药理试验药物的疗效在心包目标交付模型在猪

We have developed a swine model for the target delivery of pharmacological agents within the pericardial space/fluid. Using this approach, the relative benefits of administered agents on induced atrial fibrillation, relative refractory periods and/or ischemic protection can be investigated.

迄今为止，许多药剂用于治疗或预防心脏直视例心律失常创建不希望的全身性副作用。例如，静脉内给予抗心律失常药物可以产生全身性的压降在已经受损的心脏的病人。在执行开放式心脏手术，外科医生通常要么创建一个小口或形成心包支架创造适宜的操作领域。此为目标的药理递送（抗心律不齐或缺血预处理剂）直接连接到心肌组织而不不良副作用访问收益的机会。

我们已经制定了心包液中测试药物制剂为目标交付猪模型。而完全麻醉，每只动物用Swan-Ganz导管仪器以及左和右心室压力导管和起搏引线置于右心耳和右心室。然后进行内侧胸骨和心包访问摇篮创建的;暴跌起搏导线被放置在左心耳和双极起搏引线放置在左心室。利用程序员和心脏标测系统，房室结（AVN）的不应期，心房和心室测定。此外，制作心房颤动（AF）利用诱导房颤一个草刺激和时间进行了观察。这些测量被处理，以及30分钟和心包治疗后60分钟之前进行。对选定的研究中加入额外的时间点。随后心脏被cardiopleged并在四室的工作模式重新加进的。压力测量和功能进行了记录复苏后1小时。此治疗策略模型使我们能够观察药理学试剂的可能降低期间​​和AF心律失常和/或缺血性损伤，发生率的影响之三心脏直视手术。

目前在开放式心脏手术，医生使用抗心律失常等治疗药物全身。然而，这可能是许多患者，特别是那些谁已经在临床上损害问题。例如，静脉内治疗可导致血压或肾功能不全的全身滴;进一步，它们可以创建麻醉管理问题和/或其它长期副作用。

在这里，我们创建了一个模型来测试药物给药制剂进入心包空间的功效。例如，这种方法可用于测试抗心律失常药物，研究可能增加心脏功能和/或外科手术后的心肌的促进恢复化合物。已经有目标交付的治疗进入心包腔与静脉给药观察的优点: 例如 ，我们的实验室证明antiar的本地化交付节奏的药物，如美托洛尔，是针对心律失常的发生保护，同时尽量减少在血压¹降低。这一目标的投放策略也提供了更高的管理焦点浓度，同时尽量减少系统水平的机会。例如，高含量的脂肪酸静脉内递送的浓度可能会导致溶血，但是心包输送最小化这一问题^2。

本研究范例包括三个主要的目标，以确定心包递送化合物的功效:1） 在原位测定心房心室节点的不应期，心房和心室，治疗前和30分钟和60分钟后处理的; 2）相对治疗 30和60分钟后处理（经常被添加额外的时间点），它已被重新加进³ INC后的心脏3）功能分析之前， 现场 AF负担泸定血流动力学监测，心脏率，从冠状静脉窦采样心脏代谢（乳酸和葡萄糖），射血分数（EF％）和室壁厚度（厘米）来监控每10分钟后复苏这一治疗策略模型使我们能够观察到的影响药剂可以减少期间和心脏手术或移植后心律失常和/或缺血性损伤的发生率。

该协议被批准明尼苏达机构动物护理和使用委员会的大学。

图1图研究范式的 请点击此处查看该图的放大版本。

1.手术猪的制备

1. 辖5-7mg / kg的替来他明/ zilazipam的通过肌肉注射猪（70-80公斤）。将耳静脉导管，并通过静脉通道给予5-7毫克/千克美索比妥。插管与气管插管和通风的动物。
2. 递送异氟烷> 1.2％的MAC在室内空气和氧气的混合物维持麻醉的手术平面。确保动物在阿耐思特的深面hesia之前，通过检查没有下巴基调，保持最低肺泡浓度高于麻醉猪的任何操作。最初的麻醉深度检查，通过确保无颚音，异氟醚浓度进行的整个过程中（> 1.5 MAC）持续监测，以确保麻醉深面。
3. 小心访问与烧灼和钝性分离右颈外和颈动脉。放置一个8.5F Swan-Ganz导管在颈外和膨胀的气球至1.5立方厘米。然后通过右心房穿越，进入心室，并通过肺动脉瓣下肺动脉直到感觉到楔压。
4. 放气该气囊和离开所述导管在这个位置。记录使用气球右心房压力和肺动脉压力。此外，记录在肺楔压或压力（或者如果肺部被认为是正常的，则还记录留下了试验压力）。
   注意:此导管还允许心输出量的估计。
5. 放置一个附加5.0F气球压力导管在颈外并进入右心室连续记录压力。
6. 放置在颈动脉中的5.0F气球压力导管，脱出通过主动脉瓣，并在左心室维护。刷新所有压力导管连接到压力换能器20单位/毫升heparanized盐水，并记录从左心室所有的压力数据，右心室（和估计的心输出量），肺动​​脉压和右心房压。
7. 对于外围监控，通过将一个导管18F为实时血压，血气监测进入股动脉的分支。在手术过程中记录心脏速率和温度。
8. 小心访问与烧灼和钝性分离左侧颈外静脉。将两个11.0F止血引荐的枸骨拉尔安全与0丝线缝合。将导引导管的介绍人。
9. 下透视引导，地方主动固定在右心耳和右心室的心尖引线。
   注:固定引线，心脏连接到心脏起搏器植入手术植入电线。
10. Connectanalyzer电缆引线并测试利用程序员捕获。设置参数为8V，0.25毫秒的持续时间，并且在最少的比当时的固有速率高10 BPM设置起搏速率。记录为每根引线的相对阻抗。
11. 使从剑突内侧外科手术切口的胸锁乳突肌的插入附近。使用胸骨锯，除去从胸骨（龙骨骨）的前突起，以使胸骨的部分内侧清扫。使用通过胸骨骨结构的剩余部分切成一剪切力。解剖胸骨，心包韧带和收回sternu米
12. 使用钝性分离至心包从胸腔里料分开。使在心包内侧矢状切口（3-5厘米），并在每个角创建具有四方形结缝线一个心包支架（右，左，上，下的网站）。
13. 将临时双极率先左心室心尖区放置一个单极暴跌临时起搏导线插入左心耳。
14. 安乐死是通过去除深麻醉下的心脏完成的。

2.筹备电生理监测

1. 心脏定位系统。
   1. 选择在心脏标测系统的AF研究连接室心外膜双极起搏导线和心外膜导线与鳄鱼夹在接线盒适当的设置心耳。连接心电图和接地焊盘到系统。
2. 示波器和草刺激。
   1. 连接双极左心室起搏导线和单极心房率先突围框连接到电气验证示波器一草刺激。
3. 程控电刺激。
   1. 固定右心房导线和右心室导线的起搏器放置程序员遥测头像放在了心脏起搏器。选择起搏电极刺激（PES）的研究，并设置参数8V;删除所有患者参数。设置起搏持续时间在400毫秒（或300毫秒）设定为8个脉冲。

3. 在原位研究

1. 不应期:研究范式。
   1. 确定心房不应期（AERP），心房心室节点不应期（AVNERP）和基线心室有效不应期（VERP），并在30分钟和60分钟后化合物/药物/对照处理的心包输送;额外的时间点可以被添加为德IRED。
2. 不应期:编程器设置。
   1. 突发诱导PES研究参数8步（400毫秒或300毫秒），其次是最低300毫秒起搏。降低起搏直到心室/心房（分别）无法收缩。这是从起搏引线的传感说明;从而确定相对不应期。

图2. EnSiteSystem:AERP，AVNERP和VERP测定 请点击此处查看该图的放大版本。

3. 参数:相对AF负荷的测定。
   1. 维持动物的心脏房颤，1分钟后，允许它继续留在AF长达10分钟: 即在5焦耳震惊直接拨片心房终止AF之前。萨尔瓦多ICIT AF感应到在每个时间点的10倍。请注意，在本研究中。 AF定义为缺乏P波的不稳定节奏。
4. AF负担:草刺激和示波器设置。
   1. 优化基层刺激的参数有2秒的脉冲持续时间通过急跌起搏导线左心耳（左心耳）提供4赫兹;通过标准的示波器验证这一点。递送单脉冲到LAA诱导的AF。

4.心外植，复苏（移植模型）

1. 主动脉根部插管。
   1. 仔细解剖周围的升主动脉的心包组织，取出2.0 Ethibond缝合pericardium.Suture两个点（2-3厘米除外）在升主动脉和管理30000台肝素静脉注射。
   2. 放置缝合点之间的主动脉根部套管和固定主动脉。与加压输送系统，除去叔他口针斜面放置一个夹在插管不允许流量。
2. 搏准备。
   1. 辖150毫米/ Hg的压力下通过加压袋冷圣托马斯心麻痹液进入升主动脉。固定附加到加压停跳与远端的3路活栓的冲洗导管。固定止水栓到主动脉根部插管，通过导管释放停跳的稳定冲洗，并固定在主动脉根部插管。
3. 交叉夹紧。
   1. 夹紧下腔静脉与atraumaticclamp 1-2厘米只是优于隔膜。钳与升主动脉优于主动脉根插管无创伤角度营1-2厘米升主动脉。
4. 跨钳/搏。
   1. 从主动脉根部套管除去夹子，在150毫米/汞柱朝向主动脉瓣冲洗停跳，关闭主动脉瓣和perfusING冠状动脉。
   2. 钳上腔静脉，并进行小切口在肺动脉，以免过度加压的心脏。一旦心脏停止（asystolic），消费税和从胸部和地点取出心脏在寒冷的Krebs-Henseleit缓冲液的浴（〜3-8°C）。
5. 复活。
   1. 导管插入大血管和利用可见心的方法准备心脏（3）。一旦灌注心脏达到37±5℃，通过经由心外膜贴片电极递送34Ĵ冲击到心室恢复天然窦性心律。

5. 在体外研究范式

1. 连续监测60分钟后复苏的心脏功能。连续监测在2D模式下超声心动图与短轴切面:刚二尖瓣低于LV视图。
2. 计算心室壁厚度和射血分数每10分钟后复苏（见下文）。在评估期间采取从-5分钟冠状窦（1毫升），并每5分钟样本。
3. 监控。
   1. 监视左和右心室，包括压力，流量和量的变化两者血液动力学。
4. 超声心动图:射血分数。
   1. 直接放在心脏经胸回声探测，捕获中期乳头短轴观。用公式计算射血分数（EF％）的4室的工作模式，每10分钟:LV舒张末期容积 - 左心室收缩末期容积×100 / LV舒张末期容积
5. 超声心动图:左室壁厚度。
   1. 以10分钟的间隔一个小时后复苏测量从一个中期的乳头短轴窗口室壁厚度（厘米）。测量使用屏幕卡尺左心室的四角和取平均。
6. 心肌代谢。
   1. 放置steeraBLE导管冠状窦（CS）。从样品前复活的CS 5分钟，每5分钟后复苏1小时1毫升。测试乳酸盐和葡萄糖水平的样品;其他血液气体也可以被评估。

这些结果是可利用在猪的药理学试剂的这个目标传递模型要收集的数据的特性。此数据显示在下面的一个DHA输液原位这些心室有效不应期（VERP）显着增加。此外，该数据确立了较体外控制的DHA左心室压力的增加。相比于在几个时间点控制在DHA处理的心脏的左心室压力均显著高。该数据证实了原位和体外试验治疗策略药理窗口。

图3.心室有效不应期（VERP）变化。心室有效不应期（VERP）测定5分钟控制股份公司的心包分娩前耳鼻喉科（盐水）或二十二碳六烯酸（DHA），或DHA输液，除了30分钟和60分钟后的心包递送的任一的治疗或控制。在DHA组VERP走向与对照组相比增加趋势。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 4. 4室工作模式的最大压力（毫米汞柱） 压力左心室确定每5分钟60分钟的心脏是使用可视心脏方法重新加进了。 DHA和DHA输注（对于在10分钟内处理的）处理的心脏趋于引起初始比为广大的测试期间的控制更高的压力。一个未配对t检验完成FOr各自时间点。 （*，P = 0.065，+，P = 0.056，†，P = 0.059‡P = 0.058）， 请点击此处查看该图的放大版本。

心室有效不应期（VERP）测定心包递送控制剂（盐水）或二十二碳六酸（DHA），或DHA输注（在10分钟），除30和60分钟后的心包递送的前5分钟或在治疗或控制。 DHA的组的VERP朝向增加与对照相比趋势。

最大压力（毫米汞柱），每5分钟测定60分钟的心脏是使用可视心脏方法重新加进了。 DHA和DHA输液治疗的心脏趋于引起初始比为广大的测试期间的控制更高的压力。一个未配对t检验完成为每个时间点。 （*，p = 0.065，+ P =0.056，†，P = 0.059‡P = 0.058）

这里，我们已经证明用于测试目标递送化合物的潜在功效进入心包空间中的独特的方法。本研究范例可以用于测试目前市场释放药物产品或实验化合物，从而提供了直接的平移应用到各种临床设置。在这一治疗策略有交付药品，心包内的两个主要的临床应用:1）开放式心脏或微创心脏外科手术; 2）心脏移植和器官保存。此外，本研究范例具有可以被分析，以便更好地了解自己这些描述的治疗策略中的药物制剂的预测功效多个参数在原地参数包括:1）的AVN，心房和/或心室的相对不应期; 2）相对AF易感性/负担的决心;和3）hemodynam。集成电路和心脏速率响应体外的参数包括:1）相对于射血分数; 2）LV壁厚反应; 3）心脏代谢改变; 4）血流动力学和心脏率的变化。我们在座的历史数据表明选择这些描述的参数。这些研究的最显着的平移方面是用于开启或微创心脏手术，以及移植前脏器采购。

更具体地，所形成的心包支架的开放式心脏外科手术中放置，或者微创或以下全胸骨切开术，提供了施用局部化合物的重要机会:即，在较高的浓度比可以静脉内和/或无全身副作用施用影响。甚至微创心脏手术（ 例如 ，subxyphoid接入），一个小的切口以可能也被用作靶药物输送的导管心包制成。 MYOC而心脏则在各种心脏手术操纵ardial烦躁/侮辱大大提高。直接治疗心律失常和/或功能障碍可以是用于改善患者的治疗效果的有益和容易的装置。

类似的应用可能在器官恢复过程可以容易地进行，例如，心脏采购之前预处理。至关重要的是，在心肌最佳地调节为包括移植后除颤的心脏返回到正常的窦性心律一个复杂的过程。换句话说，有在心脏的采购和移植后增加心房和心室性心动过速和/或纤维性颤动的危险。另外，采购过程中，其中外周施用药物可危及这些器官保存在供体的其他器官是重要的。例如，静脉内施用美托洛尔可导致急性肾dysfuncti鉴于在手术过程中治疗心律失常时/采购^1。目前，心脏必须在大约4-6小时被移植到收件人。此时约束保持为今天执行心脏移植的限制因素之一。因此，采用的实验范例，我们在这里描述可以用于评估可能是在器官恢复后延长的局部缺血时间可接受的范围内有益的化合物的重要手段。

从利用该研究范例我们实验室以前收集的数据表明，它可以用于获得可以被分析以预测药剂的所描述的治疗策略中的功效本身多个参数非常有用的。更具体地说，研究有效不应期以下心包交付DHA，DHA输液，倍他乐克等药物在原地一直重要的，所以要了解他们的一个此目标交付方式ntiarrhythmic潜力。延长有效不应期和/或降低的AVN内的电导速度通常可以终止某些类型的心律不齐^4。此处作为对照相比（先前公布的^，1我们已经证明，在以下一个DHA输注这些有效不应期，以及递送美托洛尔后显着增加。另外，感兴趣的是确定，因为它向关系的相对AF负荷对于在给定患者心律失常增强的概率;在这里，我们也注意到以下的药理预处理在此响应的改变。

预处理的心脏的复苏后的临床相关临床指标的调查也给翻译见解，这种药物给药对接受移植者的潜在利益。迄今为止，使用此总目标交付/ preconditioning研究方法，我们的实验室已调查了各种临床施用试剂以及新药理化合物可能最小化心律失常或缺血性损伤的心脏（美托洛尔，胺碘酮，利多卡因，δ-阿片类，ω-3脂肪酸，ursodyoxycholic酸，lipovenous ，十二碳六烯酸和/或这些的组合）。还应当指出的是，这些试剂也可以作为内描述的方案的体外方面调理后剂施用。观察在体外血流动力学，为LV压力代表数据是在已经用DHA或一个DHA滴注相比的车辆用控制心明显更高。此外，我们的实验室已观察到在射血分数和LV壁厚度变化在处理的心脏相比对照。可以研究的临床参数/因素是重要的，所以，以评估有效的功能，并观察水肿的发作。 Furt例如 ，乳酸盐和葡萄糖水平:她的，也可为各种代谢因素分析得到从冠状窦样品。这些参数是必要的，以评估相对于心脏代谢和/或整体心脏功能。例如，增加乳酸水平往往是指示性酸中毒，进而导致心脏功能不好。

我们从这些研究获得的数据表明一个可行的实验模型（用，因为该研究的急性性质注意到限制），以确定利用或者临床上可用的药物或实验试剂的心包目标传递策略的实用性。我们认为，我们在这里描述的调查方法是高度可再现，并提供了相对于目标和各种药理学药剂的心包空间内的输送的全身好处新的见解。结果人们可以得到这样的设计方案可以有祁门功夫，功夫为心脏手术和心脏移植坦平的影响。

The authors have nothing to disclose

We would like to give a big thanks to the Visible Heart Laboratory staff and students that have helped with this project: Nate Menninga, Lars Mattison and Megan Schmidt.