Разработка и реализация модели перфузии легких Ex vivo у крыс
Summary
Легкие ex vivo полезны для различных экспериментов по сбору физиологических данных, исключая при этом смешанные переменные экспериментов in vivo . Коммерческие организации часто стоят дорого и ограничены в типах данных, которые они могут собирать. Мы описываем метод создания полностью модульной установки, адаптируемой к различным проектам исследований.
Abstract
Препараты легких ex vivo являются полезной моделью, которая может быть применена во многих различных областях исследований, дополняя соответствующие модели in vivo и in vitro . Лаборатории, желающие использовать изолированные легкие, должны быть осведомлены о важных шагах и присущих проблемах для создания недорогой, надежной и легко адаптированной установки в соответствии с интересующей их темой. В данной статье описывается модель вентиляции легких и перфузии легких крыс ex vivo (сделай сам) для изучения влияния лекарств и газов на тонус легочных сосудов, независимо от изменений сердечного выброса. Создание этой модели включает в себя: а) проектирование и конструирование аппарата, и б) процедуру изоляции легких. Эта модель приводит к созданию системы, которая является более экономически эффективной, чем коммерческие альтернативы, и в то же время достаточно модульной, чтобы адаптироваться к изменениям в конкретных исследовательских вопросах. Необходимо было устранить различные препятствия, чтобы обеспечить согласованную модель, которую можно было бы использовать для различных тем исследований. Однажды созданная модель доказала свою способность к адаптации к различным вопросам и может быть легко изменена для различных областей обучения.
Introduction
В последнее десятилетие все чаще используются методы перфузии легких ex vivo (ЭВЛП)1 в качестве средства изучения трансплантациилегких2, ишемии/реперфузии3, метаболизма легких4 и иммунных реакций5. Изолированные, но неповрежденные, вентилируемые и перфузированные легкие обладают критически важной способностью непосредственно оценивать реакцию легких, включая легочную сосудистую систему, на потенциальные вмешательства и/или терапевтические препараты без потенциальных искажающих факторов, таких как нейрональный и гормональный ввод или изменение гемодинамики in vivo. В то же время они поддерживают физиологическое взаимодействие вентиляции и перфузии, в отличие от условий in vitro. Например, предложение, рассматривающее иммунные реакции в легких5, требует того же качества данных, что и исследование, направленное на увеличение размера пула доноров6 для трансплантации легких. EVLP можно использовать для различных видов, включая мышей3, крыс 7,8,9,10,11,12, свиней 13 и людей 2. Поэтому необходимо создать модель, которая может давать надежные данные по множеству различных экспериментальных параметров. Клиническая значимость будет получена в последующих исследованиях с использованием модели EVLP в качестве инструмента.
В то время как коммерческие установки доступны для покупки для большинства видов, они часто могут быть непомерно дорогими и ограничивать исследователей определенной маркой оборудования и проприетарного программного обеспечения. Любое отклонение от стандартной схемы (например, переход от одного вида к другому) требует предвидения и работы в обход предоставленной схемы, что может оказаться сложным или невозможным. Ниже описывается модульная и экономичная установка для изолированных легких «сделай сам» (сделай сам), а также хирургическая процедура изоляции легких.
Protocol
Representative Results
Discussion
Более 100 экспериментов были успешно проведены в нашей лаборатории с использованием этой установки. Модульная конструкция этой специализированной установки обеспечила большую гибкость в отношении потенциальных изменений в экспериментальных требованиях. В то время как в других устан?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Поддержка была оказана, в частности, премией Merit Review Award (101 BX003482) от Службы исследований и разработок биомедицинской лаборатории Министерства по делам ветеранов США, грантом NIH (5R01 HL123227), премией за трансформационный проект (962204) от Американской кардиологической ассоциации, а также институциональными фондами, присужденными доктору Риссу. Д-р Бальцер получил независимое финансирование от Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Немецкое научно-исследовательское общество), номер проекта BA 6287/1-1. Авторы хотели бы поблагодарить Мэтью Д. Олсена, Чун Чжоу, Чжу Ли и Ребекку С. Рисс за их ценный вклад в исследование.
Materials
| 1,000 mL Glass Beaker | Pyrex, Chicago, IL | ||
| 1,500 mL Glass Beaker | Pyrex, Chicago, IL | ||
| Air Trap Compliance Chamber | Radnoti | 130149 | |
| Bioamplifiers | CWE Inc | BPM-832 | |
| Clamps | Fisher Scientific | S02626 | |
| DAQ (Data Acquisition) | National Instruments, Austin, TX | NI USB-6343 | |
| Gas Mixer | CWE Inc, Ardmore, PA | GSM-4 | |
| Heating Coil | Radnoti, Covina, CA | 158822 | |
| Heating Plate | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 11-100-49SH | |
| Heparin | Pfizer | W63422 | |
| LabVIEW Full Development System 2014 | National Instruments | ||
| Pentobarbital | Diamondback Drugs | G2270-0235-50 | |
| pH700 Probe | OAKTON, Vernon Hills, IL | EW-35419-10 | |
| Polystat Water Bath | Cole-Parmer | EW-12121-02 | |
| Rodent Ventilator | Harvard Apparatus, Holliston, MA | Model 683 | |
| Roller Pump | Cole-Parmer, Wertheim, Germany | Ismatec REGLO Digital MS 2/8 | |
| Sprague Dawley Rat | Charles River, Wilmington, MA | Strain code 001 | |
| VetScan i-STAT | Abraxis, Chicago, IL | i-STAT 1 |
References
- Uhlig, S., Taylor, A. E. . Methods in Pulmonary Research. , (1998).
- Ghaidan, H., et al. Ten year follow-up of lung transplantations using initially rejected donor lungs after reconditioning using ex vivo lung perfusion. Journal of Cardiothoracic Surgery. 14 (1), 125 (2019).
- Stone, M. L., et al. Ex vivo perfusion with adenosine A2A receptor agonist enhances rehabilitation of murine donor lungs after circulatory death. Transplantation. 99 (12), 2494-2503 (2015).
- Valenza, F., et al. The consumption of glucose during ex vivo lung perfusion correlates with lung edema. Transplantation Proceedings. 43 (4), 993-996 (2011).
- Sayner, S. L., et al. Paradoxical cAMP-induced lung endothelial hyperpermeability revealed by Pseudomonas aeruginosa ExoY. Circulation Research. 95 (2), 196-203 (2004).
- McAuley, D. F., et al. Clinical grade allogeneic human mesenchymal stem cells restore alveolar fluid clearance in human lungs rejected for transplantation. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 306 (9), L809-L815 (2014).
- Pego-Fernandes, P. M., et al. Experimental model of isolated lung perfusion in rats: first Brazilian experience using the IL-2 isolated perfused rat or guinea pig lung system. Transplantation Proceedings. 42 (2), 444-447 (2010).
- Noda, K., et al. Successful prolonged ex vivo lung perfusion for graft preservation in rats. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 45 (3), e54-e60 (2014).
- Nelson, K., et al. Method of isolated ex vivo lung perfusion in a rat model: lessons learned from developing a rat EVLP program. Journal of Visualized Experiments. (96), e52309 (2015).
- Bassani, G. A., et al. Ex vivo lung perfusion in the rat: detailed procedure and videos. PLoS One. 11 (12), e0167898 (2016).
- Watson, K. E., Segal, G. S., Conhaim, R. L. Negative pressure ventilation enhances acinar perfusion in isolated rat lungs. Pulmonary Circulation. 8 (1), 2045893217753596 (2018).
- Ohsumi, A., et al. A method for translational rat ex vivo lung perfusion experimentation. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 319 (1), L61-L70 (2020).
- Hozain, A. E., et al. Multiday maintenance of extracorporeal lungs using cross-circulation with conscious swine. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 159 (4), 1640-1653 (2020).
- Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research. PLoS Biology. 8 (6), e1000412 (2010).
- van Zanden, J. E., Leuvenink, H. G. D., Verschuuren, E. A. M., Erasmus, M. E., Hottenrott, M. C. A translational rat model for ex vivo lung perfusion of pre-injured lungs after brain death. PLoS One. 16 (12), e0260705 (2021).
- Cleveland, W. J., et al. Implementation of LabVIEW as a virtual instrument in a cost-effective isolated lung setup. The FASEB Journal. 33 (1), 846 (2019).
- Jamieson, S. W., Stinson, E. B., Oyer, P. E., Baldwin, J. C., Shumway, N. E. Operative technique for heart-lung transplantation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 87 (6), 930-935 (1984).
- Liu, M., et al. Alterations of nitric oxide synthase expression and activity during rat lung transplantation. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 278 (5), L1071-L1081 (2000).
- Riess, M. L., et al. Glucose measurements in blood-free balanced salt solutions with three devices (i-STAT®, glucose test strips and ACCU-CHEK® Aviva). Anesthesia and Analgesia. 128 (5), 924 (2019).
- Menezes, A. Q., et al. Comparison of Celsior and Perfadex lung preservation solutions in rat lungs subjected to 6 and 12 hours of ischemia using an ex-vivo lung perfusion system. Clinics. 67 (11), 1309-1314 (2012).
- Riess, M. L., et al. Electrolyte measurements in blood-free balanced salt solutions – comparison of i-STAT® with ABL80. Anesthesia and Analgesia. 130 (5), 984 (2020).
.