Title of the project
Utvikling av en eksperimentell musemodell for akutt hjertesvikt
NTS Identifier
NTS-NO-252758 v.1, 24-06-2024
NTS National Identifier
Field will not be published.
EU Submission
Field will not be published.
Yes
Project duration expressed in months.
43
Keywords
Aortic banding mouse model
Catheter
hjertesvikt
Pulmonary artery pressure
Purpose(s) of the project
Translational and applied research: Human Cardiovascular Disorders
Describe the objectives of the project (for example, addressing certain scientific unknowns, or scientific or clinical needs).
Det finnes flerfoldige murine eksperimentelle hjertesviktmodeller der både type og grad av hjertesvikt varierer. Oss bekjent foreligger ennå ikke murine modeller for akutt hjertesvikt.
Dette er et metodeutviklingsprosjekt der vi tar utgangspunkt i en nå svært godt validert kronisk hjertesviktmodell ("ORAB" - konstriksjon av aorta ascendens ved bruk av o-ringer) der vi ser for oss en terminal sekundærintervensjon i sedasjonfor å etablere en akutt hjertesviktsituasjon.
Mus med varierende grad av stabil, kronisk hjertesvikt (kan styres iht grad av aortakonstriksjon og tid etter påført aortakonstriksjon) vil anesteseres og i narkose i.v. injiseres (via kateter innsatt i vena jugularis) varierende mengder med saltvann, dette både isotont og hypertont. Ved riktig kombinasjon (grad av hjertesvikt kombinert med "en passe mengde" iso -eller hyperton saltvannsløsning) vil forsøksdyr utvikle lungestuvning/lungeødem. Grad av hjertedekompensasjon vil da kunne måles som "utviklet venstre ventrikkel endediastolisk trykk som funksjon av tid" som igjen vil være et indirekte mål for grad av lungestuvning (dette via et trykk-volum kateter ført ned i venstre ventrikkel via arteria carotis). For å kartlegge mere direkte grad av lungestuvning vil volumet som injiseres også inneholde en definert mengde (20 mg/kg) "Ewans blue dye albumin" (EBA). Ved forsøksavslutning vil forsøksdyr eutaniseres (fortsatt under anestesi) og i tillegg til totalvekter lunger vil mengden EBA kunne måles i homogenat fra en lunge (og reflektere grad av lungestuvning).
What are the potential benefits likely to derive from this project? Explain how science could be advanced, or humans, animals or environment may ultimately benefit from the project. Where applicable, differentiate between short-term benefits (within the duration of the project) and long-term benefits (which may accrue after the project is finished).
Årsak til klinisk forverring og død blant hjertesviktpasienter kan være flere, og er ofte sammensatte. Isolert sett vil rene hjerteårsaker til død være stadig fallende hjertefunksjon inntil et nivå som ikke kan opprettholde adekvat organperfusjon (ende-stadium kronisk hjertesvikt), eller akutte årsaker som dødlige hjerterytmeforstyrrelser, eller akutt-på-kronisk hjertesviktutvikling. Ad sistnevnte finnes fortsatt ingen spesifikk, klinisk dokumentert effektiv behandling.
Tilgang på en eksperimentell modell som reflekterer "akutt-på-kronisk hjertesvikt" vil ha stor potensiell translatorisk nytteverdi. Med utgangspunkt en slik modell vil mekanismer som styrer både negativ og positiv utvikling kunne undersøkes med relevante farmakologiske og genetiske utgangspunkt.
In what procedures will the animals typically be used (for example, injections, surgical procedures)? Indicate the number and duration of these procedures.
Før igangsettelse av forsøk vil mus merkes ved bruk av øremerking og veies. Denne vekten utgjør utgangspunktet for vurdering av vektutvikling etter kirurgi.
O-ring aortakonstriksjon: Selve aortakonstruksjonskirurgimetoden vil ta ca 15 min. Det legges et 2 cm langt snitt i huden over sternum. For induksjon av aortakonstriksjon åpnes sternum, perikardsekken klippes opp og aorta fridissikeres. Aorta vil så konstringeres ved bruk av en diameterstandarisert plastring (to standariserte forsnevringsgrader). Shamopererte dyr inkluderes og innebefatter all kirurgi som nevnt med unntak ligering av aorta. Brystkasse, muskulatur og hud lukkes så lagvis, suturer i hud som fjernes etter 5-7 dager. Narkosen skrus av, dyret våkner opp og legges i en kuvøse med 37 grader celcius i en time. Mus vil administreres 0,1 mg/kg buprenorfin s.c., 8 timer, 16 timer og 24 timer postoperativt, etter dette ved behov.
Ekkokardiografi gjøres før aortakirurgi og ukentlig. Erfaringsmessig utgjør dette minimalt til ingen plager. Ved ekkokardiografiundersøkelse ser vi på hjertets form og størrelse, og kan bestemme grad av vekst (eks. veggtykkelse), dilatasjon (eks. indre diameter) og pumpefunksjon. Dyret legges i anestesi tilsvarende operasjon. Ekkokardiografiske målinger gjøres mens dyret er sedert, spontant pustende i 2% isofluran blandet med oksygen i en maske. Sedasjonsdybde evalueres ved respirasjon, evt bevegelser, EKG og hjertefrekvens. Hjertets dimensjoner og funksjon vurderes (Sjaastad et al, JAP 2000). EKG registreres under ekkoundersøkelser gjennom festing av labber til elektroder ved teip.
Ved forsøkets avslutningsdag vil Initial narkose og når dyret er i dyp narkose, blir det intubert og koblet til en muse-respirator. Arteria carotis og vena jugularis vil fridissekeres og et trykk-volum kateter vil føres inn i arteria carotis ned til venstre ventrikkel. Et kateter for i.v. infusjon vil innsettes og festes i vena jugularis. Ulike volum -og saltløsninger (inneholdende en definert mengde inert albumin - Ewans blue dye albumin) vil via sprøytepumpe injiseres og konsekvens på utviklet endediastolisk trykk måles som funksjon av tid. Volum som injiseres(77-80 ug/g) baseres på målt kroppsvekt intervensjonsdag.
Forsøk avsluttes mens dyret er i dyp anestesi ved uttak av hjerte og lunger.
What are the expected impacts/adverse effects on the animals, for example pain, weight loss, inactivity/reduced mobility, stress, abnormal behaviour, and the duration of those effects?
Skadevirkning av prosedyrer er begrenset til ORAB da "akutt-på-kronisk" hjertesviktforsøket er akuttforsøk å regne. Vår erfaring iht skadevirkning av ORAB prosedyre er at dette er lite og i hovedsak begrenset til den umiddelbare postoperative fasen.
Kirurgiske traumer ved ORAB er minimale sammenlignet med sternotomi som tidligere har blitt brukt i forbindelse med trykkoverbelastnings da en muskelsparende torakotomi benyttes. Her dissekeres heller en kuttes muskler noe som bidrar til at postoperativ smerte begrenses og adferdsmønster er som regel er tilbake til normaltilstand innen 24 timer etter operasjon. Initial skadevirkning som følge av trykkoverbelastningen av venstre ventrikkel kan som regel ses innenfor de første 3 dagene etter operasjonen da det kreves tid for hjertet å kompensere for økt motstand. I denne perioden vil man typisk kunne observere redusert aktivitet, men dette normaliserer seg innenfor beskrevet tidsrom. Senere i forløpet når hjertesviktfenotypen utvikles vil man kunne se endret pustemønster (økt pustefrekvens) i mus med ORAB som følge av dekompensert hjertefunksjon. På tross av dette er den generelle allmenntilstanden og aktivitetsnivået lik den som utdøves av sham-opererte dyr, og skadevirkningen kan dermed beskrives som minimale. Kritiske tegn på endestadiums hjertesvikt vil dekkes av SCORE-skjemaer og skadevirkning vil her reduseres ved bruk av humane endepunkter om forholdene tilsier det, men i dette er ikke et ønsket utfall i denne søknaden, dvs forsøk 2 (akuttforsøk) initieres før dette stadiet nåes. Den akkumulerte skadevirkningen av muskelsparende torakotomi i kombinasjon med milde kliniske symptomer i akutt og senere fase vil derfor kunne vurderes som moderat belastende, i samsvar med SOP 134760 i eHåndboken, KPM, OUS.
What species and numbers of animals are expected to be used? What are the expected severities and the numbers of animals in each severity category (per species)?
Species
Total number
Estimated numbers per severity
Non recovery
Mild
Moderate
Severe
What will happen to the animals kept alive at the end of the procedure?
Species
Estimated numbers of animals to be reused, to be returned to habitat/husbandry system or to be rehomed
Reused
Returned
Rehomed
Please provide reasons for the planned fate of the animals after the procedure.
Dyr vil avlives ifm siste "akutt-på-kronisk" hjertesviktforsøk da vi er avhengig av organdata og da kateriseringene da utført (både arterielt og venøst) ikke med sikkerhet kan reverseres uten skade på forsøksdyr.
1. Replacement
State which non-animal alternatives are available in this field and why they cannot be used for the purposes of the project.
Både ORAB-hjertesviktmodell og påfølgende "akutt hjertesviktmodell" krever inntakt sirkulasjon/respirasjon. ORAB-hjertesviktmodell er en klar forbedring av tidligere tilsvarende modeller der betydelige lavere variasjon i fenotype har gjort at disse disse eldre metodene kan erstattes.
2. Reduction
Explain how the numbers of animals for this project were determined. Describe steps that have been taken to reduce the number of animals to be used, and principles used to design studies. Where applicable, describe practices that will be used throughout the project to minimise the number of animals used consistent with scientific objectives. Those practices may include e.g. pilot studies, computer modelling, sharing of tissue and reuse.
ORAB hjertesviktmodell gir stor forutsigbarhet og lav variasjon mtp fenotype. Vi observerer også lav peri- og postoperativ mortalitet. Operatør for hjertesvikt-modellen har selv utviklet metoden og er eksepsjonelt kompetent i utførelse av metoden. Vedrørende vår foreslåtte "akutt-på-kronisk hjertesviktmodell" vil data fra dette metodeutviklingsprosjekt danne et godt kunnskapsgrunnlag for fremtidige, mere spissede forsøk. Det nevnes at søkere har god erfaring i intervensjonene (nedsettelse av trykk-volum kateter, i.v. injeksjoner) som inngår i vår foreslåtte "akutt-på-kroniske" hjertesviktmodell.
3. Refinement
Give examples of the specific measures (e.g., increased monitoring, post-operative care, pain management, training of animals) to be taken, in relation to the procedures, to minimise welfare costs (harms) to the animals. Describe the mechanisms to take up emerging refinement techniques during the lifetime of the project.
Se forrige avsnitt. Gjennom systematisk arbeid har vi forbedret suksessraten betydelig og har et nåværende
resultat godt over hva som beskrives i litteraturen. Viktige forhold:
* Høyvolumkirurgi: Samme kirurgiske team opererer alle dyr. Dette gir betydelig høyere suksessrate enn dersom
flere team skal operere (lavvolumkirurgi).
* også for delen av dette prosjektet som innebærer usikkerhet iht resultat og utfall (akutt-på-kronisk hjertesviktmodell) er praktisk og teoretisk forståelse av intervensjonene som er foreslått (trykk-volum kateter, i.v. injeksjoner, intuberinger med mere) svært god blant søkerne.
*vi bruker Isofluran som anestesi, denne er korttidsvirkende og gir rask gjenopprettelse av bevissthet.
*Vi har valgt i de avsluttende forsøk i sin helhet utføres i dyp anestesi før avlivning. Dette medfører at forsøksdyr ikke får en additiv belastningsgrad.
Explain the choice of species and the related life stages.
Bruk av mus som forsøksdyr og mere spesifikt C57Bl/6 er da vår kroniske hjertesviktmodell er utviklet i denne. Valg av hankjønn er betinget i at ORAB-teknikk er utviklet primært for hannmus og at forutsigbarhet og variasjon med utgangspunkt tilgjengelige o-ring størrelser forutsetter homogenitet iht aortastørrelser. Da metode er utviklet med utgangspunkt 24 grams C57Bl/6 hannmus er det å forvente at variasjon av hjertesviktfenotype blir for stor dersom valg av hunnmus. Dette er ikke ønskelig med utgangspunkt "de tre R". Vi har i en ikke-publisert pilotstudie, riktignok med utgangspunkt BalbC hunnmus, nettopp påvist mye høyere variasjon i fenotype etter ORAB ved bruk av hunnmus. Det vil, derimot, være aktuelt med oppfølgende tilsvarende studier der hunnmus inkluderes. I en slik studie vil resultat fra nå beskrevne forsøk berede grunnen for å redusere og spisse intervensjonsgrupper.