El objetivo general del estudio actual es presentar las técnicas de inducción del infarto de miocardio (MI) y la insuficiencia cardíaca de infarto post-miocárdico (post-MI HF) en minipigs Göttingen de pecho cerrado y la caracterización del modelo HF post-MI en minipigs de Gotinga en comparación con los cerdos Landrace.
El desarrollo de la insuficiencia cardíaca es el predictor más potente de mortalidad a largo plazo en pacientes que sobreviven al infarto agudo de miocardio (MI). Existe una necesidad clínica insatisfecha de prevención y terapia de insuficiencia cardíaca post-miocardio (HF post-MI). Los modelos porcinos clínicamente relevantes del HF post-MI son requisitos previos para los estudios finales de prueba de concepto antes de entrar en ensayos clínicos en el desarrollo de fármacos y dispositivos médicos.
Aquí queríamos caracterizar un modelo porcino de pecho cerrado de HF post-MI en minipigs Göttingen adultos con seguimiento a largo plazo incluyendo imágenes de resonancia magnética cardíaca en serie (CMRI) y compararlo con el modelo de cerdo Landrace comúnmente utilizado.
Mi fue inducido por la oclusión de globos intraluminales de la arteria coronaria descendente anterior izquierda durante 120 min en minipigs de Gotinga y durante 90 minutos en cerdos Landrace, seguido de reperfusión. Cmri se realizó para evaluar la morfología cardíaca y la función al inicio en ambas razas y a los 3 y 6 meses en Göttingen minipigs y a los 2 meses en cerdos Landrace, respectivamente.
Los tamaños de las cicatrices eran comparables en las dos razas, pero el MI resultó en una disminución significativa de la fracción de eyección ventricular izquierda (LVEF) sólo en las minipigs de Gotinga, mientras que los cerdos Landrace no mostraron una reducción del LVEF. La fracción de eyección ventricular derecha (RV) aumentó en ambas razas a pesar de los insignificantes tamaños de cicatriz de RV. En contraste con el aumento significativo de la masa ventricular ventricular izquierda (LVED) en cerdos Landrace a los 2 meses, las minipigs de Gotinga mostraron un ligero aumento de la masa LVED sólo a los 6 meses.
En resumen, esta es la primera caracterización del HF post-MI en minipigs de Gotinga en comparación con los cerdos Landrace, mostrando que el modelo de minipig Göttingen refleja parámetros posteriores al FOMIN comparables a la patología humana. Llegamos a la conclusión de que el modelo Göttingen minipig es superior al modelo de cerdo Landrace para estudiar el desarrollo del HF post-MI.
A pesar de la disminución de la mortalidad por infarto agudo de miocardio (MI), la incidencia de insuficiencia cardíaca post-miocardio (post-MI HF) no ha cambiado con el tiempo1. La insuficiencia cardíaca (HF) es uno de los predictores más potentes de la muerte en pacientes con MI2. Hasta la fecha, el tratamiento con reperfusión es la única opción de tratamiento disponible para limitar el tamaño del infarto de miocardio y reducir el riesgo de un HFposterior 3,4,5. La HF y otras complicaciones pueden ocurrir como consecuencia de una lesión por reperfusión; por lo tanto, todavía hay una necesidad insatisfecha para el desarrollo de terapias cardioprotectoras más allá de la reperfusión oportuna6,7,8. Numerosas terapias cardioprotectoras eficaces incluso en modelos animales grandes se han descrito, pero sólo el acondicionamiento isquémico remoto (RIC) parecía mejorar los resultados clínicos de post-MI HF en un pequeño ensayo clínico9. Sin embargo, este resultado alentador sobre la eficacia de la RIC fue cuestionado en un ensayo controlado aleatorizado y único ciego (CONDI-2/ERIC-PPCI) realizado en 33 centros de toda Europa en pacientes con STEMI, donde la RIC no mejoró los resultados clínicos10. Las posibles razones de la traducción fallida de los datos preclínicos podrían ser el uso de modelos animales post-FOM subóptimos con baja relevancia clínica11.
La morfología cardiovascular (patológico) y la fisiología (patológica) de los modelos porcinos se asemejan a las condiciones humanas; por lo tanto, es ampliamente utilizado y aceptado en la investigación cardiovascular traslacional12,13,14. Las razas de cerdo utilizadas en la investigación cardiovascular pertenecen a las muy diversas especies de cerdos domésticos (Sus scrofa domestica) que incluyen cerdos que varían en tamaño, apariencia y antecedentes genéticos15,16. Aunque el HF post-MI ha sido investigado extensamente en cerdos, no se publicó ningún estudio con el objetivo de caracterizar y comparar el efecto de la MI en el resultado del HF post-MI en cerdos Landrace y minipigs de Gotinga. La tasa de crecimiento intensivo de los cerdos Landrace puede afectar los resultados morfofuncionales cardíacos; sin embargo, las minipigs de Gotinga con patrones de crecimiento restringidos pueden superar estas preocupaciones y pueden servir como un modelo factible para el seguimiento a largo plazo en la evaluación del HF posterior al MI. Además, una directriz sobre la relevancia del rigor y la reproducibilidad en los estudios preclínicos sobre cardioprotección recomienda el uso de imágenes de resonancia magnética cardíaca (CMRI) como modelo clínicamente relevante para la medición de la función ventricular en cerdos12.
Para analizar el interés científico en el HF post-MI en cerdos realizamos una búsqueda literaria en PubMed utilizando la siguiente cadena de búsqueda: “(cerdo O cerdo O cerdo o porcino O sus-scrofa O mini-cerdo O mini-cerdo O cerdo en miniatura O miniatura porcino) Y (infarto* O ischem* O ischaem* O reperfus*) Y (corazón O cardi* O miocard*) Y (LAD O left-anterior* O LCX O left-circunflexo O RCA) Y (insuficiencia cardíaca O lvef O eyección-fracción O infarto-tamaño O infarto)” y encontró que los modelos de cerdo de isquemia cardíaca / perfusión se utilizan con frecuencia para estudiar MI y post-MI HF, pero sólo el 17% (71 de 425 artículos) de estudios participaron minipigs y el 7% (30 de 425 artículos) utilizaron minipigs de Gotinga. Sólo alrededor del 1% (5 de 425) de los estudios utilizaron minipigs de Gotinga y protocolos clínicamente relevantes con seguimiento a largo plazo (1-9 meses de reperfusión) y CMRI para analizar la función cardíaca. El pequeño número de estudios clínicamente relevantes pone de relieve la brecha traslacional entre la investigación básica y los ensayos clínicos. Por lo tanto, se requiere una caracterización completa de los modelos HF post-MI de pecho cerrado en minipigs de Gotinga y cerdos Landrace con evaluación repetida de la función ventricular izquierda y derecha y anatomía utilizando CMRI durante el seguimiento a largo plazo. Aquí nos proponimos centrarnos en la viabilidad técnica y la relevancia clínica de dos modelos de HF post-MI para describir protocolos experimentales estandarizados y reproducibles para estudios posteriores al FOMIN que pueden utilizarse para evaluar terapias cardioprotectoras de medicamentos y/o dispositivos médicos.
El presente estudio es el primero en la literatura en caracterizar un modelo clínicamente relevante de HF post-MI utilizando minipigs Göttingen adultos y comparar parámetros funcionales morfológicos y cardíacos de la izquierda y la derecha ventricular con el de los cerdos landrace adolescentes.
Aquí describimos un protocolo detallado que destaca los pasos críticos de una técnica de inducción de MI aguda y la evaluación del HF post-MI en un modelo de pecho cerrado de minipigs Göttingen adultos. También describimos el método de administración de drogas intracoronarias, puntuación BARI, y reportamos cambios morfo-funcionales cardíacos ventriculares izquierdos y a la derecha en un modelo traslacional post-MI HF. Esta es la primera caracterización del HF post-MI en minipigs de Gotinga en comparación con los cerdos Landrace, mostrando que el modelo de minipig Göttingen refleja parámetros posteriores al FOMIN comparables a los humanos. Llegamos a la conclusión de que el modelo Göttingen minipig es superior al cerdo Landrace para dar seguimiento al desarrollo del HF post-MI. Los modelos porcinos clínicamente relevantes del HF post-MI son requisitos previos para los estudios finales de prueba de concepto antes de entrar en ensayos clínicos en la mayoría de los proyectos de desarrollo de fármacos cardiovasculares y dispositivos médicos6,7,12. De hecho, los modelos de cerdo se asemejan a los humanos en anatomía, fisiología y propiedades bioquímicas, en particular en el campo de la investigación de mi, ya que desarrollan infartos trans-murales debido a la falta de perfusión colateral14. Por lo tanto, los modelos porcinos pueden servir como modelos para el análisis de terapias cardioprotectoras y sus mecanismos24,25,26,27,28,29.
Aquí hemos encontrado que a pesar de los mismos tamaños de cicatriz, tasas de mortalidad, y puntuaciones BARI en las dos razas, la disfunción ventricular izquierda caracterizada por la disminución de la LVEF se observó sólo en las minipigs de Gotinga. Aquí observamos una mortalidad aguda del 15,4% en las minipigs de Gotinga y sin mortalidad en el período de seguimiento, esta última es comparable a la de los estudios clínicos. De hecho, un metanálisis a nivel de paciente de 10 ensayos clínicos aleatorizados encontró que el Kaplan-Meier estimó que la tasa de mortalidad por todas las causas a 1 año era tan baja como el 2,2% después del infarto de miocardio30. Los tamaños de cicatriz reportados aquí son comparables a los de los ensayos clínicos. En los ensayos clínicos realizados por Lonborg et al y Stone et al en pacientes que sobreviven al infarto de miocardio de elevación ST, los tamaños medios de cicatriz, medidos como % de masa miocárdica ventricular izquierda fueron del 9,5% y del 17,9%, respectivamente30,31. Además, el tamaño de las cicatrices del presente estudio coincide con los notificados en publicaciones anteriores en las minipigs de Gotinga (12-25 %)32,33,34,35,36,37 y en cerdos Landrace (14-18%)38,39,40. El presente hallazgo sobre el LVEF basal en porcinos de Landrace es según datos reportados por otros en grandes porcinos13,41,42. Estos valores en cerdos grandes son más pequeños en comparación con los rangos de referencia LVEF humanos saludables (58-61 %)43 y valores basales (preinfarto) en minipigs de Gotinga (55-73%)33,44,45. No obstante, vale la pena señalar que sólo los datos posteriores al infarto o los cambios delta del LVEF se notifican en la mayoría de las publicaciones46,47,48,49,50. De acuerdo con los resultados actuales, estudios previos de HF post-MI inducidos por oclusión de LAD de 45 a 90 minutos seguidos de reperfusión o por oclusión permanente de LAD no han demostrado ninguna reducción o reducción modesta de LVEF en Landrace o Yorkshire porcina después de 4-6 semanas de seguimiento en comparación con la línea de base (pre-infarto) LVEF51,52,53. Sin embargo, Schuleri et al. compararon los parámetros morfofuncionales entre las minipigs de Gotinga y los cerdos de Yorkshire y encontraron que ambas razas mostraron una disminución de LVEF 8 semanas después de la inducción de MI por 120 a 150 min LAD oclusión-reperfusión; sin embargo, los valores basales de LVEF en los cerdos de Yorkshire no fueron reportados54. En otros experimentos en cerdos dalland landrace hembras después de mi remodelación adversa fue inducido por oclusión lad 90 min, sin embargo, LVEF no se informó después de 4 semanas de seguimiento55. A diferencia de nuestros hallazgos, en un estudio de de Jong et al., lvef disminuyó notablemente en cerdos landrace sometidos a oclusión latiza de pecho abierto y seguido de un seguimiento de 12 semanas56. Esta diferencia puede atribuirse a un período isquémico sustancialmente más largo (150 min), que dio lugar a un mayor tamaño del infarto (23,4 ± 2,1% de LV). En otros lugares, la oclusión de pecho cerrado de 120 minutos de arteria coronaria circunflexada izquierda (LCX) en cerdos landrace alemanes condujo a una reducción significativa del LVEF después de ocho semanas de reperfusión, lo que sugiere que la diferente ubicación de la MI también puede afectar la función ventricular izquierda global57. Nuestros hallazgos actuales son consistentes con otros que muestran una reducción significativa del LVEF en el HF post-MI en las minipigs de Gotinga después del seguimiento a largo plazo33,44,45.
La reducción del LVEF en las minipigs de Gotinga después de la MI es consistente con los datos clínicos que muestran disfunción cardíaca como consecuencia de la remodelación ventricular en pacientes después de AMI58. En conclusión, las minipigs de Gotinga imitan mejor las condiciones humanas, ya que el LVEF previo al infarto, el tamaño de la cicatriz, el LVEF postinfarto y la mortalidad son todos comparables a estos parámetros que se encuentran en los seres humanos.
Aquí observamos un aumento del 8% en la masa LVED después de seis meses en minipigs de Gotinga y un notablemente mayor (97%) aumento de las masas LVED en cerdos Landrace después de dos meses. Datos similares fueron reportados por Schuleri et al. en cerdos de Yorkshire, donde se observó un aumento del 40% en el peso cardíaco después de dos meses. Por el contrario, en otros experimentos de HF post-MI de pecho cerrado en Göttingen no se observaron cambios significativos en las masas ventriculares izquierdas33,44. Por lo tanto, las diferencias entre las dos razas con respecto al LVEF pueden atribuirse a una tasa de crecimiento cardíaco intensivo en cerdos Landrace y, por lo tanto, a una remodelación cardíaca alterada.
En entornos clínicos, además del LVEF, el volumen ventricular izquierdo proporciona una valiosa visión del pronóstico a largo plazo y la tasa de mortalidad en pacientes post-MI59. El LVESV es el principal determinante de la mortalidad temprana y tardía en pacientes después de la AMI60,61. Aquí hemos demostrado que el volumen ventricular evaluado por CMRI aumentó significativamente en ambas razas. La remodelación post-MI indujo un aumento más pronunciado del LVESV que en el LVEDV en las minipigs de Gotinga, mientras que tanto el LVESV como el LVEDV se incrementaron en una tasa similar en los cerdos Landrace. En consecuencia, la fracción de eyección ventricular izquierda (LVEF) se redujo significativamente a los 3 y 6 meses sólo en las minipigs de Gotinga, pero no en los cerdos landrace después de 2 meses. Estos resultados deben interpretarse con precaución en los cerdos Landrace, donde el aumento del LVESV, el LVEDV y el LVSV (calculado como la diferencia entre el LVESV y el LVEDV) son más probables relacionados con un aumento intensivo de la masa cardíaca. El aumento del LVESV y el LVEDV son coherentes con los datos clínicos de pacientes con HF62,63,64post-MI. Además, la remodelación ventricular izquierda adversa se definió como un aumento del 15% o más en el LVEDV en los estudios clínicos65,66 y encontramos aquí un aumento del 28% después de 3 meses y un aumento del 42% después de 6 meses en LVEDV en las minipigs de Gotinga que muestran una remodelación adversa clínicamente relevante. Además, aquí hemos demostrado que la LAVi aumentó sólo en minipigs de Gotinga, pero no en cerdos Landrace. El aumento del volumen auricular izquierdo es una alteración estructural clave adicional en el contexto de la HF y es un predictor independiente de la muerte y la hospitalización del FS en pacientes que sobreviven al MI67.
La función ventricular derecha rara vez se estudia en modelos HF post-MI. Aquí hemos encontrado que la fracción de eyección ventricular derecha aumentó en ambas razas. Aunque la RV prácticamente no estaba involucrada en la necrosis miocárdica, RVEF aumentó significativamente en ambas razas indicando sobrecarga de volumen de RV y por lo tanto disfunción ventricular izquierda. Del mismo modo, un estudio clínico que inscribió a 2008 pacientes con HF sistólica crónica mostró que 733 pacientes (37%) pertenecía a la categoría normal de función ventricular derecha con RVEF≥40%68.
En conclusión, hemos demostrado aquí que el modelo adulto Göttingen minipig con seguimiento a largo plazo imita los parámetros funcionales y morfológicos del HF post-MI comparables a los humanos. Nuestros datos actuales también muestran que los cerdos Landrace no son aptos para la evaluación del HF post-MI principalmente debido a las consecuencias del rápido aumento del peso corporal y cardíaco que no permite el seguimiento a largo plazo e interfiere con la patología post-MI HF. Los cerdos landrace podrían ser adecuados para evaluar las consecuencias del infarto agudo de miocardio. La caracterización integral actual de los modelos de infarto de pecho cerrado en las minipigs Landrace y Göttingen será útil para elegir los modelos animales grandes óptimos para estudiar el HF post-MI y desarrollar terapias novedosas contra esta patología.
Limitaciones
El experimento actual se realizó sólo en cerdos hembra, por lo tanto, el efecto potencial de los diferentes sexos en el HF post-MI sigue siendo desconocido en estos modelos69. Cmri evaluó los signos de HF, de acuerdo con las recomendaciones de una directriz reciente sobre la pertinencia del rigor y la reproducibilidad en los estudios preclínicos sobre cardioprotección12. Sin embargo, el uso de una angulación más específica de los planos de imágenes cmri y una secuencia más específica puede resultar en una mejor estimación de los volúmenes auriculares izquierdos y el edema pulmonar. Aunque no hemos medido biomarcadores y signos histológicos de HF post-MI en este estudio, estos modelos son adecuados para el análisis de cualquier biomarcador desde la disponibilidad de muestras de plasma y tejidos. Debido a la diferente susceptibilidad de las 2 razas a la lesión por isquemia/reperfusión, aquí se seleccionaron diferentes duraciones de oclusión coronaria que aunque pueden limitar la comparación de los 2 modelos, sin embargo, con este enfoque logramos un tamaño infarto similar. El tiempo de seguimiento en las 2 razas fue diferente, ya que en los cerdos Landrace sólo 2 meses de tiempo de seguimiento se puede lograr debido a razones técnicas, es decir, rápido aumento en el peso corporal que muestra una limitación importante del modelo Landrace. Otra limitación es la falta de diferentes factores de riesgo y comorbilidades y, por lo tanto, los modelos animales grandes actuales no imitan completamente la situación clínica en términos de la presencia de múltiples factores de riesgo, incluyendo co-morbilidades y sus medicamentos. Sin embargo, actualmente, no existen modelos animales grandes establecidos con múltiples comorbilidades para uso rutinario. Estos grandes modelos animales no pueden ser impulsados para el análisis de la mortalidad debido a razones éticas animales y el alto costo de estos estudios.
The authors have nothing to disclose.
Este estudio fue financiado por Quark Pharmaceuticals Inc, donde S.A. y E.F. son empleados. Este estudio también fue apoyado por la Oficina Nacional de Investigación, Desarrollo e Innovación de Hungría (NKFIA; NVKP-16-1-2016-0017 Programa Nacional del Corazón), y por el Programa de Excelencia Institucional de Educación Superior del Ministerio de Capacidades Humanas en Hungría, en el marco del programa temático de Desarrollo Terapéutico de la Universidad semmelweis. GB.B. fue apoyado por EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00009 y Gedeon Richter Plc. Z.G. recibió el apoyo de las Becas de Investigación János Bolyai de la Academia Húngara de Ciencias y del Nuevo Programa de Excelencia Nacional ÚNKP-19-4 del Ministerio de Capacidades Humanas.
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 |