Een Gemodificeerde Heterotope Varkens Hind Limb Transplant Model for Translational Gevasculariseerd Composite allotransplantatie (VCA) Onderzoek
Summary
Gevasculariseerde Composite Allotransplantations (VCA) hebben een klinische realiteit. Echter, brede klinische toepassing van VCA beperkt door chronische multi-drug immunosuppressie. De auteurs presenteren een betrouwbare en reproduceerbare grote diermodel om immunomodulerende strategieën die kunnen minimaliseren of potentieel elimineren de noodzaak van immunosuppressie in VCA vertalen.
Abstract
Gevasculariseerde Composite allotransplantatie (VCA) zoals met de hand en het gezicht transplantaties vormen een levensvatbare behandelingsoptie voor complexe trauma van het bewegingsapparaat en verwoestende weefsel verlies. Ondanks de gunstige en zeer bemoedigend begin en intermediaire functionele resultaten, afwijzing van de sterk immunogeen huid component van een VCA en de potentiële schadelijke effecten van chronische multi-drug immunosuppressie steeds op grote schaal klinische toepassing van VCA belemmeren. Daarom onderzoek op dit nieuwe gebied moet richten op translationeel studies betreffende unieke immunologische kenmerken van VCA en immunomodulerende strategieën voor immunomodulatie en tolerantie-inductie na VCA zonder dat langdurige immunosuppressie ontwikkelen.
Dit artikel beschrijft een betrouwbare en reproduceerbare translationele grote diermodel van VCA die bestaat uit een osteomyocutaneous flap in een MHC-gedefinieerde varkens heterotope achterpoot allotransplantatie. BrieFly, is een goed gevasculariseerd huid peddel die in de anteromedial dij regio met behulp van nabij-infrarood laser angiografie. De onderliggende spieren, kniegewricht, distale femur en proximale tibia worden geoogst op een femorale vaatsteel. Dit allotransplantaat kan worden beschouwd als zowel een VCA en een gevasculariseerde beenmergtransplantatie met zijn unieke immuun bevoorrechte functies. De ent wordt getransplanteerd naar een subcutane abdominale zak in het ontvangende dier met een component huid exteriorized de dorsolaterale regio voor immune monitoring.
Drie chirurgische teams gelijktijdig werken in een goed gecoördineerde wijze anesthesie en ischemie te verkorten, waardoor de efficiëntie van dit model te verbeteren en het verminderen van potentiële confounders in experimentele protocollen. Dit model dient als basis voor toekomstige therapeutische strategieën gericht op het verminderen en mogelijk elimineren van de noodzaak voor chronische multi-drug immunosuppressie in VCA.
Introduction
Gevasculariseerde Composite allotransplantatie (VCA) zoals met de hand en het gezicht transplantaties zijn nu een klinische realiteit met tal van hand en gezicht transplantaties wereldwijd 12 uitgevoerd. Hoewel vroege en tussenresultaten gunstig en zeer bemoedigend 2, de eis van chronische multidrug immunosuppressie blijft de brede klinische toepassing beperken. De vooruitgang in muismodellen van VCA inclusief super-microchirurgische anastomosen en nonsuture manchet technieken 13, hebben 3 de weg naar een beter begrip van allo-immune reacties in VCA verhard. Myriaden van immunomodulerende protocollen zijn voorgesteld voor klinische toepassingen op basis van onze beter begrip van het immuunsysteem mechanismen in VCA, maar ze moeten worden gevalideerd in een groot dier model dat redelijk voorspellend voor hun prestaties bij de mens 7 zou zijn. Op basis van fysiologische en immunologische overeenkomsten tussen mens en varken orgaansystemen <sup> 6 kan varkens VCA modellen beschouwd betrouwbare en kosteneffectieve alternatieven voor canine 9 en humane primaten modellen 1.
Dit artikel geeft een gedetailleerd overzicht van de gebruikte materialen in onze MHC-gedefinieerde varkens heterotopische achterste ledematen transplantatie model, die dient als basis voor onze huidige en toekomstige immunomodulerende strategieën die gericht zijn op het induceren van immuun tolerantie voor VCA en dus verbreding van de klinische toepassing methodologie. We maken gebruik van goed gekarakteriseerde inteelt varkens gefokt om homozygositeit bij de varkens leukocytenantigeen locus speciaal voor het gebruik in transplantatie-gerelateerde onderzoek 11. We heffen een gevasculariseerde osteomyocutaneous flap gebaseerd op femorale schepen. De klep bevat intact gevasculariseerd beenmerg in de distale femur en proximale tibia. De mediale dij huid wordt ook in het transplantaat en exteriorized de dorsolaterale aspect van het ontvangende dier immuun controle van de immunogene component of de VCA. Dorsolaterale positionering vergemakkelijkt klinisch onderzoek in staan en zitten posities en houdt ook de allotransplantaat huid relatief schoon.
Ustener et al.. Introduceerde een van de eerste grote dier translationeel modellen in VCA door het transplanteren van radiale voorpoot osteomyocutaneous flappen in outbred boerderij varkens 15. De groep gebruikt dit model voor het eerst dat acute afstoting bij VCA waarin de zeer immunogene component huid opgenomen kunnen worden vertraagd en behandeld met een klinisch relevante strategie zonder significante geneesmiddelspecifieke complicaties en bijwerkingen te tonen. De gunstige resultaten verkregen in deze studie vervolgens bouwde een fundamentele stap in het ontwerpen van drugregimes voor menselijke reconstructieve transplantatie. Hoewel deze vroege varken VCA modellen waren goed geschikt voor het ontwikkelen van protocollen om afstoting van huid, spieren, botten, zenuwen en vaten ze misten gespecialiseerde structuren zoals articulaire cartilag voorkomene en synoviale membranen van gewrichten. Daaropvolgende pogingen waren gericht op onder de mediale cijfer van het dier, dat full-length cast plaatsing noodzakelijk transplantaatafstoting losraking 14 voorkomen. Hoewel geschikt om afstoting van alle belangrijke componenten van ledematen transplantatie te onderzoeken, een van de belangrijkste beperkingen van dit model was na transplantatie ambulante problemen door plaatsing werpen. Aldus heterotope varkens lidmaat allotransplantation modellen, bestaande uit het scheenbeen, kuitbeen, kniegewricht distale femur, omringende spier en huid paddle, gecreëerd hoofdzakelijk bestuderen immunologische aspecten van VCA terwijl het dier vrij postoperatief ambulate met minimale morbidit 8 .
De ontwikkeling van goed gekarakteriseerde SLA-gedefinieerde inteelt varkens door het baanbrekende werk van dr. David H. Sachs heeft geleid tot een nieuw tijdperk van translationeel onderzoek VCA. Met behulp van een heterotopische achterste ledematen transplantatie model in een minor antigeen mismatch instelling, Mathes et al.. 10 aangetoond onbepaalde overleving van spier-componenten met een korte cursus van cyclosporine behandeling. De component huid overleving werd echter pas verlengd in vergelijking met geen behandeling controles. Het verlies van de huid component van het transplantaat werd toegeschreven aan een geïsoleerd en zeer krachtige immune reactie, met name de epidermis. Evenzo behulp van volledig verkeerde varkens met T-cel depletie, een kortdurende cyclosporine en cytokine gemobiliseerd donor perifere mononucleaire cellen induceerde tolerantie alleen musculoskeletale componenten en de huid component nog verworpen 5. Dit fenomeen, de zogenaamde 'split tolerance', bracht een paradigmaverschuiving in VCA onderzoek met een grotere focus op de zeer immunogeen huid component, die een integraal onderdeel van de meerderheid van reconstructieve transplantaties tot op heden uitgevoerd.
In deze gewijzigde model, maken we gebruik van end-to-end anastomose door ligating de ontvanger dijslagader en draaien craniale (figuur 1). Dit vermindert niet alleen ischemie tijd door het gebruik van een conventionele koppelinrichting maar vermindert ook de kans op falen anastomose. We hebben niet waargenomen elke ischemische gebeurtenissen na ligatie van de femorale slagader in onze ontvangers aangeeft dat collaterale circulatie was voldoende om vasculariteit te bieden aan de inheemse been. Bovendien, in deze gemodificeerde werkwijze wordt de externalized huid component produkt op basis van de onderliggende perforator schepen en is lateraal geplaatst (figuur 1) in tegenstelling tot een ventrale lies positie in het traditionele model 10. Dit maakt een eenvoudige visualisatie van het implantaat voor immune bewaking in een staande of zittende positie van het dier.
Vandaar dat een betrouwbare en reproduceerbare grote diermodel is essentieel voor tolerantie inductie strategieën te onderzoeken in de richting van de huid component van VCA en om nieuwe n ontwikkelenoninvasive immuun strategieën controle voor een betere voorspelling van overleving van het transplantaat.
Protocol
Representative Results
Discussion
Historisch gezien is de heterotopische achterste ledematen transplantatie protocol opgenomen uittreding van een huid peddel om de ventrale buikwand en de schepen werden geanastomoseerd in een end-to-side wijze (Hettiarachty 2004). In onze gewijzigde methode, een omgekeerde flap insetting en end-to-end anastomose brengen de huid peddel meer lateraal en dus vergemakkelijkt immuun controle in een staande positie van het dier. De identificatie van de sural slagader en de zones van de maximale perfusie met nabije infrarood l…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen graag de volgende personen voor hun bijdrage aan dit project luidt: Kakali Sarkar, PhD, Joani Christensen, BS, Kate Buretta, BS, Nance Yuan, BS, William Lehao, MD, Johanna Grahammer, Georg Furtmüller, MD, Erin Rada MD, Mohammed Al-Rakan MD, Karim Sarhane MD, Saami Khalifian, BS, Mao Qi, MD, en Angelo Leto Barone MD, VCA Laboratorium, Afdeling Plastische en Reconstructieve Chirurgie, Johns Hopkins University School of Medicine, Janis Taube, MD, Mark Fischer, MD, afdelingen Dermatologie en Pathologie, Johns Hopkins University School of Medicine, Sue Eller, Minimaal Invasieve Chirurgie Training Center, Johns Hopkins University School of Medicine en Cheng-Hung Lin, MD Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Taiwan.
Financieringsbron: Armed Forces Institute of Regenerative Medicine (DoD W81XWH-08-2-0032)
Materials
| Name of the Reagent | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
| REAGENTS | |||
| HTK | Custodial | N/A | |
| EQUIPMENT | |||
| Electric Pen Drive | Synthes, Westchester PA | 05.001.011 | Reciprocating saw |
| Vascular Coupling device | Synovis, Newtown PA | 21003B |
Referenzen
- Barth, R. N., Rodriguez, E. D., Mundinger, G. S., et al. Vascularized bone marrow-based immunosuppression inhibits rejection of vascularized composite allografts in nonhuman primates. Am. J. Transplant. 11 (7), 1407-1416 (2011).
- Brandacher, G., Gorantla, V. S., Schneeberger, S., et al. Hand/Forearm transplantation using a novel cell-based immunomodulatory protocol-experience with five patients. Am. J. Transplant. 11, 190 (2011).
- Brandacher, G., Grahammer, J., Sucher, R., Lee, W. P. Animal models for basic and translational research in reconstructive transplantation. Birth Defects Res. C Embryo Today. 96 (1), 39-50 (2012).
- Brandacher, G., Lee, W. P. Hand transplantation. Hand Clin. 27, xiii-xiv (2011).
- Hettiaratchy, S., Mendely, E., Randolph, M. A., et al. Tolerance to composite tissue allografts across a major histocompatibility barrier in miniature swine. Transplantation. 27, 514-521 (2004).
- Ibrahim, Z., Busch, J., Awwad, M., et al. Selected physiologic compatibilities and incompatibilities between human and porcine organ systems. Xenotransplantation. 13 (6), 488-499 (2005).
- Kirk, A. D. Crossing the bridge: large animal models in translational transplantation research. Immunol. Rev. 19, 176-196 (2003).
- Lee, W. P., Rubin, J. P., Cober, S., et al. Use of swine model in transplantation of vascularized skeletal tissue allografts. Transplant Proc. 30, 2743-2745 (1998).
- Mathes, D. W., Hwang, B., Graves, S. S., et al. Tolerance to vascularized composite allografts in canine mixed hematopoietic chimeras. Transplantation. 92 (12), 1301-1308 (2011).
- Mathes, D. W., Randolph, M. A., Solari, M. G., et al. Split tolerance to a composite tissue allotransplant in a swine model. Transplantation. 75 (1), 25-31 (2003).
- Mezrich, J. D., Haller, G. W., Arn, J. S., et al. Histocompatible miniature swine: an inbred largeanimal model. Transplantation. 75 (6), 904-907 (2003).
- Petruzzo, P., Lanzetta, M., Dubernard, J. M., et al. The International Registry on Hand and Composite Tissue Transplantation. Transplantation. 90, 1590-1594 (2010).
- Sucher, R., Lin, C., Zanoun, R., et al. Mouse hind limb transplantation: a new composite tissue allotransplantation model using nonsuture supermicrosurgery. Transplantation. 90, 1374-1380 (2010).
- Ustüner, E. T., Majzob, R. K., Ren, X., et al. Swine composite tissue allotransplant model for preclinical hand transplant studies. Microsurgery. 20, 400-406 (2000).
- Ustüner, E. T., Zdichavsky, M., Ren, X., et al. Long-term composite tissue allograft survival in a porcine model with cyclosporine/mycophenolate mofetil therapy. Transplantation. 661, 581-587 (1998).
- Wachtman, G. S., Wimmers, E. G., Gorantla, V. S., et al. Biologicals and donor bone marrow cells for targeted immunomodulation in vascularized composite allotransplantation: a translational trial in swine. Transplant Proc. 43, 3541-3544 (2011).
