* Questi autori hanno contribuito in egual misura
L'obiettivo generale dello studio attuale è quello di presentare le tecniche di induzione dell'infarto del miocardio (MI) e dell'insufficienza cardiaca da infarto post-miocardico (post-MI HF) nei minipig di Gottinga chiusi e adulti e la caratterizzazione del modello HF post-MI nei minipig di Gottinga rispetto ai maiali Landrace.
Lo sviluppo dell'insufficienza cardiaca è il più potente predittore della mortalità a lungo termine nei pazienti sopravvissuti all'infarto miocardico acuto (MI). C'è un bisogno clinico insoddisfatto di prevenzione e terapia dell'insufficienza cardiaca da infarto post-miocardico (HF post-MI). I modelli di suini clinicamente rilevanti di HF post-MI sono prerequisiti per studi finali di prova del concetto prima di entrare in studi clinici nello sviluppo di farmaci e dispositivi medici.
Qui abbiamo mirato a caratterizzare un modello suino a torace chiuso di HF post-MI nei minipig adulti di Gottinga con follow-up a lungo termine tra cui la risonanza magnetica cardiaca seriale (CMRI) e a confrontarlo con il modello di maiale Landrace comunemente usato.
L'MI è stato indotto dall'occlusione intraluminale del palloncino anteriore sinistro dell'arteria coronarica discendente anteriore sinistra per 120 minuti nei minipig di Gottinga e per 90 minuti nei maiali Landrace, seguita da riperfusione. Il CMRI è stato eseguito per valutare la morfologia cardiaca e la funzione al basale in entrambe le razze e a 3 e 6 mesi nei minipig di Gottinga e a 2 mesi rispettivamente nei suini Landrace.
Le dimensioni delle cicatrici erano paragonabili nelle due razze, ma l'MI ha comportato una significativa diminuzione della frazione di espulsione ventricolare sinistra (LVEF) solo nei minipig di Gottinga, mentre i maiali Landrace non hanno mostrato una riduzione della LVEF. La frazione di espulsione ventricolare destra (RV) è aumentata in entrambe le razze nonostante le dimensioni trascurabili della cicatrice del camper. A differenza del significativo aumento della massa ventricolare sinistra end-diastolica (LVED) nei suini Landrace a 2 mesi, i minipig di Gottinga hanno mostrato un leggero aumento della massa LVED solo a 6 mesi.
In sintesi, questa è la prima caratterizzazione dell'HF post-MI nei minipig di Gottinga rispetto ai maiali Landrace, dimostrando che il modello minipig di Gottinga riflette parametri HF post-MI paragonabili alla patologia umana. Concludiamo che il modello minipig di Gottinga è superiore al modello di maiale Landrace per studiare lo sviluppo di HF post-MI.
Nonostante la diminuzione della mortalità dell'infarto miocardico acuto (MI), l'incidenza dell'insufficienza cardiaca da infarto post-miocardico (HF post-MI) non è cambiatanel tempo 1. L'insufficienza cardiaca (HF) è uno dei più potenti predittori di morte nei pazienti con MI2. Ad oggi, la terapia di riperfusione è l'unica opzione di trattamento disponibile per limitare le dimensioni dell'infarto del miocardio e ridurre il rischio di un successivo HF3,4,5. HF e altre complicazioni possono verificarsi a seguito di lesioni da riperfusione; pertanto, c'è ancora un bisogno insoddisfatto per lo sviluppo di terapie cardioprotettive oltre la tempestiva riperfusione6,7,8. Sono state descritte numerose terapie cardioprotettive efficaci anche in grandi modelli animali, ma solo il condizionamento ischemico remoto (RIC) sembrava migliorare gli esiti clinici dell'HF post-MI in un piccolo studio clinico9. Tuttavia, questo risultato incoraggiante sull'efficacia del RIC è stato messo in discussione in uno studio controllato randomizzato single-blind (CONDI-2/ERIC-PPCI) eseguito in 33 centri in tutta Europa in pazienti STEMI, dove RIC non è riuscito a migliorare gli esiticlinici 10. Le potenziali ragioni della omesso traduzione dei dati preclinici potrebbero essere l'uso di modelli animali non ottimale post-MI HF a bassa rilevanza clinica11.
La morfologia cardiovascolare (patho)e (patho)fisiologia dei modelli di maiale assomigliano alle condizioni umane; pertanto, è ampiamente usato e accettato nella ricerca cardiovascolaretraslazionale 12,13,14. Le razze suine utilizzate nella ricerca cardiovascolare appartengono alle diverse specie di suini domestici (Sus scrofa domestica) che includono suini che variano per dimensioni, aspetto e background genetico15,16. Sebbene l'HF post-MI sia stato ampiamente studiato sui suini, non è stato pubblicato alcuno studio con l'obiettivo di caratterizzare e confrontare l'effetto dell'MI sull'esito delle HF post-MI nei suini Landrace e nei minipig di Gottinga. Il tasso di crescita intensivo dei suini Landrace può influenzare gli esiti morfofunzionali cardiaci; tuttavia, i minipig di Gottinga con modelli di crescita limitati possono superare queste preoccupazioni e possono servire da modello fattibile per il follow-up a lungo termine nella valutazione delle HF post-MI. Inoltre, una linea guida sulla pertinenza del rigore e della riproducibilità negli studi preclinici sulla cardioprotezione raccomanda l'uso della risonanza magnetica cardiaca (CMRI) come modello clinicamente rilevante per la misurazione della funzione ventricolare nei suini12.
Per analizzare l'interesse scientifico su HF post-MI nei suini abbiamo eseguito ricerche bibliografiche su PubMed utilizzando la seguente stringa di ricerca: "(maiale O maiale O suini O sus-scrofa O minipig O mini-maiale O mini-maiale O miniatura-maiale e (infarto* OR ischem* OR ischaem* OR reperfus*) AND (cuore OR cardi* OR miocard*) AND (LAD OR left-anterior* OR LCX OR left-circum E (insufficienza cardiaca O lvef OR frazione di espulsione-o dimensione infarto o infarto)" e ha scoperto che i modelli di maiale di ischemia cardiaca/riperfusione sono frequentemente utilizzati per studiare MI e post -MI HF, ma solo il 17% (71 articoli su 425) di studi ha coinvolto minipig e il 7% (30 articoli su 425) ha utilizzato minipig di Gottinga. Solo circa l'1% (5 su 425) degli studi ha utilizzato minipig di Gottinga e protocolli clinicamente rilevanti con follow-up a lungo termine (1-9 mesi di riperfusione) e CMRI per analizzare la funzione cardiaca. L'esibile numero di studi clinicamente rilevanti evidenzia il divario traslizionale tra la ricerca di base e gli studi clinici. Pertanto, è necessaria una caratterizzazione completa dei modelli HF post-MI a torace chiuso nei minipig di Gottinga e nei maiali Landrace con valutazione ripetuta della funzione ventricolare sinistra e destra e dell'anatomia utilizzando CMRI durante il follow-up a lungo termine. Qui abbiamo mirato a concentrarci sulla fattibilità tecnica e la rilevanza clinica di due modelli HF post-MI per descrivere protocolli sperimentali standardizzati e riproducibili per studi HF post-MI che possono essere utilizzati per valutare farmaci cardioprotettivi e / o terapie di dispositivi medici.
Il presente studio è il primo in letteratura a caratterizzare un modello clinicamente rilevante di HF post-MI utilizzando minipig adulti di Gottinga e a confrontare parametri funzionali ventricolari morfologici e cardiaci sinistro e destro con quello dei maiali adolescenti Landrace.
13 minipig di Gottinga sani e sessualmente maturi (età compresa tra 12 e 14 mesi) e 10 maiali Landrace femmina sani e sessualmente immaturi (età compresa tra 2 e 3 mesi) sono stati alloggiati in bancarelle di maiali conformi alle raccomandazioni sulle dimensioni della più recente Guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio DHEW e delle linee guida dell'UE 63/2010. Gli animali non erano spayed. La temperatura delle stanze degli animali era controllata e gli animali erano tenuti a un ciclo chiaro / scuro di 12 ore e senza parassiti. L'alimentazione ad libitum porta a un aumento di peso totale sia nei minipig di Gottinga che nei maiali Landrace, quindi, i maiali di entrambe le razze sono stati nutriti con un regime dietetico limitato. I minipig di Gottinga sono stati messi a dieta limitata non appena sono arrivati alla struttura animale e per l'intera durata dello studio. Special Diet Services pig chow 180-220 g/meal/animal è stato somministrato due volte al giorno secondo la linea guida "Prendersi cura di Ellegaard Göttingen Minipigs" (data di revisione: 13 marzo 2013) nei primi 2 giorni. Tra il giorno 3 e il 12 gli animali sono stati nutriti con il 50% di chow di maiale dei servizi dietetici speciali e il 50% di dieta minipig di mantenimento. Dal giorno 14 fino alla fine dello studio gli animali sono stati nutriti con una dieta minipig di mantenimento. I maiali Landrace hanno ricevuto chow di scrofa incinta, l'1,5% del peso corporeo somministrato due volte al giorno secondo PIC Wean to Finish Manual 2008 e 2013. Tutti gli animali hanno ricevuto cibo erogato individualmente e l'assunzione di cibo è stata monitorata per evitare la concorrenza per il chow. Gli animali con difficoltà di alimentazione sono stati nutriti individualmente aiutati dal personale addetto alla cura. Tutti gli animali hanno ricevuto ad libitum l'acqua del rubinetto. Il protocollo sperimentale dell'HF post-MI nei minipig di Gottinga e nei suini Landrace è illustrato nella figura 1.
Figura 1. Protocollo sperimentale per l'insufficienza cardiaca indotta dall'infarto post-miocardico nei maiali Landrace e nei minipig di Gottinga. CMRI - risonanza magnetica cardiaca. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
1. CMRI di base
2. Premedicazione, accesso vascolare e occlusione dell'arteria coronarica
3. Somministrazione di farmaci intracoronari
4. Chiusura delle ferite e cure post-operatorie
5. CMRI post-MI e sua valutazione
6. Statistiche
mortalità
Su 13 minipig di Gottinga sottoposti a infarto del miocardio, due animali sono morti (15,4% di mortalità), uno durante il periodo ischemico a causa di VT irreversibile e uno a causa dell'asstolo nella riperfusione. Nei minipig di Gottinga, un animale è stato rianimato con successo durante l'ischemia cardiaca. Il tasso di mortalità era dello 0% nei maiali Landrace, dieci animali su dieci sopravvissero, due di loro richiedevano la rianimazione a causa della fecondazione in vitro nel periodo ischemico. La mortalità non differiva significativamente tra le due razze.
Le dimensioni della cicatrice del miocardio erano paragonabili tra le due razze
Per misurare l'entità della cicatrice cardiaca come conseguenza dell'MI, è stata eseguita la CMRI. Le dimensioni delle cicatrici e i punteggi bari erano comparabili tra le due razze misurate al 2 ° mese di follow-up nei suini Landrace e al 3 ° e 6 ° mese nei minipig diGottinga (figura 2E,F). Non sono state osservate differenze quando le dimensioni delle cicatrici erano correlate ai punteggi bari nei suini Landrace a 2 mesi (0,55 ± 0,1) e nei minipig di Gottinga rispettivamente a 3 mesi e 6 mesi (rispettivamente 0,75 ± 0,12 e 0,57 ± 0,08). Le cicatrici erano localizzate nei segmenti anteriore, anteriore, setto, anteroapicale e apicale del cuore in entrambe le razze. Il muro laterale fu colpito solo nei minipig di Gottinga. L'infarto ventricolare destro era trascurabile, ha colpito solo un animale su undici minipig di Gottinga sopravvissuti e un su dieci maiali Landrace (2,11 ± 2,11 contro 0,97 ± 0,97).
L'aumento della massa ventricolare sinistra è stato più pronunciato nei suini Landrace durante il follow-up
Il tasso di crescita cardiaca è stato misurato dal CMRI. La massa LVED nei minipig di Gottinga è aumentata solo moderatamente (8%) a 6 mesi(figura 3A). Per contro, nei suini Landrace, la massa LVED è aumentata di quasi il 100% a 2 mesi(figura 3B).
La frazione di espulsione ventricolare sinistra è diminuita solo nei minipig di Gottinga
LVEF, come parametro più utilizzato della funzione sistolica ventricolare sinistra, è stato misurato da CMRI. L'MI ha comportato una significativa diminuzione della LVEF nei minipig a 3 mesi e 6 mesi(figura 4A). Nei suini Landrace, l'LVEF non è cambiato dopo 2 mesi(figura 4B).
La LVESV e la LVEDV post-infarto sono aumentate in modo significativo in entrambe le razze(tabella 1). La LVESV è aumentata rispettivamente del 69% e dell'80% nei minipig di Gottinga dopo 3 e 6 mesi e dell'80% nei suini Landrace dopo 2 mesi. LVEDV ha mostrato un aumento del 28% dopo 3 mesi e un aumento del 42% dopo 6 mesi nei minipig di Gottinga e un aumento dell'82% dei suini Landrace dopo 2 mesi. LVSV dei suini Landrace è aumentato dell'85% in 2 mesi e l'LVSV dei minipig di Gottinga non è aumentato in modo significativo nemmeno a 6 mesi.
Il volume atriale sinistro indicizzato alla superficie corporea è aumentato solo nei minipig di Gottinga, ma entrambe le razze hanno sviluppato edema polmonare a seguito dell'infarto del miocardio
Al fine di esaminare ulteriormente i segni di HF, abbiamo eseguito la misurazione del volume atriale sinistro indicizzato alla superficie corporea (LAVi). I LAVi sono aumentati del 34% nei minipig di Gottinga dopo 6 mesi(figura 5A)e non sono cambiati in modo significativo nei suini Landrace dopo 2 mesi(figura 5B). Le immagini rappresentative mostrano la traccia degli atri di sinistra (Figura 5C-D). Inoltre, la presenza o l'assenza di edema polmonare è stata valutata dal CMRI sulle immagini localizzatori (Figura 5E). L'edema polmonare è stato osservato in entrambe le razze a causa della scompensazione cardiaca. Dieci minipig di Gottinga su undici e nove maiali Landrace su dieci hanno mostrato evidenti segni di edema polmonare.
L'aumento del peso corporeo è stato più pronunciato nei suini Landrace durante il follow-up
Nei minipig di Gottinga l'aumento di peso corporeo è stato solo dell'8% dopo 3 mesi e del 30% dopo 6 mesi(figura 6A), mentrel'aumento del peso cardiaco è stato accompagnato da un aumento di quasi il 100% del peso corporeo nei suini Landrace a 2mesi (figura 6B).
Le tendenze nei parametri funzionali cardiaci differiscono tra i minipig di Gottinga e i maiali Landrace
L'occlusione dell'arteria coronarica ha portato a una diminuzione quasi significativa della pressione arteriosa media (MAP) nei minipig di Gottinga (57,9 ± 3,98 mmHg vs. 49,89 ± 1,24 mmHg) e diminuito significativamente nei suini Landrace (65,4 ± 5,97 mmHg contro 45,47 ± 4,79* mmHg) nella fase di riperfusione precoce rispetto ai valori di base (pre-infarto).
CI è un indicatore affidabile delle prestazioni cardiache, che mette in relazione il CO ventricolare sinistro con il BSA. Nei minipig di Gottinga, l'CI non è cambiato nei punti di tempo misurati (figura 7A), mentre nei suini landrace è stata rilevata una tendenza all'aumento dell'indice cardiaco(figura 7B).
Le risorse umane dei minipig di Gottinga sono aumentate significativamente a 3 (20%) e 6 mesi (22%) dopo mi rispetto ai valori di riferimento (tabella 2).
Al contrario, le risorse umane dei suini Landrace non sono cambiate in modo significativo durante il periodo di follow-up. Nei minipig co di Gottinga si è registrato un aumento significativo del 32% solo a 6 mesi dal follow-up, mentre il CO è stato aumentato del 76% nei suini Landrace dopo 2 mesi a causa di un aumento significativo della LVSV(tabella 2). La BSA è aumentata significativamente in entrambe le razze nei punti di tempo misurati (tabella 2). La BSA è aumentata rispettivamente del 4% e del 19% nei minipig di Gottinga dopo 3 e 6 mesi e del 54% nei suini Landrace dopo 2 mesi.
L'aumento dei parametri morfofunzionali ventricolari destro è stato osservato sia nei minipig di Gottinga che nei suini Landrace
L'MI ha influenzato non solo la funzione ventricolare sinistra, ma ha anche comportato un aumento significativo del RVEF in entrambe le razze (Figura 8) misurato da CMRI, nonostante le trascurabili dimensioni della cicatrice ventricolare destra. La massa RVED è aumentata solo nei suini Landrace(tabella 3).
RVESV non è cambiato durante il follow-up in nessuna delle razze. L'RVEDV è aumentato significativamente del 37% solo nei suini Landrace(tabella 3). Mentre il RVSV nei minipig di Gottinga è aumentato significativamente del 23% solo dopo 6 mesi, nei suini Landrace è stato osservato un aumento significativo dell'80% del RVSV a 2 mesi.
Figura 2. Stima del miocardio a rischio sulla base del punteggio BARI (Bypass Angioplasty Revascularization Investigation Myocardial Jeopardy Index) (A-D). Il valore totale dell'arteria correlata all'infarto è diviso per la somma dei 3 valori totali di ogni arteria coronarica, l'arteria coronarica destra (RCA), l'arteria coronarica circonflessa sinistra (LCX) e l'arteria coronarica discendente anteriore sinistra (LAD). Dimensioni della cicatrice ventricolare sinistra nei minipig di Gottinga e nei maiali Landrace misurati mediante risonanza magnetica cardiaca(E). La dimensione della cicatrice è mostrata come un rapporto tra la massa di infarto e la massa del ventricolo sinistro alla fine del diastole (LVED). Bari punteggi nei minipig di Gottinga e nei maiali Landrace misurati prima dell'occlusione coronarica (F). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3. Massa diastolica finale ventricolare sinistra (LVED) (g) dei minipig di Gottinga (A) e dei suini Landrace (B) misurata mediante risonanza magnetica cardiaca. *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4. Frazione di espulsione ventricolare sinistra (LV) (%) dei minipig di Gottinga (A) e dei maiali Landrace (B) misurati mediante risonanza magnetica cardiaca. *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Parametro misurato | Minipig di Gottinga | Maiali Landrace | |||
riferimento | 3 mesi | 6 mesi | riferimento | 2 mesi | |
LVESV [ml] | 25.77 ± 1.73 | 43.65 ± 4.53* | 46.28 ± 4.35* | 54.59 ± 2.00 | 98.26 ± 8.60* |
LVEDV [ml] | 55.49 ± 3.14 | 71.08 ± 5.25* | 78.81 ± 5.46* | 93.99 ± 3.85 | 171.20 ± 11.50* |
LVSV [ml] | 29.71 ± 1.65 | 27.44 ± 1.97 | 32.52 ± 2.37 | 39.40 ± 3.05 | 72.94 ± 3.99* |
La tabella 1. Volume sistolico finale ventricolare sinistro (LVESV), volume diastolico finale ventricolare sinistro (LVEDV) e volume della corsa ventricolare sinistra (LVSV) nei punti di tempo misurati nei maiali Landrace e nei minipig di Gottinga. *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace).
Figura 5. Volume atriale sinistro indicizzato alla superficie corporea (LAVi) in mL/m2 nei minipig di Gottinga (A) e nei suini Landrace (B) misurati mediante risonanza magnetica cardiaca. Immagini rappresentative dei volumi atriali di sinistra, le tracce sono state fatte sulle immagini cine a due (C) e quattro camere (D). Le frecce bianche mostrano la presenza di edema polmonare sull'immagine localizzatore rappresentativa (E). *p<0.05 rispetto al basale corrispondente (test t accoppiato nei minipig di Gottinga e nei suini Landrace). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 6. Peso corporeo (kg) dei minipig di Gottinga (A) e dei maiali Landrace (B). *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 7. Indici cardiaci ventricolari a sinistra (L/min/m2)dei minipig di Gottinga (A) e dei suini Landrace (B). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Parametro misurato | Minipig di Gottinga | Maiali Landrace | |||
riferimento | 3 mesi | 6 mesi | riferimento | 2 mesi | |
HR [1/min] | 79.64 ± 4.03 | 95.55 ± 5.34* | 97.00 ± 4.46* | 93.44 ± 2.73 | 88.00 ± 2.52 |
CO [L/min] | 2.37 ± 0.16 | 2.58 ± 0,20 | 3.12 ± 0,24* | 3.65 ± 0,25 | 6.41 ± 0,39* |
BSA [m2] | 0,70 ± 0,01 | 0,73 ± 0,01* | 0,83 ± 0,03* | 0,70 ± 0,01 | 1.08 ± 0.03* |
La tabella 2. Frequenza cardiaca (HR), produzione cardiaca (CO) e superficie corporea (BSA) dei minipig di Gottinga e dei suini Landrace. *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace).
Figura 8. Frazioni di espulsione ventricolari destra (RV) (%) dei minipig di Gottinga (A) e dei maiali Landrace (B). *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Parametro misurato | Minipig di Gottinga | Maiali Landrace | |||
riferimento | 3 mesi | 6 mesi | riferimento | 2 mesi | |
Massa RVED [g] | 8.64 ± 0,68 | 8.98 ± 0,76 | 7.94 ± 0,77 | 16.49 ± 0,90 | 23.61 ± 1.40* |
RVESV [ml] | 18.27 ± 1.47 | 16.91 ± 1.80 | 14.57 ± 1.02 | 43.59 ± 3.68 | 42.65 ± 2.37 |
RVEDV [ml] | 44.16 ± 2.61 | 42.14 ± 2.83 | 46.27 ± 3.45 | 83.03 ± 3.42 | 113.72 ± 5.12* |
RVSV [ml] | 25.82 ± 1.72 | 25.25 ± 1.67 | 31.71 ± 2.99* | 39.44 ± 3.52 | 71.06 ± 3.38* |
La tabella 3. Massa diastolica finale ventricolare destra (RVED), volume sistolico finale ventricolare destro (RVESV), volume diastolico finale ventricolare destro (RVEDV) e volume destro della corsa ventricolare (RVSV) nei minipig di Gottinga e nei maiali Landrace. *p<0.05 rispetto alla linea di base corrispondente (misure ripetute ANOVA uni-way seguite dal test LSD di Fisher nei minipig di Gottinga; test t accoppiato nei maiali Landrace).
Qui abbiamo descritto un protocollo dettagliato che evidenzia le fasi critiche di una tecnica di induzione dell'MI acuta e la valutazione dell'HF post-MI in un modello a torace chiuso di minipig di Gottinga adulti. Abbiamo anche descritto il metodo di somministrazione di farmaci intracoronari, il punteggio BARI e riportato cambiamenti morfo-funzionali cardiaci ventricolari sinistro e destro in un modello HF traslazionale post-MI. Questa è la prima caratterizzazione dell'HF post-MI nei minipig di Gottinga rispetto ai maiali Landrace, mostrando che il modello minipig di Gottinga riflette parametri HF post-MI paragonabili agli esseri umani. Concludiamo che il modello minipig di Gottinga è superiore al maiale Landrace per dare seguito allo sviluppo di modelli di suini post-MI HF. I modelli di maiale clinicamente rilevanti di HF post-MI sono prerequisiti per gli studi finali proof-of-concept prima di entrare in studi clinici nella maggior parte dei progetti di sviluppo di farmaci cardiovascolari e dispositivi medici6,7,12. In effetti, i modelli di maiale assomigliano agli esseri umani in anatomia, fisiologia e proprietà biochimiche in particolare nel campo della ricerca sull'MI mentre sviluppano infarti trans-murali a causa della mancanza di perfusione collaterale14. Pertanto, i modelli di maiale possono servire come modelli per l'analisi delle terapie cardioprotettive e dei loromeccanismi 24,25,26,27,28,29.
Qui abbiamo scoperto che nonostante le stesse dimensioni delle cicatrici, i tassi di mortalità e i punteggi BARI nelle due razze, la disfunzione ventricolare sinistra caratterizzata da diminuzione della LVEF è stata osservata solo nei minipig di Gottinga. Qui abbiamo osservato una mortalità acuta del 15,4% nei minipig di Gottinga e nessuna mortalità nel periodo successivo, quest'ultimo è paragonabile a quello degli studi clinici. In effetti, una meta-analisi a livello di paziente di 10 studi clinici randomizzati ha rilevato che il tasso di mortalità per tutte le cause stimato da Kaplan-Meier era basso fino al 2,2% a seguito dell'infarto del miocardio30. Le dimensioni delle cicatrici qui riportate sono paragonabili a quelle degli studi clinici. Negli studi clinici eseguiti da Lonborg et al e Stone et al in pazienti sopravvissuti all'infarto miocardico st-elevation le dimensioni mediane delle cicatrici, misurate in % della massa miocardiale ventricolare sinistra erano rispettivamente del 9,5% e del 17,9%30,31. Inoltre, le dimensioni delle cicatrici nel presente studio sono in linea con quelle riportate in precedenti pubblicazioni sui minipig di Gottinga (12-25%)32,33,34,35,36,37 e nei maiali Landrace (14-18%)38,39,40. La presente constatazione sulla LVEF di base nei suini landrace è secondo i dati riportati da altri13,41,42. Questi valori nei suini di grandi dimensioni sono inferiori rispetto agli intervalli di riferimento LVEF umani sani (58-61%)43 e valori di base (pre-infarto) nei minipig di Gottinga (55-73%)33,44,45. Tuttavia, vale la pena notare che nella maggior parte delle pubblicazioni sono riportati solo i dati post-infarto o i cambiamenti delta della LVEF46,47,48,49,50. Conformemente ai risultati attuali, studi precedenti di HF post-MI indotti da occlusione del LAD da 45 a 90 minuti seguita da riperfusione o da occlusione permanente del LAD non hanno dimostrato alcuna riduzione o modesta riduzione di LVEF a Landrace o yorkshire suina dopo 4-6 settimane di follow-up rispetto al basale (pre-infarto) LVEF51,52,53. Tuttavia, Schuleri et al. tuttavia, i valori lvef di base nei suini dello Yorkshire non sono stati54. In altri esperimenti su suini Dalland Landrace femminili, il rimodellamento avverso post-MI è stato indotto da un'occlusione del LAD di 90 minuti, tuttavia, l'LVEF non è stato segnalato dopo 4 settimane di follow-up55. A differenza dei nostri risultati, in uno studio di de Jong et al., l'LVEF è notevolmente diminuito nei suini Landrace sottoposti a occlusione aperta del LAD toracico e seguito da un follow-up di 12 settimane56. Questa differenza può essere attribuita a un periodo ischemico sostanzialmente più lungo (150 min), che ha portato a dimensioni infarto maggiori (23,4 ± 2,1% di LV). Altrove, l'occlusione a torace chiuso di 120 minuti dell'arteria coronarica circonflesso sinistro (LCX) nei maiali Landrace tedeschi ha portato a una significativa riduzione dell'LVEF dopo otto settimane di riperfusione, suggerendo che la diversa posizione dell'MI può anche influenzare la funzione ventricolare sinistra globale57. I nostri risultati attuali sono coerenti con altri che mostrano una significativa riduzione dell'LVEF negli HF post-MI nei minipig di Gottinga dopo un follow-up a lungo termine33,44,45.
La riduzione dell'LVEF nei minipig di Gottinga a seguito dell'MI è coerente con i dati clinici che mostrano disfunzione cardiaca come conseguenza del rimodellamento ventricolare nei pazienti dopo AMI58. In conclusione, i minipig di Gottinga imitano meglio le condizioni umane, poiché l'LVEF pre-infarto, le dimensioni della cicatrice, l'LVEF post-infarto e la mortalità sono tutti paragonabili a questi parametri trovati nell'uomo.
Qui abbiamo osservato un aumento dell'8% della massa LVED dopo sei mesi nei minipig di Gottinga e un netto aumento (97%) aumento delle masse LVED nei suini Landrace dopo due mesi. Dati simili sono stati riportati da Schuleri et al. Al contrario, in altri esperimenti di HF post-MI a torace chiuso nei minipig di Gottinga non sono stati osservati cambiamenti significativi nelle masse ventricolarisinistra 33,44. Pertanto, le differenze tra le due razze per quanto riguarda l'LVEF possono essere attribuite a un tasso di crescita cardiaca intensiva nei suini Landrace e quindi a un rimodellamento cardiaco alterato.
In contesti clinici, oltre alla LVEF, il volume ventricolare sinistro fornisce preziose informazioni sulla prognosi a lungo termine e sul tasso di mortalità nei pazienti post-MI59. LVESV è il principale fattore determinante della mortalità precoce e tardiva nei pazienti dopo AMI60,61. Qui abbiamo dimostrato che il volume ventricolare valutato dal CMRI è aumentato in modo significativo in entrambe le razze. Il rimodellamento post-MI ha indotto un aumento più pronunciato della LVESV che del LVEDV nei minipig di Gottinga, mentre sia LVESV che LVEDV sono stati aumentati di un tasso simile nei suini Landrace. Di conseguenza, la frazione di espulsione ventricolare sinistra (LVEF) è stata significativamente diminuita a 3 e 6 mesi solo nei minipig di Gottinga, ma non nei suini Landrace dopo 2 mesi. Questi risultati devono essere interpretati con cautela nei suini Landrace, dove l'aumento di LVESV, LVEDV e LVSV (calcolato come differenza tra LVESV e LVEDV) sono più probabilmente correlati a un aumento intensivo della massa cardiaca. L'aumento di LVESV e LVEDV è coerente con i dati clinici dei pazienti con HFpost-MI 62,63,64. Inoltre, il rimodellamento ventricolare sinistro avverso è stato definito come un aumento del 15% o più nel LVEDV negli studi clinici65,66 e abbiamo riscontrato qui un aumento del 28% dopo 3 mesi e un aumento del 42% dopo 6 mesi in LVEDV nei minipig di Gottinga che mostrano un rimodellamento avverso clinicamente rilevante. Inoltre, qui abbiamo dimostrato che i LAVi sono aumentati solo nei minipig di Gottinga, ma non nei suini Landrace. L'aumento del volume atriale sinistro è un'ulteriore alterazione strutturale chiave nel contesto dell'HF ed è un predittore indipendente della morte e del ricovero in HF nei pazienti sopravvissuti all'MI67.
La funzione ventricolare destra è raramente studiata nei modelli HF post-MI. Qui abbiamo scoperto che la giusta frazione di espulsione ventricolare è aumentata in entrambe le razze. Sebbene il camper non fosse praticamente coinvolto nella necrosi miocardico, il RVEF è aumentato significativamente in entrambe le razze indicando un sovraccarico del volume del camper e quindi una disfunzione ventricolare sinistra. Allo stesso modo, uno studio clinico che ha arruolato 2008 pazienti con HF sistolico cronico ha mostrato che 733 pazienti (37%) apparteneva alla normale categoria di funzione ventricolare destra con RVEF≥40%68.
In conclusione, abbiamo dimostrato qui che il modello minipig di Gottinga adulto con follow-up a lungo termine imita parametri funzionali e morfologici di HF post-MI paragonabili all'uomo. I nostri dati attuali mostrano anche che i maiali Landrace non sono adatti per la valutazione di HF post-MI principalmente a causa delle conseguenze del rapido aumento del peso corporeo e cardiaco che non consente il follow-up a lungo termine e interferisce con la patologia HF post-MI. I maiali Landrace potrebbero essere adatti a valutare le conseguenze dell'infarto miocardico acuto. L'attuale caratterizzazione completa dei modelli di infarto a torace chiuso nei minipig Landrace e Gottinga sarà utile per scegliere i modelli animali di grandi dimensioni ottimali per studiare hf post-MI e sviluppare nuove terapie contro questa patologia.
Limitazioni
L'esperimento attuale è stato eseguito solo su suini femmine, quindi, il potenziale effetto dei diversi sessi su HF post-MI rimane sconosciuto in questi modelli69. I segni di HF sono stati valutati dal CMRI, secondo le raccomandazioni di una recente linea guida sulla pertinenza del rigore e della riproducibilità negli studi preclinici sulla cardioprotezione12. Tuttavia, l'uso di un'angolazione più mirata dei piani di imaging CMRI e di una sequenza più mirata può comportare una migliore stima dei volumi atriali a sinistra e dell'edema polmonare. Sebbene non abbiamo misurato biomarcatori e segni istologici di HF post-MI in questo studio, questi modelli sono adatti per l'analisi di eventuali biomarcatori poiché la disponibilità di campioni di plasma e tessuti. A causa della diversa suscettibilità delle 2 razze a ischemia / lesione da riperfusione, qui sono state selezionate diverse durate di occlusione coronarica che possono anche se limitare il confronto dei 2 modelli, tuttavia, con questo approccio abbiamo raggiunto dimensioni infarto simili. Il tempo di follow-up nelle 2 razze è stato diverso in quanto nei maiali Landrace è possibile ottenere solo 2 mesi di follow-up per motivi tecnici, vale a dire un rapido aumento del peso corporeo che mostra una grande limitazione del modello Landrace. Un'ulteriore limitazione è la mancanza di diversi fattori di rischio e comorbilità e quindi gli attuali grandi modelli animali non imitano completamente la situazione clinica in termini di presenza di molteplici fattori di rischio tra cui le comorbilità e i loro farmaci. Tuttavia, attualmente, non esistono modelli animali di grandi dimensioni consolidati con comorbilità multiple per l'uso di routine. Questi grandi modelli animali non possono essere alimentati per l'analisi della mortalità a causa di motivi etici animali e dell'elevato costo di questi studi.
PF è il fondatore e CEO di Pharmahungary Group, un gruppo di società di ricerca e sviluppo
Questo studio è stato finanziato da Quark Pharmaceuticals Inc dove S.A. ed E.F. sono dipendenti. Questo studio è stato sostenuto anche dall'Ufficio nazionale per la ricerca, lo sviluppo e l'innovazione dell'Ungheria (NKFIA; NVKP-16-1-2016-0017 National Heart Program), e dal Programma di Eccellenza Istituzionale dell'Istruzione Superiore del Ministero delle Capacità Umane in Ungheria, nell'ambito del programma tematico di Sviluppo Terapeutico dell'Università semmelweis. è .B da EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00009 e Gedeon Richter Plc. Z.G. è stato supportato da una borsa di studio di ricerca János Bolyai dell'Accademia ungherese delle scienze e dal nuovo programma di eccellenza nazionale ÚNKP-19-4 del Ministero delle capacità umane.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Special Diet Services pig chow | SDS, Witham, England, Hungarian distributor: Akronom Kft. | ||
maintenance minipig diet | no. 9023, Altromin | ||
pregnant sow chow | Bonafarm-Bábolna Takarmány Plc | ||
ketamine hydrochloride | Richter Pharma AG | ||
xylazine | Medicus Partner | ||
atropine | Egis | ||
endotracheal tube | Portex | ||
isoflurane | Abbot | ||
anesthetic machine | Dräger Julian | ||
18 G needle | Anhul Kangda Medical Products Co. Ltd. | ||
5% glucose in Ringer solution | B Braun | ||
atracurium besylate | GSK | ||
cardiac magnetic resonance machine | Siemens Healthineers Medical GmbH | ||
acetyl salicylic acid | Bayer | ||
clopidogrel | Zentiva | ||
meloxicam (meloxidyl) | Ceva | ||
antibiotic coctail (tardomyocel) comp III. | Norbrook | ||
ear vein cannula | B Braun Melsungen AG | ||
magnesium sulfate | Wörwag Pharma GmbH | ||
povidone-iodine | Egis | ||
ECG electrodes | Leonhard Lang GmbH | ||
6F-ACT introducer | St Jude Medical | ||
heparin | TEVA | ||
arterial pressure sensor and monitoring system | GE Healthcare | ||
guidewire | PT2MS Boston Scientific | ||
5F guiding catheter | Medtronic Launcher, 5F | ||
fluoroscope, C-bow | Siemens Medical GmbH | ||
Iobitridol (Xenetix) | Guerbet | ||
balloon catheter | Boston Scientific, EMERGE, 2.5mm x 12mm | ||
heating device | 3M | ||
rectal probe | Vatner Kft | ||
pulse oxymeter | Comen medical | ||
epinephrine | Richter Gedeon Rt. | ||
lidocaine | EGIS | ||
microcatheter | Caravel ASAHI | ||
defibrillator | GE Marquette Responder 1100 | ||
perfusion pump | TSE system | ||
antiseptic coating | Friedrich Huber aeronova GmbH&Co | ||
gadobutrol | Bayer | ||
MASS 7.6 analysis software | Medis Medical Imaging Software, Leiden |
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