Uso de animales en experimentación de enfermedades cardiovasculares

Resumen

Las enfermedades cardiovasculares son una serie de afecciones relacionadas con el corazón o los vasos sanguíneos; su estudio representa un contante objeto de investigación en muchos campos científicos y biotecnológicos en la actualidad. Se han hecho una serie de revisiones enfocadas a elucidar su entendimiento y desarrollo las cuales reiteran la eficacia de algunos resultados y proponen mejoras de los procedimientos en futuros estudios. Es posible encontrar diferentes tipos de experimentación con animales para estas enfermedades, como los basados en la utilización de células aisladas y tejidos y estructuras en baños de órganos, e incluso la utilización de animales genéticamente modificados. En esta recopilación bibliográfica con fines académicos se hablará de algunos casos y experimentos relacionados, especialmente el uso de animales en la terapia de este tipo de enfermedades, se conocerá algunos de los avances en este campo, se explicará cada uno de ellos, se indicara su uso potencial en las distintas enfermedades y se darán unas conclusiones y perspectivas respecto del tema.

Palabras clave: Modelos Animales, Enfermedades Cardiovasculares, Biotecnología.

ABSTRACT

Cardiovascular diseases are a number of conditions related to heart or blood vessels; These represent a constant subject to investigate in many scientific fields actually. There have been a series of reviews aimed at elucidating their understanding and development which reiterates the effectiveness of some results and propose improvements to the procedures in future studies. It is posible to find different types of animal testing for these diseases, such as those based on isolated cells and tissues and structures in organ baths, and even the use of genetically modified animals. In this review we discuss some cases and experiments, especially the use of animals in the therapy of these diseases, we will know some of the advances in this field house and will be explained one of them, indicating their potential use in the various diseases and some conclusions and give perspectives on the issue.

Key words: Animal Models, Cardiovascular Diseases, Biotechnology.

Introducción

Las enfermedades cardiovasculares constituyen un objeto constante de investigaciones en diferentes campos científicos en la actualidad. Entre los modelos y las preparaciones empleados en la investigación cardiovascular, se encuentran los basados en la utilización de células aisladas y tejidos y estructuras en baños de órganos, e incluso la utilización de animales genéticamente modificados. Con base en los primeros estudios que se hicieron se han obtenido algunos resultados que elucidan el entendimiento de estas enfermedades. También se han hecho varias revisiones enfocadas a entender la patogénesis de este tipo de enfermedades, lo cual ha llevado al diagnostico de estas afecciones y ha hecho posible su efectividad (Chorro et al., 2009)1. Las enfermedades cardiovasculares se constituyen como la principal causa de mortalidad en la mayoría de los países en vías de desarrollo; debido a esta razón últimamente se han realizado importantes avances en su diagnóstico y tratamiento, y prevención en el mejor de los casos (Brotons et al., 2011)2. En la siguiente revisión se presentará algunos casos en relación al uso de modelos animales en este tipo de enfermedades, eficacia y perspectivas de estos.

Fig. 1. Ventajas y limitaciones de los modelos animales usados en el estudio de las enfermedades cardiovasculares. Adaptado de Chorro et al., 2009.

Métodos

2.1 Búsqueda literaria y análisis

Se hicieron búsquedas literarias en diferentes bases de datos como Science Direct, o El Sevier sobre experimentación en animales en relación a estas enfermedades con términos de búsqueda como "cardiovascular diseases animal models" con artículos en inglés de 2007 en adelante, teniendo en cuenta revistas de interés médico y biotecnológico como Atherosclerosis e Internacional Journal of Cardiology. Algunos artículos de revisión se usaron y citaron para el desarrollo de este documento, pero no se incluyeron en los resultados. Para el análisis del tema, se escogieron 10 artículos de bases para un análisis de la experimentación de interés.

Resultados

3.1 Calidad de los hallazgos y limitaciones

• 1. De los 10 estudios encontrados de los cuales el más representativo corresponde al análisis de proteomas en patofisiolologías cardiovasculares en modelos de ratas Dahl, y otro estudio sobre los efectos metabólicos adversos en roedores con respecto a una dieta baja en grasas, con hallazgos interesantes.

Uno de los estudios trataba específicamente sobre la plasticidad del desarrollo respiratorio y cardiovascular en el "pez cebra" Danio rerio donde estudiaron la flexibilidad cardiovascular en condiciones de hipoxia extrema en 3-10 días post fertilización (dpf) (PO2=20 Torr, 3 kPa) en reanimación cardíaca en normoxia en 4 dpf (PO2 = 152 Torr, 20 kPa), y después de 90 minutos de anoxia con animación inducida (PO2 = 0 Torr, 0 kPa). En los peces hipóxicas, el gasto cardíaco, volumen sistólico y el volumen diastólico final fueron elevados, y el índice de vascularización sanguíneo intersegmental a los 6 dpf y 10 dpf fue del 22% y superior al 11%, respectivamente, en comparación con los peces normoxicos. Estos resultados sugieren el uso de este pez como un organismo modelo para la demanda de oxígeno, como en el entorno natural, debido a perturbaciones ecológicas, y a su exposición a los cambios comunes de las concentraciones de oxígeno, donde estas condiciones pueden haber mejorado el rendimiento del sistema cardiovascular para la absorción de oxígeno (Yaqoob y Schwerte, 2010)3. Resaltan además la eficacia de este modelo animal para el estudio de la demanda de oxígeno en el ambiente y su relación con las enfermedades cardiovasculares lo cual podría sugerir el uso eficiente de experimentación animal para este tipo de enfermedades.

El segundo estudio propone una interesante caracterización cardio-vascular de PKd2+/LacZ en ratones como modelos animales para la enfermedad del riñon poliquístico autosómica dominante tipo 2 (ADPKD2). Esta afección, causada por mutaciones en PKD1 o PKD2, encubre a pacientes con PQRAD lo cual tiene una mayor incidencia de anormalidades en las válvulas cardíacas y la hipertrofia ventricular izquierda. Los análisis sistemáticos de afección cardiovascular, hasta ahora se han realizado sólo en pacientes genéticamente clasificados o en pacientes ADPKD1, aún no existían en modelos de ratones analizados. La ecocardiografía Doppler usada para el método no reveló cambios significativos cardiovasculares, y tampoco hubo diferencias significativas a excepción de una tendencia hacia mayores velocidades máximas de flujo más temprana y tardía de la válvula mitral en ratones viejos de tipo silvestre. Se sugiere así que PQRAD puede noquear a los modelos de ratón causando graves problemas cardíacos los cuales son demasiado tarde identificados durante lo que reduce la esperanza de vida de los animales (Stypmann et al., 2007)4. Este estudio se hace importante en la medida de un temprano diagnóstico de este tipo de patologías para prevenir la vida del paciente y resalta el ratón como un buen modelo de enfermedad cardiovacular.

El tercer estudio analiza la disfunción cardiaca en un modelo de ratón R6/2 para la enfermedad de Huntington. En este estudio, se encuentra que la proteína huntingtina, inducida a mutación por las perturbaciones energéticas, puede contribuir a la disfunción neuronal en la enfermedad de Huntington (HD), y a la aparición temprana de enfermedades de tipo cardiovascular, la cual es la segunda causa principal de muerte en los pacientes con HD. Se prueba entonces la hipótesis de que la expresión de huntingtina mutada es suficiente para inducir la disfunción cardíaca, utilizando este modelo transgénico. Estos ratones desarrollaron la disfunción cardíaca por 8 semanas de edad, que progresó a insuficiencia severa a las 12 semanas, evaluado por ecocardiografía, observando una evidencia limitada de la cardiopatía (hipertrofia, fibrosis, apoptosis, regulación de los receptores adrenérgicos ß1). Además la técnica de Inmuno-microscopía electrónica demostró incrementos significativos en la presencia de poliglutaminas nuclear y mitocondrial en el miocito R6/2, observándose alteraciones significativas en la ultraestructura mitocondrial en consonancia con el estrés metabólico. Se observó además que el aumento de la acetilación de la lisina y la cardiaca nitración de proteínas estaba significativamente asociados con alteraciones en el funcionamiento cardíaco, lo que demuestra que la expresión de huntingtina mutante tiene potentes efectos cardiotóxicos, y la insuficiencia cardíaca puede ser una complicación importante de este modelo experimental importante de la HD, donde la investigación de los posibles efectos cardiotrópicos de la huntingtina mutante en el ser humano puede estar justificada. (Mihn et al., 2007)5. Por otro lado, el siguiente estudio reportado habla sobre los modelos animales disponibles para el estudio virus y la enfermedad cardiaca autoinmune que son notablemente similares en los modelos a las patologías humanas. Este tipo de modelos animales para enfermedades del corazón es muy importante, pues según los autores las afecciones cardiovasculares son la principal causa de muerte en los Estados Unidos y se estima será la principal causa de muerte en el mundo en el año 2020. Especificamente la miocarditis, o inflamación del músculo del corazón, es la principal causa de muerte súbita en adultos jóvenes. Aunque la mayoría de las personas tienden a recuperarse de la miocarditis aguda, hay individuos genéticamente susceptibles que pueden llegar a desarrollar miocarditis crónica y miocardiopatía dilatada (MCD), resultando en insuficiencia cardiaca congestiva. En el estudio se describe un modelo de miocarditis autoinmune y DCM inducida por la inoculación con el corazón con inoculación del virus Coxsackie B3 (CVB3). Esta inoculación induce a inflamación aguda cardiaca y a los días 7 y 14 post-infección progresa a una miocarditis crónica y miocardiopatía dilatada. El modelo presentado permite entender la infección viral y el papel de los xenobióticos en la desregulación inmune e inflamación en el corazón (Fairweather y Rose, 2007)6. Este estudio conduce a una mejor comprensión de la interacción entre las exposiciones ambientales y el desarrollo de la enfermedad cardíaca, lo cual representan un gran desafío para los immuno- toxicologistas.

Otro estudio interesante corresponde a una evaluación en cerdos, realizada por Tellez y colaboradores (2011)7 donde se investigó el desarrollo intramural de lípidos y la predominancia de algún grupo en particular en las arterias coronarias de cerdos alimentados con alto contenido de colesterol, una dieta que resultó en la formación de aterosclerosis localizada como lesiones en 12 semanas, asociadas con el desarrollo de infiltrados de células mononucleares, analizando la densidad de neovasos en las lesiones por mancha de lectina. A las 12 semanas, fue posible observar el área de porcentaje en secciones histológicas de estenosis, en las fue modesto en ambos grupos (los lípidos: 17,3 ± 15 vs salina: 32,4 ± 22,8, p = .017). El grupo de los lípidos mostró mayor vaso vasorum (VV) cantidad (solución salina: 18,2 ± 14,9 VV/ sección frente a los lípidos: 30,6 ± 21,6 VV/ sección, Pb.05) y la densidad de vasos vasculares (solución salina: 7,3 ± 4,6 vs VV/mm2 lípidos: 16,5 ± 9 VV/mm2, Pb.001). Además, MCP-1 de expresión fue mayor en el grupo de los lípidos (1,5 ± 1,12) en comparación con el grupo control de solución salina (0,83 ± 0,34, Pb.01). Vascular la expresión de factor de crecimiento endotelial también fue mayor en el grupo de los lípidos (1,36 ± 0,9) en comparación con el grupo de solución salina (0,87 ± 0,33, Pb.05). Ello confirma patologías similares observadas en humanos a través de la acumulación de este grupo de lípidos y refuerza el uso de este tipo de modelos animales para el entendimiento de estas enfermedades.

El sexto estudio hace una interesante comparación en el impacto del peso de nacimiento, la mortalidad y los cambios hemodinámicos fetales de la ligación selectova de las vesículas uteroplacentales en contra de la nutrición materna como modelos experimentales a través de una evaluación cardiovascular Doppler donde fueron medidos una serie de parámetros cardiacos, y en algunos casos sometidos a cesárea, donde se encontró un mayor rango de mortalidad en el grupo sometido a cesárea que en el de nutrición materna. Este estudio, aunque falla en cuanto a las condiciones esperadas, reproduce de forma más idéntica ciertos rasgos cardiovasculares observados en fetos humanos si crecen de manera intrauterina y la madre presenta una indicada nutrición (Eixarch et al., 2011).8

El siguiente artículo es un experimento sobre Octodon degus como un eficiente modelo animal para arterioesclerosis y otras enfermedades humanas en la búsqueda del desarrollo de nuevas terapias. Para ello los ratones fueron sometidos a una dieta inducida a arterioesclerosis para demostrar su potencial como modelo, detectando lesiones detectadas por tinción histológica, donde exhibieron además exhibieron hiperglicemia. (Homana et al., 2011)9, ello exhibió comportamiento similar en cuanto a aspectos metabólicos y patógenesis en humanos, constituyéndose como un estudio cardíaco poderoso, y de más trascendencia, al proponer el uso continuo de estos modelos para la comprensión de la enfermedad.

Hay otra particular investigación sobre el entendimiento de modelos de ratones y los efectos de una dieta alta en grasas (HFD), reconocido como un importante contribuyente a la obesidad, algo limitado de estudiar en seres humanos, donde que la investigación con animales normalmente se ha examinado a través de la dieta la dieta durante períodos específicos de desarrollo en lugar de toda la vida. Frente a esto, hay una hipótesis común de que el uso de DFH, en estudios a corto plazo como se ha hecho comúnmente en los animales no refleja adecuadamente los patrones de la dieta de toda la vida visto con frecuencia en los seres humanos, con consiguientes alteraciones metabólicas. Por ello, en este estudio se examinó el impacto de la DFH desde el destete hasta las 39 semanas (edad media) sobre el metabolismo de las ratas macho. A los 7, 26 y 39 semanas, las pruebas de tolerancia a la glucosa se ??llevaron a cabo, donde un subgrupo de animales fue sacrificado, y el suero y los tejidos fueron recolectados. Después de 4 semanas, anteriores al aumento del peso corporal, los animales habían aumentado la grasa intra-abdominal, triglicéridos, e hiperglucemia. La importancia de este artículo radica en que importantes alteraciones metabólicas pueden pasar desapercibidas por la detección de corriente estándar, como el peso y la bioquímica. (MCDonald et al., 2011)10 sugiere que este modelo podría ser bastante adecuado para el entendimiento de este factor en seres humanos, lo cual influye ampliamente en las enfermedades cardiovasculares, y parece ser efectivo en relación a los resultados obtenidos.

Sin embargo, hay interesantes hallazgos de Grussenmeyer et al. (2011)11 sobre los análisis de proteomas en la patofiología vascular usando modelos de ratas Dahl, usando cepas puras de ratas Dahl sensibles a la sal (DS) y resistentes a la sal-(RD), las cuales representan un modelo animal para la investigación cardiovascular. En este estudio se administró prolongadamente una dieta en alto contenido de sales, donde las ratas DS desarrollaron la hipertensión arterial sistémica, y como consecuencia se desarrolla hipertrofia ventricular izquierda, seguida de la insuficiencia cardíaca. El modelo animal parece ser apto para identificar biomarcadores que caracterizan a las etapas definidas de estas condiciones fisiopatológicas. Con el resultado de los perfiles de expresión de proteínas de los tejidos del ventrículo izquierdo de ratas DS y DR mantenidos en dieta baja en sales, se observó que hubo diferencias de expresión cuantitativa y cualitativa entre las dos cepas de ratas Dahl en el tejido cardíaco, utilizando análisis de componentes principales, análisis discriminante lineal y otros medios estadísticos, siendo fue posible identificar una serie de proteínas que se expresan en el tejido vascular cuando se tiene una dieta baja en sales, y ver las diferencias entre las ratas DS y DR. Aunque este artículo son solos resultados preliminares, el identificar esas proteínas, sugiere estudios posteriores más enfocados y la continuidad de su uso como modelo animal. Ello se reitera con los estudios realizados por Cussano et al. (2010)12, en la obtención de nuevas resoluciones y alta sensibilidad del detector SPECT para el escaneo molecular de enfermedades cardiovasculares, este estudio, probado en ratones. Resalta la importancia del uso de este modelo, pues resultan ser óptimos para todos los experimentos de estos detectores en ellos, siendo posible la terapia cardiaca con estos ratones, así como lo afirma Guluma y Lapchak (2010)13,a través de modelos animales no tromboembólicos de un derrame cerebral, donde evalúan las estatinas, y su eficacia en la prevención antes de la isquemia, lo cual puede tener un efecto positivo sobre el accidente cerebrovascular, incluso cuando se administra después de esta, caracterizando los efectos de la IV tPA en un modelo clínico relevante del ratas utilizando una oclusión vascular con un coágulo recién formado, para evaluar los efectos de la post-isquémica y la administración de simvastatina en el resultado del accidente cerebrovascular donde los resultados sugieren que se necesita investigar para determinar por completo la paradigma de la dosificación terapéutica potencial y un óptimo tratamiento post-isquémico con estatina, aunque la simvastatina no les funcionó.

Discusión

4.1 Perspectivas

En los anteriores artículos es evidente la importancia de la utilización de los animales como modelos experimentales, sin embargo aún hay vacios en resultados más definitivos y relevantes, que arrojen datos más precisos sobre el desarrollo de estas enfermedades en seres humanos, lo que sugiere se necesitan más estudios en cuanto a enfermedades cardiovasculares, hay varias revisiones respecto al tema, con experimentos desde el 2000, pero en los últimos 8 años aún no han sido publicados o no hay acceso a estudios más comprometedores en este tema. Los anteriores experimentos han reiterado la eficacia de la utilización de los modelos de mamíferos para el entendimiento de estas enfermedades, pero es necesario refinar estos modelos; sin embargo, la ciencia está en proceso constante, y probablemente en 5 a 10 años los resultados obtenidos darán información valiosa sobre la biotecnología de estos modelos animales. El campo aún es prometedor, hay varios modelos animales eficientes y la investigación es constante, donde resaltan importantes avances desde hace más de 20 años, y se debe seguir estudiando, para entender así la funcionalidad de estos modelos.

Conclusiones

Los mamíferos pequeños ofrecen varios tipos de modelos de alteraciones cardiovasculares que ocurren por mutaciones genéticas espontáneas o son inducidos mediante modificaciones específicas del genoma. Entre los procedimientos utilizados se encuentran los basados en la transferencia genética con provocación controlada de mutaciones que dan lugar a la expresión de alteraciones asociadas al desarrollo de gran número de enfermedades cardiovasculares. El empleo de animales de mayor tamaño es relevante para el entendimiento de los mecanismos de regulación y homeostasis del organismo en humanos.

Referencias

1Chorro, F. J., Such-Belenguer, L., y López-Merino, V. 2009. Animal Models of Cardiovascular Disease. Universidad de Valencia, Valencia, Spain. Rev Esp Cardiol; 62(1):69-84 p.

2Brotons, C., Soriano, N., Moral, I., Rodrigo, M. P., Kloppe, P., Roduíguez, A. M. González, M. L., Ariño, D., Orozco, D., Buitrago, F., Pipó, J. M. y Borrás, I. 2011. Randomized Clinical Trial to Assess the Efficacy of a Comprehensive Programme of Secondary Prevention of Cardiovascular Disease in General Practice: the PREseAP Study, Rev Esp Cardiol, 64(1):13–20 p.

3Yaqoob, N. y Schwerte, T. 2010. Cardiovascular and respiratory developmental plasticity under oxygen depleted environment and in genetically hypoxic zebrafish (Danio rerio) Comparative Biochemistry and Physiology, Part A 156, 475–484 p.

4Stypmann, J., Engelen, M. A., Orwat, S., Bilbilis, K., Rothenburger, M., Eckardt, L., Haverkamp, W., Horst, J., Dworniczak, B. y Pennekamp, P. 2007. Cardiovascular characterization of Pkd2+/LacZ mice, an animal model for the autosomal dominant polycystic kidney disease type 2 (ADPKD2). International Journal of Cardiology 120 158–166 p.

5Mihm, M. J. Amann, D. J., Schanbacher, B. L., Altschuld, R. A., Bauer, J. A y Hoytb, K. B. 2007. Cardiac dysfunction in the R6/2 mouse model of Huntington"s disease. Neurobiology of Disease, 25, 297–308 p.

6Fairweather, D y Rose, N. R. 2007 Coxsackievirus-induced myocarditis in mice: A model of autoimmune disease for studying immunotoxicity, Methods 41, 118–122 p.

7Tellez, A., Schustera, D. S. Alviara, C., López-Berensteinb, G., Sanguinob, A., Ballantynec, C., Perrardc, X. D. Schulzd, D. G., Roussellee, S., Kaluzaa, F. G. Granada, J. F. 2011 Intramural coronary lipid injection induces atheromatous lesions expressing proinflammatory chemokines: implications for the development of a porcine model of aterosclerosis, Cardiovascular Revascularization Medicine, 12, 304–311 p.

8Eixarch, E., Hernandez-Andrade, E., Crispi, F., Illa, M., Torre, I., Figueras, F. y Gratacos, E. 2011. Impact on fetal mortality and cardiovascular Doppler of selective ligature of uteroplacental vessels compared with undernutrition in a rabbit model of intrauterine growth restriction, Placenta 32, 304-309 p.

9Homana, R., Hanselmanb, J. C., Bak-Muellerc, S., Washburnd, M., Lestere, Jensenc, H. J., Pinkoskyb, S. L., Castlef, C., Taylorg, B. 2011. Atherosclerosis in Octodon degus (degu) as a model for human disease. Atherosclerosis, 212, 48–54 p.

10McDonald, S. D., Pesarchukb, E., Don-Wauchopec, A., Zimaityd, H. A. y Holloway, A. C. 2011. Adverse metabolic effects of a hypercaloric, high-fat diet in rodents precede observable changes in body weight. Nutrition Research 31, 707–714 p.

11Grussenmeyera, T., Meili-Butzc, S., Rothd, V., Dieterlec,T., Brinkc, M., Winkler, B., Matt, P., Carriel, T. P., Ecksteina, F. S., Lefkovitsa, I., y Grapow, M. T. R. 2011. Proteome analysis in cardiovascular pathophysiology using Dahl rat model. Journal Of Proteomics, 74, 672 – 682 p.

12Cusanno, F., .Argenieri, A., Baiocchi, M.,.Colilli, S., Cisban, E., DeVincentis, G., Fratoni, R., Garibaldi, F., Giuliani, f., Gricia, M., Lucentini, M., Magliozzi, M.L., Majewski, S., Marano G., Musico, P., Musumeci, M., Santavenere, F., Torrioli, S., Tsui, B.M.W., Vitelli, S., y Wang, G. 2010. A novel high resolution, high sensitivity SPECT detector for molecular imaging of cardiovascular diseases. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 617, 217–218 p.

13Gulumaa, K. Z. y Lapchak, P. A. 2010. Comparison of the post-embolization effects of tissue-plasminogen activator and simvastatin on neurological outcome in a clinically relevant rat model of acute ischemic stroke. Brain Research, 1354, 206 – 216 p.

Enviado por:

Andrea del Pilar Tarquino C.

Xiomara Katherine Montealegre Delgado

Cindy Viviana Albañil López.