Hjerte mitokondrielle funktion i eksplanterede menneskelige hjerter

Baggrund:

Behandlingen af ​​hjertesvigt er forbedret betydeligt i de seneste årtier. På trods af denne forbedring kan sygdommen udvikle sig til et slutstadium, hvilket i sidste ende efterlader lægerne uden anden behandlingsmulighed end hjertetransplantation (HTx). Der er flere ætiologier bag hjertesvigt. Kardiomyopati er den førende årsag til HTx i enhver aldersgruppe, hvor koronararteriesygdom er den næsthyppigste årsag hos voksne patienter.

Ændringer i mitokondriefunktionen er blevet anerkendt som nøglefaktorer ved hjertesvigt. Forståelsen af ​​mitokondriernes komplekse interaktion i regulering af stofskiftet og cellulær apoptose har bragt nye perspektiver til forskning i hjertesvigt. Det er nu kendt, at myokardiets mitokondrielle tæthed ændrer sig, og deres funktion og integritet forringes under hjertesvigt.

Under transplantationsproceduren fjernes det syge hjerte, hvilket giver en unik mulighed for at indsamle prøver, der er kvalificerede til grundig mitokondriel undersøgelse.

De indsamlede myokardievævsprøver vil blive evalueret med højopløsningsrespirometri, der undersøger den glukosekoblede respiratoriske kapacitet af permeabiliserede myokardiefibre. Respirationskapaciteten i de syge fibre vil blive sammenlignet med respirationskapaciteten i fibre fra koronar raske HTx-patienter transplanteret 1 til 2 år før erhvervelsen af ​​fibrene.

Forhåbentlig vil viden opnået fra denne undersøgelse bidrage med vigtig indsigt i det syge myokardies energistofskifte. Sådan viden kan bane vejen for udvikling af behandlinger rettet mod energisubstratforsyning til adenosin-triphosphat-generering produceret af mitokondrierne samt mitokondriefunktion i det svigtende hjerte.

Hypotese:

Den patologiske myokardiefunktion, der ses ved hjertesvigt, er relateret til dysfunktionelle hjertemitokondrier.

Objektiv:

At undersøge, om hjerte-mitokondriel funktion i slutstadiet af hjertesvigt af flere ætiologier er ringere end mitokondriel funktion i transplanterede hjerter uden tegn på afstødning eller vaskulopati.

Design og slutpunkt:

Myokardie mitokondriefunktion analyseret fra 24 eksplanterede hjerter vil blive sammenlignet med endomyokardiebiopsier fra 20 HTx patienter ved planlagte biopsier (1 eller 2 år efter implantation).

Endepunkter: 1) Mitokondriel respirationskapacitet. 2) Mitokondriel kompleks funktion, ydre membranintegritet og mitokondrieindhold.

Metoder:

Høj opløsning respirometri:

Højopløsningsrespirometri bruges til at måle mitokondriel respirationskapacitet i endomyokardiebiopsier. Efter passende forberedelse overføres to biopsier til en oxygraf (Oxygraph-2k; Oroboros, Innsbruck, Østrig) til højopløsningsrespirometri. Mitokondriel respirationskapacitet vil blive analyseret trin-for-trin ved hjælp af titreringer af substrater og inhibitorer for at evaluere glucosekoblet respiration i fibrene. Respirometrianalyse med høj opløsning udføres inden for 8 timer efter, at biopsien er taget.

Efter analyse vil vævet blive lynfrosset i flydende nitrogen og opbevaret i en forskningsbiobank ved -80 grader celsius, indtil undersøgelse af citratsyntaseaktivitet er udført. Herefter vil eventuelt resterende væv blive ødelagt.

Elektronmikroskopi:

En prøve fra hver biopsi, der bruges til højopløsningsrespirometri, vil blive brugt til elektronmikroskopi (EM) for at evaluere mitokondriel volumendensitet (MitoVD) og integritet. Muskelprøver fikseres i 24 timer i glutaraldehyd og vaskes 4x15 minutter med Na-cacodylatbuffer, før de støbes i Epon. Det Epon-støbte væv vil blive opbevaret i en forskningsbiobank indtil EM-analyse. Ultratynde sektioner af Epon-blokkene (60 nm) skæres i tre dybder og farves med uranylacetat og blycitrat. Billeddannelse udføres med et EM 208 transmissionselektronmikroskop og et Megaview III kamera. Alle fibre er fotograferet ved 10.000 × forstørrelse i en randomiseret rækkefølge. MitoVD estimeres ud fra mitokondrielt fraktioneret område, og kun forskellige fibre vil blive brugt i den endelige analyse.

Statistikker:

Normalfordelte data vil blive præsenteret som middel ± standardafvigelse; ikke-normalfordelte data vil blive præsenteret som median og interkvartilt interval. Kategoriske data præsenteres som absolutte værdier eller procenter. Histogrammer og Q-Q plots vil blive brugt til at kontrollere kontinuerlige værdier for normalitet. Forskelle mellem grupper vil blive vurderet ved t-test for normalfordelte data og Mann-Whitney U-test for ikke-normalfordelte data. Statistisk signifikans ved en p-værdi på <0,05.

Beregning af prøvestørrelse:

På nuværende tidspunkt er der ingen test-gentest-evaluering af mitokondriel respiratorisk analyse i endomyokardiebiopsier fra eksplanterede menneskehjerter. En nylig undersøgelse udført på vores afdeling af myokardiebiopsier viste imidlertid, at en samlet prøvestørrelse på 40 menneskelige forsøgspersoner i et 1:1 parallel gruppedesign var i stand til at identificere forskelle mellem de to grupper (upublicerede data).

Dataindsamling og behandling:

Kildedata vil blive registreret i patientens elektroniske patientjournal eller på specifikke arbejdsark.

En centraliseret elektronisk sagsrapportformular (CRF) vil blive konstrueret til datafangst. Data vil blive opbevaret indtil projektets afslutning, hvorefter de vil blive overført til Dansk Dataarkiv.

Perspektiver:

HTx er den gyldne standardbehandling for patienter, der lider af hjertesvigt i slutstadiet, men dens begrænsninger kan ikke ignoreres. For det første er proceduren ledsaget af en betydelig risiko, og en betydelig procentdel af patienterne lider af akut transplantatsvigt. Ydermere har HTx-patienter en højere risiko for alvorlige infektioner og cancer, og op til 50 % af HTx-patienterne lider af kardial allograft vaskulopati 10 år efter transplantationen, som alle er stærkt relateret til dødelighed. Det er derfor ønskeligt at udskyde HTx, hvis sundhed og livskvalitet kan holdes på et acceptabelt niveau. I denne sammenhæng synes mitokondriel funktion at være afgørende, da tilgange til at vurdere mitokondriel funktion i det svigtende hjerte kan vise sig at bane vejen for nye opfølgningsalgoritmer og endda behandlingsmål.