L’objectif global de l’étude actuelle est de présenter les techniques d’induction de l’infarctus du myocarde (MI) et de l’insuffisance cardiaque de l’infarctus post-myocardique (post-MI HF) chez les minipigs Göttingen adultes à poitrine fermée et la caractérisation du modèle post-MI HF chez les minipigs de Göttingen par rapport aux porcs Landrace.
Le développement de l’insuffisance cardiaque est le prédicteur le plus puissant de la mortalité à long terme chez les patients survivant à l’infarctus aigu du myocarde (MI). Il y a un besoin clinique non satisfait pour la prévention et la thérapie de l’insuffisance cardiaque post-myocardique d’infarctus (post-MI HF). Les modèles porcins cliniquement pertinents du HF post-MI sont des conditions préalables pour des études finales de preuve de concept avant d’entrer dans des essais cliniques dans le développement de médicaments et de dispositifs médicaux.
Ici, nous avons cherché à caractériser un modèle porcin à poitrine fermée de post-MI HF chez les minipigs adultes de Göttingen avec un suivi à long terme, y compris l’imagerie par résonance magnétique cardiaque en série (IMC) et de le comparer avec le modèle de porc Landrace couramment utilisé.
Mi a été induit par occlusion intraluminale de ballon de l’artère coronaire descendante antérieure gauche pendant 120 min dans les minipigs de Göttingen et pendant 90 min dans les porcs de Landrace, suivi de la reperfusion. L’IRMC a été effectué pour évaluer la morphologie cardiaque et la fonction à la ligne de base dans les deux races et à 3 et 6 mois chez les minipigs de Göttingen et à 2 mois chez les porcs Landrace, respectivement.
La taille des cicatrices était comparable chez les deux races, mais l’IM n’a entraîné une diminution significative de la fraction ventriculaire gauche d’éjection (LVEF) que chez les minipigs de Göttingen, tandis que les porcs Landrace n’ont pas montré de réduction du LVEF. La fraction d’éjection ventriculaire droite (RV) a augmenté dans les deux races en dépit des tailles négligeables de cicatrice de RV. Contrairement à l’augmentation significative de la masse ventriculaire gauche de fin-diastolique (LVED) chez les porcs de Landrace à 2 mois, les minipigs de Göttingen ont montré une légère augmentation de la masse de LVED seulement à 6 mois.
En résumé, il s’agit de la première caractérisation du HF post-MI chez les minipigs de Göttingen par rapport aux porcs Landrace, montrant que le modèle minipig de Göttingen reflète des paramètres post-MI HF comparables à la pathologie humaine. Nous concluons que le modèle de minipig de Göttingen est supérieur au modèle de porc de Landrace pour étudier le développement du HF post-MI.
En dépit de la mortalité décroissante de l’infarctus aigu de myocarde (MI), l’incidence de l’insuffisance cardiaque post-myocardique d’infarctus (post-MI HF) n’a pas changé au fildu temps 1. L’insuffisance cardiaque (HF) est l’un des prédicteurs les plus puissants de la mort chez les patients mi2. À ce jour, la thérapie de reperfusion est la seule option de traitement disponible pour limiter la taille de l’infarctus du myocarde et pour réduire le risque d’une HF3ultérieure ,4,5. Hf et d’autres complications peuvent se produire à la suite d’une blessure de reperfusion; par conséquent, il y a toujours un besoin non satisfait pour le développement des thérapies cardioprotective au-delà de la reperfusionopportune 6,7,8. De nombreuses thérapies cardioprotectrices efficaces même chez les grands modèles animaux ont été décrites, mais seul le conditionnement ischémique à distance (RIC) a semblé améliorer les résultats cliniques du HF post-MI dans un petit essai clinique9. Toutefois, ce résultat encourageant sur l’efficacité du RIC a été remis en question dans un essai contrôlé randomisé à un seul aveugle (CONDI-2/ERIC-PPCI) réalisé dans 33 centres à travers l’Europe chez des patients stemi, où le RIC n’a pas réussi à améliorer les résultatscliniques 10. Les raisons potentielles de l’échec de la traduction des données précliniques pourraient être l’utilisation de modèles animaux post-MI HF sous-optimaux avec une faible pertinenceclinique 11.
La morphologie cardiovasculaire (patho)morphologie et (patho)physiologie des modèles de porcs ressemblent à des conditions humaines; ainsi, il est employé et accepté couramment dans la recherchecardio-vasculaire translationnelle 12,13,14. Les races porcines utilisées dans la recherche cardiovasculaire appartiennent à la très diversifiée espèce de porc domestique (Sus scrofa domestica) qui comprend les porcs dont la taille, l’apparence et le fondgénétique varient 15,16. Bien que l’après-MI HF ait fait l’objet de recherches approfondies chez les porcs, aucune étude n’a été publiée dans le but de caractériser et de comparer l’effet de l’IM sur les résultats de l’HF post-MI chez les porcs Landrace et les minipigs de Göttingen. Le taux de croissance intensif des porcs Landrace peut affecter les résultats morphofonctionnels cardiaques; toutefois, les minipigs de Göttingen dont les modèles de croissance sont limités peuvent surmonter ces préoccupations et servir de modèle réalisable pour le suivi à long terme de l’évaluation de l’HF post-MI. En outre, une ligne directrice sur la pertinence de la rigueur et de la reproductibilité dans les études précliniques sur la cardioprotection recommande l’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique cardiaque (IRMC) comme modèle cliniquement pertinent pour la mesure de la fonction ventriculaire chez lesporcs 12.
Pour analyser l’intérêt scientifique pour le post-MI HF chez les porcs, nous avons effectué des recherches documentaires sur PubMed à l’aide de la chaîne de recherche suivante: « (porc ou porc ou porc ou sus-scrofa OU minipig OU mini-cochon OU miniature-porc OU miniature-porcin) ET (infarctus* OU ischémique* OU ischémique* OU reperfus*) ET (coeur OU cardi* OU myocarde*) ET (LAD OU gauche-antérieur* OU LCX OU gauche-circ RCA) ET (insuffisance cardiaque OU lvef OU éjection-fraction OU taille infarctus ou taille infarctus) ” et a constaté que les modèles porcins d’ischémie cardiaque/reperfusion sont fréquemment utilisés pour étudier l’IM et post-MI HF, mais seulement 17% (71 articles sur 425) des études ont impliqué des minipigs et 7% (30 sur 425 articles) ont utilisé des minipigs de Göttingen. Seulement environ 1 % (5 sur 425) des études utilisaient des minipigs de Göttingen et des protocoles cliniquement pertinents avec un suivi à long terme (1 à 9 mois de reperfusion) et l’IRMC pour analyser la fonction cardiaque. Le petit nombre d’études cliniquement pertinentes met en évidence l’écart translationnel entre la recherche fondamentale et les essais cliniques. Par conséquent, une caractérisation complète des modèles post-MI HF à poitrine fermée chez les minipigs de Göttingen et les porcs Landrace avec une évaluation répétée de la fonction ventriculaire gauche et droite et de l’anatomie à l’aide de l’IMC pendant le suivi à long terme est nécessaire. Ici, nous voulions nous concentrer sur la faisabilité technique et la pertinence clinique de deux modèles post-MI HF pour décrire des protocoles expérimentaux normalisés et reproductibles pour les études post-MI HF qui peuvent être utilisées pour évaluer les médicaments cardioprotecteurs et/ou les thérapies par dispositifs médicaux.
La présente étude est la première de la littérature à caractériser un modèle cliniquement pertinent de post-MI HF à l’aide de minipigs adultes de Göttingen et à comparer les paramètres fonctionnels ventriculaires morphologiques et cardiaques gauche et droit avec ceux des porcs landrace adolescents.
Ici nous avons décrit un protocole détaillé soulignant les étapes critiques d’une technique d’induction de MI aiguë et l’évaluation du HF post-MI dans un modèle fermé-coffre des minipigs adultes de Göttingen. Nous avons également décrit la méthode de l’administration intracoronary de drogue, de la notation de BARI, et a rapporté les changements morpho-fonctionnels ventriculaires gauches et droit dans un modèle translationnel de HF de poteau-MI. Il s’agit de la première caractérisation du HF post-MI chez les minipigs de Göttingen par rapport aux porcs Landrace, montrant que le modèle minipig de Göttingen reflète des paramètres post-MI HF comparables à ceux des humains. Nous concluons que le modèle minipig de Göttingen est supérieur au porc Landrace pour assurer le suivi du développement de modèles porcin post-MI HF. Les modèles porcins cliniquement pertinents du post-MI HF sont des conditions préalables à des études finales de preuve de concept avant de participer à des essais cliniques dans la plupart des projets de développement de médicaments et de dispositifsmédicaux cardiovasculaires 6,7,12. En effet, les modèles de porc ressemblent à des humains dans l’anatomie, la physiologie, et les propriétés biochimiques en particulier dans le domaine de la recherche d’MI pendant qu’ils développent des infarctus trans-muros dus au manque de perfusioncollatérale 14. Par conséquent, les modèles de porc peuvent servir de modèles pour l’analyse des thérapies cardioprotectrices et deleurs mécanismes 24,25,26,27,28,29.
Ici nous avons constaté que malgré les tailles égales de cicatrice, les taux de mortalité, et les scores de BARI dans les deux races, le dysfonctionnement ventriculaire gauche caractérisé par le LVEF diminué a été observé seulement dans les minipigs de Göttingen. Ici, nous avons observé une mortalité aiguë de 15,4% chez les minipigs de Göttingen et aucune mortalité au cours de la période de suivi, cette dernière est comparable à celle des études cliniques. En effet, une méta-analyse au niveau du patient de 10 essais cliniques randomisés a révélé que le taux de mortalité toutes causes confondues à 1 an de Kaplan-Meier était aussi bas que 2,2 % après l’infarctus du myocarde.30. La taille des cicatrices signalée ici est comparable à celle des essais cliniques. Dans les essais cliniques effectués par Lonborg et coll. et Stone et coll. chez des patients qui survivent à l’infarctus du myocarde de ST-elevation, les tailles médianes des cicatrices, mesurées en % de la masse myocardique ventriculaire gauche étaient de 9,5 % et 17,9 % respectivement.30,31. En outre, la taille des cicatrices dans la présente étude est conforme à celles rapportées dans les publications précédentes dans les minipigs de Göttingen (12-25%)32,33,34,35,36,37 et chez les porcs Landrace (14-18%)38,39,40. La présente constatation sur le LVEF de base chez les porcs Landrace est selon les données rapportées par d’autres13,41,42. Ces valeurs chez les gros porcs sont plus faibles que les fourchettes de référence humaines saines (58-61 %)43 et les valeurs de base (pré-infarctus) dans les minipigs de Göttingen (55-73%)33,44,45. Néanmoins, il convient de noter que seules les données post-infarctus ou les changements delta de LVEF sont rapportés dans la plupart des publications46,47,48,49,50. Conformément aux résultats actuels, les études antérieures de l’occlusion post-MI HF induites par occlusion de LAD de 45 à 90 min suivies de la réperfusion ou de l’occlusion permanente de LAD n’ont démontré aucune réduction ou réduction modeste de LVEF dans landrace ou porc de Yorkshire après 4-6 semaines de suivi par rapport à la ligne de base (pré-infarctus) LVEF51,52,53. Cependant, Schuleri et coll. ont comparé les paramètres morphofonctionnels entre les minipigs de Göttingen et les porcs du Yorkshire et ont constaté que les deux races ont montré une diminution de LVEF 8 semaines après induction de MI par 120 à 150 min OCCLUSION-reperfusion de LAD ; toutefois, les valeurs de base du LVEF chez les porcs du Yorkshire n’ont pas été54. Dans d’autres expériences chez les porcs femelles Dalland Landrace post-MI remodelage défavorable a été induit par 90 min occlusion LAD, cependant, LVEF n’a pas été signalé après 4 semaines de suivi55. Contrairement à nos résultats, dans une étude de de Jong et coll., LVEF a nettement diminué chez les porcs Landrace soumis à l’occlusion ouverte de LAD de coffre et suivi d’un suivi de 12 semaines56. Cette différence peut être attribuée à une période ischémique beaucoup plus longue (150 min), ce qui a entraîné une plus grande taille de l’infarctus (23,4 ± 2,1 % du LV). Ailleurs, l’occlusion fermée-poitrine de 120 min de l’artère coronaire gauche de circumflex (LCX) chez les porcs allemands de Landrace a mené à une réduction significative de LVEF après huit semaines de reperfusion, suggérant que l’endroit différent de MI puisse également affecter la fonction ventriculaire gauche globale57. Nos résultats actuels sont compatibles avec d’autres montrant la réduction significative de LVEF dans le HF post-MI dans les minipigs de Göttingen après suivi à long terme33,44,45.
La réduction de LVEF dans les minipigs de Göttingen suivant MI est compatible avec des données cliniques montrant le dysfonctionnement cardiaque en conséquence du remodelage ventriculaire dans les patients après AMI58. En conclusion, les minipigs de Göttingen imitent mieux les conditions humaines, puisque le LVEF de pré-infarctus, la taille de cicatrice, le LVEF de poteau-infarctus, et la mortalité sont tous comparables à ces paramètres trouvés chez l’homme.
Ici, nous avons observé une augmentation de 8% de la masse LVED après six mois dans les minipigs de Göttingen et un nettement plus élevé (97%) augmentation des masses de LVED chez les porcs Landrace après deux mois. Des données similaires ont été rapportées par Schuleri et coll. chez les porcs du Yorkshire, où une augmentation de 40 % du poids cardiaque a été observée après deux mois. En revanche, dans d’autres expériences de HF post-MI à poitrine fermée dans les minipigs de Göttingen aucun changement significatif dans les masses ventriculaires gauches n’aété observé 33,44. Par conséquent, les différences entre les deux races concernant LVEF peuvent être attribuées à un taux de croissance cardiaque intensif chez les porcs Landrace et donc modifié le remodelage cardiaque.
Dans les arrangements cliniques, outre le LVEF, le volume ventriculaire gauche fournit un aperçu valable dans le pronostic à long terme et le taux de mortalité dans les patients post-MI59. Le LVESV est le principal déterminant de la mortalité précoce et tardive chez les patients après AMI60,61. Ici, nous avons montré que le volume ventriculaire évalué par l’IMC a augmenté de façon significative dans les deux races. Le remodelage post-MI a entraîné une augmentation plus prononcée du LVESV que du LVEDV chez les minipigs de Göttingen, tandis que le LVESV et le LVEDV ont été augmentés d’un taux similaire chez les porcs landrace. Par conséquent, la fraction ventriculaire gauche d’éjection (LVEF) a été sensiblement diminuée à 3 et 6 mois seulement dans les minipigs de Göttingen mais pas dans les porcs de Landrace après 2 mois. Ces résultats doivent être interprétés avec prudence chez les porcs Landrace, où l’augmentation du LVESV, du LVEDV et du LVSV (calculée comme la différence entre le LVESV et le LVEDV) est plus susceptible d’être liée à une augmentation intensive de la masse cardiaque. L’augmentation du LVESV et du LVEDV est compatible avec les données cliniques des patients atteints de HFpost-MI 62,63,64. En outre, le remodelage ventriculaire gauche défavorable a été défini comme une augmentation de 15% ou plus dans le LVEDV dans les étudescliniques 65,66 etnous avons trouvé ici une augmentation de 28% après 3 mois et une augmentation de 42% après 6 mois dans LVEDV dans les minipigs de Göttingen montrant un remodelage défavorable médicalement pertinent. En outre, ici, nous avons montré que LAVi a augmenté seulement dans les minipigs Göttingen, mais pas chez les porcs Landrace. L’augmentation du volume auriculaire gauche est une modification structurale clé supplémentaire dans le contexte de HF et est un prédicteur indépendant de la mort et de l’hospitalisation de HF dans les patients survivant MI67.
La fonction ventriculaire droite est rarement étudiée dans les modèles post-MI HF. Ici nous avons constaté que la fraction ventriculaire droite d’éjection a augmenté dans les deux races. Bien que le VR n’ait pratiquement pas été impliqué dans la nécrose myocardique, RVEF a augmenté de manière significative dans les deux races indiquant la surcharge de volume de RV et donc le dysfonctionnement ventriculaire gauche. De même, une étude clinique portant sur des patients atteints de HF systolique chronique en 2008 a montré que 733 patients (37 %) appartenait à la catégorie normale de fonction ventriculaire droite avec RVEF≥40%68.
En conclusion, nous avons montré ici que le modèle adulte de minipig de Göttingen avec le suivi à long terme imite les paramètres fonctionnels et morphologiques du HF post-MI comparables à ceux des humains. Nos données actuelles montrent également que les porcs Landrace ne conviennent pas à l’évaluation de la HF post-MI principalement en raison des conséquences de l’augmentation rapide du poids corporel et cardiaque qui ne permet pas un suivi à long terme et interfère avec la pathologie post-MI HF. Les porcs landrace pourraient être appropriés pour évaluer les conséquences de l’infarctus aigu du myocarde. La caractérisation complète actuelle des modèles d’infarctus à poitrine fermée dans les minipigs Landrace et Göttingen sera utile pour choisir les modèles animaux de grande taille optimaux pour étudier le HF post-MI et développer de nouvelles thérapies contre cette pathologie.
Limitations
L’expérience actuelle n’a été réalisée que chez les porcs femelles, par conséquent, l’effet potentiel des différents sexes sur le HF post-MI reste inconnu dans cesmodèles 69. Des signes de HF ont été évalués par CMRI, selon des recommandations d’une ligne directrice récente sur la pertinence de la rigueur et de la reproductibilité dans les études précliniques sur la cardioprotection12. Cependant, l’utilisation de l’angulation plus ciblée des plans d’imagerie de CMRI et de la séquence plus ciblée peut avoir comme conséquence une meilleure estimation des volumes auriculaires gauches, et de l’oedème pulmonaire. Bien que nous n’avons pas mesuré les biomarqueurs et les signes histologiques du HF post-MI dans cette étude, ces modèles conviennent à l’analyse de tous les biomarqueurs depuis la disponibilité d’échantillons de plasma et de tissus. En raison de la susceptibilité différente des 2 races aux dommages d’ischémie/reperfusion, différentes durées des occlusions coronaires ont été choisies ici qui peuvent bien limiter la comparaison des 2 modèles, cependant, par cette approche nous avons réalisé la taille infarctus semblable. Le temps de suivi dans les 2 races était différent car chez les porcs Landrace seulement 2 mois de suivi peuvent être atteints pour des raisons techniques, c’est-à-dire l’augmentation rapide du poids corporel qui montre une limitation majeure du modèle Landrace. Une autre limitation est l’absence de différents facteurs de risque et comorbidités et donc les grands modèles animaux actuels n’imitent pas complètement la situation clinique en termes de présence de multiples facteurs de risque, y compris les comorbidités et leurs médicaments. Cependant, à l’heure actuelle, il n’existe pas de grands modèles animaux établis avec de multiples comorbidités pour une utilisation courante. Ces grands modèles animaux ne peuvent pas être alimentés pour l’analyse de la mortalité pour des raisons éthiques animales et le coût élevé de ces études.
The authors have nothing to disclose.
Cette étude a été financée par Quark Pharmaceuticals Inc. où S.A. et E.F. sont des employés. Cette étude a également été soutenue par le Bureau national de la recherche, du développement et de l’innovation de Hongrie (NKFIA; NVKP-16-1-2016-0017 National Heart Program), et par le Programme d’excellence institutionnelle de l’enseignement supérieur du Ministère des capacités humaines en Hongrie, dans le cadre du programme thématique de développement thérapeutique de l’Université Semmelweis. GB.B. a été soutenu par EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00009 et Gedeon Richter Plc. Z.G. a été soutenu par une bourse de recherche János Bolyai de l’Académie hongroise des sciences et par le Programme d’excellence nationale ÚNKP-19-4 du Ministère des capacités humaines.
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 |