Angiogenesis chirurgicale en Porcine Allotransplantation Tibial : un nouveau grand Animal OS vascularisé Allotransplantation Composite modèle
Summary
Actuellement aucune sorte d’allotransplantation composite vascularisée dépend de long-terme-immunosuppression, difficile à supporter pour des indications non critiques de la vie. Nous présentons un nouveau porcine tibial VCA modèle qui peut être utilisé pour étudier les os VCA et démontrer l’utilisation de l’angiogenèse chirurgicale pour maintenir la viabilité des os sans avoir besoin de modulation immunitaire à long terme.
Abstract
La perte osseuse segmentaire résultant d’un traumatisme, tumeur maligne de l’infection et anomalie congénitale demeure un défi majeur de reconstructive. Les options thérapeutiques actuelles ont un risque important d’échec et de morbidité importante.
Utilisation d’os vascularisé composite allotransplantation (VCA) offrirait les deux un match serré de l’OS réséqué taille et forme de guérison et transformant le potentiel de l’OS vivant. À l’heure actuelle, immunosuppression (IS) de la drogue continue est nécessaire. Toxicité pour les organes, les infections opportunistes et les risques de néoplasme sont préoccupantes pour traiter ces indications non létales.
Nous avons démontré précédemment qu’OS et des articulations viabilité VCA peut être maintenue chez les rats et les lapins sans avoir besoin de long-terme-immunosuppression par l’implantation de destinataire vaisseaux dérivées dans le VCA. Il génère une circulation neoangiogenic autogène, avec un débit mesurable et osseuse active remodelage, exigeant seulement 2 semaines d’IS. Comme petits animaux diffère d’un homme sensiblement dans l’anatomie, la physiologie osseuse et immunologie, nous avons développé un modèle VCA OS porcine pour évaluer cette technique avant de procéder à une application clinique. Porcs miniatures sont actuellement largement utilisés pour la recherche de l’allotransplantation, compte tenue de leurs similitudes immunologiques, anatomiques, physiologiques et taille à l’homme. Nous décrivons ici un nouvel OS tibial orthotopique porcine modèle VCA pour tester le rôle de l’autogène angiogenèse chirurgicale pour maintenir la viabilité VCA.
Les modèle reconstruit des défauts osseux tibial segmentaire utilisant-même taille et forme des segments OS tibial allogéniques, transplantés dans un major porcine leucocyte antigen (SLA) incompatible dans porcs miniatures du Yucatan. Réparation de navire en éléments nutritifs et implantation de destinataires navires autogènes dérivées dans le canal médullaire des segments d’os tibial allogénique est pratiquée en association avec simultanée IS à court terme. Cela permet une circulation autogène de neoangiogenic à développer des tissus implantés, maintenir le flux à travers les vaisseaux nutritifs allogéniques pendant une courte période. Une fois établie, la nouvelle circulation autogène maintient OS viabilité après la cessation de la pharmacothérapie et thrombose ultérieures navire en éléments nutritifs.
Introduction
Gros défauts osseux segmentaires résultent d’un traumatisme, une infection ou chirurgie membre d’épargne après une tumeur maligne. Options actuelles de reconstructives comme greffe vascularisée osseuse autogène, transport osseux, remplacement prothétique et cryoconservés allogreffes nécrotiques, utilisé seul ou en combinaison, sont associées à une morbidité importante et présentent des taux élevés de les complications1,2,3.
La présence d’un réseau microvasculaire est essentielle pour la formation et l’homéostasie des os, soutenant ostéogénique, chondrogéniques et des cellules souches mésenchymateuses requis pour la réparation d’OS4.
La greffe de vie osseuse allogénique, une forme d’allotransplantation de tissu composite vascularisée (OS VCA), jouée avec microchirurgicale anastomose de son pédicule en nutriments, peut représenter une alternative reconstructive future. Comme OS allogénique cryoconservés, stabilité immédiate est assurée par correspondant étroitement à morphologie d’anomalie osseuse. Comme greffon vascularisé autologue, il fournit la guérison améliorée et le remodelage de la vie tissu osseux. L’obstacle à toute procédure d’allogreffe reste de long-terme-immunosuppression (IS). Le problème est plus aigu dans les tissus musculo-squelettiques, qui ont besoin de doses de médicaments 2 – 3 fois plus élevés que les transplantations de5. Risques concomitants dont la toxicité pour les organes, malignité, une infection ou développement de graft – versus – host disease sont difficiles à justifier ces non-vie-critique-applications6. Cependant, les épisodes de rejet aigu et chronique restent un problème majeur avec l’actuel à long terme IS7. Effort continu à étroitement correspondent des antigènes d’histocompatibilité, induire une tolérance propres donateurs et/ou améliorer l’immunothérapie de drogue n’ont pas encore réussi systématiquement en autorisant la clinique sans drogue tissu survie8,9.
Nous avons déjà démontré les moyens de maintenir les os viabilité VCA et renforcer les os, remodelage chez les petits modèles animaux par la promotion d’une nouvelle circulation autogène au sein de l’OS greffé. Pour cela l’utilisation additionnelle d’angiogenèse chirurgicale du tissu autologue implanté10,11,12. Segments de l’allogreffe osseuse sont transplantés microchirurgicalement avec anastomose du pédicule segment osseux en éléments nutritifs. En outre, hôte dérivé des navires sont implantés dans le canal médullaire du segment osseux vascularisé allogéniques. Au cours de ce processus de 2 semaines, la perméabilité du vaisseau en nutriments allogénique est maintenue avec immunosuppression de drogue. Après IS-retrait, le pédicule en nutriments finira par thrombose13. Le nouveau lit capillaire, basé sur les vaisseaux dérivés hôte fournit une circulation suffisante pour maintenir la viabilité des tissus. OS de guérison et de remodelage sont renforcées depuis l’ostéogenèse et angiogenèse est couplés10,11,12. Aucune nouvelle immunothérapie n’est nécessaire et viabilité de l’OS est maintenue à long terme malgré un hôte immunologiquement compétente et l’absence de tolérance envers un donneur spécifique.
Traduction de cette nouvelle méthode d’allogreffe osseuse dans la pratique clinique devrait mieux être précédée d’entrevit de guérison, mécanique propriétés et immunologie dans un modèle animal grand. Le modèle porcin est idéal pour ces VCA recherche14,15,16. Porcs miniatures sont comparables en taille et en anatomie de l’homme, ce qui permet la reconstruction du squelette à l’aide des techniques et des implants chirurgicaux essentiellement identiques. Immunologie de porc est bien définie, y compris les porcs leucocyte antigen (SLA) haplotypes et les groupes sanguins, nécessaires pour la chirurgie de la transplantation. Études de lignée de cellules sont possibles avec greffe de correspondent pas le sexe, ainsi que des analyses détaillées des réponses immunitaires17,18,19,20,21.
Nous décrivons ici un modèle d’allotransplantation VCA osseuse dans les porcs miniatures du Yucatan, adaptés pour l’étude de la perte osseuse segmentaire et la reconstruction. Ce modèle peut être utilisé pour étudier l’interaction de l’angiogenèse chirurgicale et IS à court terme sur OS survie VCA et fonction, y compris la lignée ostéocytaires, os du débit sanguin, la guérison et le remodelage des capacités, d’alloresponsiveness et de biomécanique aussi bien en ce qui concerne tester les autres stratégies novatrices de modulateurs immunitaires.
Protocol
Representative Results
Discussion
La greffe vascularisée osseuse allogénique (OS VCA) peut représenter une option future reconstructive pour les gros défauts osseux segmentaires. Toutefois, la nécessité de long-terme-immunosuppression (NP) et ses effets secondaires importants requis pour OS survie VCA sont difficiles à justifier ces non-vie-critique-applications6.
Bien que les souches consanguines du rat de laboratoire ont été largement utilisés dans la recherche d’allotransplantation pour t…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient la Division des médias Support Services, Mayo Clinic : Rochester, MN pour la production vidéo, ainsi que Georgios Kotsougianis pour le montage de la vidéo. L’excellente oeuvre a été réalisée par Jim Postier, Rochester, MN. En outre, les auteurs tiennent à remercier la Fondation allemande de recherche (Deutsche Forschungsgemeinschaft) pour la fourniture de soutien salarial pour Dr Dimitra Kotsougiani (subvention DFG : KO 4903/1-1). Ce travail a été soutenu par un don généreux de Tarek E. Obaid. Ce travail a été effectué dans le laboratoire de recherche microvasculaire, Département d’orthopédie chirurgie Mayo Clinic : Rochester, MN.
Materials
| Xylazine | VetTek, Bluesprings, MO | N/A | 2mg/kg |
| Telazol | Pfizer Inc., NY, NY | 2103 | 5mg/kg |
| Buprenorphine | Zoo Pharm, Windsor, CO | N/A | 0.18mg/kg |
| Cefazoline | Hospira, Lake Forest, IL | RL-4539 | 1g |
| Ethilon sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | BV 130-5 | 9-0 |
| Locking plate | DePuy Synthes Vet, West Chester, PA | VP4041.09 | 9-hole 3.5mm locking plate |
| Vicryl sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | J808T | 2-0, 3-0 |
| Tegaderm | 3M Health Care, St. Paul, MN | 16006 | 15x10cm |
| Hickman catheter | Bard Access System Inc., Salt Lake City, UT | 600560 | 9.6 French |
| Carprofen | Zoetis Inc., Kalamazoo, MI | 1760R-60-06-759 | 4mg/kg |
| Tacrolimus | Sandoz Inc., Princeton, NJ | 973975 | (0.8-1.5mg/kg/day) |
| Mycophenolate Mofetil | Sandoz Inc., Princeton, NJ | 772212 | (50-70mg/kg/day) |
| Methylprednisolone sodium succinate | Pfizer Inc., NY, NY | 2375-03-0 | 500 mg |
| Gentamicin | Sparhawk Laboratories, Lenexa, KS | 1405-41-0 | 3mg/kg |
| Dermabond Prineo | Ethicon, San Lorenzo, Puerto Rico | 6510-01-6140050 | |
| Isoflurane 99.9% 250 ml | Abbott Animal Health | 05260-5 | |
| Lactated Ringer's 1L | Baxter Corporation | JB1064 | |
| Saline 0.9%, 1 L | Baxter Corporation | 60208 | |
| Ceftiofur | Pfizer Canada Inc. | 11103 | 5mg/kg |
| Microfil | Flow Tech Inc, Carver, MA | MV-122 | 125 ml |
| Decalcifying Solution | Thermo Fisher Scientific, Chesire, WA, UK | 8340-1 |
Referenzen
- Ham, S. J., et al. Limb salvage surgery for primary bone sarcoma of the lower extremities: long-term consequences of endoprosthetic reconstructions. Ann Surg Oncol. 5, 423-436 (1998).
- Niimi, R., et al. Usefulness of limb salvage surgery for bone and soft tissue sarcomas of the distal lower leg. J Cancer Res Clin Oncol. 134, 1087-1095 (2008).
- Tukiainen, E., Asko-Seljavaara, S. Use of the Ilizarov technique after a free microvascular muscle flap transplantation in massive trauma of the lower leg. Clin Orthop Relat Res. , 129-134 (1993).
- Schipani, E., Maes, C., Carmeliet, G., Semenza, G. L. Regulation of osteogenesis-angiogenesis coupling by HIFs and VEGF. J Bone Miner Res. 24, 1347-1353 (2009).
- Murray, J. E. Organ transplantation (skin, kidney, heart) and the plastic surgeon. Plast Reconstr Surg. 47, 425-431 (1971).
- Ravindra, K. V., Wu, S., McKinney, M., Xu, H., Ildstad, S. T. Composite tissue allotransplantation: current challenges. Transplant Proc. 41, 3519-3528 (2009).
- Lantieri, L., et al. Face transplant: long-term follow-up and results of a prospective open study. Lancet. 388, 1398-1407 (2016).
- Brent, L. B. Tolerance and its clinical significance. World J Surg. 24, 787-792 (2000).
- Utsugi, R., et al. Induction of transplantation tolerance with a short course of tacrolimus (FK506): I. Rapid and stable tolerance to two-haplotype fully mhc-mismatched kidney allografts in miniature swine. Transplantation. 71, 1368-1379 (2001).
- Giessler, G. A., Zobitz, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Host-derived neoangiogenesis with short-term immunosuppression allows incorporation and remodeling of vascularized diaphyseal allogeneic rabbit femur transplants. J Orthopaedic Res. 27, 763-770 (2009).
- Kremer, T., et al. Surgical angiogenesis with short-term immunosuppression maintains bone viability in rabbit allogenic knee joint transplantation. Plast Reconstr Surg. 131, 148e-157e (2013).
- Larsen, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. A modified vascularized whole knee joint allotransplantation model in the rat. Microsurgery. 30, 557-564 (2010).
- Ohno, T., Pelzer, M., Larsen, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Host-derived angiogenesis maintains bone blood flow after withdrawal of immunosuppression. Microsurgery. 27, 657-663 (2007).
- Ibrahim, Z., et al. A modified heterotopic swine hind limb transplant model for translational vascularized composite allotransplantation (VCA) research. J Vis Exp. , (2013).
- Solla, F., et al. Composite tissue allotransplantation in newborns: a swine model. J Surg Res. 179, e235-e243 (2013).
- Ustuner, E. T., et al. Swine composite tissue allotransplant model for preclinical hand transplant studies. Microsurgery. 20, 400-406 (2000).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class II genes in outbred pig populations. Anim Genet. 41, 428-432 (2010).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class I genes in outbred pig populations. Anim Genet. 40, 468-478 (2009).
- Morin, N., Metrakos, P., Berman, K., Shen, Y., Lipman, M. L. Quantification of donor microchimerism in sex-mismatched porcine allotransplantation by competitive PCR. BioTechniques. 37, 74-76 (2004).
- van Dekken, H., Hagenbeek, A., Bauman, J. G. Detection of host cells following sex-mismatched bone marrow transplantation by fluorescent in situ hybridization with a Y-chromosome specific probe. Leukemia. 3, 724-728 (1989).
- Leonard, D. A., et al. Vascularized composite allograft tolerance across MHC barriers in a large animal model. Am J Transplant. 14, 343-355 (2014).
- Smith, D. M., Martens, G. W., Ho, C. S., Asbury, J. M. DNA sequence based typing of swine leukocyte antigens in Yucatan miniature pigs. Xenotransplantation. 12, 481-488 (2005).
- Ho, C. S., et al. Nomenclature for factors of the SLA system, update 2008. Tissue Antigens. 73, 307-315 (2009).
- Kaiser, G. M., Heuer, M. M., Fruhauf, N. R., Kuhne, C. A., Broelsch, C. E. General handling and anesthesia for experimental surgery in pigs. J Surg Res. 130, 73-79 (2006).
- Alghoul, M. S., et al. From simple interrupted to complex spiral: a systematic review of various suture techniques for microvascular anastomoses. Microsurgery. 31, 72-80 (2011).
- Acland, R. Signs of patency in small vessel anastomosis. Surgery. 72, 744-748 (1972).
- Kotsougiani, D., et al. Recipient-derived angiogenesis with short term immunosuppression increases bone remodeling in bone vascularized composite allotransplantation: A pilot study in a swine tibial defect model. J Orthopaedic Res. , (2016).
- Riegger, C., et al. Quantitative assessment of bone defect healing by multidetector CT in a pig model. Skeletal Radiol. 41, 531-537 (2012).
- Buttemeyer, R., Jones, N. F., Min, Z., Rao, U. Rejection of the component tissues of limb allografts in rats immunosuppressed with FK-506 and cyclosporine. Plast Reconstr Surg. 97, 149-151 (1996).
- Taira, H., Moreno, J., Ripalda, P., Forriol, F. Radiological and histological analysis of cortical allografts: an experimental study in sheep femora. Arch Orthop Trauma Surg. 124, 320-325 (2004).
- Giessler, G. A., Zobitz, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Transplantation of a vascularized rabbit femoral diaphyseal segment: mechanical and histologic properties of a new living bone transplantation model. Microsurgery. 28, 291-299 (2008).
- Laiblin, C., Jaeschke, G. Clinical chemistry examinations of bone and muscle metabolism under stress in the Gottingen miniature pig–an experimental study. Berliner und Munchener tierarztliche Wochenschrift. 92, 124-128 (1979).
- Saalmuller, A. Characterization of swine leukocyte differentiation antigens. Immunol Today. 17, 352-354 (1996).
- Pelzer, M., Larsen, M., Friedrich, P. F., Aleff, R. A., Bishop, A. T. Repopulation of vascularized bone allotransplants with recipient-derived cells: detection by laser capture microdissection and real-time PCR. J Orthopaedic Res. 27, 1514-1520 (2009).
- Muramatsu, K., Kurokawa, Y., Kuriyama, R., Taguchi, T., Bishop, A. T. Gradual graft-cell repopulation with recipient cells following vascularized bone and limb allotransplantation. Microsurgery. 25, 599-605 (2005).
- Muramatsu, K., Bishop, A. T., Sunagawa, T., Valenzuela, R. G. Fate of donor cells in vascularized bone grafts: identification of systemic chimerism by the polymerase chain reaction. Plastic and reconstructive surgery. 111, 763-777 (2003).
- Vossen, M., et al. Bone quality and healing in a swine vascularized bone allotransplantation model using cyclosporine-based immunosuppression therapy. Plast Reconstr Surg. 115, 529-538 (2005).
- Lee, W. P., et al. Relative antigenicity of components of a vascularized limb allograft. Plast Reconstr Surg. 87, 401-411 (1991).
