Este protocolo presenta un enfoque detallado para replicar un modelo murino de insuficiencia cardíaca inducida por hiperlipidemia con fracción de eyección preservada (HFpEF). El diseño combina la administración de virus adenoasociado al virus 9-troponina T de baja densidad con receptor de lipoproteínas de baja densidad (AAV9-cTnT-LDLR) y poloxámero-407 (P-407).
La fisiopatología de la insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada (HFpEF) impulsada por lipotoxicidad no se conoce completamente. Dada la urgente necesidad de modelos animales que imitaran con precisión la HFpEF cardiometabólica, se desarrolló un modelo murino inducido por hiperlipidemia mediante ingeniería inversa de los fenotipos observados en pacientes con HFpEF. Este modelo tenía como objetivo investigar la ICFEP, centrándose en la interacción entre la lipotoxicidad y el síndrome metabólico. La hiperlipidemia se indujo en ratones de tipo salvaje (WT) con una cepa de fondo de 129J mediante inyecciones intraperitoneales quincenales de poloxamer-407 (P-407), un copolímero en bloque que bloquea la lipoproteína lipasa, combinada con una única inyección intravenosa del virus adenoasociado 9-troponina cardíaca T-receptor de lipoproteínas de baja densidad (AAV9-cTnT-LDLR). Se realizaron evaluaciones exhaustivas entre 4 y 8 semanas después del tratamiento, que incluyeron ecocardiografía, registro de la presión arterial, pletismografía de cuerpo entero, telemetría de ecocardiografía (ECG), monitorización de la rueda de actividad (AWM) y análisis bioquímicos e histológicos. Los ratones LDLR/P-407 mostraron características distintivas a las cuatro semanas, incluyendo disfunción diastólica, fracción de eyección preservada y aumento del grosor de la pared del ventrículo izquierdo. En particular, la presión arterial y la función renal se mantuvieron dentro de los rangos normales. Además, el ECG y la AWM revelaron bloqueos cardíacos y reducción de la actividad, respectivamente. La función diastólica se deterioró a las ocho semanas, acompañada de una disminución significativa de la frecuencia respiratoria. Investigaciones posteriores sobre el modelo de doble tratamiento revelaron fibrosis elevada, proporciones de pulmones húmedos/secos y relaciones de peso cardíaco/peso corporal. Los ratones LDLR/P-407 presentaron xantelasmas, ascitis e isquemia cardíaca. Curiosamente, las muertes súbitas ocurrieron entre 6 y 12 semanas después del tratamiento. El modelo murino de HFpEF ofrece un recurso experimental valioso y prometedor para dilucidar las complejidades del síndrome metabólico que contribuye a la disfunción diastólica en el contexto de la HFpEF mediada por lipotoxicidad.
La insuficiencia cardíaca con fracción de eyección preservada (ICFEP) denota un síndrome cardiometabólico acompañado de múltiples comorbilidades y constituye más del 50% de todos los casos de insuficiencia cardíaca 1,2. Además, la frecuencia de HFpEF ha aumentado constantemente durante la última década3. Con opciones de tratamiento limitadas, la ICFEP representa la necesidad médica no cubierta más importante en la enfermedad cardiovascular, dada su fisiopatología multifacética4. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de mejorar la comprensión de los mecanismos subyacentes y la fisiopatología de la ICFEP para desarrollar terapias efectivas.
A pesar de los avances significativos en los últimos años, la fisiopatología de la ICFEP atribuida a la lipotoxicidad sigue sin comprenderse completamente. Se establece que los pacientes con ICFEP presentan una notable acumulación de lípidos miocárdicos en comparación con aquellos con insuficiencia cardíaca con fracción de eyección reducida (ICFEr) y controles sanos5. Los datos de secuenciación de ARN de biopsias cardíacas mostraron una regulación a la baja del gen de la lipoproteína lipasa (LPL) en el grupo de HFpEF en comparación con los pacientes sanos y con HFrEF6. El poloxámero-407 (P-407) es un copolímero en bloque que induce hiperlipidemia al bloquear LPL y posteriormente aumentar los triglicéridos plasmáticos y el colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL)7. Estudios previos demostraron una alta expresión del receptor de LDL (LDLR) en el corazón de ratones HFpEF8.
Sobre la base de estos hallazgos y reconociendo la necesidad apremiante de modelos animales que imitaran con precisión la HFpEF cardiometabólica, se desarrolló y presentó un modelo murino inducido por hiperlipidemia. Este modelo se adaptó para explorar la ICFEP, centrándose explícitamente en la implicación de la lipotoxicidad junto con el síndrome metabólico. Inducido por hiperlipidemia/bloqueo de LPL y aumento de la expresión cardíaca de LDLR, este modelo se estableció en ratones WT-129 con fondo de 129J mediante inyecciones intraperitoneales (i.p.) quincenales de P-407 combinadas con una única inyección intravenosa (i.v.) de virus adenoasociado 9-troponina cardíaca T-LDLR (AAV9-cTnT-LDLR)9.
Entre las 4 y las 8 semanas después del tratamiento, se realizó una amplia gama de evaluaciones, que abarcaron ecocardiografía, registros de presión arterial, pletismografía de cuerpo entero (WBP), telemetría de electrocardiografía continua (ECG), monitorización de la rueda de actividad (AWM), así como análisis bioquímicos e histológicos9. A las cuatro semanas, los ratones LDLR/P407 o de “doble tratamiento” mostraron características distintivas de HFpEF, incluyendo disfunción diastólica, fracción de eyección preservada y aumento del grosor de la pared ventricular izquierda9. Además, la telemetría del ECG y la AWM revelaron bloqueos cardíacos y reducción de la actividad, respectivamente. Cabe destacar que la presión arterial y la función renal se mantuvieron normales9. A las ocho semanas, la función diastólica se deterioró y las mediciones de la WBP revelaron una reducción de la frecuencia respiratoria9.
La exploración adicional del modelo de doble tratamiento reveló fibrosis, proporciones elevadas de pulmón húmedo/seco y relaciones peso cardíaco/peso corporal9. La necropsia reveló ascitis, isquemia cardíaca y xantelasmas. Curiosamente, se documentaron muertes súbitas entre 6 y 12 semanas después del tratamiento9. Este modelo murino de HFpEF impulsado por hiperlipidemia proporciona una herramienta experimental rápida, valiosa y prometedora para desentrañar las complejidades del síndrome metabólico que contribuye a la disfunción diastólica con HFpEF mediada por lipotoxicidad.
A pesar del aumento constante de la prevalencia de HFpEF en la última década, sigue siendo difícil comprender de forma concreta la fisiopatología subyacente13. Además, a día de hoy, la terapia basada en la evidencia es limitada13. Es necesario una mejor comprensión de los mecanismos implicados en la HFpEF cardiometabólica. Anteriormente, se introdujo un modelo de ratón hiperlipidémico que imita la ICFEP sin enfermedad renal crónica (ERC) ni hipertensión inducida por inyecciones de LDLR IO cardíaco y p4079.
Los hallazgos revelaron que la combinación de LDLR OP cardíaco e hiperlipidemia resulta en disfunción diastólica, arritmias, hipertrofia ventricular izquierda (VI), intolerancia al ejercicio, acumulación de lípidos cardíacos y fibrosis en ratones después de cuatro semanas, como se publicó previamente9. También se observó un aumento en la absorción de colesterol LDL en el corazón, el hígado y los músculos esqueléticos y una disminución de los triglicéridos en el corazón y el hígado de estos ratones9. La ventaja de este método radica en su rapidez para investigar las vías del síndrome cardiometabólico, que no se conocen bien en comparación con otros modelos de ratón hiperlipidémicos de HFpEF, como la dieta alta en grasas (HFD) que requieren hasta 16 y 20 semanas para desarrollarse14. Este modelo tarda cuatro semanas en desarrollarse e imita las anomalías metabólicas en los seres humanos. Por lo tanto, la reproducibilidad de este modelo es esencial.
Es imperativo garantizar la preparación y administración exhaustivas de AAV9-cTnT-LDLR y P-407. La replicabilidad de este modelo depende en gran medida de cálculos precisos de las concentraciones y dosis de P-407 y AAV9-cTnT-LDLR, así como de mediciones de peso. Igualmente importantes son las preparaciones de la solución y las técnicas adecuadas de inyección intravenosa e intraperitoneal. Las desviaciones en estas técnicas pueden dar lugar a alteraciones significativas y resultados no deseados.
A pesar de la eficacia y eficiencia de este modelo, existen varias limitaciones. Se necesita un entrenamiento riguroso para realizar inyecciones intravenosas e intraperitoneales. Además, existe un riesgo potencial de morbilidad y mortalidad asociado con las inyecciones intravenosas y frecuentes intraperitoneales. Al realizar inyecciones intravenosas, pueden producirse lesiones en la cola del ratón, mientras que con las inyecciones intraperitoneales puede producirse una punción cecal, lo que conduce a la peritonitis15. Estas lesiones suelen deberse a técnicas incorrectas y pueden resultar en la pérdida de sujetos experimentales y tratamiento. Por lo tanto, es necesaria una amplia capacitación antes de realizar estos procedimientos. Otra limitación es el enfoque de este modelo en la cepa 129J. La razón detrás de la elección de la cepa 129J se deriva de estudios preliminares que arrojaron hallazgos más rápidos de disfunción diastólica e ICFEP en esta cepa en comparación con los ratones C57BL/6 que estudiamos inicialmente en investigaciones no publicadas.
Independientemente de estas limitaciones, este modelo permitirá investigaciones más rápidas sobre los mecanismos subyacentes implicados en la ICFEP y las posibles opciones de tratamiento eficaces. Estudios previos han llevado al desarrollo de un modelo fisiopatológico para la HFD cardiometabólica inducida por HFpEF y el éster metílico de N[w]-nitro-l-arginina (L-NAME) durante 5-15 semanas13. Sin embargo, debido al aumento constante de la prevalencia de la ICFEP, existe una necesidad urgente de comprender mejor la fisiopatología de la ICFEP cardiometabólica y de desarrollar una terapia eficaz. Este modelo murino de hiperlipidemia cardíaca inducida por LDLR OE y p407 es un método rápido y factible de inducir HFpEF cardiometabólica para futuros esfuerzos de investigación.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a Penncore y al Programa de Recursos de Terapia Génica (GTRP) del NHLBI por financiar la generación del virus adenoasociado utilizado en este proyecto. Esta investigación fue financiada por subvenciones del Instituto Nacional de Salud (NIH) (1R01HL140468) y el Instituto de Investigación del Corazón de Miami a LS. MW recibió el Premio Suplemento de Diversidad de los NIH de 2020 a 2022 (R01HL140468- 03S1). JH está financiado por 1R01 HL13735, 1R01 HL107110, 5UM1 HL113460, 1R01 HL134558, 5R01 CA136387 (de los NIH), W81XWH-19-PRMRPCTA (del Departamento de Defensa) y las fundaciones de la familia Starr, Lipson y 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 |