Experimentální chirurgie jako součást vývoje degradabilních biomateriálů v kardiovaskulární chirurgii

Stáhnout PDF English version

Autoři: J. Moláček ^1,5; L. Vištejnová ¹; P. Klein ¹; T. Suchý ²; L. Horný ³; E. Kuželová Košťáková ⁴; M. Kindermann ¹; H. Chlup ³; V. Jenčová ⁴; D. Lukáš ⁴; M. Šupová ²; I. Říha ⁵; V. Soukupová ⁵; V. Třeška ⁵
Působiště autorů: Biomedicínské centrum, Lékařská fakulta Karlovy University v Plzni ¹; Oddělení kompozitních a uhlíkových materiálů, Ústav struktury a mechaniky hornin, Česká akademie věd, Praha ²; Strojní fakulta, České vysoké učení technické v Praze ³; Katedra chemie, Technická univerzita Liberec ⁴; Chirurgická klinika, Fakultní nemocnice Plzeň ⁵
Vyšlo v časopise: Rozhl. Chir., 2022, roč. 101, č. 12, s. 599-606.
Kategorie: Původní práce
doi: https://doi.org/10.33699/PIS.2022.101.12.599–606

Souhrn

Úvod: Kardiovaskulární choroby jsou zodpovědné za významnou morbiditu i mortalitu ve společnosti. Užití umělých cévních materiálů je často nezbytnou součástí v rámci chirurgické léčby, ať již je tato radikální nebo paliativní. V současné době dochází k vývoji řady nových biodegradabilních materiálů určených pro tyto účely. Preklinické testování každého nového materiálu je naprosto nezbytné, je prováděno jak in vitro, tak in vivo. Z tohoto důvodu jsou zvířecí experimentální modely nadále nutnou součástí testování před klinickým užitím. Cílem této práce je prezentovat možnosti užití různých zvířecích modelů na poli kardiovaskulární chirurgie a jejich extrapolace do klinické medicíny.

Metody: Autoři prezentují jejich obecné zkušenosti s experimentální chirurgií, na jejich podkladě diskutují optimální výběr zvířecího modelu pro testování nových materiálů pro kardiovaskulární chirurgii a stejně tak optimální lokalitu implantace.

Výsledky: Jako optimální experimentální zvířecí modely pro testování hemokompatibility a degradability nových materiálů uvádějí autoři modely potkana, králíka a prasete. Intraperitoneální implantace u potkana je snadná a lehce proveditelná procedura, stejně tak jako arteriální bandáž na aortě králíka či prasete. Rovněž karotické tepny jsou dobře využitelné. Bandáž na prasečí pulmonální tepně je již složitější zákrok s četnějšími komplikacemi. Explantované bandážované cévy po předem definované době jsou vhodné pro další mechanické testování ve smyslu biomechanických analýz, např. inflačně-extenzního testu.

Závěr: V posledních fázích preklinického testování nových materiálů se nelze nadále obejít bez in-vivo experimentů. Naší snahou je však striktně dodržovat koncept 3R – Replacement, Reduction a Refinement. V tomto smyslu je třeba využít co nejvíce potenciál každého zvířete tak, abychom mohli redukovat počty zvířat.

Klíčová slova:

experimentální chirurgie – kardiovaskulární chirurgie – model potkana – model králíka – model prasete

Zdroje

1. Adair T, Lopez AD. The role of overweight and obesity in adverse cardiovascular disease mortality trends: an analysis of multiple cause of death data from Australia and the USA. BMC Med. 2020 Aug 4;18(1):199. doi: 10.1186/s12916-020- 01666-y.

2. McAloon CJ, Boylan LM, Hamborg T, et al. The changing face of cardiovascular disease 2000-2012: An analysis of the World Health Organisation global health estimates data. Int J Cardiol. 2016 Dec 1;224:256−264. doi: 10.1016/j.ijcard. 2016.09.026. Epub 2016 Sep 15.

3. Jiang W, Rutherford D, Vuong T, et al. Nanomaterials for treating cardiovascular diseases: A review. Bioact Mater. 2017 Dec 6;2(4):185−198. doi: 10.1016/j.bioactmat. 2017.11.002.

4. Voorhess AB Jr, Jaretzky A, Blackemore AH. The use of tubes constructed from vinyon “N” cloth in bridging arterial defects. Ann Surg. 1952 Mar;135(3):332−336. doi: 10.1097/00000658-195203000-00006.

5. Blackemore AH, Voorhess AB Jr. Aneurysm of the aorta: a review of 365 cases. Angiology. 1954 Jun;5(3):209−231. doi: 10.1177/000331975400500305.

6. Collaghan JC. Replacement of the aortic and mitral valves using the Starr-Edwards ball-valve prosthesis: A report of 50 cases. Can Med Assoc J. 1964 Aug 29;91(9):411−421.

7. Valerianova A, Mlcek M, Grus T, et al. New porcine model of arteriovenous fistula documents increased coronary blood flow at the cost of brain perfusion. Front Physiol. 2022 Apr 27;13:881658. doi: 10.3389/fphys.2022.881658.

8. Nistor A, Jiga LP, Miclaus GD, et al. Experimental swine models for perforator flap dissection in reconstructive microsurgery. PLoS One 2022 Apr 11;17(4):e0266873. doi: 10.1371/journal. pone.0266873.

9. Grajciarová M, Turek D, Malečková A, et al. Are ovine and porcine carotid arteries equivalent animal models for experimental cardiac surgery: A quantitative histological comparison. Ann Anat. 2022 Jun;242:151910. doi: 10.1016/j. aanat.2022.151910.

10. Kim K, Anderson EM, Martin AJ, et al. Development of a murine iliac arteriovenous fistula model for examination of hemodialysis access-related limb pathophysiology. JVS Vasc Sci. 2021 Oct 6;2:247−259. doi: 10.1016/j.jvssci.2021.09.022.

11. Rasmussen J, Skov SN, Nielsen DB, et al. In-vitro and in-vivo evaluation of a novel bioprosthetic pulmonary valve for use in congenital heart surgery. J Cardiothorac Surg. 2019 Jan 9;14(1):6. doi: 10.1186/ s13019-019-0830-1.

12. Balls M, Goldberg AM, Fentem JH, et al. The three Rs: the way forward: the report and recommendations of ECVAM Workshop 11. Altern Lab Anim. 1995 Nov- Dec;23(6):838−866.

13. Liska V. (ed.), et al. Experimental surgery. Pilsen, Nava 2016. ISBN 978-80-7211-490- 0.

14. Daley M, Brizard CP, Konstantinov IE, et al. Absorbable pulmonary artery banding: a strategy for reducing reoperations. Eur J Cardiothorac Surg. 2017 Apr 1;51(4):735−739. doi: 10.1093/ejcts/ ezw409.

15. Motoyama Y, Takamura Y, Yamada S, et al. Partial wrap-clipping of the entrance of the pseudolumen of a fusiform aneurysm in the posterior inferior cerebellar artery: a technical note. Acta Neurochir (Wien) 2017 May;159(5):861−864. doi: 10.1007/ s00701-017-3099-y. Epub 2017 Jan 31.

16. Braesco J, Le Paul Y, Mondine P, et al. Fistules artério-veineuses hypertrophiques d’hémodialyse. Réduction à l’aide d’un filet péri-veineux constrictif. Presse Med. 1991 May 11;20(18):866−867.

17. Ramadan R, Guihaire J, Verscheure D. Off-pump wrapping for acute aortic dissection in high-risk patients: A simplified procedure for a life-threatening condition. Ann Thorac Surg. 2020 Aug;110(2):750−751. doi: 10.1016/j.athoracsur. 2020.03.118. Epub 2020 May 21.

18. Molacek J, Treska V, Kobr J, et al. Optimization of the model of abdominal aortic aneurysm--experiment in an animal model. J Vasc Res. 2009;46(1):1−5. doi: 10.1159/000135659. Epub 2008 May 31.

19. Houdek K, Moláček J, Třeška V, et al. Focal histopathological progression of porcine experimental abdominal aortic aneurysm is mitigated by atorvastatin. Int Angiol. 2013 Jun;32(3):291−306.

20. Opatrný V, Třeška V, Zeithaml J, et al. Perfusion of a kidney graft from a donor after cardiac death based on immediately started machine perfusion: An experimental study on a big animal. Transplant Proc. 2021 Jul-Aug;53(6):2082−2090. doi: 10.1016/j.transproceed.2021.06.026. Epub 2021 Jul 15.

21. Moláček J, Opatrný V, Matějka R, et al. Retrograde oxygen persufflation of kidney - experiment on an animal. In Vivo 2016;30(6):801−805. doi: 10.21873/invivo. 10997.

22. Opatrný V, Moláček J, Třeška V, et al. Perfusion of a kidney graft from a donor after cardiac death based on immediately started pulsatile machine perfusion-an experimental study on a small animal. Transplant Proc. 2018 Jun;50(5):1544−1548. doi: 10.1016/j. transproceed.2018.02.067.

23. Vištejnová L, Liška V, Kumar A, et al. Mesenchymal stromal cell therapy in novel porcine model of diffuse liver damage induced by repeated biliary obstruction. Int J Mol Sci. 2021 Apr 21;22(9):4304. doi: 10.3390/ijms22094304.

24. Troup O, Skalicky A, Vistejnova L, et al. Bevacizumab does not inhibit the formation of liver vessels and liver regeneration following major hepatectomy: A large animal model study. In Vivo 2022 May-Jun;36(3):1083−1094. doi: 10.21873/ invivo.12806.

25. Donaldson RI, Buchanan OJ, Graham TL, et al. Development of a novel epidural hemorrhage model in swine. Mil Med. 2021 Oct 20:usab427. doi: 10.1093/ milmed/usab427. Epub ahead of print.

26. Basir A, Loncq de Jong M, Gründeman PF, et al. The early days of vascular and heart valve prostheses: a historical review. J Cardiovasc Surg. (Torino) 2020 Oct;61(5):528−537. doi: 10.23736/S0021- 9509.19.11011-7. Epub 2019 Sep 3.

27. Munisso MC, Mahara A, Yamaoka T. Design of in situ porcine closed-circuit system for assessing blood-contacting biomaterials. J Artif Organs 2018 Sep;21(3):317−324. doi: 10.1007/s10047-018-1042-5. Epub 2018 Apr 11.

28. Williams PD, Malik N, Kingston PA. Coronary angiography and percutaneous coronary intervention in the porcine model: a practical guide to the procedure. Animal 2012 Feb;6(2):311−320. doi: 10.1017/S1751731111001650.

29. Cai J, Huang H, Zhou Y, et al. A new type of aortic valved stent with good stability and no influence on coronary artery. J Cardiothorac Surg. 2013 Nov 12;8:210. doi: 10.1186/1749-8090-8-210.

30. Zhou H, Liu Y, Long X, et al. Feasibility of ultrasound-induced blood-brain barrier disruption with a single-element transducer under three different frequencies in two non-human primates in vivo: Case report. J Neurosci Methods 2022 Jan 1;365:109383. doi: 10.1016/j.jneumeth. 2021.109383. Epub 2021 Oct 8.

31. Washida K, Hattori Y, Ihara M. Animal models of chronic cerebral hypoperfusion: From mouse to primate. Int J Mol Sci. 2019 Dec 7;20(24):6176. doi: 10.3390/ ijms20246176.