Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מחקר זה מציג מודל כירורגי חזירי של איסכמיה כרונית של שריר הלב עקב היצרות מתקדמת של העורקים הכליליים, וכתוצאה מכך תפקוד לב לקוי ללא אוטם. לאחר איסכמיה, בעלי חיים עוברים השתלת מעקף עורקים כליליים מחוץ למשאבה עם מיקום אפיקרדיאלי של מדבקת קולגן עמוסת אקסוזומים שמקורם בתאי גזע. טיפול משלים זה משפר את תפקוד שריר הלב ואת ההתאוששות.

Abstract

איסכמיה כרונית של שריר הלב הנובעת מהיצרות מתקדמת של העורקים הכליליים מובילה לתרדמת חורף (HIB), המוגדרת כשריר הלב המסתגל לזמינות חמצן מופחתת על ידי הפחתת הפעילות המטבולית, ובכך מונע פגיעה בלתי הפיכה בקרדיומיוציטים ואוטם. זאת להבדיל מאוטם שריר הלב, שכן ל-HIB יש פוטנציאל להחלמה עם רה-וסקולריזציה. חולים עם מחלת עורקים כלילית משמעותית (CAD) חווים איסכמיה כרונית, אשר מציבה אותם בסיכון לאי ספיקת לב ומוות פתאומי. ההתערבות הכירורגית הסטנדרטית עבור CAD חמור היא ניתוח השתלת עורק כלילי (CABG), אך היא הוכחה כטיפול לא מושלם, אך עדיין לא קיימים טיפולים משלימים לשחזור מיוציטים המותאמים לאיסכמיה כרונית. כדי להתמודד עם פער זה, נעשה שימוש במודל כירורגי של HIB באמצעות חזיר המקובל על CABG ומחקה את התרחיש הקליני. המודל כולל שני ניתוחים. הניתוח הראשון כולל השתלת מכווץ קשיח בקוטר 1.5 מ"מ בעורק היורד הקדמי השמאלי (LAD). ככל שהחיה גדלה, המכווץ גורם בהדרגה להיצרות משמעותית וכתוצאה מכך לתפקוד סיסטולי אזורי מופחת. ברגע שההיצרות מגיעה ל-80%, זרימת שריר הלב ותפקודו נפגעים, מה שיוצר HIB. לאחר מכן מתבצע CABG מחוץ למשאבה עם עורק החלב הפנימי השמאלי (LIMA) כדי לחדש את האזור האיסכמי. בעל החיים מתאושש למשך חודש כדי לאפשר שיפור אופטימלי בשריר הלב לפני ההקרבה. זה מאפשר מחקרים פיזיולוגיים ורקמות של קבוצות טיפול שונות. מודל בעלי חיים זה מדגים כי תפקוד הלב נותר לקוי למרות CABG, מה שמרמז על הצורך בהתערבויות משלימות חדשניות. במחקר זה פותחה מדבקת קולגן המשובצת באקסוזומים שמקורם בתאי גזע מזנכימליים (MSC), אשר ניתן למרוח בניתוח על פני השטח האפיקרדיאליים הדיסטליים לאנסטומוזיס לימה (LIMA anastomosis). החומר מתאים לאפיקרדיום, נספג ומספק את הפיגום לשחרור מתמשך של גורמי איתות. טיפול רגנרטיבי זה יכול לעורר התאוששות שריר הלב שאינה מגיבה לרה-וסקולריזציה בלבד. מודל זה מתורגם לזירה הקלינית על ידי מתן אמצעים לחקירה פיזיולוגית ומכניסטית לגבי החלמה ב- HIB.

Introduction

ברחבי העולם, CAD חמור משפיע על יותר ממאה מיליון חולים, ולמרות שיעור התמותה ירד, זה נשאר אחד הגורמים המובילים למוות 1,2. ל- CAD יש ספקטרום קליני רחב מאוטם שריר הלב (MI) ועד איסכמיה עם כדאיות שמורה. רוב המחקר הפרה-קליני מתמקד ב-MI, המאופיין בנוכחות רקמה אוטמת כפי שניתן ללמוד במודלים של בעלי חיים קטנים וגדולים. עם זאת, מודל זה אינו מתייחס לחולים עם כדאיות שמורה ומקובלת על רה-וסקולריזציה. רוב החולים העוברים CABG סובלים מירידה באספקת הדם ומתפקוד מוגבל תוך שמירה על שונות ברזרבה התכווצה ובכדאיות3. ללא טיפול, חולים אלה יכולים להתקדם לאי ספיקת לב מתקדמת ומוות פתאומי, במיוחד במהלך עומס עבודה מוגב....

Protocol

הוועדות המוסדיות לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של המרכז הרפואי מיניאפוליס VA ואוניברסיטת מינסוטה אישרו את כל המחקרים בבעלי חיים. ההנחיות הנוכחיות של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) לשימוש וטיפול בחיות מעבדה בוצעו.

1. בידוד תאי גזע מזנכימליים והכנה ואפיון אקסוזומים

Representative Results

לאחר רה-וסקולריזציה, אנגיוגרפיה כלילית מבוצעת כדי להעריך היצרות LAD (מעל 80%) ופטנט של שתל LIMA-LAD (איור 1). ארבעה שבועות לאחר ניתוח רה-וסקולריזציה ומיקום מדבקת הקולגן עמוסת האקזוזומים, MRI לב מבוצע כדי להעריך את התפקוד הסיסטולי והדיאסטולי של הלב במנוחה ותחת לחץ באמצעות עירוי דובוט.......

Discussion

מחקר זה מציג את המודל החזירי הראשון של שריר הלב האיסכמי הכרוני, שבו הוכח כי טיפול במדבקת קולגן אקסוזום עמוס אקסוזום שמקורה ב- MSC במהלך רה-וסקולריזציה כירורגית משחזר תפקוד דיאסטולי וסיסטולי עם גירוי אינוטרופי פוטנציאלי על ידי התמקדות בהתאוששות מיטוכונדריאלית. בעבר, הוכח כי במודל בעלי חיים .......

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי VA Merit Review #I01 BX000760 (RFK) מארה"ב (ארה"ב) המחלקה לענייני חיילים משוחררים BLR&D והמחלקה לענייני חיילים משוחררים בארה"ב מענקים #I01 BX004146 (TAB). אנו גם מודים בהכרת תודה על תמיכתו של מכון הלב של אוניברסיטת מינסוטה לילהיי. התוכן של עבודה זו אינו מייצג את הדעות של המחלקה לענייני חיילים משוחררים של ממשלת ארצות הברית.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
5 EthibondEthiconMG46GSuture
# 40 clipper bladeOster078919-016-701Remove hair from surgery sites
0 VicrylEthiconJ208HSuture
1 mL SyringeMedtronic/Covidien1188100777Administer injectable agents
1" medical tapeMedlineMMM15271ZSecure wound dressing and IV catheters
1000mL 0.9% Sodium chlorideBaxter2B1324XIV replacement fluid
12 mL SyringeMedtronic/Covidien8881512878Administer injectable agents
18 ga needlesBD305185Administration of injectable agents
20 ga needlesBD305175Administration of injectable agents
20 mL SyringeMedtronic/Covidien8881520657Administer injectable agents
2-0 VicrylEthiconJ317HSuture
250 mL 0.9% salineBaxter UE1322DReplacement IV Fluid
3 mL SyingeMedtronic/Covidien1180300555Administer injectable agents
3-0 VicrylEthiconVCP824GSuture
36” Pressure monitoring tubingSmith’s MedicalMX563Connect art. Line  to transducer
4.0 mm ID endotracheal tubeMedlineDYND43040Establish airway for Hibernation
4-0 Tevdek II StrandsDeknatel7-922Suture to secure constrictor around LAD
48” Pressure monitoring tubingSmith’s MedicalMX564Connect art. Line  to transducer
500mL 0.9% Sodium chlorideBaxter2B1323QDrug delivery, Provide mist for Blower Mister
6  mL SyringeMedtronic/Covidien1180600777Administer injectable agents
6.0 mm ID endotracheal tubeMallinckrodt86049Establish airway for Revasc,MRI and Termination
6.5 mm ID endotracheal tubeMedlineDYND43065Establish airway for Revasc,MRI and Termination
6” pressure tubing lineSmith’s MedicalMX560Collect bone marrow
60 mL SyringeMedtronic/Covidien8881560125Administer injectable agents
7.0 mm ID endotracheal tubeMedlineDYND43070Establish airway for Revasc,MRI and Termination
7-0 ProleneEthiconM8702Suture
Advanced DMEM (1X)ThermoFisher Scientific12491023
Alcohol Prep padsMedSourceMS-17402Skin disinfectant
Amicon Ultra-15 Centrifugal Filter UnitMillipore SigmaUFC910024
Anesthesia MachineDragerFabious Triomaintains general anesthesia
Anesthesia Machine + ventilatorDRE Drager- Fabius TiroDRE0603FTDeliver Oxygen and inhalant to patient
Anesthesia MonitorPhillips  IntellivueMP70Multiparameter for patient safety
Arterial Line KitArrowASK-04510-HFFemoral catheter for blood pressure monitoring
Artificial TearsRugby0536-1086-91Lubricate eyes to prevent corneal drying
Bair Hugger3MModel 505Patient Warming system
Basic packMedlineDYNJP1000Sterile drapes and table cover
Blood Collection Tubes- green topFisher Scientific02-689-7Collect microsphere blood samples
Blower Mister KitMedtronic/Covidien22120Clears surgical field for vessel anastomosis
BODIPY TR CeramideThermoFisher ScientificD7540
Bone marrow needle- 25mm 15 ga IO needleVidacare9001-VC-005Collect bone marrow
Bone WaxMedlineETHW31GHemostasis of cut bone
Bovie Cautery hand pieceCovidienE2516Hemostasis
BupivicainePfizer00409-1161-01Local Anesthetic
Buprenorphine 0.3 mg/mLSigma AldrichB9275Pre operative Analgesic for survivial procedures
Cell ScrapersCorning353085
Cephazolin 1 grPfizer00409-0805-01Antibiotic
Chest TubeCovidien8888561043Evacuates air from chest cavity
CloroprepBecton Dickenson260815Surgical skin prep
Corning bottle-top vacuum Filter System (500mL)Millipore Sigma430758
CPT tubeBD362753MSC isolation from bone marrow
Delrin ConstrictorU of MNCustom madeCreates stenosis of LAD
DermabondEthiconDNX12Skin adhesive
DMEM (1X) Dulbecco's Modified Eagle Medium, HEPESThermoFisher Scientific12430062
Dobutamine 12.5 mg/mLPfizer00409-2344-01Increases blood pressure and heart rate during the second microsphere blood collection
ECG PadsDRE1496Monitor heart rhythm
Exosome-Depleted FBSThermoFisher ScientificA2720801
Falcon Disposable Polystyrene Serological Pipets, Sterile, 10mLFisher Scientific13-675-20
Femoral and carotid introducerCordis- J&J504606Pfemoral and carotis cannulas
Fetal Bovine Serum, Heat Inactivated, Gibco FBSThermoFisher Scientific16140089
Flo-thru 1.0BaxterFT-12100used to anastomos LIMA to L
Flo-thru 1.25BaxterFT-12125FT-12125
Flo-thru 1.5BaxterFT-12150FT-12150
Flo-thru 2.0BaxterFT-12200FT-12200
GlutaMAX SupplementThermoFisher Scientific35050061
Hair ClipperOster078566-011-002Remove hair from surgery sites
Helistat collagen spongeMcKesson570973 1690ZZSponge for embedding exosomes
HeparinPfizer 0409-2720-03anticoaggulant
Histology JarsFisher Scientific316-154Formalin for tissue samples
HyClone Characterized Fetal Bovine Serum (FBS)CytivaSH30071.03
HypafixBSN Medical4210Secure wound dressing and IV catheters
IsofluraneSigma AldrichCDS019936General Anesthestic- Inhalant
IV Tubing for Blower MisterCarefusion42493EAdapts to IV Fluids for Blower/Mister
Jelco 18 ga IV catheterSmiths medical4054IV access in Revasc, MRI and Term
Lidocaine 2%Pfizer00409-4277-01Local Anesthetic/ antiarrthymic
LigaclipsEthiconMSC20Surgical Staples for LIMA takedown
Long blade for laryngoscopeDRE12521Allows for visualization of trachea for intubation
Meloxicam 5 mg/mLBoehringer Ingelheim141-219Post operative Analgesic
Microsphere pumpCollect blood samples from femoral introducer
Monopolar CauteryCovidienValleylab™ FT10Hemostasis
Nanosight NS 300Malvern PanalyticalMAN0541-03-EN
NTA 3.1.54 softwareMalvern PanalyticalMAN0520-01-EN-00
OPVAC Synergy IITerumo Cardiovascular System401-230Heart positioner and Stabilizer
Oxygen Tank E cylindervariousvariousUsed for Blower Mister if anesthesia machine doesn't have auxiliary flow meter
PBS, pH 7.2ThermoFisher Scientific20012050
Penicillin-Streptomycin-Neomycin (PSN) Antibiotic MixtureThermoFisher Scientific15640055
Pigtail 145 catheter 6 FrenchBoston Scientific08641-41Measure LV pressures
Pressure TransducervariousMust adapt to anesthesia monitorMonitor direct arterial pressures
PropofolDiprivan269-29Induction agent
RoncuroniumMylan67457-228-05Neuromuscular blocking agent
SR Buprenorphine 10 mg/mLAbbott LabsNADA 141-434Post operative Analgesic
Sterile Saline 20 mLFisher Scientific20T700220Flush for IV catheters
Sternal Saw/ Necropsy SawThermo Fisher812822Used to open chest cavity
Stop CocksSmith MedicalMX5311L2 to connect to pig tail
Succinylcholine 20 mg/mLPfizer00409-6629-02Neuromuscular blocking agent
Suction  tubingMedlineDYND50223
Suction ContainerMedlineDYNDCL03000
Surgery pack with chest retractorvariousSee pack listFemoral cut down and median sternotomy
Surgical InstrumentsvariousSee pack listFemoral and carotid cutdowns and sternotomy
Surgical Spring ClipApplied MedicalA1801Clamp end of LIMA after takedown
Syringe pumpHarvardDelivers IV Dobutamine infusion
SYTO RNASelect Green Fluorescent cell Stain - 5 mM Solution in DMSOMillipore SigmaS32703
Telazol 100 mg/mLFort Dodge01L60030Pre operative Sedative
Telpha padCovidien2132Sterile wound dressing
TimerTime collection of blood samples
Total Exosome Isolation Reagent (from cell culture media)ThermoFisher Scientific4478359
TPP Tissue Culture Flask, T75, Filter Cap w/ 0.22uM PTFEThermoFisher ScientificTP90076
Triple Antibiotic OintmentJohnson & Johnson23734Topical over wound
Vicryl meshEthiconVKMLPatch for epicardial cell application
VortexMix microspheres
Xylazine 100 mg/mLVedco468RXPre operative Sedative/ analgesic

References

  1. Dai, H., et al. Global, regional, and burden of ischaemic heart disease and its attributable risk factors, 1990-2017: results from the Global Burden of Disease Study 2017. European heart journal. Quality of care & clinical outcomes. 8 (1), 50-60 (2022).
  2. Tsao, C. W., et al.

Explore More Articles

199

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved