Summary
Het protocol beschrijft een grootdiermodel (varkens) van donatie na circulatoire sterfte, gevolgd door thoracoabdominale normotherme regionale perfusie die het klinische scenario bij harttransplantatie nauw simuleert en het potentieel heeft om therapeutische studies en strategieën te vergemakkelijken.
Abstract
De toename van de vraag naar harttransplantatie door de jaren heen heeft de interesse in donatie na circulatoire dood (DCD) aangewakkerd om de orgaandonorpool uit te breiden. Het DCD-proces is echter geassocieerd met het risico op hartweefselbeschadiging als gevolg van de onvermijdelijke periode van warme ischemie. Normothermische regionale perfusie (NRP) maakt een in situ orgaanbeoordeling mogelijk, waardoor de verkrijging van harten waarvan is vastgesteld dat ze levensvatbaar zijn, mogelijk is. Hier beschrijven we een klinisch relevant model van DCD voor grote dieren gevolgd door NRP. Circulatiedood wordt vastgesteld bij verdoofde varkens door mechanische ventilatie te stoppen. Na een vooraf ingestelde warme ischemieperiode wordt een extracorporale membraanoxygenator (ECMO) gebruikt voor een NRP-periode van ten minste 30 minuten. Tijdens deze reperfusieperiode maakt het model het mogelijk om verschillende myocardiale biopsieën en bloedmonsters te verzamelen voor initiële hartevaluatie. Zodra NRP is gespeend, kunnen biochemische, hemodynamische en echocardiografische beoordelingen van de hartfunctie en het metabolisme worden uitgevoerd voordat organen worden verkregen. Dit protocol simuleert nauw het klinische scenario dat eerder is beschreven voor DCD en NRP bij harttransplantatie en heeft het potentieel om studies te vergemakkelijken die gericht zijn op het verminderen van ischemie-reperfusieletsel en het verbeteren van het functionele behoud en herstel van het hart.
Introduction
Meer dan 300.000 personen sterven in Noord-Amerika elk jaar aan hartfalen (HF); Harttransplantatie blijft de enige behandelingsoptie voor sommige van deze patiënten met eindstadiumziekte1. Historisch gezien was de exclusieve bron voor harttransplantatie donorharten verkregen na neurologische bepaling van de dood (NDD), maar zelfs toen was slechts ongeveer 40% voldoende voor transplantatie2. Tussen de 15% en 20% van de patiënten sterft in afwachting van een hartdonatie, waarbij een tekort aan donorharten een van de redenen is die een discrepantie creëert tussen de beschikbare harten en de benodigde harten2. Om de orgaandonorpool te vergroten, is een belangrijke overweging het gebruik van harten die zijn gedoneerd na circulatoire sterfte (DCD)3. Er is terughoudendheid om DCD-harten te gebruiken omdat deze organen steevast worden onderworpen aan een periode van onbeschermde (warme) ischemie na het stoppen van de bloedcirculatie en onomkeerbare schade kunnen oplopen. Hoewel er rapporten voor succesvolle DCD-harttransplantatie met uitstekende vroege resultaten bestaan4,5, is er behoefte aan een gevalideerde beoordelingsmethode om te bepalen of deze harten bruikbaar zijn en om mogelijk hun prestaties na de transplantatie te voorspellen 6,7. Om ischemische perioden van DCD-harten te beperken en ze continu te monitoren tijdens opslag en transport, werden ex situ hartperfusiesystemen ontwikkeld8. Deze technologie is echter afhankelijk van complexe machines met perfusieapparatuur en heeft hoge initiële kosten zonder enige garantie dat het verkregen orgaan geschikt is voor transplantatie. Een nieuw protocol voor DCD-harttransplantatie op basis van normotherme regionale perfusie (NRP) werd voorgesteld door Messer et al3. Deze techniek omvat het herstellen van myocardiale perfusie terwijl het hart zich nog in de donor bevindt en met uitzondering van de cerebrale circulatie. Het maakt een functionele beoordeling ter plaatse mogelijk vóór aanbesteding3.
Bij het gebruik van modellen met grote dieren is het varkenshart een van de voorkeursplatforms om hartchirurgisch onderzoek uit te voeren, gezien de anatomische gelijkenis met het menselijk hart. Bij het gebruik van dit model moet echter rekening worden gehouden met enkele belangrijke factoren in varkensharten. Zo is het hartweefsel van varkens erg fragiel en brokkelig en is het gevoelig voor scheuren, vooral in de longslagader en het rechter atrium9. Een andere belangrijke factor om te overwegen is dat het varkenshart erg gevoelig is voor ischemie en vatbaar is voor aritmieën, daarom moeten antiaritmica routinematig worden toegediend aan elk dier vóór het experiment; niettemin wordt het nog steeds beschouwd als een geschikt model voor de studie van acute ischemie bij harttransplantatie9.
Dit manuscript beschrijft een grootdiermodel (varkens) van donatie na circulatoire sterfte gevolgd door thoracoabdominale normotherme regionale perfusie die het klinische scenario bij harttransplantatie nauw simuleert en het potentieel heeft om nieuwe therapeutische studies en strategieën voor translationeel onderzoek te vergemakkelijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Het institutionele comité voor de verzorging en het gebruik van dieren van het Centre de Recherche du Centre Hospitalier de l'Université de Montréal (CRCHUM) keurde alle experimentele protocollen goed en de dieren werden behandeld in overeenstemming met de gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. Voor dit protocol werden 3-4 maanden oude grote witte mannelijke of vrouwelijke varkens met een gewicht van 50-60 kg gebruikt. De grootte van het dier kan variëren afhankelijk van de experimentele doelen van de onderzoekers.
1. Dierlijke voorbereiding en verdovingsinductie
- Premediceer het dier met behulp van een intramusculaire injectie van atropine (0,04 mg / kg), midazolam (0, 3 mg / kg) en ketamine (20 mg / kg). Dien isofluraan toe bij een eindgetijdenconcentratie van 1%-3% in 3 L/min O2, met behulp van een gezichtsmasker voor anesthesie-inductie en onderhoud.
- Bevestig adequate anesthesie door te testen op een ontspannen kaaktint en afwezigheid van pijn met behulp van teenknijpreactie. Zorg ervoor dat het dier in dorsale decubituspositie wordt geplaatst en in normothermie wordt gehouden met behulp van een verwarmende deken.
- Nadat de geschiktheid van de anesthesie is bevestigd, voert u een orotracheale intubatie uit met behulp van een endotracheale buis van 6,5-8 mm zoals beschreven in 10.
- Plaats de zuurstofsaturatiemonitor op het oor of de onderlip van het dier voor continue controle. Stel de ventilatie in op een positieve eind-expiratoire druk (PEEP) van 5 cm H 2 O, een piekinspiratoire druk (PIP) van 15 cm H 2 O, een fractie geïnspireerde zuurstof (FIO 2) van 0,5 en een ademhalingsfrequentie (RR) van 15 ademhalingen / min met een getijdenvolume (TV) van 6-8 ml / kg en een normale partiële druk van O 2 en CO 2. Pas de RR aan om een eindgetijde CO2-niveau van 35-45 mmHg te handhaven.
- Verkrijg een perifere intraveneuze toegang via de oorader met behulp van een katheter van 20 G. Start een onderhoudsinfusie van normale zoutoplossing (0,9% NaCl) en dien 2 g magnesiumsulfaat (MgSO4) toe als een intraveneuze bolus om aritmieën te voorkomen.
- Bereid de chirurgische plaatsen voor door de thorax en liezen adequaat te scheren en te schrobben. Desinfecteer liezen en nek met chloorhexidine en drapeer op de juiste manier terwijl u veneuze en arteriële toegang biedt.
- Plaats de cautery elektrodepad op de rug van het dier. Plaats het dier in Trendelenburg-positie om de centrale veneuze toegang te vergemakkelijken.
- Lokaliseer de juiste halsader met behulp van een echografie. Eenmaal gelokaliseerd, met behulp van een naald, gaat u de huid in een hoek van 45 ° binnen totdat bloed wordt gezien en de naald wordt gezien in de ader op de echografie.
- Plaats de geleidingsdraad in de naald en steek vervolgens een 7 Fr percutane centrale veneuze schede-inbrenger over de geleidedraad.
- Verwijder de geleidingsdraad terwijl u de schede-inbrenger op zijn plaats houdt en plaats vervolgens een Swans-Ganz-katheter om hartuitvoermetingen en rechterhartkatheterisatie te garanderen.
OPMERKING: De linker halsader kan worden gebruikt in plaats van de rechter. Als toegang niet mogelijk is, steek de schede dan direct in de interne halsader (links of rechts) na sternotomie van de middellijn. Zorg er in dat geval voor dat je de ader ontleedt. - Gebruik dezelfde techniek om een centraal veneuze katheter (bijvoorbeeld dubbel lumen) in de linker halsader in te brengen.
- Breng nog een 7 Fr percutane centrale veneuze schede-inbrenger in de rechter femorale ader met behulp van de Seldinger-techniek zoals beschreven in stap 1.7. tot 1.10., voor de introductie van een geleidingskatheter in de rechter ventrikel (RV). Dit kan percutaan worden gedaan met echo-geleiding, of na midline sternotomie.
- Sta een periode van stabiliteit toe gedurende 10 minuten na intubatie en manipulatie en meet vervolgens de hemodynamische en cardiale functieparameters bij basislijn, waaronder pulmonale en systemische drukken, cardiale output, RV- en LV-druk-volumelussen en transthoracale echocardiografie.
2. Chirurgische toegang tot stand brengen
- Voer met behulp van een cautery-pen een middellijnincisie uit van het midden-cervicale gebied naar het xiphoid. Verdeel daarna het onderhuidse vet, laag voor laag, langs de middellijn met behulp van de elektrocauterie om het peri-borstbeen te bereiken.
- Snijd rond de sternale inkeping en gebruik een vinger om zachte weefsels onder het borstbeen in te trekken en te vegen. Open het borstbeen met een botzaag en zorg ervoor dat het borstbeen volledig is verdeeld, terwijl u voorzichtig bent met de ader onder het bovenste deel van het borstbeen. Cauteriseer het borstbeen en/of breng botwas aan om een adequate hemostase te garanderen.
- Gebruik de elektrocauterie, ontleed en verwijder de thymus door deze uit het hartzakje te tillen. Cauteriseer de vaten die de thymus van de aorta en de superieure vena cava (SVC) leveren om bloedingen te voorkomen.
- Snijd het hartzakje voorzichtig open met de cautery. Steek vingers onder het hartzakje tijdens het snijden om letsel aan het hart te voorkomen.
- Dien 300 eenheden/kg heparine IV toe om systemische antistolling te bereiken. Als de test beschikbaar is, zorg dan voor een geactiveerde stollingstijd (ACT) ˃ 300 s.
3. Stopzetting van levensondersteunende therapieën en verklaring van overlijden
- Dien een bolus van 3 mg / kg propofol IV toe en stop vervolgens met mechanische ventilatie en koppel de endotracheale buis los.
OPMERKING: Deze stap komt overeen met "Terugtrekking van levensondersteuning" om de Normothermische regionale perfusie te lanceren. Voor euthanasievoorwaarden, zie rubriek 8. - Controleer de arteriële druk en perifere O2-verzadiging . Start functionele warme ischemietijd wanneer de systolische druk 50 mmHg <.
- Stel circulatiestilstand vast wanneer er sprake is van asystolie (of ventriculaire fibrillatie) en een afwezigheid van arteriële pulsatiliteit. Start een minimale observatiefase van 5 minuten nadat de circulatiestilstand is vastgesteld (stand-off periode) en verklaar vervolgens de dood van dieren.
4. Plaatsing van thoracoabdominale normotherme regionale perfusie
- Gebruik de cautery om de aortopulmonale ruimte zorgvuldig te ontleden. Trek het RV-uitstroomkanaal inferieur in, de longslagader naar links en de aorta naar rechts om directe laesies naar de laatste te voorkomen. Neem indien nodig hulp van een assistent tijdens deze stap.
- Ontleed en ligaat de supra-aortavaten om cerebrale perfusie te vermijden en uit te sluiten. U kunt ook een grote kruisklem over de vaten aanbrengen.
- Plaats twee katheters van 18 G in de halsslagaders bilateraal distaal naar de occlusie om de potentiële bloedtoevoer naar de hersenen te evalueren. Verzamel en meet bloed tijdens het experiment en injecteer opnieuw via het NRP-circuit.
- Ontleed met behulp van de metzenbaum en de haakse tang subtiel tussen de SVC en de innominate slagader, en tussen de IVC en het hartzakje. Omcirkel de SVC en IVC met een navelstrengtape of een eenvoudige 0-zijden hechtdraad en zet ze vast met een tourniquet.
- Plaats met behulp van een 3-0 hechting twee concentrische purse-string hechtingen op de distale oplopende aorta adventitia; Vermijd hechtingen van volledige dikte. Plaats een hechtdraad op het rechter atrium (RA). Beveilig alle hechtingen met een tourniquet.
- Stel het NRP-systeem in en stel het voor op basis van de behoeften van de onderzoekers en experimenten. Gebruik voor dit protocol een ECMO-circuit met een centrifugaalpomp, geprimed met 2 L kristalloïde oplossing met 500 mg Solumedrol, 200 ml 8,4% natriumbicarbonaat (NaOH), 300 eenheden / kg heparine en 2 g MgSO4.
OPMERKING: De hier gebruikte opstelling is vergelijkbaar met die van de perfusionisten van de instelling op de afdeling hartchirurgie. - Gebruik een arteriële canule van 17 tot 21 F, cannuleer de aorta en span vervolgens de tourniquet aan die de hechtdraad van de portemonnee vasthoudt om de canule op zijn plaats te houden.
OPMERKING: U kunt ook een extracorporale membraanoxygenator (ECMO) canule inbrengen met behulp van de Seldinger-techniek om bloedverlies te minimaliseren. Een andere methode bestaat uit het gebruik van een standaard bypass arteriële canule. De aortacanule wordt vervolgens verbonden met de arteriële lijn van het NRP-circuit met behulp van een 3/8-3/8-connector; Zorg voor volledige ontluchting om luchtembolie te voorkomen. - Maak een incisie van 5 mm in het midden van de portemonnee-snaar op de RA en verwijd deze vervolgens met behulp van een instrument met een kleine hoek, zoals een rechthoekige of klik. Bedek de incisie met een vinger om overmatig bloeden te voorkomen.
- Gebruik een dubbeltraps veneuze canule om de RA te cannuleren en span vervolgens de hechtingen van de portemonnee aan met behulp van een tourniquet om de canule op zijn plaats te houden.
- Sluit de canules aan op de veneuze lijn van het NRP-circuit met behulp van een 1/2-3/8-connector en zorg voor volledige ontluchting om een luchtsluis in het systeem te voorkomen.
- Zorg ervoor dat er minimaal 15 minuten zijn verstreken tussen de verklaring van overlijden en de start van NRP om de tijd te omvatten die nodig is voor de voorbereiding van de klinische praktijk, het draperen en het hebben van toegang tot het hart.
- Start NRP 15 min na het begin van de functionele warme ischemietijd. Handhaaf normothermie gedurende de hele procedure. Pas de debieten progressief aan om een perfusie-index van 2,5 l/min/m2 te bereiken. Start de mechanische ventilatie opnieuw op met een FIO2 van 50% en een tv van 6 ml/kg.
OPMERKING: Wijzig deze instellingen volgens het experimentele ontwerp. - Infundeer continu 10 μg/kg/min dopamine en 4 eenheden/min vasopressine IV. Gebruik epinefrine en noradrenaline tijdens de eerste perfusie en titreer ze vervolgens indien nodig om te helpen bij de drukregulatie met behoud van de arteriële druk boven 50 mmHg.
5. Handhaving van de reperfusie en doelstellingen voor het spenen
- Reperfuse het hart gedurende 30 minuten voordat u probeert te spenen voor NRP. Als het spenen niet succesvol is, voer dan nog eens 15 minuten reperfusie uit ter ondersteuning van NRP voordat u opnieuw probeert te spenen voor een totale maximale reperfusietijd van 180 minuten.
- Ga verder met cardiale beoordeling na succesvol spenen. Als het spenen na deze tijd niet wordt bereikt, stopt u het experiment en meldt u het probleem.
OPMERKING: Dit moet worden aangepast aan de doelstellingen van elke onderzoeker. - Evalueer de criteria voor het afspenen van NHP's en zorg ervoor dat aan alle criteria wordt voldaan, zoals beschreven in tabel 1.
6. Beoordeling van hartherstel
- Genereer druk-volume (PV) lusanalyses om de cardiale contractiliteit te meten. De geleidingskatheter maakt continue metingen van LV-PV-relaties mogelijk.
- Verkrijg steady-state opnames om volumeafhankelijke parameters, slagwerk en ontwikkelde druk te genereren, en sluit de IVC af met een navelstrengtape om volume-onafhankelijke parameters te genereren door occlusie, namelijk voorbelasting rekruteerbaar slagwerk.
- Meet de centrale veneuze druk, de druk van de longslagader, de cardiale output, de RV-druk en de pulmonale capillaire wigdruk met behulp van de Swans-Ganz-katheter die in het begin van het experiment werd geïntroduceerd.
- Analyseer de hartfunctie door middel van echocardiografie met behulp van een standaard transesofageale sonde en een transthoracale sonde die rechtstreeks op het hart wordt geplaatst.
- Voer metabole beoordelingen uit door arteriële en veneuze bloedmonsters te verzamelen voor analyses. Trek bloed rechtstreeks uit de coronaire sinus om de metabolische functie van het hart specifiek te beoordelen. Analyseer bloedgassen en lactaatniveaus.
- Verzamel bovendien myocardiale biopsieën van de RV en LV indien nodig. Verkrijg monsters van andere transplanteerbare organen van belang (bijv. Longen, lever, nieren), afhankelijk van de doelstellingen van de onderzoeker.
7. NRP-verwijdering en cardiale evaluatie
- Wanneer aan de criteria voor het spenen is voldaan, stopt u met NRP. Verwijder de canule uit de RA en draai de hechtdraad snel aan om bloedverlies te minimaliseren. Zet de hechting vast met knopen en volg dezelfde procedure om de aortacanule te verwijderen.
- Evalueer de hartfunctie elke 30 minuten gedurende 2 uur nadat de NRP is gestopt, zoals beschreven in stap 6.1. tot en met 6.4.
8. Beëindiging van het experiment
- Plaats na 2 uur een cardioplegiekatheter van 16 G of 18 G in de oplopende aorta. Sluit de canule aan op het NRP-circuit.
- Decomprimeer daarna de rechter hartholten door het IVC in te snijden en de linkerholte door het linkeratrium in te snijden met behulp van de cauterie.
- Klem de opgaande aorta na het inbrengen van de canule en dien 1,5 l Del Nido cardioplegie-oplossing bij 4 °C toe aan het hart. Zorg ervoor dat de perfusiedruk 50 mmHg is.
- Stop de mechanische ventilatie en plaats ijsslush (0,9% NaCl) in de thoracale holte na het begin van cardioplegie voor koeling. Ga verder met cardectomie op een traditionele manier zodra de cardioplegie-infusie is voltooid.
- Gebruik het verzamelde hart om uitgebreide myocardiale biopsieën te verkrijgen voor beoordeling en evaluatie. Voer andere biopsieën uit van andere organen (bijv. Longen, lever, nieren), afhankelijk van het experimentele ontwerp en de doelstelling van de onderzoekers
OPMERKING: Figuur 1 geeft een samenvatting van de getoonde protocolstappen en tabel 1 geeft een definitie van de parameters en criteria die in dit onderzoek zijn gebruikt.
Figuur 1: Schematische samenvatting van het experimentele protocol. Afkortingen: NRP = Normothermic Regional Perfusion. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Definitie/Criteria | |
| Functionele warme ischemie periode | Periode die begint wanneer de systolische druk 50 mmHg < en eindigt wanneer NRP wordt geïnitieerd. In dit protocol is deze periode 15 min |
| Circulatiestilstand | Het wordt vastgesteld wanneer het hart in asystolie of in ventriculaire fibrillatie is |
| Stand-off periode | Periode die begint met de circulatiestilstand en eindigt met de aangifte van overlijden. In dit protocol is deze periode 5 min |
| Succesvol NRP spenen | Minimaal gebruik van inotropen en vasopressoren |
| BI > 2,2 L/min/m2 | |
| KAART > 55 mmHg | |
| RAP < 15 mmHg | |
| PCWP < 15 mmHg | |
| Normale LV en RV-functie |
Tabel 1: Representatieve definitie van de in dit protocol gebruikte parameters en criteria. Afkortingen: CI = Cardiac Index; MAP = gemiddelde arteriële druk; NRP = Normothermische regionale perfusie; PCWP = pulmonale capillaire wigdruk; RAP = Juiste Boezemdruk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dit preklinische model is met succes gebruikt in onze instelling voor meerdere experimenten. Ten eerste toonden we aan dat DCD-harten, aanvankelijk gerepfuseerd met NRP, een vergelijkbaar functioneel herstel vertoonden na transplantatie in vergelijking met conventionele kloppende hartdonatie bewaard met koude opslag. Verder hebben we dit protocol gebruikt om aan te tonen dat cardiale functionele beoordeling na NRP voorspellend was voor herstel na transplantatie. Ten slotte hebben we ook de effecten van NRP op cerebrale perfusie en longbehoud na circulatiestilstand bestudeerd.
Figuur 2 toont representatieve resultaten van de hartfunctie bij baseline en na DCD en NRP gemeten met behulp van een longslagaderkatheter. Hier zien we dat er een significante afname van de hartfunctie is na DCD; Deze organen vertoonden echter een vergelijkbaar functioneel herstel na transplantatie in vergelijking met conventioneel getransplanteerde harten (kloppende hartdonatie gevolgd door koude opslag). Figuur 3 toont metingen van cerebrale oximetrie tijdens NRP met de supra-aortavaten geklemd; De metingen bevestigen de afwezigheid van adequate cerebrale perfusie. Ten slotte toont figuur 4 metingen van longcompliance tijdens NRP en na het spenen van ondersteuning. Het vertoonde geen significante verandering ten opzichte van baseline tijdens NRP.
Figuur 2: Cardiaal tijdens NRP. De cardiale index (mediaan ± interkwartielbereik) werd gemeten bij baseline, tijdens NRP en na transplantatie met behulp van een longslagaderkatheter. DCD-harten (in HTK-opslagoplossing) vertoonden een vergelijkbaar functioneel herstel in vergelijking met controleharten (standaardkloppende donaties) na transplantatie (n = 5 / groep). Afkortingen: DCD = donatie na circulatoire sterfte; HTK = Histidine-tryptofaan-ketoglutaraat opslagoplossing; NRP = Normothermische regionale perfusie; Tx = Behandeling. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Cerebrale oximetriemeting. Cerebrale oximetriemetingen gedurende het hele experiment toonden een progressieve afname tijdens het intrekken van levensondersteunende maatregelen en bleven op minimale niveaus tijdens NRP. Afkortingen: NRP = Normothermic Regional Perfusion; WLST = Stopzetting van de levensondersteunende behandeling Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Longconformiteitsmeting tijdens NRP en na het spenen. Longcompliance, gemeten aan de hand van de verhouding tussen getijdenvolume en gemiddelde druk zoals waargenomen op de ventilator (mediaan ± interkwartielbereik), toonde geen significante veranderingen ten opzichte van baseline tijdens NRP (n = 5). Statische compliance (Statisch) wordt gemeten tijdens een end-respiratory hold. Dynamische compliance (Dyn) wordt gemeten gedurende de hele ademhalingscyclus. Afkortingen: NRP = Normothermic Regional Perfusion. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit manuscript beschrijft een donatie van het model van grote dieren na circulatoire sterfte (DCD) gevolgd door thoracoabdominale normotherme regionale perfusie. In dit experiment wordt het hart minimaal 30 minuten en maximaal 3 uur gerepresenteerd voordat het uit het ECMO-circuit wordt gespeend. Het hart functioneert dan 2 uur zelfstandig, wat een waardevolle cardiale beoordeling op korte termijn mogelijk maakt. Daarom is de belangrijkste beperking van dit protocol de follow-up op korte termijn; Een langetermijnbeoordeling zou echter arbeidsintensief en kostbaar zijn. Deze procedure richt zich op acuut ischemie-reperfusieletsel en kan een betrouwbare methode zijn om de hartfunctie van een donorhart binnen de donor te beoordelen en vast te stellen of het orgaan kan worden getransplanteerd. Het kan ook een adequaat preklinisch model zijn dat kan worden gebruikt om nieuwe farmacologische en niet-farmacologische interventies te onderzoeken die het functioneren van het hart kunnen verbeteren en die eerder alleen zijn gevalideerd in modellen met kleine dieren 11,12,13,14,15,16. Wijzigingen in dit protocol kunnen worden aangepast aan de doelstellingen van de onderzoeker en in geval van probleemoplossing. Deze modificaties kunnen omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de cardioplegie, de priming-oplossingen, de ischemische tijden en de toevoeging van farmacologische interventies om te bestuderen.
Bij het gebruik van modellen met grote dieren is het varkenshart een van de voorkeursplatforms om hartchirurgisch onderzoek uit te voeren, gezien de anatomische gelijkenis met het menselijk hart. Bij het gebruik van dit model moet echter rekening worden gehouden met enkele belangrijke factoren in varkensharten. Zo is het hartweefsel van varkens erg fragiel en brokkelig en is het gevoelig voor scheuren, vooral in de longslagader en het rechter atrium9. Cannulatie en hartmanipulatie moeten met voorzichtigheid worden gedaan. Een andere belangrijke factor om te overwegen is dat het varkenshart erg gevoelig is voor ischemie en vatbaar is voor aritmieën, daarom moeten antiaritmica zoals het magnesiumsulfaat dat in dit experimentele protocol wordt gebruikt, routinematig aan elk dier worden toegediend vóór het experiment. Niettemin wordt dit model nog steeds geschikt geacht voor de studie van acute ischemie bij harttransplantatie9. Hoewel dit protocol alleen NRP beschrijft voor cardiale functionele beoordeling, kan en moet dezelfde procedure, indien geoptimaliseerd, bij voorkeur worden gebruikt om ook andere organen te evalueren, waardoor het potentieel van informatie uit het proefdier wordt gemaximaliseerd.
Deze experimentele procedure vereist ten minste één opgeleide chirurg en om het protocol binnen elke onderzoeksgroep te optimaliseren, moeten ongeveer drie tot vijf experimenten worden uitgevoerd. Eén lid van het team moet worden toegewezen om de anesthesie en bloedafname voor analyse uit te voeren, en een ander teamlid moet verantwoordelijk zijn voor de thoracoabdominale normotherme regionale perfusie en het beheer van het hart om indien nodig toediening van antiaritmica, vasopressoren en andere medicijnen te omvatten. Verschillende stappen in dit protocol zijn van cruciaal belang voor de adequate voortzetting van het experiment, zoals de inductie van anesthesie en intubatie, hartmanipulatie, cannulatie en decannulatie, en moeten bij voorkeur worden uitgevoerd door een ervaren chirurg. Het is door herhaling en consistentie dat dit model kan worden geoptimaliseerd en betrouwbaar is voor verschillende toekomstige toepassingen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
We willen Melanie Borie, Caroline Landry, Henry Aceros en Ahmed Menaouar bedanken voor hun kostbare hulp en steun.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Amiodarone | As available in the institution | ||
| Angiocath 20G | BD | 381704 | |
| Atropine 0.4 mg/mL | As available in the institution | ||
| Biomedicus Centrifugal Pump | Medtronic | ||
| Cardioplegia Solution (Del Nido) | in-house made | Another solution can be used at the discretion of the researcher | |
| Cautery Pencil | Covidien | E2515H | |
| Central Venous Catheter double-lumen | Cook Medical | C-UDLM-501J-LSC | |
| Central Venous Sheath Introducer 7 Fr | |||
| Conductance Catheter | |||
| CPB pack | Medtronic | ||
| DLP Aortic Root Cannula | Medtronic | 12218 | |
| DLP double-stage venous cannula (29 or 37 F) | Medtronic | ||
| Dobutamine | As available in the institution | ||
| Dopamine | As available in the institution | ||
| Electrode Polyhesive | Covidien | E7507 | |
| EOPA Arterial Cannula (17 or 21 F) | |||
| Epinephrine | As available in the institution | ||
| O2 Face Mask | As available in the institution | ||
| Gloves, Nitrile, Medium | Fischer | 27-058-52 | |
| Heparin 1000 IU/mL | As available in the institution | ||
| Inhaled Isofurane | Provided by the institution's animal facility | ||
| Jelco 16 or 18 G catheter | |||
| Ketamine inj. 50 mL vial (100 mg/mL) | Health Canada | Health Canada approval is required | |
| Lidocaine/Xylocaine 1% | As available in the institution | ||
| Magnesium Sulfate 5 g/10 mL | As available in the institution | ||
| Midazolam inj. 10 mL vial (5 mg/mL) | Health Canada | Health Canada approval is required | |
| MPS Quest delivery disposable pack | Quest Medical | 5001102-AS | |
| Norepinephrine | As available in the institution | ||
| Normal Saline (NaCl 0.9%) 1L bag | Baxter | JB1324 | |
| Pipette Tips 1 mL | Fisherbrand | 02-707-405 | |
| Propofol 1 mg/mL | As available in the institution | ||
| Rocuronium | As available in the institution | ||
| Set Admin Prim NF PB W/ Checkvalve | Smith Medical | 21-0442-25 | |
| Sodium Bicarbonate (NaOH) 8.4% | As available in the institution | ||
| Sofsil 0 wax coated | Covidien | S316 | |
| Solumedrol 500 mg/5 mL | As available in the institution | ||
| Suction Tip | Covidien | 8888501023 | |
| Suction Tubing 1/4'' x 120'' | Med-Rx | 70-8120 | |
| Suture 3.0 Prolene Blu M SH | Ethicon | 8523H | |
| Suture 5.0 Prolene BB | Ethicon | 8580H | |
| Suture Prolene Blum 4-0 SH 36 | Ethicon | 8521H | |
| Suture BB 4.0 Prolene | Ethicon | 8881H | |
| Tracheal Tube, 6.5 mm | Mallinckrodt | 86449 | |
| Vasopressin | As available in the institution |
References
- Yusen, R. D., et al. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: thirty-third adult heart transplantation report-2016; focus theme: primary diagnostic indications for transplant. The Journal of Heart and Lung Transplantation: the Official Publication of the International Society for Heart Transplantation. 35 (10), 1170-1184 (2016).
- Hornby, K., Ross, H., Keshavjee, S., Rao, V., Shemie, S. D. Non-utilization of hearts and lungs after consent for donation: a Canadian multicentre study. Canadian Journal of Anaesthesia. 53 (8), 831-837 (2006).
- Messer, S. J., et al. Functional assessment and transplantation of the donor heart after circulatory death. The Journal of Heart and Lung Transplantation: the Official Publication of the International Society for Heart Transplantation. 35 (12), 1443-1452 (2016).
- Messer, S., et al. Outcome after heart transplantation from donation after circulatory-determined death donors. The Journal of Heart and Lung Transplantation: the Official Publication of the International Society for Heart Transplantation. 36 (12), 1311-1318 (2017).
- Dhital, K. K., Chew, H. C., Macdonald, P. S. Donation after circulatory death heart transplantation. Current Opinion in Organ Transplantation. 22 (3), 189-197 (2017).
- Ardehali, A., et al. Ex-vivo perfusion of donor hearts for human heart transplantation (PROCEED II): a prospective, open-label, multicentre, randomised non-inferiority trial. The Lancet. 385 (9987), 2577-2584 (2015).
- White, C. W., et al. Assessment of donor heart viability during ex vivo heart perfusion. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 93 (10), 893-901 (2015).
- Xin, L., et al. A new multi-mode perfusion system for ex vivo heart perfusion study. Journal of Medical Systems. 42 (2), 25 (2017).
- Robinson, N., et al. Handbook of Cardiac Anatomy, Physiology, and Devices. Iaizzo, P. A., et al. , Springer International Publishing. 469-491 (2015).
- Swindle, M. M. Swine in the Laboratory: Surgery, Anesthesia, Imaging, and Experimental Techniques. , CRC press. (2007).
- Nasir, B. S., et al. HSP90 inhibitor improves lung protection in porcine model of donation after circulatory arrest. The Annals of Thoracic Surgery. 110 (6), 1861-1868 (2020).
- Aceros, H., et al. Novel heat shock protein 90 inhibitor improves cardiac recovery in a rodent model of donation after circulatory death. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 163 (2), 187-197 (2022).
- Der Sarkissian, S., et al. Heat shock protein 90 inhibition and multi-target approach to maximize cardioprotection in ischaemic injury. British Journal of Pharmacology. 177 (15), 3378-3388 (2020).
- Aceros, H., et al. Celastrol-type HSP90 modulators allow for potent cardioprotective effects. Life Sciences. 227, 8-19 (2019).
- Aceros, H., et al. Pre-clinical model of cardiac donation after circulatory death. Journal of Visualized Experiments. (150), e59789 (2019).
- Der Sarkissian, S., et al. Celastrol protects ischaemic myocardium through a heat shock response with up-regulation of haeme oxygenase-1. British Journal of Pharmacology. 171 (23), 5265-5279 (2014).
