Questo protocollo presenta un approccio dettagliato alla replicazione di un modello murino di insufficienza cardiaca indotta da iperlipidemia con frazione di eiezione conservata (HFpEF). Il disegno combina la somministrazione del virus adeno-associato 9-troponina cardiaca T-recettore delle lipoproteine a bassa densità (AAV9-cTnT-LDLR) e del poloxamer-407 (P-407).
La fisiopatologia dell’insufficienza cardiaca con frazione di eiezione conservata (HFpEF) guidata da lipotossicità non è completamente compresa. Data l’urgente necessità di modelli animali che imitino accuratamente l’HFpEF cardio-metabolica, è stato sviluppato un modello murino indotto da iperlipidemia mediante ingegneria inversa dei fenotipi osservati nei pazienti con HFpEF. Questo modello mirava a studiare l’HFpEF, concentrandosi sull’interazione tra lipotossicità e sindrome metabolica. L’iperlipidemia è stata indotta in topi wild-type (WT) su un background di ceppo 129J attraverso iniezioni intraperitoneali bisettimanali di poloxamer-407 (P-407), un copolimero a blocchi che blocca la lipoproteina lipasi, combinata con una singola iniezione endovenosa del virus adeno-associato 9-troponina cardiaca T-recettore delle lipoproteine a bassa densità (AAV9-cTnT-LDLR). Tra le 4 e le 8 settimane dopo il trattamento sono state condotte valutazioni approfondite, tra cui ecocardiografia, registrazione della pressione arteriosa, pletismografia di tutto il corpo, telemetria ecocardiografica (ECG), monitoraggio della ruota dell’attività (AWM) e analisi biochimiche e istologiche. I topi LDLR/P-407 hanno mostrato caratteristiche distintive a quattro settimane, tra cui disfunzione diastolica, frazione di eiezione conservata e aumento dello spessore della parete ventricolare sinistra. In particolare, la pressione sanguigna e la funzionalità renale sono rimaste entro i range normali. Inoltre, l’ECG e l’AWM hanno rivelato rispettivamente blocchi cardiaci e ridotta attività. La funzione diastolica si è deteriorata a otto settimane, accompagnata da un calo significativo della frequenza respiratoria. Ulteriori indagini sul modello di doppio trattamento hanno rivelato un aumento della fibrosi, dei rapporti tra polmoni umidi e secchi e dei rapporti tra peso cardiaco e peso corporeo. I topi LDLR/P-407 presentavano xantelasmi, ascite e ischemia cardiaca. È interessante notare che le morti improvvise si sono verificate tra le 6 e le 12 settimane dopo il trattamento. Il modello murino di HFpEF offre una risorsa sperimentale preziosa e promettente per chiarire le complessità della sindrome metabolica che contribuisce alla disfunzione diastolica nel contesto dell’HFpEF mediata da lipotossicità.
L’insufficienza cardiaca con frazione di eiezione conservata (HFpEF) denota una sindrome cardiometabolica accompagnata da comorbidità multiple e costituisce oltre il 50% di tutti i casi di insufficienza cardiaca 1,2. Inoltre, la frequenza dell’HFpEF è aumentata costantemente nell’ultimo decennio3. Con opzioni di trattamento limitate, l’HFpEF rappresenta la più significativa necessità medica insoddisfatta nelle malattie cardiovascolari, data la sua fisiopatologia poliedrica4. Pertanto, esiste un urgente bisogno di migliorare la comprensione dei meccanismi sottostanti e della fisiopatologia dell’HFpEF per sviluppare terapie efficaci.
Nonostante i significativi progressi compiuti negli ultimi anni, la fisiopatologia dell’HFpEF attribuita alla lipotossicità rimane incompleta e non è ancora stata compresa. È stato stabilito che i pazienti con HFpEF mostrano un notevole accumulo di lipidi miocardici rispetto a quelli con insufficienza cardiaca con frazione di eiezione ridotta (HFrEF) e controlli sani5. I dati di sequenziamento dell’RNA dalle biopsie cardiache hanno mostrato una sottoregolazione del gene della lipoproteina lipasi (LPL) nel gruppo HFpEF rispetto ai pazienti sani e HFrEF6. Poloxamer-407 (P-407) è un copolimero a blocchi che induce iperlipidemia bloccando LPL e successivamente aumentando i trigliceridi plasmatici e il colesterolo LDL (lipoproteine a bassa densità)7. Studi precedenti hanno dimostrato un’elevata espressione del recettore LDL (LDLR) nel cuore dei topi HFpEF8.
Sulla base di questi risultati e riconoscendo l’urgente necessità di modelli animali che imitino accuratamente l’HFpEF cardio-metabolica, è stato sviluppato e presentato un modello murino indotto da iperlipidemia. Questo modello è stato adattato per esplorare l’HFpEF, concentrandosi esplicitamente sul coinvolgimento della lipotossicità insieme alla sindrome metabolica. Indotto dall’iperlipidemia/blocco di LPL e dall’aumento dell’espressione cardiaca di LDLR, questo modello è stato stabilito in topi WT-129 su sfondo 129J attraverso iniezioni intraperitoneali bisettimanali (i.p.) di P-407 combinate con una singola iniezione endovenosa (i.v.) del virus adeno-associato 9-troponina cardiaca T-LDLR (AAV9-cTnT-LDLR)9.
Tra le 4 e le 8 settimane dopo il trattamento, è stata condotta un’ampia gamma di valutazioni, che comprendevano ecocardiografia, registrazioni della pressione sanguigna, pletismografia di tutto il corpo (WBP), telemetria elettrocardiografica continua (ECG), monitoraggio della ruota dell’attività (AWM), nonché analisi biochimiche e istologiche9. A quattro settimane, i topi LDLR/P407 o “doppio trattamento” hanno mostrato caratteristiche distinte di HFpEF, tra cui disfunzione diastolica, frazione di eiezione conservata e aumento dello spessore della parete ventricolare sinistra9. Inoltre, la telemetria ECG e l’AWM hanno rivelato rispettivamente blocchi cardiaci e attività ridotta. In particolare, la pressione sanguigna e la funzionalità renale sono rimaste normali9. Entro otto settimane, la funzione diastolica si è deteriorata e le misurazioni della WBP hanno rivelato una riduzione della frequenza respiratoria9.
Un’ulteriore esplorazione del modello di doppio trattamento ha rivelato fibrosi, elevati rapporti tra polmoni umidi e secchi e rapporti peso cardiaco/peso corporeo9. L’autopsia ha rivelato ascite, ischemia cardiaca e xantelasmi. Curiosamente, le morti improvvise sono state documentate tra le 6 e le 12 settimane dopo il trattamento. Questo modello di HFpEF guidato dall’iperlipidemia murina fornisce uno strumento sperimentale rapido, prezioso e promettente per svelare le complessità della sindrome metabolica che contribuisce alla disfunzione diastolica con HFpEF mediata da lipotossicità.
Nonostante il costante aumento della prevalenza di HFpEF nell’ultimo decennio, una comprensione concreta della fisiopatologia sottostante rimane sfuggente13. Inoltre, ad oggi, esiste una terapia basata sull’evidenza limitata13. È necessaria una migliore comprensione dei meccanismi coinvolti nell’HFpEF cardio-metabolica. In precedenza, è stato introdotto un modello murino iperlipidemico che imita l’HFpEF senza malattia renale cronica (CKD) né ipertensione indotta da LDLR OE cardiaca e iniezioni di p4079.
I risultati hanno rivelato che la combinazione di LDLR OE cardiaco e iperlipidemia provoca disfunzione diastolica, aritmie, ipertrofia ventricolare sinistra (LV), intolleranza all’esercizio, accumulo di lipidi cardiaci e fibrosi nei topi dopo quattro settimane, come precedentemente pubblicato9. Èstato osservato anche un aumento dell’assorbimento del colesterolo LDL nel cuore, nel fegato e nei muscoli scheletrici e una diminuzione dei trigliceridi nel cuore e nel fegato di questi topi. Il vantaggio di questo metodo risiede nella sua rapidità nello studio delle vie della sindrome cardio-metabolica, che non sono ben comprese rispetto ad altri modelli murini di HFpEF iperlipidemica, come la dieta ricca di grassi (HFD) che richiede fino a 16 e 20 settimane per svilupparne14. Questo modello impiega quattro settimane per svilupparsi e imita le anomalie metaboliche negli esseri umani. Pertanto, la riproducibilità di questo modello è essenziale.
È imperativo garantire un’accurata preparazione e somministrazione di AAV9-cTnT-LDLR e P-407. La replicabilità di questo modello dipende fortemente da calcoli accurati delle concentrazioni e delle dosi di P-407 e AAV9-cTnT-LDLR, nonché dalle misurazioni del peso. Altrettanto importanti sono le preparazioni della soluzione e le corrette tecniche di iniezione endovenosa e intraperitoneale. Le deviazioni in queste tecniche possono comportare alterazioni significative e risultati indesiderati.
Nonostante l’efficacia e l’efficienza di questo modello, esistono diverse limitazioni. È necessaria una formazione rigorosa per eseguire iniezioni endovenose e intraperitoneali. Inoltre, esiste un potenziale rischio di morbilità e mortalità associato a iniezioni endovenose e frequenti per via endovenosa. Durante l’esecuzione di iniezioni endovenose possono verificarsi lesioni alla coda di topo, mentre la puntura cecale può verificarsi con iniezioni intraperitoneali, portando alla peritonite15. Queste lesioni sono in genere dovute a tecniche errate e possono comportare la perdita di soggetti sperimentali e trattamenti. Pertanto, è necessaria una formazione approfondita prima di eseguire queste procedure. Un’altra limitazione è l’attenzione di questo modello sulla varietà 129J. Il razionale alla base della scelta del ceppo 129J deriva da studi preliminari che hanno prodotto risultati più rapidi di disfunzione diastolica e HFpEF in questo ceppo rispetto ai topi C57BL/6 che abbiamo inizialmente studiato in indagini non pubblicate.
Indipendentemente da queste limitazioni, questo modello consentirà indagini più rapide sui meccanismi sottostanti coinvolti nell’HFpEF e sulle potenziali opzioni di trattamento efficaci. Studi precedenti hanno portato allo sviluppo di un modello fisiopatologico per l’HFD cardiometabolico indotto da HFpEF e l’estere metilico N[w]-nitro-l-arginina (L-NAME) per 5-15 settimane13. Tuttavia, a causa del costante aumento della prevalenza dell’HFpEF, vi è un urgente bisogno di un’ulteriore comprensione della fisiopatologia dell’HFpEF cardiometabolica e dello sviluppo di una terapia efficace. Questo modello murino di OE LDLR cardiaco e iperlipidemia indotta da p407 è un metodo rapido e fattibile per indurre HFpEF cardiometabolica per futuri sforzi di ricerca.
The authors have nothing to disclose.
Ringraziamo il Penncore e il NHLBI Gene Therapy Resource Program (GTRP) per aver finanziato la generazione del virus adeno-associato utilizzato in questo progetto. Questa ricerca è stata finanziata da sovvenzioni del National Institute of Health (NIH) (1R01HL140468) e del Miami Heart Research Institute a LS. MW ha ricevuto il NIH Diversity Supplement Award dal 2020 al 2022 (R01HL140468- 03S1). JH è finanziato da 1R01 HL13735, 1R01 HL107110, 5UM1 HL113460, 1R01 HL134558, 5R01 CA136387 (dal NIH), W81XWH-19-PRMRPCTA (dal Dipartimento della Difesa) e dalle Fondazioni della famiglia Starr, Lipson e Soffer.
Adeno-associated virus 9-cardiac troponin T-LDLR (AAV9-cTnT-LDLR) | U. Penn Vector Core, funded by the NHLBI Gene Therapy Program (GTRP) | Transgene plasmids and AAVs particles were generated by the U. Penn Vector Core, funded by the NHLBI Gene Therapy Program (GTRP). AAV were provided in Dulbecco’s phosphate-buffered saline (PBS) with 0.001% Pluronic F68. The Core determined AAV titers by digital droplet polymerase chain reaction (ddPCR) and assessed all preparations for capsid protein ratio by SDS-PAGE and for the presence of endotoxin. Constructs include the human (h) transcripts tagged by 3X HA, Penn Vector Core (RRID: SCR_022432). AAV9-cTNT-hLDLR plasmid encodes the full human LDLR protein (2664bp). | |
Imaging systems with a high frequency transducer probe MS400 | (VisualSonics, Toronto, ON, Canada) | Vevo 2100 or 3100 | |
Isoflurane | Akorn Animal Health, Inc. | NDC: 59399-106-01 | |
LabChart software | ADInstruments | Pro version 8.1.5 | |
Poloxamer 407 | Sigma-Aldrich | 16758 | |
PV catheter | Millar Instrument | PVR 1035 | |
Ultrasound analysis software | Vevo Lab | ||
Wild-type (WT) mice on 129J background | Jackson Laboratory |