Orgaan Ischemia-Reperfusie Letsel door het simuleren van hemodynamische veranderingen in rat levertransplantatie model
Summary
Dit artikel geeft een gedetailleerde beschrijving van hoe een diermodel van de anhepatische fase (leverischemie) bij ratten kan worden gebouwd om fundamenteel onderzoek naar ischemie-reperfusieletsel na levertransplantatie te vergemakkelijken.
Abstract
Orthotopische levertransplantatie (OLT) bij ratten is een beproefd diermodel dat wordt gebruikt voor preoperatieve, intraoperatieve en postoperatieve studies, waaronder ischemie-reperfusieletsel (IRI) van extrahepatische organen. Dit model vereist tal van experimenten en apparaten. De duur van de anhepatische fase hangt nauw samen met de tijd om IRI te ontwikkelen na transplantatie. In dit experiment gebruikten we hemodynamische veranderingen om extrahepatische orgaanschade bij ratten op te wekken en bepaalden we de maximale tolerantietijd. De tijd tot de ernstigste orgaanverwonding varieerde voor verschillende organen. Deze methode kan gemakkelijk worden gerepliceerd en kan ook worden gebruikt om IRI van de extrahepatische organen na levertransplantatie te bestuderen.
Introduction
Ischemia-reperfusion injury (IRI) is een veel voorkomende complicatie na levertransplantatie. Lever IRI is een pathologisch proces waarbij ischemiegemedieerde celschade en abnormale verslechtering van leverreperfusie. Lever IRI en de lokale aangeboren immuunrespons kunnen worden onderverdeeld in warme en koude IRI, volgens verschillen in de klinische omgeving1. Hete IRI wordt veroorzaakt door stamcelletsel, meestal als gevolg van levertransplantatie, shock en trauma2. Cold IRI is een complicatie van levertransplantatie veroorzaakt door endotheelcellen en periferecirculatie 3. Klinische rapporten hebben aangetoond dat lever-IRI geassocieerd is met 10% van vroege orgaanfalen en de incidentie van acute en chronische afstoting kan verhogen4,5. Bovendien kan lever IRI ook meerdere orgaandisfunctiesyndromen of systemisch ontstekingsreactiesyndroom induceren, met een hogemortaliteit 6. Patiënten met extrahepatische orgaanbetrokkenheid blijven meestal langer in het ziekenhuis, geven meer geld uit en hebben een slechtereprognose 7. De ontwikkeling van complicaties hangt nauw samen met de lengte van de anhepatische fase van levertransplantatie8.
Orthotopische levertransplantatie (OLT) bij ratten werd voor het eerst gemeld door de Amerikaanse professor Lee in 1973. De experimentele operatie simuleerde de stappen van klinische levertransplantatie en de anastomose van bloedvaten en het gemeenschappelijke galkanaal (CBD) met behulp van de hechtmethode. De procedure is moeilijk en tijdrovend met een laag slagingspercentage9. In 1979 hebben Kamada et al. een aanzienlijke verbetering aangebracht ten opzichte van OLT bij ratten door creatief gebruik te maken van de ‘two-cuff methode’ voor anastomose van de poortader om de anhepatische fase binnen 26 minuten te beheersen10. In hetzelfde jaar stelde Zimmermann de ‘single biliary stent method’ voor. Op basis van Lee’s werk gebruikte Zimmermann polyethyleen buizen om de CBD van de donor en ontvanger direct te anastomoseren, de reconstructie van CBD te vereenvoudigen en de functie van de sluitspier te behouden, en deze methode werd de standaard voor galreconstructie van OLT-modellen11. In 1980 stelden Miyata et al. de ‘driemanchetmethode’ voor waarbij de portaalader (PV), suprahepatische vena cava (SVC) en intrahepatische vena cava (IVC) werden anastomosed door de manchetmethode. Er is echter een risico op vervorming van de canule met deze methode, wat kan leiden tot de obstructie van inferieure vena cava reflux12. In 1983 werd de “tweemanchetmethode” voorgesteld met behulp van de manchetmethode voor anastomose van de PV en IVC, maar met de hechtmethode voor de SVC13. Deze methode werd door wetenschappers wereldwijd toegepast om OLT-modellen op te zetten. Sindsdien zijn de cuff anastomosestappen verbeterd om de anhepatische fase te verkorten en de overlevingskans van de ratten te verbeteren14. Op dezelfde manier worden in de klinische praktijk verbeterde methoden gebruikt om de anhepatische fase15te verkorten . Fundamenteel onderzoek naar IRI na levertransplantatie heeft echter aangetoond dat de overlevingskans omgekeerd gerelateerd is aan de mate van letsel aan extrahepatische organen. Daarom is verder onderzoek vereist en is een eenvoudig en reproduceerbaar diermodel nodig om IRI na levertransplantatie te simuleren.
Op basis van de definitie van de anhepatische fase simuleerden we de hemodynamische veranderingen in levertransplantatie resulterend in IRI van extrahepatische organen bij ratten. Hierin geven we een gedetailleerde beschrijving van hoe een diermodel van de anhepatische fase (leverischemie) bij ratten kan worden gebouwd om fundamenteel onderzoek naar IRI na levertransplantatie te vergemakkelijken.
Protocol
Representative Results
Discussion
OLT bij ratten is een ideaal model voor het bestuderen van orgaanbehoud bij levertransplantatie, IRI, transplantatieafstoting, immuuntolerantie, transplantatiepathologie en farmacologie, homotransplantatie en xenotransplantatie. Op dit moment wordt het veel gebruikt in het experimentele onderzoek naar levertransplantatie.
Tijdens pilotstudies dienden we eerst pentobarbitale natrium intraperitoneale anesthesie toe en ontdekten dat dit leidde tot hoge postoperatieve mortaliteit en korte tolerant…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen graag de nuttige suggesties van Dr. Wen-tao Li en Dr. Ji-hua Wu van het Tweede Aangesloten Ziekenhuis van Guangxi Medical University erkennen. De auteurs willen onze teamgenoten bedanken voor nuttige opmerkingen en discussies. De auteurs willen ook de anonieme recensenten en redacteuren van JoVE bedanken voor hun opmerkingen. Speciale dank gaat uit naar dr. Yuan’s ouders voor hun voortdurende steun en aanmoediging. Het werk werd ondersteund door Ningbo Natural Science Foundation (2014A610248).
Materials
| 4% paraformaldehyde solution | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | P804536 | |
| air drying oven | Shanghai Binglin Electronic Technology Co., Ltd. | BPG | |
| Alanine aminotransferase (ALT)Kit | Elabscience Biotechnology Co.,Ltd | E-BC-K235-S | |
| ammonia | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 10002118 | |
| amylase Kit | Elabscience Biotechnology Co.,Ltd | E-BC-K005-M | |
| anhydrous ethanol | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 100092183 | |
| Animal anesthesia machine | Shenzhen Ruiwode Life Technology Co. Ltd | R640 | |
| aspartate aminotransferase (AST)kit | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | S03040 | |
| automatic biochemical analyzer. | SIEMENS AG FWB:SIE, NYSE:SI Co., Ltd. | 2400 | |
| Biosystems (when nessary) | Chengdu Taimeng Electronics Co., Ltd. | BL-420F | |
| Centrifuge | Baiyang Medical Instrument Co., Ltd. | BY-600A | |
| cover glass | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co. Ltd | 10212432C | |
| creatinine Kit | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | S03076 | |
| dewatering machine | Hungary 3DHISTECH Co.,Ltd | Donatello Series 2 | |
| embedding machine | Hubei Xiaogan Kuohai Medical Technology Co., Ltd. | KH-BL1 | |
| frozen machine | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JB-L5 | |
| hematoxylin-eosin dye solution | Wuhan Saiwell Biotechnology Co., Ltd | G1005 | |
| high-efficiency paraffin wax | Shanghai huayong paraffin wax co., Ltd | Q/YSQN40-91 | |
| hydrochloric acid | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 10011018 | |
| intraocular lens (IOL)forceps | Guangzhou Guangmei Medical Equipment Co., Ltd. | JTZRN | |
| Isoflurane | Shenzhen Ruiwode Life Technology Co. Ltd | — | |
| micro Scissors(when nessary) | Shanghai Surgical Instrument Factory | WA1010 | |
| needle holders | Shanghai Surgical Instrument Factory | J32010 | |
| neutral gum | Shanghai Huashen Healing Equipment Co.,Ltd. | — | |
| normal optical microscope | Nikon Instrument Shanghai Co., Ltd | Nikon Eclipse CI | |
| ophthalmic forceps | Shanghai Surgical Instrument Factory | J3CO30 | straight |
| ophthalmic forceps | Shanghai Surgical Instrument Factory | JD1060 | bending |
| ophthalmic Scissors | Shanghai Surgical Instrument Factory | J1E0 | |
| pathological slicer | Shanghai Leica Instrument Co., Ltd | RM2016 | |
| pipettes | Dragon Laboratory Instruments Co., Ltd. | 7010101008 | |
| retractors | Beijing Jinuotai Technology Development Co.,Ltd. | JNT-KXQ | |
| scanner | Hungary 3DHISTECH Co.,Ltd | Pannoramic 250 | |
| slide | Wuhan Saiwell Biotechnology Co., Ltd | G6004 | |
| xylene | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 1330-20-7 |
Referenzen
- Dar, W. A., Sullivan, E., Byon, J. S., Eltzschig, H., Ju, C. Ischaemia reperfusion injury in liver transplantation: Cellular and molecular mechanisms. Liver International. 39 (5), 788-801 (2019).
- Qiao, P. F., Yao, L., Zhang, X. C., Li, G. D., Wu, D. Q. Heat shock pretreatment improves stem cell repair following ischemia-reperfusion injury via autophagy. World Journal of Gastroenterology. 21 (45), 12822-12834 (2015).
- Liu, Y., et al. Activation of YAP attenuates hepatic damage and fibrosis in liver ischemia-reperfusion injury. Journal of Hepatology. 71 (4), 719-730 (2019).
- Hirao, H., Dery, K. J., Kageyama, S., Nakamura, K., Kupiec-Weglinski, J. W. Heme Oxygenase-1 in liver transplant ischemia-reperfusion injury: From bench-to-bedside. Free Radical Biology and Medicine. 157, 75-82 (2020).
- Motiño, O., et al. Protective role of hepatocyte cyclooxygenase-2 expression against liver ischemia-reperfusion injury in mice. Hepatology. 70 (2), 650-665 (2019).
- Guo, W. A. The search for a magic bullet to fight multiple organ failure secondary to ischemia/reperfusion injury and abdominal compartment syndrome. Journal of Surgical Research. 184 (2), 792-793 (2013).
- Elham, M., Mahmoudi, M., Nassiri-Toosi, M., Baghfalaki, T., Zeraati, H. Post liver transplantation survival and related prognostic factors among adult recipients in tehran liver transplant center; 2002-2019. Archives of Iranian Medicine. 1 (23), 326-334 (2020).
- Kim, E. H., Ko, J. S., Gwak, M. S., Lee, S. K., Kim, G. S. Incidence and clinical significance of hyperfibrinolysis during living donor liver transplantation. Blood Coagulation and Fibrinolysis. 29 (3), 322-326 (2018).
- Czigány, Z. Improving research practice in rat orthotopic and partial orthotopic liver transplantation: a review, recommendation, and publication guide. European Surgical Research. 55 (1-2), 119-138 (2015).
- Kamada, N., Calne, R. Y. Orthotopic liver transplantation in the rat. Technique using cuff for portal vein anastomosis and biliary drainage. Transplantation. 28 (1), 47-50 (1979).
- Zimmermann, F. A., et al. Techniques for orthotopic liver transplantation in the rat and some studies of the immunologic responses to fully allogeneic liver grafts. Transplantation Proceedings. 11 (1), 571-577 (1979).
- Miyata, M., Fischer, J. H., Fuhs, M., Isselhard, W., Kasai, Y. A simple method for orthotopic liver transplantation in the rat. Cuff technique for three vascular anastomoses. Transplantation. 30 (5), 335-338 (1980).
- Kamada, N. A., Calne, R. Y. Surgical experience with five hundred thirty liver transplants in the rat. Surgery. 93 (1), 64-69 (1983).
- Yang, L. F., et al. A rat model of orthotopic liver transplantation using a novel magnetic anastomosis technique for suprahepatic vena cava reconstruction. Journal of Visualized Experiments. 19 (133), e56933 (2018).
- Liu, L. X., He, C., Huang, T., Gu, J. Development of a new technique for reconstruction of hepatic artery during liver transplantation in sprague-dawley rat. PLoS One. 10 (12), 0145662 (2015).
- Paller, M. S., Hoidal, J. R., Ferris, T. F. Oxygen free radicals in ischemic acute renal failure In the rat. Journal of Clinical Investigation. 74 (4), 1156-1164 (1984).
- Schmidt, J., Lewandrowsi, K., Warshaw, A. L., Compton, C. C., Rattner, D. W. Morphometric characteristics and homogeneity of a new model of acute pancreatitis in the rat. International Journal of Pancreatology. 12 (1), 41-51 (1992).
- Chui, C. J., McArdle, A. H., Brown, R., Scott, H. J., Gurd, F. N. Intestinal mucosal lesion in low-flow states. I. A morphological, hemodynamic, and metabolic reappraisal. Archives of Surgery. 101 (4), 478-483 (1970).
- Kozian, A., et al. One-lung ventilation induces hyperfusion and alveolar damage in the ventilated lung:an experimental study. British Journal of Anaesthesia. 100 (4), 549-559 (2008).
- Shimada, S., et al. Heavy water (D2O) containing preservation solution reduces hepatic cold preservation and reperfusion injury in an isolated perfused rat liver (IPRL) model. Journal of Clinical Medicine. 8 (11), 1818 (2019).
- Nakamura, K. Sirtuin 1 attenuates inflammation and hepatocellular damage in liver transplant ischemia/reperfusion: from mouse to human. Liver Transplantation. 23 (10), 1282-1293 (2017).
- Blaire, A., et al. Surgical Considerations of Hilar Cholangiocarcinoma. Surgical Oncology Clinics of North America. 28 (4), 601-617 (2019).
