Prueba de esfuerzo para la evaluación de la eficacia funcional del sistema cardiovascular porcino
Summary
El presente protocolo describe un modelo de prueba de ejercicio con animales grandes para evaluar la capacidad funcional del sistema cardiovascular para evaluar la eficiencia de nuevas terapias en el entorno preclínico. Es comparable a una prueba de ejercicio clínico.
Abstract
A pesar del progreso en los tratamientos, las enfermedades cardiovasculares siguen siendo una de las principales causas de mortalidad y morbilidad en todo el mundo. La angiogénesis terapéutica basada en la terapia génica es un enfoque prometedor para tratar a los pacientes con síntomas significativos, a pesar de la terapia farmacológica óptima y los procedimientos invasivos. Sin embargo, muchas técnicas prometedoras de terapia génica cardiovascular no han logrado cumplir con las expectativas en los ensayos clínicos. Una explicación es un desajuste entre los criterios de valoración preclínicos y clínicos utilizados para medir la eficacia. En modelos animales, el énfasis generalmente se ha puesto en puntos finales fácilmente cuantificables, como el número y el área de los vasos capilares calculados a partir de secciones histológicas. Además de la mortalidad y la morbilidad, los criterios de valoración en los ensayos clínicos son subjetivos, como la tolerancia al ejercicio y la calidad de vida. Sin embargo, los criterios de valoración preclínicos y clínicos probablemente miden diferentes aspectos de la terapia aplicada. Sin embargo, ambos tipos de criterios de valoración son necesarios para desarrollar enfoques terapéuticos exitosos. En las clínicas, el objetivo principal es siempre aliviar los síntomas de los pacientes y mejorar su pronóstico y calidad de vida. Para lograr mejores datos predictivos de estudios preclínicos, las mediciones de punto final deben coincidir mejor con las de los estudios clínicos. Aquí, presentamos un protocolo para una prueba de ejercicio en cinta rodante clínicamente relevante en cerdos. Este estudio tiene como objetivo: (1) proporcionar una prueba de esfuerzo confiable en cerdos que se pueda usar para evaluar la seguridad y la eficacia funcional de la terapia génica y otras terapias novedosas, y (2) hacer coincidir mejor los puntos finales entre los estudios preclínicos y clínicos.
Introduction
Las enfermedades cardiovasculares crónicas son causas importantes de mortalidad y morbilidad en todo el mundo 1,2. Aunque los tratamientos actuales son efectivos para la mayoría de los pacientes, muchos todavía no pueden beneficiarse de las terapias actuales debido, por ejemplo, a enfermedades crónicas difusas o comorbilidades. Además, en algunos pacientes, los síntomas cardíacos no son aliviados por los tratamientos disponibles, y su enfermedad cardiovascular progresa a pesar de la terapia médica óptima3. Por lo tanto, existe una clara necesidad de desarrollar nuevas opciones de tratamiento para las enfermedades cardiovasculares graves.
Durante los últimos años, se han descubierto nuevas vías moleculares y formas de manipular estos objetivos, lo que hace que la terapia génica, la terapia celular y otras terapias novedosas sean una opción realista para tratar enfermedades cardiovasculares graves4. Sin embargo, después de resultados preclínicos prometedores, muchas aplicaciones cardiovasculares no han cumplido con las expectativas en los ensayos clínicos. A pesar de la escasa eficacia en los ensayos clínicos, varios ensayos han establecido buenos perfiles de seguridad de nuevas terapias 5,6,7,8,9. Por lo tanto, llevar nuevas terapias cardiovasculares a los pacientes requerirá mejores enfoques y mejores modelos preclínicos, entornos de estudio y criterios de valoración en estudios preclínicos que puedan predecir la eficacia clínica.
En modelos animales, el énfasis generalmente se ha centrado en criterios de valoración fácilmente cuantificables, como el número y el área de los vasos capilares calculados a partir de secciones histológicas o parámetros de imágenes del ventrículo izquierdo en reposo y bajo estrés farmacológico. En los ensayos clínicos, muchos criterios de valoración han sido más subjetivos, como la tolerancia al ejercicio o el alivio de los síntomas4. Por lo tanto, es probable que los criterios de valoración en estudios preclínicos y ensayos clínicos midan diferentes aspectos de la terapia aplicada. Por ejemplo, un aumento en la cantidad de vasos sanguíneos no siempre se correlaciona con una mejor perfusión, función cardíaca o tolerancia al ejercicio. Sin embargo, ambos tipos de criterios de valoración son necesarios para desarrollar abordajes terapéuticos exitosos10. Aún así, el objetivo principal es siempre aliviar los síntomas y mejorar el pronóstico y la calidad de vida del paciente. Para lograr esto, las mediciones del punto final deben ajustarse mejor entre los estudios preclínicos y clínicos4.
La aptitud cardiorrespiratoria refleja la capacidad de los sistemas circulatorio y respiratorio para proporcionar oxígeno durante la actividad física sostenida y, por lo tanto, cuantifica la capacidad funcional de un individuo. La capacidad funcional es un marcador pronóstico clave, ya que es un fuerte predictor independiente para el riesgo de mortalidad cardiovascular y por todas las causas11. Las mejoras en la aptitud cardiorrespiratoria se asocian con un menor riesgo de mortalidad12. Las pruebas de esfuerzo son adecuadas para evaluar el rendimiento aeróbico y las respuestas al tratamiento en enfermedades cardiovasculares. Dependiendo de la disponibilidad, las pruebas se realizan en un ergómetro de bicicleta o una cinta de correr. Por lo general, se utiliza un aumento gradual de la carga de trabajo por minuto y se evitan aumentos bruscos; Esto conduce a una respuesta fisiológica lineal. Las variables más importantes en las pruebas de ejercicio incluyen el tiempo total de ejercicio, los equivalentes metabólicos (MET) alcanzados, la frecuencia cardíaca y los cambios en una línea de electrocardiograma (ECG) entre el complejo QRS (ondas Q, R y S) y la onda T (segmento ST). Las pruebas de esfuerzo clínico tienen bajos costos y son fácilmente accesibles13. Por estas razones, las pruebas de esfuerzo, como la prueba de caminata de 6 minutos, se han utilizado ampliamente en las clínicas y también deben usarse en la evaluación preclínica de nuevas terapias.
Hasta donde sabemos, no existen modelos animales grandes bien descritos para evaluar la eficacia funcional de la terapia génica u otras terapias novedosas. Por lo tanto, la prueba de esfuerzo clínicamente relevante proporciona una excelente perspectiva para evaluar la eficiencia de estas nuevas terapias en el entorno preclínico.
Protocol
Representative Results
Discussion
Esta prueba de ejercicio con animales grandes imita la prueba utilizada en las clínicas, reduciendo la brecha en los puntos finales entre los estudios preclínicos y los ensayos clínicos. Se puede aplicar para evaluar la eficacia de nuevos tratamientos para enfermedades cardiovasculares graves, como la arteriosclerosis obliterante, la insuficiencia cardíaca y las enfermedades isquémicas del corazón. Los puntos de tiempo aplicados en este protocolo pueden variar dependiendo del tratamiento probado. Este protocolo se …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El autor desea agradecer a Minna Törrönen, Riikka Venäläinen, Heikki Karhunen e Inkeri Niemi del Centro Nacional de Animales de Laboratorio por su ayuda en el trabajo con animales. Este estudio cuenta con el apoyo de la Academia Finlandesa, ERC y la subvención 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).
