O objetivo geral do presente estudo é apresentar as técnicas de indução do infarto do miocárdio (MI) e insuficiência cardíaca pós-miocárdio (pós-MI HF) em miniporcos de Göttingen adultos e a caracterização do modelo pós-MI HF em miniporcos de Göttingen em comparação com os porcos landrace.
O desenvolvimento da insuficiência cardíaca é o mais poderoso preditor da mortalidade a longo prazo em pacientes que sobrevivem ao infarto agudo do miocárdio (MI). Há uma necessidade clínica não atendida de prevenção e terapia de insuficiência cardíaca pós-miocárdio (pós-MI HF). Modelos de suínos clinicamente relevantes do pós-MI HF são pré-requisitos para estudos finais de prova de conceito antes de entrar em ensaios clínicos no desenvolvimento de medicamentos e dispositivos médicos.
Aqui buscamos caracterizar um modelo suíno de peito fechado de pós-MI HF em miniporcos adultos de Göttingen com acompanhamento a longo prazo, incluindo ressonância magnética cardíaca serial (CMRI) e compará-lo com o modelo de porco Landrace comumente usado.
MI foi induzido pela oclusão de balão intraluminal da artéria coronária descendente anterior esquerda por 120 min em miniporcos de Göttingen e por 90 min em porcos landrace, seguido de reperfusão. O CMRI foi realizado para avaliar a morfologia cardíaca e a função na linha de base em ambas as raças e aos 3 e 6 meses em miniporcos de Göttingen e aos 2 meses em suínos landrace, respectivamente.
Os tamanhos das cicatrizes eram comparáveis nas duas raças, mas o MI resultou em uma diminuição significativa da fração de ejeção ventricular esquerda (LVEF) apenas em miniporcos de Göttingen, enquanto os porcos landrace não apresentaram uma redução do LVEF. A fração de ejeção ventricular direita (RV) aumentou em ambas as raças, apesar dos insignificantes tamanhos de cicatriz rv. Em contraste com o aumento significativo da massa ventricular final-diastólica (LVED) esquerda em suínos landrace aos 2 meses, os miniporões de Göttingen apresentaram um ligeiro aumento na massa LVED apenas aos 6 meses.
Em resumo, esta é a primeira caracterização do HF pós-MI em miniporcos de Göttingen em comparação com os porcos landrace, mostrando que o modelo de miniporco de Göttingen reflete parâmetros pós-MI HF comparáveis à patologia humana. Concluímos que o modelo de miniporco de Göttingen é superior ao modelo de suíno Landrace para estudar o desenvolvimento do HF pós-MI.
Apesar da diminuição da mortalidade por infarto agudo do miocárdio (MI), a incidência de insuficiência cardíaca pós-miocárdio (pós-MI HF) não mudou ao longo do tempo1. A insuficiência cardíaca (HF) é um dos preditores mais poderosos da morte em pacientes comMI 2. Até o momento, a terapia de reperfusão é a única opção de tratamento disponível para limitar o tamanho do infarto do miocárdio e reduzir o risco de um HF3,4,5. HF e outras complicações podem ocorrer como consequência de lesão por reperfusão; portanto, ainda há uma necessidade não atendida para o desenvolvimento de terapias cardioprotetoras além da reperfusão oportuna6,7,8. Inúmeras terapias cardioprotetos eficazes mesmo em grandes modelos animais foram descritas, mas apenas o condicionamento isquêmico remoto (RIC) parecia melhorar os resultados clínicos do HF pós-MI em um pequeno ensaio clínico9. No entanto, este resultado encorajador sobre a eficácia do RIC foi questionado em um ensaio controlado randomizado único (CONDI-2/ERIC-PPCI) realizado em 33 centros em toda a Europa em pacientes STEMI, onde o RIC não conseguiu melhorar os resultados clínicos10. As razões potenciais para a tradução fracassada dos dados pré-clínicos podem ser o uso de modelos animais subótimos pós-MI HF com baixa relevância clínica11.
A morfologia cardiovascular (patho)e a fisiologia (patho)dos modelos suínos se assemelham às condições humanas; assim, é amplamente utilizado e aceito em pesquisa cardiovascular translacional12,13,14. As raças suínas utilizadas na pesquisa cardiovascular pertencem às diversas espécies de suínos domésticos (Sus scrofa domestica) que incluem suínos que variam em tamanho, aparência e fundo genético15,16. Embora o HF pós-MI tenha sido pesquisado extensivamente em suínos, nenhum estudo foi publicado com o objetivo de caracterizar e comparar o efeito do MI sobre o resultado do HF pós-MI em porcos landrace e miniporcos de Göttingen. A taxa de crescimento intensiva dos suínos landrace pode afetar os desfechos morfofuncionais cardíacos; no entanto, miniporcos de Göttingen com padrões de crescimento restritos podem superar essas preocupações e podem servir como um modelo viável para o acompanhamento de longo prazo na avaliação do HF pós-MI. Além disso, uma diretriz sobre a relevância do rigor e da reprodutibilidade em estudos pré-clínicos sobre cardioproteção recomenda o uso de ressonância magnética cardíaca (CMRI) como modelo clinicamente relevante para a medição da função ventricular em suínos12.
Para analisar o interesse científico sobre o HF pós-MI em suínos realizamos pesquisa de literatura no PubMed usando a seguinte sequência de pesquisa: “((porco ou suíno ou suíno ou sus-scrofa ou miniporco ou mini-porco ou miniatura-porco ou miniatura– suíno) E (infarto* ou isqueiro* ou isqueiro* OU reperfus*) E (coração OU cardi* OU miocard*) E (LAD OU ESQUERDA-anterior* OU LCX OU esquerda-circunflexo OU RCA) E (insuficiência cardíaca ou lvef ou ejeção-fração ou tamanho infarto ou infarto-tamanho)” e descobriu que modelos de suínos de isquemia/reperfusão cardíaca são frequentemente usados para estudar MI e pós-MI HF, mas apenas 17% (71 dos 425 artigos) de estudos envolveram miniporcos e 7% (30 dos 425 artigos) usaram miniporcos de Göttingen. Apenas cerca de 1% (5 de 425) dos estudos utilizaram miniporcos de Göttingen e protocolos clinicamente relevantes com acompanhamento a longo prazo (1-9 meses de reperfusão) e CMRI para analisar a função cardíaca. O pequeno número de estudos clinicamente relevantes destaca a diferença translacional entre pesquisas básicas e ensaios clínicos. Portanto, é necessária uma caracterização abrangente dos modelos pós-MI HF de peito fechado em miniporcos de Göttingen e porcos Landrace com avaliação repetida da função ventricular esquerda e direita e anatomia usando CMRI durante o acompanhamento a longo prazo. Aqui, pretendemos focar na viabilidade técnica e relevância clínica de dois modelos pós-MI HF para descrever protocolos experimentais padronizados e reprodutíveis para estudos pós-MI HF que podem ser usados para avaliar drogas cardioprotetoras e/ou terapias de dispositivos médicos.
O presente estudo é o primeiro da literatura a caracterizar um modelo clinicamente relevante de HF pós-MI utilizando miniporcos göttingen adultos e comparar parâmetros funcionais ventriculares morfológicos e cardíacos esquerdo e direito com os dos porcos landrace adolescentes.
Aqui descrevemos um protocolo detalhado destacando as etapas críticas de uma técnica de indução de MI agudo e a avaliação do HF pós-MI em um modelo de peito fechado de miniporcos Göttingen adultos. Também descrevemos o método de administração de medicamentos intracoronários, pontuação bari, e relataram alterações ventriculares cardíacas ventriculares esquerda e direita morfofuncional em um modelo translacional pós-MI HF. Esta é a primeira caracterização do HF pós-MI em miniporcos de Göttingen em comparação com os porcos landrace, mostrando que o modelo de minipig de Göttingen reflete parâmetros pós-MI HF comparáveis aos humanos. Concluímos que o modelo de minipig de Göttingen é superior ao porco Landrace para acompanhar o desenvolvimento de modelos de suínos pós-MI HF. Modelos de suínos clinicamente relevantes do pós-MI HF são pré-requisitos para estudos finais de prova de conceito antes de entrar em ensaios clínicos na maioria dos projetos de desenvolvimento de medicamentos cardiovasculares e dispositivos médicos6,7,12. De fato, os modelos de suínos se assemelham aos seres humanos em propriedades de anatomia, fisiologia e bioquímica, em particular no campo da pesquisa mi, à medida que desenvolvem infartos trans-mural devido à falta de perfusão colateral14. Portanto, os modelos suínos podem servir como modelos para a análise de terapias cardioprotetoras e seus mecanismos24,25,26,27,28,29.
Aqui descobrimos que, apesar dos tamanhos iguais da cicatriz, das taxas de mortalidade e dos escores de BARI nas duas raças, a disfunção ventricular esquerda caracterizada pela diminuição do LVEF foi observada apenas nos miniporcos de Göttingen. Aqui observamos uma mortalidade aguda de 15,4% nos miniporcos de Göttingen e nenhuma mortalidade no período de seguimento, esta última é comparável à dos estudos clínicos. De fato, uma meta-análise em nível de paciente de 10 ensaios clínicos randomizados descobriu que a taxa de 1 ano de mortalidade por todas as causas era tão baixa quanto 2,2% após o infarto do miocárdio30. Os tamanhos das cicatrizes relatados aqui são comparáveis aos dos ensaios clínicos. Em ensaios clínicos realizados por Lonborg et al e Stone et al em pacientes sobreviventes do infarto do miocárdio de elevação de ST, os tamanhos médios da cicatriz, medidos como % da massa miocárade ventricular esquerda foram de 9,5% e 17,9%, respectivamente.30,31. Além disso, os tamanhos das cicatrizes no presente estudo estão de acordo com os relatados em publicações anteriores em miniporcos de Göttingen (12-25%)32,33,34,35,36,37 e em suínos landrace (14-18%)38,39,40. O presente achado sobre a linha de base LVEF em suínos Landrace é de acordo com dados relatados por outros em suínos de grande porte13,41,42. Esses valores em suínos grandes são menores em comparação com faixas de referência humanas saudáveis (58-61%)43 e valores de linha de base (pré-infarto) em miniporcos de Göttingen (55-73%)33,44,45. No entanto, vale ressaltar que apenas os dados pós-infarto ou as alterações delta do LVEF são relatados na maioria das publicações46,47,48,49,50. De acordo com os resultados atuais, estudos anteriores de 45 a 90 min de oclusão lad seguido de reperfusão ou por oclusão lad permanente demonstraram nenhuma redução ou redução modesta de LVEF em landrace ou yorkshire suíno após 4-6 semanas de seguimento em comparação com a linha de base (pré-infarto) LVEF51,52,53. No entanto, Schuleri et al. compararam parâmetros morfofuncionais entre miniporcos de Göttingen e suínos de Yorkshire e descobriram que ambas as raças apresentaram uma diminuição do LVEF 8 semanas após a indução de MI por 120 a 150 min LAD oclusão-reperfusão; no entanto, os valores lvef linha de base em yorkshire suínos não foram relatados54. Em outros experimentos em suínos dalland landrace fêmeas pós-MI remodelação adversa foi induzido por 90 min LAD oclusão, no entanto, LVEF não foi relatado após 4 semanas de acompanhamento55. Em contraste com nossos achados, em um estudo de de Jong et al., LVEF diminuiu acentuadamente em porcos landrace submetidos a oclusão lad peito aberto e seguido por um acompanhamento de 12 semanas56. Essa diferença pode ser atribuída ao período isquêmico substancialmente mais longo (150 min), o que resultou em maior tamanho de infarto (23,4 ± 2,1% de LV). Em outros lugares, 120 min de oclusão de peito fechado da artéria coronária circunflexa esquerda (LCX) em suínos alemães landrace levou a uma redução significativa no LVEF após oito semanas de reperfusão, sugerindo que a localização diferente do MI também pode afetar a função ventricular esquerda global57. Nossos resultados atuais são consistentes com outros que mostram redução significativa do LVEF no HF pós-MI em miniporcos de Göttingen após o acompanhamento a longo prazo33,44,45.
A redução do LVEF em miniporcos de Göttingen após o MI é consistente com dados clínicos que mostram disfunção cardíaca como consequência da remodelação ventricular em pacientes após aMI58. Em conclusão, os miniporcos de Göttingen melhor imitam as condições humanas, uma vez que o LVEF pré-infarto, o tamanho da cicatriz, o LVEF pós-infarto e a mortalidade são todos comparáveis aos parâmetros encontrados em humanos.
Aqui observamos um aumento de 8% na massa LVED após seis meses em miniporcos de Göttingen e um acentuadamente maior (97%) aumento de massas LVED em porcos Landrace após dois meses. Dados semelhantes foram relatados por Schuleri et al. em suínos de Yorkshire, onde um aumento de 40% no peso cardíaco foi observado após dois meses. Em contraste, em outros experimentos de peito fechado pós-MI HF em miniporcos de Göttingen não foram observadas alterações significativas nas massas ventriculares esquerdas33,44. Portanto, as diferenças entre as duas raças em relação ao LVEF podem ser atribuídas a uma taxa de crescimento cardíaco intensivo em suínos landrace e, portanto, a remodelação cardíaca alterada.
Em ambientes clínicos, além do LVEF, o volume ventricular esquerdo fornece uma visão valiosa sobre o prognóstico de longo prazo e a taxa de mortalidade em pacientes pós-MI59. LVESV é o principal determinante da mortalidade precoce e tardia em pacientes após aMI60,61. Aqui mostramos que o volume ventricular avaliado pelo CMRI aumentou significativamente em ambas as raças. A remodelagem pós-MI induziu um aumento mais acentuado no LVESV do que no LVEDV em miniporcos de Göttingen, enquanto tanto lvesv quanto LVEDV foram aumentados por uma taxa semelhante em porcos landrace. Consequentemente, a fração de ejeção ventricular esquerda (LVEF) foi significativamente diminuída em 3 e 6 meses apenas em miniporcos de Göttingen, mas não em porcos landrace após 2 meses. Esses resultados devem ser interpretados com cautela nos suínos landrace, onde o aumento do LVESV, LVEDV e LVSV (calculados como a diferença entre o LVESV e o LVEDV) são mais propensos a um aumento intensivo da massa cardíaca. O aumento do LVESV e do LVEDV são consistentes com os dados clínicos de pacientes com HFpós-MI 62,63,64. Além disso, a remodelagem ventricular esquerda adversa foi definida como um aumento de 15% ou mais no LVEDV em estudos clínicos65,66 e encontramos aqui um aumento de 28% após 3 meses e um aumento de 42% após 6 meses em LVEDV em miniporcos de Göttingen mostrando uma remodelagem adversa clinicamente relevante. Além disso, aqui mostramos que o LAVi aumentou apenas em miniporcos de Göttingen, mas não em porcos landrace. O aumento do volume atrial esquerdo é uma alteração estrutural adicional no contexto da FH e é um preditor independente de morte e internação de HF em pacientes sobreviventes do MI67.
A função ventricular direita raramente é estudada em modelos pós-MI HF. Aqui descobrimos que a fração de ejeção ventricular direita aumentou em ambas as raças. Embora o RV não estivesse praticamente envolvido na necrose do miocárdio, a RVEF aumentou significativamente em ambas as raças indicando sobrecarga de volume de RV e, portanto, disfunção ventricular esquerda. Da mesma forma, um estudo clínico que registrou 2008 pacientes com HF sistólica crônica mostrou que 733 pacientes (37%) pertencia à categoria normal de função ventricular direita com RVEF≥40%68.
Em conclusão, mostramos aqui que o modelo adulto de miniporca Göttingen com acompanhamento de longo prazo imita parâmetros funcionais e morfológicos do HF pós-MI comparável aos humanos. Nossos dados atuais também mostram que os suínos landrace não são adequados para a avaliação do HF pós-MI, principalmente devido às consequências do rápido aumento do peso corporal e cardíaco que não permite o acompanhamento a longo prazo e interfere na patologia pós-MI HF. Os porcos da terra podem ser adequados para avaliar as consequências do infarto agudo do miocárdio. A caracterização abrangente presente dos modelos de infarto de peito fechado em miniporcos Landrace e Göttingen será útil para escolher os modelos animais grandes ideais para estudar o HF pós-MI e desenvolver novas terapias contra essa patologia.
Limitações
O experimento atual foi realizado apenas em suínos do sexo feminino, portanto, o efeito potencial dos diferentes sexos no HF pós-MI permanece desconhecido nesses modelos69. Os sinais de HF foram avaliados pelo CMRI, de acordo com recomendações de uma diretriz recente sobre a relevância do rigor e da reprodutibilidade em estudos pré-clínicos sobre cardioproteção12. No entanto, o uso de angulação mais direcionada de planos de imagem CMRI e sequência mais direcionada pode resultar em melhor estimativa dos volumes atrial esquerdo, e edema pulmonar. Embora não tenhamos medido biomarcadores e sinais histológicos de pós-MI HF neste estudo, esses modelos são adequados para análise de quaisquer biomarcadores desde a disponibilidade de amostras de plasma e tecido. Devido à diferente suscetibilidade das 2 raças à lesão de isquemia/reperfusão, foram selecionadas diferentes durações de oclusão coronariana que podem limitar a comparação dos dois modelos, porém, por essa abordagem alcançamos tamanho infarto semelhante. O tempo de seguimento nas 2 raças foi diferente, pois nos suínos landrace apenas 2 meses de seguimento podem ser alcançados por razões técnicas, ou seja, rápido aumento do peso corporal que mostra uma grande limitação do modelo Landrace. Outra limitação é a falta de diferentes fatores de risco e comorbidades e, portanto, os atuais grandes modelos animais não imitam completamente a situação clínica em termos da presença de múltiplos fatores de risco, incluindo co-morbidades e seus medicamentos. No entanto, atualmente, não existem grandes modelos animais estabelecidos com múltiplas comorbidades para uso rotineiro. Esses grandes modelos animais não podem ser alimentados para análise de mortalidade por razões éticas animais e pelo alto custo desses estudos.
The authors have nothing to disclose.
Este estudo foi financiado pela Quark Pharmaceuticals Inc, onde a S.A. e a E.F. são funcionários. Este estudo também foi apoiado pelo Escritório Nacional de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação da Hungria (NKFIA; NVKP-16-1-2016-0017 Programa Nacional do Coração), e pelo Programa de Excelência Institucional de Ensino Superior do Ministério das Capacidades Humanas na Hungria, no âmbito do programa temático de Desenvolvimento Terapêutico da Universidade Semmelweis. O GB.B. foi apoiado pela EFOP-3.6.3-VEKOP-16-2017-00009 e gedeon Richter Plc. Scholarship. Z.G. foi apoiado por uma Bolsa de Pesquisa János Bolyai da Academia Húngara de Ciências e pelo ÚNKP-19-4 Novo Programa Nacional de Excelência do Ministério das Capacidades Humanas.
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