اختبار التمرين لتقييم الفعالية الوظيفية لنظام القلب والأوعية الدموية للخنزير
Summary
يصف البروتوكول الحالي نموذج اختبار تمرين حيواني كبير لتقييم القدرة الوظيفية لنظام القلب والأوعية الدموية لتقييم كفاءة العلاجات الجديدة في الإعداد قبل السريري. إنه مشابه لاختبار التمرين السريري.
Abstract
على الرغم من التقدم في العلاجات ، لا تزال أمراض القلب والأوعية الدموية واحدة من أكبر أسباب الوفيات والمراضة في جميع أنحاء العالم. يعد تكوين الأوعية العلاجية القائم على العلاج الجيني نهجا واعدا لعلاج المرضى الذين يعانون من أعراض كبيرة ، على الرغم من العلاج الدوائي الأمثل والإجراءات الغازية. ومع ذلك ، فشلت العديد من تقنيات العلاج الجيني القلبي الوعائي الواعدة في تحقيق التوقعات في التجارب السريرية. أحد التفسيرات هو عدم التطابق بين نقاط النهاية قبل السريرية والسريرية المستخدمة لقياس الفعالية. في النماذج الحيوانية ، كان التركيز عادة على نقاط النهاية القابلة للقياس الكمي بسهولة ، مثل عدد ومساحة الأوعية الشعرية المحسوبة من الأقسام النسيجية. بصرف النظر عن الوفيات والمراضة ، فإن نقاط النهاية في التجارب السريرية ذاتية ، مثل تحمل التمرين ونوعية الحياة. ومع ذلك ، من المحتمل أن تقيس نقاط النهاية قبل السريرية والسريرية جوانب مختلفة من العلاج المطبق. ومع ذلك ، فإن كلا النوعين من نقاط النهاية مطلوبان لتطوير مناهج علاجية ناجحة. في العيادات ، الهدف الرئيسي هو دائما تخفيف أعراض المرضى وتحسين تشخيصهم ونوعية حياتهم. لتحقيق بيانات تنبؤية أفضل من الدراسات قبل السريرية ، يجب أن تكون قياسات نقطة النهاية مطابقة بشكل أفضل لتلك الموجودة في الدراسات السريرية. هنا ، نقدم بروتوكولا لاختبار تمرين جهاز المشي ذي الصلة سريريا في الخنازير. تهدف هذه الدراسة إلى: (1) توفير اختبار تمرين موثوق به في الخنازير يمكن استخدامه لتقييم السلامة والفعالية الوظيفية للعلاج الجيني والعلاجات الجديدة الأخرى ، و (2) مطابقة نقاط النهاية بشكل أفضل بين الدراسات قبل السريرية والسريرية.
Introduction
أمراض القلب والأوعية الدموية المزمنة هي أسباب مهمة للوفيات والمراضة في جميع أنحاء العالم 1,2. على الرغم من أن العلاجات الحالية فعالة بالنسبة لغالبية المرضى ، إلا أن الكثيرين لا يزالون غير قادرين على الاستفادة من العلاجات الحالية بسبب ، على سبيل المثال ، الأمراض المزمنة المنتشرة أو الأمراض المصاحبة. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض المرضى ، لا يتم تخفيف أعراض القلب من خلال العلاجات المتاحة ، وتتطور أمراض القلب والأوعية الدموية على الرغم من العلاج الطبي الأمثل3. وبالتالي ، هناك حاجة واضحة لتطوير خيارات علاجية جديدة لأمراض القلب والأوعية الدموية الحادة.
خلال السنوات العديدة الماضية ، تم اكتشاف مسارات جزيئية جديدة وطرق للتلاعب بهذه الأهداف ، مما يجعل العلاج الجيني والعلاج بالخلايا والعلاجات الجديدة الأخرى خيارا واقعيا لعلاج أمراض القلب والأوعية الدموية الشديدة4. ومع ذلك ، بعد نتائج واعدة قبل السريرية ، فشلت العديد من تطبيقات القلب والأوعية الدموية في تلبية التوقعات في التجارب السريرية. على الرغم من ضعف الفعالية في التجارب السريرية ، فقد أنشأت العديد من التجارب ملفات تعريف سلامة جيدة للعلاجات الجديدة5،6،7،8،9. وبالتالي ، فإن تقديم علاجات جديدة للقلب والأوعية الدموية للمرضى سيتطلب مناهج محسنة ونماذج أفضل قبل السريرية ، وإعدادات الدراسة ، ونقاط النهاية في الدراسات قبل السريرية التي يمكن أن تتنبأ بالفعالية السريرية.
في النماذج الحيوانية ، كان التركيز عادة على نقاط النهاية القابلة للقياس الكمي بسهولة ، مثل عدد ومساحة الأوعية الشعرية المحسوبة من الأقسام النسيجية أو المعلمات من تصوير البطين الأيسر أثناء الراحة وتحت الضغط الدوائي. في التجارب السريرية ، كانت العديد من نقاط النهاية أكثر ذاتية ، مثل تحمل التمرين أو تخفيف الأعراض4. وبالتالي ، فمن المحتمل أن تقيس نقاط النهاية في الدراسات قبل السريرية والتجارب السريرية جوانب مختلفة من العلاج المطبق. على سبيل المثال ، لا ترتبط الزيادة في كمية الأوعية الدموية دائما بتحسين التروية أو وظيفة القلب أو تحمل التمرين. ومع ذلك ، فإن كلا النوعين من نقاط النهاية مطلوبان لتطوير مناهج علاجية ناجحة10. ومع ذلك ، فإن الهدف الرئيسي هو دائما تخفيف الأعراض وتحسين تشخيص المريض ونوعية الحياة. لتحقيق ذلك ، يجب مطابقة قياسات نقطة النهاية بشكل أفضل بين الدراسات قبل السريريةوالسريرية 4.
تعكس اللياقة القلبية التنفسية قدرة الجهاز الدوري والجهاز التنفسي على توفير الأكسجين أثناء النشاط البدني المستمر ، وبالتالي فهي تحدد القدرة الوظيفية للفرد. القدرة الوظيفية هي علامة تنبؤية رئيسية لأنها مؤشر مستقل قوي لخطر الوفيات القلبية الوعائية وجميع الأسباب11. ترتبط التحسينات في اللياقة القلبية التنفسية بانخفاض خطر الوفاة12. اختبارات التمرين مناسبة لتقييم الأداء الهوائي واستجابات العلاج في أمراض القلب والأوعية الدموية. اعتمادا على التوافر ، يتم إجراء الاختبارات على مقياس جهد الدراجة أو جهاز المشي. عادة ما يتم استخدام زيادة تدريجية في عبء العمل في الدقيقة ، ويتم تجنب الزيادات المفاجئة ؛ هذا يؤدي إلى استجابة فسيولوجية خطية. تشمل أهم المتغيرات في اختبارات التمرين إجمالي وقت التمرين ، والمكافئات الأيضية (METs) التي تم تحقيقها ، ومعدل ضربات القلب ، والتغيرات على خط مخطط كهربية القلب (ECG) بين مجمع QRS (موجات Q و R و S) وموجة T (مقطع ST). اختبارات الإجهاد السريرية لها تكاليف منخفضة ويمكن الوصول إليها بسهولة13. لهذه الأسباب ، تم استخدام اختبارات الإجهاد ، مثل اختبار المشي لمدة 6 دقائق ، على نطاق واسع في العيادات ويجب استخدامها أيضا في التقييم قبل السريري للعلاجات الجديدة.
على حد علمنا ، لا توجد نماذج حيوانية كبيرة موصوفة جيدا لتقييم الفعالية الوظيفية للعلاج الجيني أو العلاجات الجديدة الأخرى. لذلك ، يوفر اختبار التمرين ذي الصلة سريريا منظورا ممتازا لتقييم كفاءة هذه العلاجات الجديدة في الإعداد قبل السريري.
Protocol
Representative Results
Discussion
يحاكي اختبار التمارين الحيوانية الكبير هذا الاختبار المستخدم في العيادات ، مما يقلل الفجوة في نقاط النهاية بين الدراسات قبل السريرية والتجارب السريرية. يمكن تطبيقه لتقييم فعالية العلاجات الجديدة لأمراض القلب والأوعية الدموية الحادة ، مثل طمس تصلب الشرايين ، وفشل القلب ، وأمراض القلب ال…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يود المؤلف أن يشكر مينا تورونين وريكا فينالاينن وهيكي كارهونين وإنكيري نيمي من المركز الوطني لحيوانات المختبر على مساعدتهم في العمل الحيواني. هذه الدراسة مدعومة من الأكاديمية الفنلندية و ERC ومنحة CardioReGenix EU Horizon.
Materials
| Defibrillator | Zoll M series | TO9K116790 | All portable defribrillators will work |
| Defibrillator pads | Philips | M3713A | All pads work, as long as the pads are compatible with the defibrillator |
| ECG electrodes | Several providers | Prefer ECG electrodes designed for exercise tests | |
| Loop recorder | Abbott Oy | DM3500 | Optional for rhythm monitoring |
| Patient monitor | Schiller Argus LCM Plus | 7,80,05,935 | All portable ecg monitors will work |
| Pigs | Emolandia Oy | ||
| Treadmill | NordicTrack | All treadmills with adjustable incline and speed are suitable for the exercise test. The treadmill should be as long and wide as possible. | |
| Ultrasound system | Philips EPIQ 7 ultrasound | ||
| Various building materials | Several providers | For building fences, ramps and gates according to the Figure 1 and Figure 2 | |
| Various treats for the animals |
References
- Virani, S., et al. Heart disease and stroke statistics-2020 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 141 (9), e139 (2020).
- Townsend, N., et al. Epidemiology of cardiovascular disease in Europe. Nature Reviews Cardiology. 19 (2), 133-143 (2022).
- Knuuti, J., et al. 2019 ESC Guidelines for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes: The Task Force for the diagnosis and management of chronic coronary syndromes of the European Society of Cardiology (ESC). European Heart Journal. 41 (3), 407-477 (2020).
- Ylä-Herttuala, S., Baker, A. H. Cardiovascular gene therapy: past, present, and future. Molecular Therapy. 25 (5), 1096-1106 (2017).
- Hedman, M., et al. Eight-year safety follow-up of coronary artery disease patients after local intracoronary VEGF gene transfer. Gene Therapy. 16 (5), 629-634 (2009).
- Rosengart, T. K., et al. Long-term follow-up of a phase 1 trial of angiogenic gene therapy using direct intramyocardial administration of an adenoviral vector expression the VEGF121 cDNA for the treatment of diffuse coronary artery disease. Human Gene Therapy. 24 (2), 203-208 (2013).
- Muona, K., Mäkinen, K., Hedman, M., Manninen, H., Ylä-Herttuala, S. 10-year safety follow-up in patients with local VEGF gene transfer to ischemic lower limb. Gene Therapy. 19 (4), 392-395 (2012).
- Leikas, A. J., et al. Long-term safety and efficacy of intramyocardial adenovirus-mediated VEGF-DΔNΔC gene therapy eight-year follow-up of phase I KAT301 study. Gene Therapy. 29 (5), 289-293 (2022).
- Telukuntla, K. S., Suncion, V. Y., Schulman, U. H., Hare, J. M. The advancing field of cell-based therapy: insights and lessons from clinical trials. Journal of the American Heart Association. 2 (5), e000338 (2013).
- Ylä-Herttuala, S., Bridges, C., Katz, M. G., Korpisalo, P. Angiogenic gene therapy in cardiovascular diseases: dream or vision. European Heart Journal. 38 (18), 1365-1371 (2017).
- Lähteenvuo, J., Ylä-Herttuala, S. Advances and challenges in cardiovascular gene therapy. Human Gene Therapy. 28 (11), 1024-1032 (2017).
- Ross, R., et al. Importance of assessing cardiorespiratory fitness in clinical practice: a case for fitness as a clinical vital sign: a scientific statement from the American Heart Association. Circulation. 134 (24), e653-e699 (2016).
- Sietsema, K. E., Stringer, W. W., Sue, D. Y., Ward, S. . Wasserman & Whipp’s Principles of Exercise Testing and Interpretation. 6th. , (2021).
- Darmadi, M. A., et al. Exercise-induced sustained ventricular tachycardia without structural heart disease: a case report. The American Journal of Case Reports. 21, e928242 (2020).
- Casella, G., Pavesi, P. C., Sangiorgio, P., Rubboli, A., Bracchetti, D. Exercise-induced ventricular arrhythmias in patients with healed myocardial infarction. International Journal of Cardiology. 40 (3), 229-235 (1993).
- Gimeno, J. R., et al. Exercise-induced ventricular arrhythmias and risk of sudden cardiac death in patients with hypertrophic cardiomyopathy. European Heart Journal. 30 (21), 2599-2605 (2009).
- Lelovas, P. P., Kostomitsopoulos, N. G., Xanthos, T. T. A comparative anatomic and physiologic overview of the porcine heart. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 53 (5), 432-438 (2014).
- Korpela, H., et al. AAV2-VEGF-B gene therapy failed to induce angiogenesis in ischemic porcine myocardium due to inflammatory responses. Gene Therapy. 29 (10-11), 643-652 (2022).
- Swindle, M. M. . Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. 2nd edition. , (2007).
- Poole, D. C., et al. Guidelines for animal exercise and training protocols for cardiovascular studies. American Journal of Physiology. Heart and Circulatory Physiology. 318 (5), H1100-H1138 (2020).
