عزل الرئة Perfusion النظام في نموذج الأرنب
Summary
إعداد الرئة أرنب معزولة هو أداة معيار الذهب في البحوث الرئوية. يهدف هذا المنشور إلى وصف هذه التقنية كما تم تطويرها لدراسة الآليات الفسيولوجية والمرضية المشاركة في التفاعل في مجرى الهواء ، والحفاظ على الرئة ، والبحوث قبل السريرية في زرع الرئة والوذمة الرئوية.
Abstract
وقد استخدم نظام تغلغل الرئة المعزول على نطاق واسع في البحوث الرئوية، مما ساهم في توضيح الأعمال الداخلية للرئتين، سواء على المستوى الجزئي أو الكلي. هذه التقنية مفيدة في توصيف فسيولوجيا الرئة وعلم الأمراض من خلال قياس الأنشطة الأيضية ووظائف الجهاز التنفسي ، بما في ذلك التفاعلات بين المواد الدورة الدموية وآثار المواد المستنشقة أو المتغلغلة ، كما هو الحال في اختبار المخدرات. بينما في طرق المختبر تنطوي على تشريح وزراعة الأنسجة، ونظام التشوه الرئة السابقين فيفو معزولة يسمح للعمل مع جهاز وظيفي كامل مما يجعل من الممكن دراسة وظيفة الفسيولوجية المستمرة في حين إعادة التهوية والتشويش. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن آثار عدم وجود ال الداخلي المركزي والصرف اللمفاوي لا يزال يتعين تقييمها بشكل كامل. يهدف هذا البروتوكول إلى وصف تجميع جهاز الرئة المعزول ، يليه الاستخراج الجراحي وزراعة الرئتين والقلب من المختبر التجريبية ، وكذلك عرض تقنية التخثر ومعالجة الإشارات للبيانات. متوسط صلاحية الرئة المعزولة يتراوح بين 5-8 ساعة؛ خلال هذه الفترة ، تزداد نفاذية الشعرية الرئوية ، مما يسبب وذمة وإصابات في الرئة. يتم قياس وظيفة النسيج الرئوي المحفوظ بمعامل الترشيح الشعري (Kfc) ، المستخدم لتحديد مدى الوذمة الرئوية عبر الزمن.
Introduction
وصف برودي وديسون لأول مرة نظام التشويش الرئوي السابق في عام 1903 1. ومنذ ذلك الحين، أصبح أداة معيار الذهب لدراسة علم وظائف الأعضاء، وعلم الصيدلة، وعلم السموم، والكيمياء الحيوية للرئتين2،3. تقدم هذه التقنية طريقة متسقة وقابلة للاستنساخ لتقييم صلاحية عمليات زرع الرئة ، وتحديد تأثير الوسطاء الالتهابيين مثل الهيستامين ، ونواتج الأيض حمض الأراكيدونيك ، والمادة P ، من بين أمور أخرى ، وكذلك تفاعلاتها خلال الظواهر الرئوية مثل القصبات الهوائية ، وانتفاخات الشعر ، والوذمة الرئوية. كان نظام الرئة المعزول تقنية رئيسية في الكشف عن الدور الهام للرئتين في القضاء على الأمينات الحيوية من الدورة الدموية العامة4،5. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام النظام لتقييم الكيمياء الحيوية لخافق الماء الرئوي6. على مدى العقود القليلة الماضية، أصبح نظام تغلغل الرئة في الجسم الحي السابق منصة مثالية لأبحاث زرع الرئة7. في عام 2001 وصف فريق بقيادة ستيغ ستين أول تطبيق سريري لنظام تغلغل الرئة السابق في الجسم الحي باستخدامه لإعادة تجديد رئتي متبرع يبلغ من العمر 19 عاما ، والذي رفضته مراكز الزرع في البداية بسبب إصاباته. تم حصاد الرئة اليسرى وثقبها لمدة 65 دقيقة. بعد ذلك ، تم زرعها بنجاح في رجل يبلغ من العمر 70 عاما مصابا بمرض COPD8. أدى إجراء مزيد من الأبحاث في تجديد الرئة باستخدام التشوه السابق في الجسم الحي إلى تطوير تقنية تورونتو لتشويش الرئة الممتد لتقييم وعلاج الرئتين المتبرعتين المصابتين9,10. سريريا، أظهر نظام تغلغل الرئة الحية السابقة أنه استراتيجية آمنة لزيادة تجمعات المانحين من خلال علاج وإعادة تجديد الرئتين المانحتين دون المستوى، مما لا يمثل فرقا كبيرا في المخاطر أو النتائج مقابل المعايير القياسية للمتبرعين10.
الميزة الرئيسية لنظام تغلغل الرئة المعزول هي أنه يمكن تقييم المعلمات التجريبية في جهاز وظيفي كامل يحافظ على وظيفته الفسيولوجية تحت إعداد مختبر اصطناعي. وعلاوة على ذلك، فإنه يسمح لقياس والتلاعب التهوية الميكانيكية الرئوية لتحليل مكونات فسيولوجيا الرئة مثل مقاومة مجرى الهواء، ومقاومة الأوعية الدموية الكلية، وتبادل الغاز، وتشكيل وذمة، والتي حتى الآن لا يمكن قياسها بدقة في الجسم الحي على المختبر2. وتجدر الإشارة إلى أن تكوين المحلول الذي يتم به تغلغل الرئة يمكن التحكم فيه بالكامل ، مما يتيح إضافة مواد لتقييم آثارها في الوقت الحقيقي وجمع العينات من التشوه لمزيد من الدراسة11. يجب على الباحثين الذين يعملون مع نظام الرئة المعزول أن يضعوا في اعتبارهم أن التهوية الميكانيكية تسبب تسوس الأنسجة الرئوية تقصير وقتها المفيد. يمكن أن يتأخر هذا الانخفاض التدريجي في المعلمات الميكانيكية بشكل كبير عن طريق تضخم الرئتين في بعض الأحيان خلال وقت التجربة4. ومع ذلك، لا يمكن أن يستمر التحضير عادة أكثر من ثماني ساعات. وثمة اعتبار آخر لنظام التشوه الرئة السابق في الجسم الحي هو عدم وجود تنظيم العصبي المركزي والصرف اللمفاوي. ولم تفهم آثار غيابهم فهما كاملا بعد، ويمكن أن تكون مصدرا للتحيز في تجارب معينة.
يمكن إجراء تقنية نظام تغلغل الرئة المعزولة في نموذج الأرنب بدرجة عالية من الاتساق والتكرار. يصف هذا العمل الإجراءات التقنية والجراحية لتنفيذ تقنية التشويش الرئوي المعزولة السابقة كما تم تطويرها لنموذج الأرانب في المعهد الوطني للتنفس في مكسيكو سيتي ، بهدف مشاركة الأفكار وتقديم دليل واضح حول الخطوات الرئيسية في تطبيق هذا النموذج التجريبي.
Protocol
Representative Results
Discussion
يعرض هذا العمل رؤية عامة لنظام تغلغل الرئة المعزول ، وهو تقنية أساسية في أبحاث فسيولوجيا الرئة. يوفر نظام تغلغل الرئة المعزول درجة كبيرة من التنوع في استخدامه ويسمح بتقييم العديد من المعلمات ذات الصلة في اختبار مجموعة واسعة من الفرضيات15. نظام الرئة المعزول هو أداة ذات حضور عا…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويود المؤلفان أن يشكرا الدكتورة بيتينا سومر سرفانتس على دعمها في كتابة هذه المخطوطة، وكيتزيا إيلينا لارا سافونت على دعمها للرسوم التوضيحية.
Materials
| 2-Stop Tygon E-Lab Tubing, 3.17 mm ID, 12/pack, Black/White | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1864 | |
| Adapter for Positive Pressure Ventilation on IPL-4 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4312 | |
| Adapter for Positive Pressure Ventilation on IPL-4 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4312 | |
| Alternative Pressure-Free Gas Supply for IPL-4: To supply the trachea with gas mixture different from room air during negative ventilation | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4309 | |
| Base Unit for the Rabbit to Fetal Pig Isolated Perfused Lung | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4138 | |
| Bovine serum A2:D41albumin lyophilized powder | sigma | 3912 | 500 g |
| Calcium chloride, CaCl2·2H2O. | JT Baker | 10035-04-8 | |
| Cryogenic vials | Corning | 430659 | 2 mL |
| D-glucosa, C6H12O6. | sigma | G5767 | |
| Differential Low Pressure Transducer DLP2.5, Range +- 2.5 cmH2O, HSE Connector | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-3882 | |
| Differential Pressure Transducer MPX, Range +- 100 cmH2O, HSE Connector | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0064 | |
| Eppendorf tubes | |||
| Ethanol absolute HPLC grade | Caledon | ||
| Falcon tubes | 14 mL | ||
| Harvard Peristaltic Pump P-230 (Complete with Control Box and P-230 Motor Drive) | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 70-7001 | |
| Heated Linear Pneumotachometer 0 to 10 L/min flow range | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 59-9349 | |
| Heater Controller for Single Pneumotachometer 230 VAC, 50 Hz | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 59-9703 | |
| Heparin | PISA | 5000 UI | |
| HPLC Column (C18 100A 5U) | Alltech | 98121213 | 150 mm x 4.6 mm |
| Hydrophilic Syringe Filter | Millex | SLLGR04NL | 4 mm |
| IPL-4 Core System for Isolated Rabbit to Fetal Pig Lung, 230 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4296 | |
| IPL-4 Core System for Isolated Rabbit to Fetal Pig Lung, 230 V | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4296 | |
| Jacketed Glass Reservoir for Buffer Solution, with Frit and Tubing, 6.0 L | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0322 | |
| Lauda Thermostatic Circulator, Type E-103, 230 V/50 Hz, 3 L Bath Volume, Temperature Range 20 to 150°C | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0125 | |
| Left Atrium Cannula for Rabbit with Basket, OD 5.9 mm | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4162 | |
| Low Range Blood Pressure Transducer P75 for PLUGSYS Module | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0020 | |
| Magnesium sulfate heptahydrate, MgSO4·7H2O | JT Baker | 10034-99-8 | |
| Microcentrifuge Tube | Corning | 430909 | |
| Negative Pressure Ventilation Control Option with Pressure Regulator for IPL-4 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4298 | |
| New Zeland rabbits | |||
| PISABENTAL (Pentobarbital sodium) | PISA | Q-7833-215 | |
| PLUGSYS Case, Type 603* 7 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0045 | |
| PLUGSYS TCM Time Counter Module | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1750 | |
| PLUGSYS Transducer Amplifier Module (TAM-A) | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0065 | |
| PLUGSYS Transducer Amplifier Module (TAM-D) | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1793 | |
| PLUGSYS VCM-4R Ventilation Control Module with Pressure Regulator | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1755 | |
| Potassium chloride, KCl. | JT Baker | 3040-01 | |
| Potassium dihydrogen phosphate, KH2PO4 | JT Baker | 7778-77-0 | |
| PROCIN (Xylacine clorhydrate) | PISA | Q-7833-099 | |
| Pulmonary Artery Cannula for Rabbit with Basket, OD 4.6 mm | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4161 | |
| Scalpel knife | |||
| Serotonin 5-HT | |||
| Servo Controller for Perfusion (SCP | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-2806 | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tube | Costar | 3620 | 1.7 mL |
| Sodium bicarbonate, NaHCO3 | sigma | S6014 | |
| Sodium chloride, NaCl. | sigma | S9888 | |
| Surgical gloves No. 7 1/2 | |||
| Surgical gloves No. 8 | |||
| Taygon tubes | Masterflex | ||
| Tracheal Cannula for Rabbit, OD 5.0 mm | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4163 |
Referenzen
- Dixon, W. E. Contributions to the physiology of the lungs: Part I. The bronchial muscles, their innervation, and the action of drugs upon them. The Journal of Physiology. 29 (2), 97-173 (1903).
- Nelson, K., et al. Animal models of ex vivo lung perfusion as a platform for transplantation research. World Journal of Experimental Medicine. 4 (2), 7-15 (2014).
- Roman, M. A., Nair, S., Tsui, S., Dunning, J., Parmar, J. S. Ex vivo lung perfusion: a comprehensive review of the development and exploration of future trends. Transplantation. 96 (6), 509-518 (2013).
- Delaunois, A., Gustin, P., Ansay, M. Multiple muscarinic receptor subtypes mediating pulmonary oedema in the rabbit. Pulmonary Pharmacology. 7 (3), 185-193 (1994).
- Delaunois, A., Gustin, P., Vargas, M., Ansay, M. Protective effect of various antagonists of inflammatory mediators against paraoxon-induced pulmonary edema in the rabbit. Toxicology and Applied Pharmacology. 132 (2), 343-345 (1995).
- Barr, H. A., Nicholas, T. E., Power, J. H. Control of alveolar surfactant in rats at rest and during prolonged hyperpnoea: pharmacological evidence for two tissue pools of surfactant. British Journal of Pharmacology. 93 (3), 473-482 (1988).
- Machuca, T. N., Cypel, M. Ex vivo lung perfusion. Journal of Thoracic Disease. 6 (8), 1054-1062 (2014).
- Steen, S., et al. First human transplantation of a nonacceptable donor lung after reconditioning ex vivo. The Annals of Thoracic Surgery. 83 (6), 2191-2194 (2007).
- Cypel, M., et al. Technique for prolonged normothermic ex vivo lung perfusion. The Journal of Heart and Lung Transplantation: The Official Publication of the International Society for Heart and Lung Transplantation. 27 (12), 1319-1325 (2008).
- Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. New England Journal of Medicine. 364 (15), 1431-1440 (2011).
- Kao, C. C., Parulekar, A. D. Is perfusate exchange during. Annals of Translational Medicine. 8 (3), 43 (2020).
- Alquicira-Mireles, J. . Participación de la serotonina en los cambios de permeabilidad vascular en la preservación pulmonar en conejo. , (2013).
- Arreola-Ramírez, J. L. . Papel de la liberación de acetilcolina y sustancia P en el deterioro de la función pulmonar en un modelo experimental de preservación pulmonar en conejo. , (2009).
- Isolated lung perfusion systems for small to large animal models. Harvard Apparatus. Hugo Sachs Elektronik (HSE) Available from: https://www.harvardapparatus.com/media/harvard/pdf/Isolated%20Lung%20Perfusion%20Systems%20Brochure.pdf (2021)
- Jiao, G. Evolving trend of EVLP: Advancements and emerging pathways. SN Comprehensive Clinical Medicine. 1 (4), 287-303 (2019).
- Mordant, P., et al. Mesenchymal stem cell treatment is associated with decreased perfusate concentration of interleukin-8 during ex vivo perfusion of donor lungs after 18-hour preservation. The Journal of Heart and Lung Transplantation: The Official Publication of the International Society for Heart and Lung Transplantation. 35 (10), 1245-1254 (2016).
- Cowan, P. J., Hawthorne, W. J., Nottle, M. B. Xenogeneic transplantation and tolerance in the era of CRISPR-Cas9. Current Opinion in Organ Transplantation. 24 (1), 5-11 (2019).
- Collaborators, G. C. R. D. Prevalence and attributable health burden of chronic respiratory diseases, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. The Lancet Respiratory Medicine. 8 (6), 585-596 (2020).
- Bravo-Reyna, C. C., Torres-Villalobos, G., Aguilar-Blas, N., Frías-Guillén, J., Guerra-Mora, J. R. Comparative study of capillary filtration coefficient (Kfc) determination by a manual and automatic perfusion system. Step by step technique review. Physiological Research. 68 (6), 901-908 (2019).
- Pereira, M. R., et al. COVID-19 in solid organ transplant recipients: Initial report from the US epicenter. American Journal of Transplantation. 20 (7), 1800-1808 (2020).
