מבחן פעילות גופנית להערכת היעילות התפקודית של מערכת הלב וכלי הדם של החזיר
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מודל ניסוי גדול של פעילות גופנית בבעלי חיים כדי להעריך את היכולת התפקודית של מערכת הלב וכלי הדם להערכת היעילות של טיפולים חדשים בסביבה הפרה-קלינית. זה דומה למבחן תרגיל קליני.
Abstract
למרות ההתקדמות בטיפולים, מחלות לב וכלי דם הן עדיין אחד הגורמים הגדולים ביותר לתמותה ותחלואה בעולם. אנגיוגנזה טיפולית מבוססת ריפוי גנטי היא גישה מבטיחה לטיפול בחולים עם תסמינים משמעותיים, למרות טיפול תרופתי אופטימלי ופרוצדורות פולשניות. עם זאת, טכניקות מבטיחות רבות לטיפול גנטי קרדיווסקולרי לא הצליחו להשיג את הציפיות בניסויים קליניים. הסבר אחד הוא חוסר התאמה בין נקודות קצה פרה-קליניות וקליניות המשמשות למדידת יעילות. במודלים של בעלי חיים, הדגש היה בדרך כלל על נקודות קצה קלות לכימות, כגון מספר ושטח כלי הדם הנימים המחושבים מקטעים היסטולוגיים. מלבד תמותה ותחלואה, נקודות הקצה בניסויים קליניים הן סובייקטיביות, כגון סבילות לפעילות גופנית ואיכות חיים. עם זאת, נקודות הקצה הפרה-קליניות והקליניות מודדות ככל הנראה היבטים שונים של הטיפול היישומי. עם זאת, שני סוגי נקודות הקצה נדרשים לפיתוח גישות טיפוליות מוצלחות. במרפאות, המטרה העיקרית היא תמיד להקל על הסימפטומים של החולים ולשפר את הפרוגנוזה ואיכות החיים שלהם. כדי להשיג נתוני ניבוי טובים יותר ממחקרים פרה-קליניים, יש להתאים טוב יותר את מדידות נקודות הקצה לאלה שבמחקרים קליניים. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבדיקת אימון הליכון רלוונטית מבחינה קלינית בחזירים. מחקר זה נועד: (1) לספק בדיקת פעילות גופנית אמינה בחזירים שניתן להשתמש בה כדי להעריך את הבטיחות והיעילות התפקודית של ריפוי גנטי וטיפולים חדשניים אחרים, ו-(2) להתאים טוב יותר את נקודות הקצה בין מחקרים פרה-קליניים וקליניים.
Introduction
מחלות לב וכלי דם כרוניות הן גורמים משמעותיים לתמותה ותחלואה ברחבי העולם 1,2. למרות שהטיפולים הנוכחיים יעילים עבור רוב החולים, רבים עדיין אינם יכולים להפיק תועלת מהטיפולים הנוכחיים בגלל, למשל, מחלות כרוניות מפושטות או תחלואה נלווית. בנוסף, בחלק מהחולים, הסימפטומים הלבביים אינם משוחררים על ידי הטיפולים הזמינים, ומחלת הלב וכלי הדם שלהם מתקדמת למרות הטיפול הרפואי האופטימלי3. לכן, יש צורך ברור לפתח אפשרויות טיפול חדשניות למחלות לב וכלי דם קשות.
במהלך השנים האחרונות התגלו מסלולים מולקולריים חדשים ודרכים לתמרן מטרות אלה, מה שהופך ריפוי גנטי, תרפיה תאית וטיפולים חדשניים אחרים לאופציה מציאותית לטיפול במחלות לב וכלי דם חמורות4. עם זאת, לאחר תוצאות פרה-קליניות מבטיחות, יישומים קרדיווסקולריים רבים לא הצליחו לעמוד בציפיות בניסויים קליניים. למרות היעילות הירודה בניסויים קליניים, מספר ניסויים ביססו פרופילי בטיחות טובים של טיפולים חדשניים 5,6,7,8,9. לפיכך, הבאת טיפולים קרדיווסקולריים חדשים לחולים תדרוש גישות משופרות ומודלים פרה-קליניים טובים יותר, הגדרות מחקר ונקודות קצה במחקרים פרה-קליניים שיכולים לחזות יעילות קלינית.
במודלים של בעלי חיים, הדגש היה בדרך כלל על נקודות קצה קלות לכימות, כגון מספר ושטח כלי הדם הנימיים המחושבים מקטעים היסטולוגיים או פרמטרים מהדמיית החדר השמאלי במנוחה ותחת לחץ פרמקולוגי. בניסויים קליניים, נקודות קצה רבות היו סובייקטיביות יותר, כגון סבילות לפעילות גופנית או הקלה בסימפטומים4. לפיכך, סביר להניח כי נקודות הקצה במחקרים פרה-קליניים ובניסויים קליניים מודדות היבטים שונים של הטיפול היישומי. לדוגמה, עלייה בכמות כלי הדם לא תמיד מתואמת עם זילוח טוב יותר, תפקוד הלב או סבילות לפעילות גופנית. עם זאת, שני סוגי נקודות הקצה נדרשים כדי לפתח גישות טיפוליות מוצלחות10. ובכל זאת, המטרה העיקרית היא תמיד להקל על הסימפטומים ולשפר את הפרוגנוזה ואיכות החיים של המטופל. כדי להשיג זאת, יש להתאים טוב יותר את מדידות נקודות הקצה בין מחקרים פרה-קליניים וקליניים4.
כושר לב-ריאה משקף את היכולת של מערכות הדם והנשימה לספק חמצן במהלך פעילות גופנית ממושכת, ובכך הוא מכמת את היכולת התפקודית של הפרט. יכולת תפקודית היא סמן פרוגנוסטי מרכזי מכיוון שהיא מנבא עצמאי חזק לסיכון לתמותה קרדיווסקולרית ותמותה מכל הסיבות11. שיפורים בכושר הלב-ריאה קשורים לסיכון מופחת לתמותה12. בדיקות פעילות גופנית מתאימות להערכת ביצועים אירוביים ותגובות טיפול במחלות לב וכלי דם. בהתאם לזמינות, הבדיקות מבוצעות על ארגומטר אופניים או הליכון. בדרך כלל משתמשים בעלייה הדרגתית בעומס העבודה לדקה, ונמנעים עליות פתאומיות; זה מוביל לתגובה פיזיולוגית ליניארית. המשתנים החשובים ביותר במבחני האימון כוללים את זמן האימון הכולל, מקבילות מטבוליות (METs) שהושגו, קצב הלב ושינויים בקו אלקטרוקרדיוגרמה (ECG) בין קומפלקס QRS (גלי Q, R ו- S) וגל T (קטע ST). למבחני מאמץ קליניים יש עלויות נמוכות והם נגישים בקלות13. מסיבות אלה, בדיקות מתח, כגון מבחן הליכה של 6 דקות, היו בשימוש נרחב במרפאות ויש להשתמש בהם גם בהערכה פרה-קלינית של טיפולים חדשים.
למיטב ידיעתנו, אין מודלים מתוארים היטב של בעלי חיים גדולים להערכת היעילות התפקודית של ריפוי גנטי או טיפולים חדשניים אחרים. לכן, מבחן התרגיל הרלוונטי מבחינה קלינית מספק פרספקטיבה מצוינת להערכת היעילות של טיפולים חדשים אלה בסביבה הפרה-קלינית.
Protocol
Representative Results
Discussion
ניסוי גדול זה בהתעמלות בבעלי חיים מחקה את הבדיקה המשמשת במרפאות, ומצמצם את הפער בנקודות הקצה בין המחקרים הפרה-קליניים לבין הניסויים הקליניים. זה יכול להיות מיושם כדי להעריך את היעילות של טיפולים חדשים עבור מחלות לב וכלי דם חמורות, כגון טרשת עורקים obliterans, אי ספיקת לב, ומחלות לב איסכמי. נקודו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחבר רוצה להודות למינה טורונן, רייקה ונליינן, הייקי קארהונן ואינקרי ניימי מהמרכז הלאומי לחיות מעבדה על עזרתם בעבודה עם בעלי חיים. מחקר זה נתמך על ידי האקדמיה הפינית, ERC ומענק 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).
