse de 0,5 km/h à la fois jusqu’à ce que le cochon puisse supporter la vitesse. Ne ralentissez pas en dessous de 2 km/h.
   3. Si l’animal refuse de courir même à faible vitesse, éteignez le tapis roulant et arrêtez le test.

4. Surveillance de l’ECG pendant le test d’effort

1. Placez les électrodes ECG (voir le tableau des matériaux) dans des endroits anatomiques qui ont un mouvement minimal pendant la course, comme les omoplates ou la poitrine.
   REMARQUE: Utilisez des électrodes ECG conçues pour les tests d’effort afin d’obtenir une meilleure adhérence à la peau. N’oubliez pas de raser les cheveux de la zone où les électrodes ECG seront placées.
2. Enregistrez les changements de fréquence cardiaque pendant la course.
   REMARQUE : Notre expérience suggère que les analyses de segments ST sont souvent compliquées en raison du mouvement et d’autres artefacts. La surveillance du rythme peut également être effectuée à l’aide d’un enregistreur de boucle implantable ou d’un stimulateur cardiaque.

5. Collecte des données

1. Enregistrez la distance parcourue, le temps total et la vitesse chaque fois que la vitesse est modifiée.
   REMARQUE: Les tapis roulants modernes peuvent collecter beaucoup d’autres données, il est donc essentiel de vous familiariser avec le manuel du tapis roulant pour utiliser tout le potentiel de l’équipement.
2. Notez les changements possibles dans le comportement des animaux, tels que la boiterie.
   REMARQUE : Au besoin, communiquez avec un vétérinaire et assurez-vous que l’animal reçoit l’analgésie nécessaire. Retirez l’animal des exercices futurs jusqu’à ce qu’il se rétablisse complètement.

6. Soins post-opératoires

1. Assurez-vous que l’animal a accès au point d’eau.
2. Récompensez l’animal, par exemple, avec des friandises ou des jouets.
3. Surveillez l’animal pendant 30 minutes après la course pour détecter d’éventuels effets indésirables.

Résultats

Il faut avoir de l’expérience de travail avec de gros animaux pour réussir ce protocole. Les chercheurs doivent être en mesure d’évaluer si un animal cesse de courir en raison de la fatigue ou du manque de motivation. L’enregistrement de la vitesse et de la distance peut aider à évaluer cela, car habituellement, les animaux manquant de motivation arrêtent totalement de courir, tandis que les animaux fatigués continuent à courir après avoir ralenti la vitesse (Figure 3). Si n?...

Discussion

Ce test d’effort pour gros animaux imite le test utilisé dans les cliniques, réduisant ainsi l’écart entre les critères d’évaluation entre les études précliniques et les essais cliniques. Il peut être appliqué pour évaluer l’efficacité de nouveaux traitements pour les maladies cardiovasculaires graves, telles que l’artériosclérose oblitérante, l’insuffisance cardiaque et les cardiopathies ischémiques. Les points de temps appliqués dans ce protocole peuvent varier en fonction du traitement test...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
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