Mikrografttransplantationer av förmaksbihang för att underlätta hjärtreparation efter hjärtkirurgi (AAMS2)

BAKGRUND OCH BETYDNING

Globalt dör 17,9 miljoner människor varje år av hjärt-kärlsjukdomar. Ischemisk hjärtsjukdom (IHD) är orsaken i hälften av dessa fall, vilket gör den till den globalt ledande enskilda dödsorsaken [GBD 2017]. Medan 126,5 miljoner patienter lider av IHD över hela världen, är 30,3 miljoner patienter i Europa drabbade [Timmis 2018].

IHD kännetecknas av progressivt förstorande aterosklerotiska koronarplack. Dessa sjukdomshotspots driver inte bara myokardhypoxi, kardiomyocytdvala, apoptos och interstitiell fibros utan är benägna för erosion och bristning. Plackruptur aktiverar kraftfullt det hemostatiska systemet vilket resulterar i trombotisk koronarocklusion, hjärtinfarkt (MI) och hjärtvävnadsdöd. På grund av förbättrad akutvård överlever patienterna i allt högre grad den akuta fasen, och skadeplatsen ersätts så småningom av ett ärr som vanligtvis begränsar fyllningen och pumpningen av hjärtat [Cohn 2000]. Beroende på skadans omfattning och det resulterande ärret leder så småningom den ökade arbetsbelastningen till negativ ombyggnad och uppkomsten av hjärtsvikt (HF), ett irreversibelt och inkapaciterande kliniskt syndrom med dålig prognos [Taylor 2017, Cohn 2000]. HF på grund av en ischemisk etiologi har rapporterats variera från 29 % till 45 % [Groenewegen 2020]. Till exempel antyder en färsk metaanalys att HF-prevalensen av "all-typ", inklusive de tidigare okända fallen via populationsbaserad ekokardiografisk screening, är så hög som 11,8 % bland den allmänna befolkningen över 65 år [van Riet 2016].

CABG-kirurgi är den föredragna revaskulariseringsmetoden för patienter med allvarligt framskriden IHD [Rihal 2003]. I Europa utfördes mer än 245 000 CABG-operationer under 2016 [Eurostat 2015]. Oavsett ålder har CABG-kirurgi visat sig ha en övergripande gynnsam effekt på ischemiska symtom och dödlighet [Freitas 2019].

Hjärtläkning genom regenerering snarare än ärrbildning skulle kunna luta IHD med dess komplikationer mot en alltmer hanterbar, till och med botbar, sjukdom. Medan hjärtan hos vissa ryggradsdjur läker genom regenerering under hela deras livstid, hos gnagare är denna kapacitet begränsad till den första levnadsveckan [Cutie 2021]. Mycket tidigt i livet verkar också det mänskliga hjärtat ha förmåga att regenerera efter ischemi [Haubner 2016].

Det har visat sig komplicerat att aktivera hjärtregenerativ reparation i vuxna människors hjärta. Många stamceller, stamceller och differentierade celler har testats i detta avseende [Cambria 2017]. Även om dessa undersökningar har gett lovande resultat, förblir terapierna komplexa och kostsamma, vilket visar på behovet av mer kliniskt enkla metoder. Celler härledda från förmaksbihang har visat sig kunna stimulera regenerativ hjärtläkning i samband med ischemisk hjärtskada [Koninckx 2013, Detert 2018, Evens 2021]. Som positionerats av European Society of Cardiology framhålls många vävnadskonstruerade tillvägagångssätt, inklusive epicardial extracellular matrix (ECM) patchtransplantation, som lovande framtida terapier för ischemisk HF [Madonna 2019]. Dessa tillvägagångssätt kan förbättra den lokala uthålligheten och livsdugligheten hos de samtransplanterade cellerna - ett stort hinder som identifierats i tidigare studier.

ALLMÄNT KONCEPT

Vi använder patientens egen hjärtvävnad från höger förmaksbihang för terapi. Varken vänster eller höger förmaksbihang (LAA respektive RAA) bidrar direkt till hjärtats pumpfunktion. En bit av RAA kan säkert skördas vid införande av höger förmakskanyl under uppställningen av hjärt- och lungmaskinen i början av CABG [Lampinen 2017, Nummi 2017, Nummi 2021]. I AAMS2-försöket används en bit av RAA-vävnaden som epikardiellt transplanterade, patch-inkapslade och mekaniskt expanderade förmaksbihangsmikrotransplantat (AAM). Denna terapi kan administreras under en enda CABG-operation.

TIDIGARE RESULTAT

I en preklinisk musmodell av MI och HF jämfördes effekterna av epikardiella AAMs-plåster med acellulära ECM-plåster. Resultaten visade myokardvävnadsskydd, försvagad ärrbildning och bibehållen hjärtfunktion [Xie 2020]. Vidare visade masspektrometri-baserad kvantitativ proteomik utbredda regenerativa och kardioprotektiva effekter i myokardiet, inklusive minskad oxidativ stress och AAMs-medierad induktion av myokardial glykolytisk metabolism, en process associerad med en ökad regenerativ kapacitet av myokardiet [28, 17ka, 20, 28, 17ka, 20. Kimura 2015, Puente 2014].

AAMs-patch-terapin har fortsatt till klinisk användning. Efter den första-i-människa appliceringen av AAMs [Nummi 2019] bekräftades nyligen säkerheten och genomförbarheten av epikardiell AAMs-transplantation under CABG [Nummi 2021]. Dessutom, eftersom denna studie antydde ökad tjocklek av det livskraftiga myokardiet i ärrzonen, gav den den första indikationen på terapeutisk nytta [Nummi 2021].

MÅL OCH ÖVERSIKT

Denna AAMS2 randomiserade dubbelblinda och kontrollerade studie utvärderar effekten av epikardialt transplanterade AAMs som en adjuvant terapi till CABG-kirurgi. Studiens primära mål är förändringar i hjärtfunktion och struktur, utvärderade med hjälp av sen gadoliniumförstärkning av hjärtmagnetisk resonanstomografi (LGE-CMRI) vid 6 månaders uppföljning efter operation jämfört med preoperativ LGE-CMRI.

Studien registrerar 50 patienter i ett grupptilldelningsförhållande på 1:1 till studiegrupperna (CABG eller AAMs patch med CABG). Autolog RAA-vävnad skördas från RAA under CABG från alla deltagare och baserat på randomisering bearbetas biten av RAA-vävnad antingen till AAMs perioperativt eller kryolagras för biokemiska analyser. AAM:erna, inbäddade i fibrinmatrisgel, placeras på ett ECM-ark, som sedan sys epikardialt på plats. För att peka ut det ischemiska ärrområdet som epikardiell transplantationsplats, görs LGE-CMRI preoperativt. Studieblodprover tas preoperativt såväl som vid 3 och 6 månaders uppföljning efter operationen. Transthorax ekokardiografi (TTE), LGE-CMRI, symtomskalningsåtgärder och 6-minuters gångtest (6MWT) utförs preoperativt och vid 6-månadersuppföljningen.

METODER

1. Patienturval, inskrivning, etik och tidslinje – Patienterna som uppfyller kriterierna för behörighet och uteslutning, utvärderade av en kardiolog, väljs från sjukhusets lista över elektiva hjärtoperationer. Patienternas medicinering optimeras enligt gällande riktlinjer av den behandlande kardiologen. Den vanliga väntetiden på listan varierar mellan 2 och 8 veckor. Denna tid tillåter läkemedelsförändringar att träda i kraft före operationen. Senare kallas de rekryterade patienterna till ett kliniskt kontrollbesök (betecknat som 3-månadersuppföljningen) och ett dedikerat försöksbesök (6-8 månader postoperativt, betecknat som 6-månadersuppföljningen).

   Alla patienter får information som beskriver prövningen. Innan en försöksperson genomgår någon studieprocedur kommer en diskussion om informerat samtycke att genomföras och skriftligt informerat samtycke för att delta krävs. Försöket kommer att genomföras i enlighet med Helsingforsdeklarationen om etiska principer för medicinsk forskning som involverar människor [World Medical Association 2013]. Studien har godkänts av Etikkommittén för Helsingfors och Nylands sjukvårdsdistrikt (HUS; Dnr. HUS/12322/2022). Beräknad start för patientrekryteringen är december 2022 med ett beräknat datum för fullständigt slutförande av studien i december 2025. Deltagaren exkluderas från studien (screeningsmisslyckande), om efter optimering av mediciner, ett synligt ärr inte kan identifieras och vänsterkammars ejektionsfraktion (LVEF) är ≥50 % vid preoperativ LGE-CMRI. Detta gäller även om LGE-CMRI inte har utförts före CABG.

2. Endpoints – Försökets endpoints listas i ett separat avsnitt. De primära effektmåtten fokuserar på förändringar i hjärtfibros som utvärderas med LGE-CMRI och cirkulerande nivåer av N-terminalt prohormon av hjärnans natriuretiska peptid (NT-proBNP). De sekundära effektmåtten fokuserar på andra effektparametrar samt både säkerhet och genomförbarhet av behandlingen.
3. Randomisering och blindning-Patienter randomiseras till CABG- eller AAMs-grupper med hjälp av könstratifierad blockrandomisering via det öppet tillgängliga onlineverktyget på www.sealedenvelope.com med blockstorlekar 2 och 4, och skiktning efter kön (hona, man). Randomisering utförs av Helsingfors universitet (ansvarig docent Esko Kankuri). Löpnumrerade förseglade kuvert med den randomiserade allokeringsinformationen delas ut till studiesköterskan, som öppnar respektive kuvert i början av varje patients operation. Studiesjuksköterskan övervakar allokeringen på ett dubbelblindat sätt, där patienten och den utvärderande kardiologen och radiologerna förblir blinda för studiegruppsfördelningen. Med tanke på behandlingens karaktär (transplantation kontra ingen transplantation) är det omöjligt att blinda den opererande kirurgen eller studiesjuksköterskan för tilldelningarna. Alla LGE-CMRI- och TTE-mätningar samt laboratorieanalyser görs av forskare som är blinda för grupptilldelningarna.
4. Beredning och administrering av mikrotransplantat för förmaksbihang - En del av RAA skördas i början av hjärtkirurgi vid höger förmakskanylering. RAA-vävnaden vägs och bearbetas mekaniskt till mikrotransplantat som tidigare beskrivits [Lampinen 2017, Nummi 2017, Nummi 2021] med hjälp av Rigeneracon-bladet (Rigenera-system, HBW s.r.l., Turin, Italien). Dedikerade CE-märkta instrumentsatser för att stödja vävnadsbearbetning i operationssalen erhålls från EpiHeart Oy (Helsingfors, Finland). Mikrotransplantaten sprids på ett perikardiellt matrisark (Equine Pericardium Patch, Autotissue GmbH, Berlin, Tyskland) och är inbäddade i en liten mängd utspätt fibrinvävnadslim (Tisseel, Baxter AG, Wien, Österrike). AAMs-plåstret hålls kylt (+6 - +8C), täckt och sterilt i väntan på transplantation.
5. Allmän dataskyddsförordning – Den data som samlas in under försöket kommer att uppfylla EU:s regler för skydd av personhälsodata, inklusive General Data Protection Regulation (GDPR).
6. Blodprover-Ett blodprov för NT-pro-BNP-mätning, en guldstandard biomarkör för HF-utvärdering [McKie 2016], samlas in preoperativt och vid både 3-månaders och 6-månaders uppföljningar. Dessutom bedömer AAMS2-studien blod-, plasma- och RAA-vävnadsprover för deras innehållna RNA-transkript med ett nytt fokus på deras post-transkriptionella modifieringar, som tidigare beskrivits [Sikorski 2021, Sikorski 2022]. För att säkerställa adekvat utbyte av naturligt RNA, istället för att samla in 3 mL x 5 TEMPUS(TM) RNA-stabiliserat blod per besök, samlas 3 mL x 8 in. Dessa modifieringar utgör en biologisk gräns inom genetik som avslöjar en nyckelfaktor och regulator av många cellulära funktioner och patofysiologiska tillstånd, även IHD och ischemisk HF [Qin 2021, Sikorski 2022]. Eftersom informationen om blodepitranskriptomik i human IHD och HF fortfarande är knapp [Sikorski 2022], syftar AAMS2-studien till att ge insikt i de AAMs-behandlingsinducerade förändringarna i blodepitranskriptomerna. Särskilt fokus ligger på de två vanligaste modifieringarna, N6-metyladenosin (m6A) och adenosin-till-inosin (A-till-I) redigering.
7. RAA-vävnadsprover - Den borttagna biten av RAA-vävnad från kontrollgruppen samlas in som ett prov för biokemiska analyser. Biten av RAA-vävnad kommer att delas i två och lagras (RNAlater eller formaldehyd-etanol) för efterföljande epitranskriptomikriktade utvärderingar som tidigare beskrivits [Sikorski 2021].
8. Ekokardiografi-Alla deltagare bedöms med elektrokardiogram och TTE preoperativt och vid 6 månaders uppföljning postoperativt. TTE-inspelningarna görs hos utsedda kardiologer. Dessa inspelningar inkluderar både anatomiska och funktionella bedömningar av ventriklar, förmak och klaffar. Ett särskilt fokus ges under preoperativ TTE, före den ovan beskrivna RAA-provtagningen för AAMs, på förmaksbihangen och förmaket som är lämpligt för anatomisk karakterisering. Dessutom registreras närvaro eller frånvaro av perikardiell utgjutning, trombos och aneurysm. Perfusionsanestesiolog kommer att utföra transesofageal ekokardiografi (TEE) i operationssalen under anestesi för att utvärdera både vänster och höger förmaksbihang för blodflödeshastigheter, eventuellt slam och tromb före CABG.
9. Sen gadoliniumförstärkning hjärtmagnetisk resonanstomografi (LGE-CMRI) - En 1,5-T MRI-skanner för hela kroppen (Siemens Sola eller Avanto-fit, Siemens AG, Erlangen, Tyskland) används för LGE-CMRI-bildinsamling. Hjärtets struktur och funktion utvärderas med ett standardiserat LGE-CMRI-protokoll med hjälp av elektrokardiogram och respiratorisk gating. Kortaxlade filmbilder används för volymetriska mätningar av vänster och höger kammare. Myokardiell kontraktilitet utvärderas med hjälp av longitudinella, perifera och radiella töjningsmätningar från kort- och långaxliga filmbilder. LGE bedöms mäta infarktvolym och massa med 5-SD halvautomatisk förstärkningsuppskattning, som tidigare föreslagits för halvautomatisk tröskelvärde för infarktdetektering [Schulz-Menger 2020]. Bildefterbehandling utförs med programvaran Medis Suite (Medis Medical Imaging Systems, Leiden, Nederländerna) med QMass- och QStrain-applikationer.
10. Livskvalitetsbedömning – Hälsorelaterad livskvalitet (HRQoL) mäts med RAND36 (SF36) kortformigt frågeformulär [Hays 2001]. Enkäten är standardiserad med specificerade medel- och standardavvikelsevärden för åtta dimensioner som sträcker sig från fysisk funktion och subjektiv känsla av vitalitet och hälsa till kroppslig smärta. De erhållna poängen jämförs med en finsk kohort med någon kronisk sjukdom. En patients symtomutvärdering utförs också för de två kardinalsymtomen IHD och HF, angina pectoris och ansträngningsdyspné, med standardiserade klassificeringssystem utvecklade av Canadian Cardiovascular Society (CCS) respektive New York Heart Association (NYHA). Campeau 1976, Russell 2009]. Slutligen bedöms ett sex minuters gångtest (6MWT) för att få objektiva sjuklighetsmått [Bittner 1993]. Alla dessa parametrar utvärderas både preoperativt och vid det 6 månader långa uppföljningsbesöket postoperativt. NYHA- och CCS-klasser registreras också vid 3-månaders klinisk uppföljning.
11. Statistiska analyser – Effektanalys utfördes med hjälp av programvaran SAS 9.4 TS Level 1M4 (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA), POWER Procedure Wilcoxon-Mann-Whitney Test med de fasta scenarioelementen O'Brien-Castelloe approximationsmetod och dubbelsidig statistisk utvärdering. Provdata för kraftanalys härleddes från det tidigare öppna AAM-försöket [Nummi 2021]. Med en total provstorlek på 50 (två grupper, gruppstorlek 25, fördelning 1:1) ger dessa parametrar en effekt större än 80 % vid ett α på 0,05. Jämförelser mellan grupper kommer att utföras med Mann Whitney U-testet. Ordinalvariabler testas med Chi-Square-testet. Flera jämförelser korrigeras med Bonferroni-metoden, signifikanta fynd testas ytterligare gruppvis med Mann Whitney U-testet. Livskvalitetsdata presenteras som medelvärden och analyseras med det oberoende provets t-test (tvåsidigt). Analyser utförs med IBM SPSS Statistics 27-programmet (IBM Corp., Armonk, NY) eller motsvarande. Data kan analyseras och publiceras i etapper under försöket.
12. Datainsamling preoperativt och postoperativt under uppföljning-Klinisk, laboratorie- och läkemedelsbehandlingsdata samlas in till sjukhusets elektroniska journaler. Efter utskrivning och vid uppföljning kan patienter besöka primärvården. Alla besök relaterade till operationen eller deras kardiovaskulära systemtillstånd samt förändringar av läkemedelsbehandlingen samlas in av studiens utredare. Dessa data lagras pseudonymiserat med andra data från den patienten.

13. Datalagring, hantering och delning-Den producerade data lagras i nätverkshårddiskarna i HUS och UH under analyser samt på servrarna till CSC - IT CENTER FOR SCIENCE LTD. (Finland) speciellt utformad för lagring av känslig data, allt med automatisk säkerhetskopiering. Direkt identifierande patientdata med motsvarande pseudonymiseringsnycklar och randomiseringskoder lagras i ett nyckelregister som finns inom de säkra sjukhussystemen med automatiserad backup och åtkomstkontroll. Anslutningen till registren styrs via rollbaserade anslutningsrättigheter och endast de forskare som anges i registerbeskrivningen som godkänts av HNS etiska kommitté har tillgång till uppgifterna däri. PI-forskardocent Pasi Karjalainen är ansvarig för nyckelregistret och dess innehåll.

    Deltagarnas TTE-data nås via IntelliSpace-programvaran (Philips, Nederländerna) som i slutändan lagras på Microsoft® Azure Cloud, som uppfyller HUS datasäkerhetsriktlinjer. LGE-CMRI data och rapporter lagras i digitala HUS bildarkivering och kommunikationssystem (PACS). Vid behov överförs LGE-CMRI-data internt mellan HUS Medical Imaging Centers servrar för att möjliggöra bildanalys med lämplig CMR-mjukvara. Fallrapportformat lagras både fysiskt i HNS lokaler med passerkontroll och elektroniskt i forskningsregistret.

    Anslutningarna till forskningsregistret kontrolleras via rollbaserade anslutningsrättigheter och endast de forskargruppsmedlemmar som enskilt anges i registerbeskrivningsdokumentet, som godkänts av HNS etiska kommitté, har tillgång till uppgifterna däri. Alla arbetsstationer, nätverksenheter och servrar är lösenordsskyddade.

    Innan all delning av pseudonymiserad data med de akademiska studiesamarbetspartnerna inom eller utanför Europeiska unionen sker, oavsett om det sker via CSC - IT CENTER FOR SCIENCE LTD. (Finlands) servrar eller med starkt lösenordsskyddade hårddiskar som transporteras med antingen officiell kurir från Helsingfors universitet eller Helsingfors universitetssjukhus, den ansvariga samarbetande forskaren eller representanten för den anslutna institutionen kommer att underteckna Material Transfer Agreement (MTA). Dessa MTA:er kommer att använda EU-kommissionens standardavtalsklausuler (SCC) för att skydda åtkomsten, det vill säga överföringen, av de pseudonymiserade uppgifterna. All personal som hanterar pseudonymiserad data kommer också att behöva underteckna ett officiellt HNS-sekretess- och datasäkerhetsåtagande. Dessutom har CSC - IT CENTER FOR SCIENCE LTD. kräver ett eget avtal för hantering av datasekretess för att varje samarbetspartner ska underteckna innan de får tillgång till den pseudonymiserade informationen.

    I princip, efter den aktiva fasen av försöket, kommer de producerade uppgifterna med pseudonymer att lagras på servrarna hos Finlands IT-centrum för vetenskap CSC (SD-Apply) i 15 år (2040). Efter detta anonymiseras uppgifterna genom att radera alla pseudonymer och kureras på obestämd tid. En distinkt dataåtkomstkommitté kommer att övervaka återanvändningen av de lagrade uppgifterna. Sekvenseringsdatauppsättningarna med anonymiserad metadata på gruppnivå kan också göras tillgängliga vid publicering via uppladdning till arkiv som European Nucleotide Archive (ENA) från European Molecular Biology Laboratory European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI, Cambridge, Storbritannien) eller Gene Expression Omnibus (GEO) funktionell genomikdatabas (National Center for Biotechnology Information NCBI, Bethesda, MD, USA).

14. Försöksövervakning – AAMS2-studien kommer att övervakas externt av det kliniska forskningsinstitutet, Helsingfors universitetscentralsjukhus (HUCH), eller motsvarande leverantör av övervakningstjänster, för att säkerställa försökspersoners rättigheter, säkerhet och välbefinnande. En detaljerad övervakningsplan kommer att utarbetas med tjänsteleverantören och forskargruppen innan någon patient rekryteras till studien.
15. Forskargrupp-AAMS2-studien genomförs i samarbete med HNS hjärt- och lungcentrum (PI-docent Pasi Karjalainen, och co-PI Antti Vento MD PhD) och Helsingfors universitet (docent Esko Kankuri MD PhD). Studiesjuksköterskan övervakar och organiserar, tillsammans med PI, patientscreening, rekrytering, information och kontakt (via telefon eller mail), perioperativ AAMs bearbetning och bokning av kontrollbesök. Studiesjuksköterskan organiserar dessutom studieprovslogistik i samarbete med forskare från Helsingfors universitet. Randomisering görs vid Helsingfors universitet. CABG-kirurgin och appliceringen av AAMs plåster utförs av HUS Heart and Lung Center. LGE-CMRI avbildning och analyser utförs av HNS radiologiavdelning och Helsingfors universitet. Patientscreeningen, rekryteringen samt såväl preoperativa som postoperativa kliniska besök, som inkluderar TTE-inspelningar, och klinisk utvärdering utförs av hjärtenheten, HUS hjärt- och lungcenter. En hjärt-anestesiläkare kommer att utföra registrering av viktiga postoperativa parametrar. Analys av epitranskriptomiska och andra biomarkörer anordnas av Helsingfors universitet, Medicinska fakulteten, Institutionen för farmakologi.