Inspanningstest voor evaluatie van de functionele werkzaamheid van het cardiovasculaire systeem van het varken
Summary
Het huidige protocol beschrijft een groot dierinspanningstestmodel om de functionele capaciteit van het cardiovasculaire systeem te beoordelen voor het evalueren van de efficiëntie van nieuwe therapieën in de preklinische setting. Het is vergelijkbaar met een klinische inspanningstest.
Abstract
Ondanks de vooruitgang in behandelingen zijn hart- en vaatziekten wereldwijd nog steeds een van de grootste oorzaken van sterfte en morbiditeit. Op gentherapie gebaseerde therapeutische angiogenese is een veelbelovende aanpak voor de behandeling van patiënten met significante symptomen, ondanks optimale farmacologische therapie en invasieve procedures. Veel veelbelovende cardiovasculaire gentherapietechnieken hebben echter niet voldaan aan de verwachtingen in klinische onderzoeken. Een verklaring is een mismatch tussen preklinische en klinische eindpunten die worden gebruikt om de werkzaamheid te meten. In diermodellen lag de nadruk meestal op gemakkelijk kwantificeerbare eindpunten, zoals het aantal en de oppervlakte van de capillaire vaten berekend op basis van histologische secties. Afgezien van mortaliteit en morbiditeit zijn eindpunten in klinische onderzoeken subjectief, zoals inspanningstolerantie en kwaliteit van leven. De preklinische en klinische eindpunten meten echter waarschijnlijk verschillende aspecten van de toegepaste therapie. Niettemin zijn beide soorten eindpunten nodig om succesvolle therapeutische benaderingen te ontwikkelen. In klinieken is het belangrijkste doel altijd om de symptomen van patiënten te verlichten en hun prognose en kwaliteit van leven te verbeteren. Om betere voorspellende gegevens uit preklinische studies te verkrijgen, moeten eindpuntmetingen beter worden afgestemd op die in klinische studies. Hier introduceren we een protocol voor een klinisch relevante loopbandinspanningstest bij varkens. Deze studie heeft tot doel: (1) een betrouwbare inspanningstest bij varkens te bieden die kan worden gebruikt om de veiligheid en functionele werkzaamheid van gentherapie en andere nieuwe therapieën te evalueren, en (2) de eindpunten tussen preklinische en klinische studies beter op elkaar af te stemmen.
Introduction
Chronische hart- en vaatziekten zijn wereldwijd belangrijke oorzaken van sterfte en morbiditeit 1,2. Hoewel de huidige behandelingen effectief zijn voor de meerderheid van de patiënten, kunnen velen nog steeds niet profiteren van de huidige therapieën vanwege bijvoorbeeld diffuse chronische ziekten of comorbiditeiten. Bovendien worden bij sommige patiënten hartsymptomen niet verlicht door de beschikbare behandelingen en vordert hun hart- en vaatziekte ondanks optimale medische therapie3. Er is dus een duidelijke behoefte aan het ontwikkelen van nieuwe behandelingsopties voor ernstige hart- en vaatziekten.
In de afgelopen jaren zijn nieuwe moleculaire routes en manieren om deze doelen te manipuleren ontdekt, waardoor gentherapie, celtherapie en andere nieuwe therapieën een realistische optie zijn voor de behandeling van ernstige hart- en vaatziekten4. Na veelbelovende preklinische resultaten hebben veel cardiovasculaire toepassingen echter niet voldaan aan de verwachtingen in klinische onderzoeken. Ondanks de slechte werkzaamheid in klinische onderzoeken, hebben verschillende onderzoeken goede veiligheidsprofielen van nieuwe therapieën vastgesteld 5,6,7,8,9. Het brengen van nieuwe cardiovasculaire therapieën naar patiënten vereist dus verbeterde benaderingen en betere preklinische modellen, studie-instellingen en eindpunten in preklinische studies die de klinische werkzaamheid kunnen voorspellen.
In diermodellen lag de nadruk meestal op gemakkelijk kwantificeerbare eindpunten, zoals het aantal en de oppervlakte van capillaire vaten berekend op basis van histologische secties of parameters van beeldvorming van de linkerkamer in rust en onder farmacologische stress. In klinische onderzoeken waren veel eindpunten subjectiever, zoals inspanningstolerantie of symptoomverlichting4. Het is dus waarschijnlijk dat de eindpunten in preklinische studies en klinische studies verschillende aspecten van de toegepaste therapie meten. Een toename van de hoeveelheid bloedvaten correleert bijvoorbeeld niet altijd met een betere perfusie, hartfunctie of inspanningstolerantie. Niettemin zijn beide soorten eindpunten nodig om succesvolle therapeutische benaderingen te ontwikkelen10. Toch is het belangrijkste doel altijd om de symptomen te verlichten en de prognose en kwaliteit van leven van de patiënt te verbeteren. Om dit te bereiken, moeten eindpuntmetingen beter worden afgestemd tussen preklinische en klinische studies4.
Cardiorespiratoire fitness weerspiegelt het vermogen van de bloedsomloop en ademhalingssystemen om zuurstof te leveren tijdens aanhoudende fysieke activiteit, en kwantificeert dus de functionele capaciteit van een individu. Functionele capaciteit is een belangrijke prognostische marker omdat het een sterke onafhankelijke voorspeller is voor het risico op cardiovasculaire en all-cause mortaliteit11. Verbeteringen in cardiorespiratoire fitheid zijn geassocieerd met een verminderd risico op mortaliteit12. Inspanningstesten zijn geschikt voor het evalueren van aerobe prestaties en behandelingsreacties bij hart- en vaatziekten. Afhankelijk van de beschikbaarheid worden tests uitgevoerd op een fietsergometer of een loopband. Een geleidelijke toename van de werklast per minuut wordt meestal gebruikt en abrupte verhogingen worden vermeden; Dit leidt tot een lineaire fysiologische respons. De belangrijkste variabelen in de inspanningstests zijn de totale trainingstijd, bereikte metabole equivalenten (METs), hartslag en veranderingen op een elektrocardiogram (ECG) -lijn tussen het QRS-complex (Q-, R- en S-golven) en T-golf (ST-segment). Klinische stresstests hebben lage kosten en zijn gemakkelijk toegankelijk13. Om deze redenen zijn stresstests, zoals de 6 min looptest, op grote schaal gebruikt in klinieken en moeten ze ook worden gebruikt bij de preklinische evaluatie van nieuwe therapieën.
Voor zover wij weten, zijn er geen goed beschreven grote diermodellen voor het evalueren van de functionele werkzaamheid van gentherapie of andere nieuwe therapieën. Daarom biedt de klinisch relevante inspanningstest een uitstekend perspectief voor het evalueren van de efficiëntie van deze nieuwe therapieën in de preklinische setting.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze grote diertest bootst de test na die in klinieken wordt gebruikt, waardoor de kloof in eindpunten tussen de preklinische studies en klinische onderzoeken wordt verkleind. Het kan worden toegepast om de werkzaamheid van nieuwe behandelingen voor ernstige hart- en vaatziekten, zoals arteriosclerose obliterans, hartfalen en ischemische hartziekten te evalueren. De tijdstippen die in dit protocol worden toegepast, kunnen variëren afhankelijk van de geteste behandeling. Dit protocol is gestandaardiseerd op basis van een…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteur wil Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen en Inkeri Niemi van het National Laboratory Animal Center bedanken voor hun hulp bij dierenwerk. Deze studie wordt ondersteund door de Finnish Academy, ERC en CardioReGenix EU Horizon grant.
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).
