Sistema de perfusión pulmonar aislada en el modelo de conejo
Summary
La preparación aislada del pulmón de conejo es una herramienta estándar de oro en la investigación pulmonar. Esta publicación tiene como objetivo describir la técnica desarrollada para el estudio de los mecanismos fisiológicos y patológicos involucrados en la reactividad de las vías respiratorias, la preservación pulmonar y la investigación preclínica en trasplante pulmonar y edema pulmonar.
Abstract
El sistema de perfusión pulmonar aislada ha sido ampliamente utilizado en la investigación pulmonar, contribuyendo a dilucidar el funcionamiento interno de los pulmones, tanto micro como macroscópicamente. Esta técnica es útil en la caracterización de la fisiología y patología pulmonar mediante la medición de las actividades metabólicas y las funciones respiratorias, incluidas las interacciones entre las sustancias circulatorias y los efectos de las sustancias inhaladas o perfundidas, como en las pruebas de drogas. Mientras que los métodos in vitro implican el corte y cultivo de tejidos, el sistema de perfusión pulmonar ex vivo aislado permite trabajar con un órgano funcional completo haciendo posible el estudio de una función fisiológica continua a la vez que recrea la ventilación y la perfusión. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los efectos de la ausencia de inervación central y el drenaje linfático aún deben evaluarse completamente. Este protocolo tiene como objetivo describir el ensamblaje del aparato pulmonar aislado, seguido de la extracción quirúrgica y la canulación de pulmones y corazón de animales de laboratorio experimentales, así como mostrar la técnica de perfusión y el procesamiento de señales de datos. La viabilidad media del pulmón aislado oscila entre 5-8 h; durante este período, la permeabilidad capilar pulmonar aumenta, causando edema y lesión pulmonar. La funcionalidad del tejido pulmonar preservado se mide mediante el coeficiente de filtración capilar (Kfc), utilizado para determinar la extensión del edema pulmonar a través del tiempo.
Introduction
Brodie y Dixon describieron por primera vez el sistema de perfusión pulmonar ex-vivo en 1903 1. Desde entonces, se ha convertido en una herramienta estándar de oro para el estudio de la fisiología, farmacología, toxicología y bioquímica de los pulmones2,3. La técnica ofrece una forma consistente y reproducible de evaluar la viabilidad de los trasplantes de pulmón y determinar el efecto de mediadores inflamatorios como la histamina, los metabolitos del ácido araquidónico y la sustancia P, entre otros, así como sus interacciones durante fenómenos pulmonares como la broncoconstricción, la atelectasia y el edema pulmonar. El sistema pulmonar aislado ha sido una técnica clave para desvelar el importante papel de los pulmones en la eliminación de las aminas biogénicas de la circulación general4,5. Además, el sistema se ha utilizado para evaluar la bioquímica del surfactante pulmonar6. En las últimas décadas, el sistema de perfusión pulmonar ex-vivo se ha convertido en una plataforma ideal para la investigación del trasplante pulmonar7. En 2001, un equipo dirigido por Stig Steen describió la primera aplicación clínica del sistema de perfusión pulmonar ex-vivo utilizándolo para reacondicionar los pulmones de un donante de 19 años, que inicialmente fue rechazado por los centros de trasplante debido a sus lesiones. El pulmón izquierdo fue cosechado y perfundido durante 65 min; después, fue trasplantado con éxito a un hombre de 70 años con EPOC8. Investigaciones adicionales sobre el reacondicionamiento pulmonar utilizando la perfusión ex-vivo condujeron al desarrollo de la técnica de Toronto para la perfusión pulmonar extendida para evaluar y tratar los pulmones de donantes lesionados9,10. Clínicamente, el sistema de perfusión pulmonar ex-vivo ha demostrado ser una estrategia segura para aumentar los grupos de donantes mediante el tratamiento y reacondicionamiento de pulmones de donantes por debajo del estándar, sin presentar diferencias significativas en los riesgos o resultados frente a los donantes de criterios estándar10.
La principal ventaja del sistema de perfusión pulmonar aislada es que los parámetros experimentales se pueden evaluar en un órgano funcional completo que conserva su función fisiológica bajo una configuración de laboratorio artificial. Además, permite la medición y manipulación de la ventilación mecánica pulmonar para analizar los componentes de la fisiología pulmonar como la resistencia de las vías respiratorias, la resistencia vascular total, el intercambio gaseoso y la formación de edemas, que hasta la fecha no se pueden medir con precisión in vivo en animales de laboratorio2. En particular, la composición de la solución con la que se perfunde el pulmón puede controlarse completamente, lo que permite la adición de sustancias para evaluar sus efectos en tiempo real y la recolección de muestras de perfusión para su posterior estudio11. Los investigadores que trabajan con el sistema pulmonar aislado deben tener en cuenta que la ventilación mecánica causa la descomposición del tejido pulmonar acortando su tiempo útil. Esta caída progresiva de los parámetros mecánicos puede retrasarse significativamente al hiperinflar los pulmones ocasionalmente durante el tiempo del experimento4. Aún así, la preparación no suele durar más de ocho horas. Otra consideración para el sistema de perfusión pulmonar ex-vivo es la ausencia de regulación nerviosa central y drenaje linfático. Los efectos de su ausencia aún no se comprenden completamente y podrían ser una fuente de sesgo en ciertos experimentos.
La técnica del sistema de perfusión pulmonar aislada se puede realizar en el modelo de conejo con un alto grado de consistencia y reproducibilidad. Este trabajo describe los procedimientos técnicos y quirúrgicos para la implementación de la técnica de perfusión pulmonar aislada ex-vivo desarrollada para el modelo de conejo en el Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias en la Ciudad de México, con la intención de compartir las ideas y proporcionar una guía clara sobre los pasos clave en la aplicación de este modelo experimental.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este trabajo muestra una visión general del sistema de perfusión pulmonar aislada, una técnica esencial en la investigación de la fisiología pulmonar. El sistema de perfusión pulmonar aislada ofrece un gran grado de versatilidad en sus usos y permite la evaluación de varios parámetros relevantes en la prueba de una amplia gama de hipótesis15. Un sistema pulmonar aislado es una herramienta con presencia mundial que, en la última década, ha establecido aún más su relevancia para las eva…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a la Doctora Bettina Sommer Cervantes por su apoyo en la redacción de este manuscrito, y a Kitzia Elena Lara Safont por su apoyo con las ilustraciones.
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
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