O presente protocolo descreve três métodos de administração de agentes terapêuticos cardioativos em modelo suíno. Suínas crioulas receberam tratamento através de: (1) toracotomia e injeção transepicárdica, (2) injeção transendocárdica por cateter ou (3) infusão intravenosa via minibomba osmótica da veia jugular.
O infarto do miocárdio é uma das principais causas de morte e incapacidade em todo o mundo, e há uma necessidade urgente de novas estratégias cardioprotetoras ou regenerativas. Um componente essencial do desenvolvimento de medicamentos é determinar como uma nova terapêutica deve ser administrada. Modelos animais de grande porte fisiologicamente relevantes são de importância crítica na avaliação da viabilidade e eficácia de várias estratégias de liberação terapêutica. Devido às suas semelhanças com os seres humanos na fisiologia cardiovascular, anatomia vascular coronariana e relação peso/peso corporal, os suínos são uma das espécies preferidas na avaliação pré-clínica de novas terapias para o infarto do miocárdio. O presente protocolo descreve três métodos de administração de agentes terapêuticos cardioativos em modelo suíno. Após infarto do miocárdio induzido por via percutânea, fêmeas de suínos crioulas receberam tratamento com novos agentes através de: (1) toracotomia e injeção transepicárdica, (2) injeção transendocárdica por cateter ou (3) infusão intravenosa via minibomba osmótica da veia jugular. Os procedimentos empregados para cada técnica são reprodutíveis, resultando em liberação confiável de drogas cardioativas. Esses modelos podem ser facilmente adaptados para se adequar a desenhos de estudo individuais, e cada uma dessas técnicas de entrega pode ser usada para investigar uma variedade de intervenções possíveis. Portanto, esses métodos são uma ferramenta útil para cientistas translacionais que buscam novas abordagens biológicas no reparo cardíaco após infarto do miocárdio.
A doença arterial coronariana (DAC) e o infarto agudo do miocárdio com supradesnivelamento do segmento ST (IAMCSST) são as principais causas de morte em todo o mundo. Nas últimas duas décadas, grandes progressos foram feitos na redução da mortalidade hospitalar de pacientes com IAMCSST, por meio do advento da intervenção coronária percutânea, das terapias fibrinolíticas e da padronização dos algoritmos de tratamento para garantir que a reperfusão seja alcançada em tempo hábil 1,2,3. Apesar disso, a morbidade associada ao IAMCSST continua sendo uma carga significativa, criando uma grande necessidade para o desenvolvimento de novas terapias cardioprotetoras e regenerativas 2,3. Um componente essencial do desenvolvimento terapêutico é a determinação de como uma nova terapia deve ser administrada4. A segurança, eficácia e viabilidade de cada método precisam ser combinadas com as características da própria terapia.
Modelos animais de grande porte fisiologicamente relevantes são fundamentais na avaliação desses atributos de várias estratégias de liberação terapêutica5. Devido às suas semelhanças com os seres humanos na fisiologia cardiovascular, anatomia vascular coronariana e relação peso/peso corporal, os suínos são uma das espécies preferidas na avaliação pré-clínica de novas terapias para o infarto do miocárdio6. Usamos anteriormente um modelo de IAMCSST suíno para demonstrar a capacidade reparadora de uma terapia proteica recombinante7 e continuamos a investigar novas terapias farmacológicas, celulares e genéticas usando esse modelo. São descritas três técnicas de administração terapêutica utilizadas em modelos suínos após a criação do infarto: toracotomia e injeção transepicárdica, injeção transendocárdica percutânea e implante de minibomba osmótica venosa jugular. Os dois primeiros métodos permitem a liberação tecidual local, reduzindo as doses necessárias, os efeitos fora do alvo e o metabolismo hepático de primeira passagem 8,9,10. A minibomba osmótica permite a entrega contínua de um fármaco com meia-vida curta, negando a dependência de uma bomba de infusão e cânula intravenosa patente, ambas difíceis de instituir em modelos animais de grande porte.
Ao descrever essas técnicas, espera-se que este artigo possa ajudar cientistas translacionais na investigação de novos agentes cardioprotetores ou regenerativos após infarto do miocárdio em modelos animais de grande porte.
Injeção intramiocárdica transepicárdica
Esse procedimento tem o benefício da visualização cardíaca direta e tem demonstrado maior retenção local da terapêutica do que os métodos de administração sistêmica9,10,14. No entanto, as toracotomias são invasivas, requerem considerável habilidade técnica e apresentam maior risco de morbidade e mortalidade do que outros métodos discutidos10,15. O conhecimento das etapas críticas e precárias do procedimento pode auxiliar na mediação desse risco aumentado.
Muito cuidado deve ser tomado na manipulação do coração para expor o ápice cardíaco devido ao alto risco de arritmia e comprometimento hemodinâmico associado. A monitorização invasiva contínua da pressão arterial e o eletrocardiograma permitem a rápida identificação de hipotensão ou arritmias instáveis, facilitando a pronta intervenção e correção. A hipotensão transitória geralmente pode ser tratada com bolus de metaraminol. A hipotensão sustentada pode ser temporizada pela redução do anestésico inalatório (monitorização cuidadosa da profundidade do anestésico) e pelo início de uma infusão de vasopressores, ao mesmo tempo em que determina a causa da alteração hemodinâmica. Arritmias instáveis, como taquicardia ventricular ou fibrilação ventricular, podem ser tratadas por cardioversão elétrica com ou sem antiarrítmicos intravenosos.
Igualmente importante para a sobrevivência do animal é a remoção bem-sucedida de gás livre da cavidade pleural antes de fechar o tórax. A falha em fazê-lo pode culminar no desenvolvimento de um pneumotórax, deixando o animal com grande risco de comprometimento respiratório e morte uma vez desconectado do ventilador mecânico na recuperação. A pressão positiva nas vias aéreas deve ser mantida por pelo menos 30 s até que o borbulhamento não seja mais observado. A tubulação de silicone é prontamente removida após a cessação do borbulhamento, e o tórax é então rapidamente fechado. Também é possível colocar cirurgicamente um tubo de toracostomia no fechamento, permitindo a remoção manual de ar e líquido inflamatório nas próximas 24-72 h. Isso, no entanto, é difícil de manter limpo e intacto, especialmente se os animais estiverem alojados juntos. Danos ou contaminação do tubo podem levar a piotórax, pneumotórax ou sepse. Em nossa experiência, a inserção de um dreno torácico temporário não é necessária se o gás livre for adequadamente removido antes do fechamento do tórax.
Injeção intramiocárdica transendocárdica percutânea
Esse método de administração terapêutica tem o benefício de permitir a liberação tecidual local com menor risco devido à sua natureza menos invasiva quando comparada a uma abordagem cirúrgica10,14. Essa técnica já é utilizada em estudos com animais de grande porte, tendo como guia tanto a fluoroscopia quanto o mapeamento eletromecânico na ausência de visualização direta10,16,17.
Dado que o coração não está sob visão direta, é prudente que o processualista use vistas fluoroscópicas ortogonais ao selecionar um local de injeção. Além disso, a injeção de contraste iodado diluído antes e a liberação da terapêutica são de extrema valia na confirmação do contato miocárdico. O contato apropriado pode ser confirmado pela observação de um característico “blush miocárdico”, que pode ser um dos únicos marcadores de sucesso da injeção antes da coleta de tecido. Devido ao risco de perfuração da câmara, recomenda-se também que a espessura da parede miocárdica no local de injeção selecionado seja maior que 9 mm14,16.
Minibomba osmótica venosa jugular
A minibomba osmótica é um dispositivo popular comumente empregado em estudos com pequenos animais. Tem havido crescente interesse no uso desse dispositivo em modelos animais de grande porte 7,18,19, dada a sua vantagem única de administrar um agente terapêutico em uma taxa consistente durante um período de tempo determinado. Uma possível limitação desse método é a incapacidade de alterar ou interromper as taxas de infusão do medicamento sem substituir ou remover a bomba. Isso deve ser considerado antes de testar a terapia dessa maneira.
Este estudo demonstrou que este método pode ser realizado com alta taxa de sucesso em suínos, com baixa morbidade e mortalidade. Deve-se notar que muitas estruturas vitais são adjacentes ao sítio cirúrgico, incluindo linfonodos, timo e artéria carótida. A adesão ao método e a consulta a textos anatômicos20 são fortemente recomendadas para evitar danos inadvertidos a qualquer uma dessas estruturas. A complicação mais preocupante deste método é o choque hemorrágico devido à lesão inadvertida da veia jugular ou de uma estrutura circundante. Portanto, é fundamental que o tecido mole ao redor da veia jugular seja cuidadosamente removido. A falha em completar adequadamente esta etapa pode levar à dificuldade na colocação da tubulação da minibomba ou no controle do sangramento inadvertido.
Este artigo descreveu três métodos para a realização de terapêutica cardioativa. Apesar do sucesso relatado de cada técnica, existem limitações inerentes a serem consideradas. Procedimentos invasivos (injeção transepicárdica) permitem maior acurácia da administração terapêutica; no entanto, trazem maior risco de complicações potencialmente fatais. Além disso, o parto invasivo tem maior exigência de habilidades técnicas para minimizar o risco de complicações. Da mesma forma, a injeção transendocárdica guiada por fluoroscopia requer um grau de habilidade técnica para cateterismo e manipulação de hardware. Se este método for realizado de forma inadequada, a falha da injeção e complicações fatais são possíveis.
Os métodos de injeção direta descritos permitem a administração única de uma terapêutica no tecido alvo. A minibomba osmótica venosa jugular permite a administração sistêmica de uma terapêutica durante um período de 7 dias. Comparativamente, esse método é mais simples e associado a menor risco, porém depende de um achado terapêutico sistêmico até o miocárdio. Além disso, uma vez instalada a bomba, é impossível interromper a administração ou alterar a taxa de dose sem voltar a anestesiar o animal e retirar a bomba.
Todos os métodos descritos neste artigo foram realizados em animais no dia ou 2 semanas após o infarto do miocárdio. Portanto, este trabalho não pode relatar o sucesso dos métodos mencionados em animais sadios ou submetidos a uma patologia cardíaca alternativa. Finalmente, a farmacologia e a biotecnologia de qualquer agente pretendido devem ser cuidadosamente consideradas, pois isso estará inerentemente ligado à eficácia da via de entrega escolhida. Uma discussão detalhada sobre isso está além do escopo deste manuscrito.
Representações abrangentes de métodos pré-clínicos beneficiam o bem-estar animal e a comunidade científica em geral. A consequente maior reprodutibilidade dos procedimentos e resultados leva a menos complicações de saúde animal, menor número de animais necessários para produzir resultados significativos e maior confiança nos resultados experimentais21,22. Três métodos de administração de novas terapêuticas são descritos neste artigo para o tratamento do infarto do miocárdio em modelo suíno. Ao detalhar as técnicas utilizadas e articular os benefícios e riscos de cada uma delas, espera-se que os pesquisadores sejam capazes de criar confortavelmente modelos pré-clínicos consistentes e confiáveis que atendam aos seus objetivos de pesquisa.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado por subsídios do National Health and Medical Research Council APP1194139/APP1126276 (JC), National Stem Cell Foundation of Australia e New South Wales Government Office of Health and Medical Research (JC). A DS foi apoiada pelo Royal Australasian College of Physicians, pelo Institute of Clinical Pathology and Medical Research e pelo Australian Government Research Training Program. A DT foi apoiada pelo Institute of Clinical Pathology and Medical Research, Penfolds Family Scholarship, National Health and Medical Research Council (APP2002783) e National Heart Foundation of Australia (104615).
Central line placement | |||
2-0 sutures | Ethicon | JJ9220 | |
Arrow' Paediatric Two-Lumen Central Venous Catheterisation Set with Blue FlexTip Catheter (contains 18G cook needle and 0.035" J-tip wire) | Teleflex | CS-14502 | Central Line |
Green Fluorsence Protein (GFP) | Abcam | ab13970 | 1:100 dilution ratio |
Histology antibodies | |||
Ku80 | Cell Signalling Technology | C48E7 | 1:500 dilution ratio |
No. 11 scalpel | Swann-Morton | 203 | |
Sparq' Ultrasound System | Philips | MP11742 Medpick | |
Sterile ultrasound probe cover | Atris | 28041947 | |
Swine Jacket with Pocket, size 'Medium' | Lomir Biomedical | SS J2YJJET | |
Jugular vein osmotic minipump implantation | |||
Adson Brown Tissue Forceps | Icon Medical Supplies | KLINI316012 | |
Bellucci Self-Retaining Retractor | surgicalinstruments.net.au | group-24.26.02 | Self retaining tissue retractor |
Electrosurgical Pencils with 'Edge' Coated Electrodes | Covidien | E2450H | Cautery Pencil |
Metzenbaum Scissors | Icon Medical Supplies | ARMO3250 | |
No. 22 scalpel blade | Swann-Morton | 208 | |
Nylon Suture (2-0, 3-0) | Ethicon | D9635, 663G | |
Osmotic Infusion Minipump | Alzet | 2ML1, 2ML2, 2ML4 | |
Vascular Silicone Ties | Vecmedical | 95001 | |
Vicryl suture (5-0) | Ethicon | W9982 | |
Percutaneous transedocardial injection | |||
Artis Zee' C-Arm Fluoroscopy | Siemens | IR-19-1994 | |
CARTO' 3 System | Biosense Webster | Electrophysiological Mapping Software & System | |
Cook Access Needle | Cook Medical | G07174 | Cannulation needle |
Fast-Cath' Introducer (6 French, 8 French) | Abbott | 406204, 406142 | Vascular sheath with introducer and guidewire |
Myostar' Injection Catheter | Biosense Webster | 121117S, 121119S, 1211120S | Intramyocardial injection catheter |
No.11 scalpel | Swann-Morton | 203 | |
Omnipaque' Iohexol Contrast | GE Healthcare | AUST R 39861 | Iodinated contrast agent |
Sparq' Ultrasound System | Philips | MP11742 Medpick | |
Sedation & general anaesthesia | |||
Compound Sodium Lactate Hartmann's Solution | Free flex | 894451 | |
Fentanyl 50 mcg/mL | Pfizer | AUST R 107027. | Intravenous anaesthesia and analgesia |
Forthane' Isoflurane | Abbott | AUST R 29656 | Inhalant anaesthetic |
GE Aestiva 5 Anaesthesia Machine | Datex Ohmeda | 17002-9, 17002A9 Avante Health Solutions | Anaesthetic Machine |
Hypnovel' Midazolam 5 mg/mL | Roche | AUST R 13726 | Sedative |
Intravenous cannula | BD Angiocath | 381137 | 20 gauge cannula |
Ketamil' Ketamine 10 mg/mL | Ilium | APVMA number: 51188c | Sedative |
Laryngoscope | Miller | VDI-6205 | |
Medetomidine 1 mg/mL | Ilium | APVMA number 64251; ACVM number A10488 | Sedative |
Metaraminol 10 mg/mL | Phebra | AUST R 284784 | Short-acting vasopressor |
Methadone 10 mg/mL | Ilium | APVMA number: 63712 | Sedative, Restricted drug |
Onsetron' Ondansetron 2 mg/mL | Accord Healthcare | AUST R 205593 | Anti-emetic |
Propofol-Lipuro' Propofol 10 mg/mL | Braun | AUST R 142906 | Intravenous anaesthetic |
Pulse Oximeter | Meditech | GVPMT-M3S | Portable pulse oximeter |
Shiley' Cuffed Basic Endotracheal Tube (Size 5.5 & 6.0) | Medtronic | 86108-, 86109- | |
Shiley' Intubating Stylet, 10 Fr | Medtronic | 85864 | |
Sodium Chloride 0.9% | Free flex | FAH1322 | |
Thoracotomy and epicardial Cell Injection | |||
27 G Insulin needle | Terumo | 51907 | |
Adson Brown Tissue Forceps | Icon Medical Supplies | KLINI316012 | |
CARTO' 3 System | Biosense Webster | Electrophysiological Mapping Software & System | |
Cefazolin 1 g Vial | AFT Pharmaceuticals | 9421900137367 CH2 | Antibiotic Prophylaxis |
Chest drainage tube | SurgiVet | SKU-336 | |
Cook Access Needle | Cook Medical | G07174 | Cannulation needle |
Cooley Sternotomy Retractor Paediatric | Millennium Surgical | 9-61287 | |
Durogesic' 100 mcg/h Fentanyl Patch | Janssen | AUST R 112371 | Postoperative analgesia |
Electrosurgical Pencils with 'Edge' Coated Electrodes | Covidien | E2450H | Cautery Pencil |
Electrosurgical Pencils with 'Edge' Coated Electrodes | Covidien | E2450H | Cautery Pencil |
Fast-Cath' Introducer (6 French, 8 French) | Abbott | 406204, 406142 | Vascular sheath with introducer and guidewire |
Lignocaine 20 mg/mL | Pfizer | AUST R 49296, AUST R 49297, AUST R 49293 and AUST R 49295. | Local anaesthesia, anti-arrhythmic |
Marcaine' Bupivacaine 0.5% | Pfizer | AUST R 48328 | Local anaesthesia. |
Metzenbaum Scissors | Icon Medical Supplies | ARMO3250 | |
No. 22 scalpel | Swann-Morton | 208 | |
Nylon Suture (2-0, 3-0) | Ethicon | D9635, JJ76264 | |
Size 1 PDS suture | Ethicon | JJ75414 | |
Sparq' Ultrasound System | Philips | MP11742 Medpick | |
Sterile gauze | Kerlix | KE5072 | |
Sterile laparotomy sponges | Propax | 2907950 | |
Thermocool Smartouch' Catheter | Biosense Webster | D133601, D133602, D133603 | Epicardial Mapping Catheter |