Chirurgische angiogenese in varkens tibiale Allotransplantation: een nieuwe groot dier bot gevacuoliseerd composiet Allotransplantation Model
Summary
Momenteel is de enige vorm van gevacuoliseerd samengestelde allotransplantation afhankelijk van lange-termijn-immuunsuppressie, moeilijk te ondersteunen voor niet-leven-kritieke indicaties. We presenteren een nieuwe varkens tibiale VCA model dat kan worden gebruikt voor het bestuderen van bot VCA en voorbeelden van het gebruik van chirurgische angiogenese om bot levensvatbaarheid zonder de behoefte van langdurig immuun-modulatie.
Abstract
Regiogebonden botverlies als gevolg van trauma, infectie malignancy en aangeboren afwijking blijft een belangrijke reconstructieve uitdaging. Huidige therapeutische opties hebben aanzienlijke risico van mislukking en substantiële morbiditeit.
Gebruik van bot gevacuoliseerd composiet allotransplantation (VCA) zou bieden beide een nauwe wedstrijd van gereseceerd bot grootte en vorm en de genezing en het remodelleren van potentieel van levende bot. Op dit moment is levenslang drug immunosuppressiva (IS) vereist. Orgaantoxiciteit, opportunistische infectie en gezwellen risico’s zijn van belang voor de behandeling van dergelijke niet-dodelijke aanduidingen.
Wij hebben eerder aangetoond dat bot en gezamenlijke VCA levensvatbaarheid kan worden gehandhaafd bij ratten en konijnen zonder de behoefte aan lange-termijn-immuunsuppressie door implantatie van geadresseerden afgeleide schepen binnen de VCA. Het genereert een autogene, neoangiogenic omloop met meetbare stroom en actieve bot remodelleren, waarvoor slechts 2 weken van IS. Als kleine dieren van man aanzienlijk in bot fysiologie, anatomie en immunologie verschillen, hebben we een varkens bot VCA model voor het evalueren van deze techniek voordat klinische toepassing wordt uitgevoerd. Miniatuur varkens worden momenteel veel gebruikt voor allotransplantation onderzoek, hun immunologische, anatomische, fysiologische en grootte overeenkomsten aan de mens gegeven. Hier beschrijven we een nieuw varkens orthotopic Tibia Bot VCA model voor het testen van de rol van autogene chirurgische angiogenese om VCA levensvatbaarheid.
De model reconstrueert regiogebonden tibiale bot gebreken met behulp van grootte en vorm-zoekwoorden allogene tibiale bot segmenten, getransplanteerd over een grote varkens leukocyte antigen (SLA) komen niet overeen in Yucatan miniatuur varkens. Nutriënten vaartuig reparatie en implantatie van geadresseerden afgeleide autogene vaartuigen in de Wallenberg kanaal van allogene tibiale bot segmenten wordt uitgevoerd in combinatie met gelijktijdige op korte termijn IS. Hierdoor kan een autogene oplage van neoangiogenic te ontwikkelen van de geïmplanteerde weefsels, behoud van de stroom door de allogene nutriënten vaartuigen voor een korte tijd. Zodra vastgesteld, onderhoudt de nieuwe autogene circulatie bot levensvatbaarheid na stopzetting van de behandeling met medicijnen en latere nutriënten vaartuig trombose.
Introduction
Grote regiogebonden werden gebreken resultaat uit trauma, infectie of ledemaat-sparend chirurgie na maligniteit. Huidige reconstructieve opties zoals gevacuoliseerd autogene bottransplantaat bot, prothetische vervanging, en vervoer cryopreserved necrotische allografts, alleen gebruikt of in combinatie, worden geassocieerd met significante morbiditeit en hebben hoge tarieven van complicaties1,2,3.
De aanwezigheid van een microvasculaire netwerk is essentieel voor de vorming en homeostase van bot, ter ondersteuning van osteogenic, chondrogenic en mesenchymale stamcellen voor bot reparatie4vereist.
De transplantatie van levende allogene bot, een vorm van gevacuoliseerd samengestelde weefsel allotransplantation (bot VCA), uitgevoerd met microchirurgische wapendrager van de nutriënten stam, kan vertegenwoordigen een toekomstige reconstructieve alternatief. Als cryopreserved allogene bot, wordt onmiddellijke stabiliteit geleverd door nauw bijpassende bot defect morfologie. Zoals autogene gevacuoliseerd transplantaat, het biedt het verbeterde genezing en verbouwing van levend weefsel van bot. Het obstakel in elke allotransplant-procedure blijft de noodzaak voor lange-termijn-immunosuppressiva (IS). Het probleem is meer acuut in spier-en weefsels, waarvoor drug doses 2 – 3 maal hoger liggen dan5orgaantransplantaties. Daarmee gepaard gaande risico’s, met inbegrip van orgaantoxiciteit, maligniteit, infectie of ontwikkeling van graft – versus – host-ziekte zijn moeilijk te rechtvaardigen in deze nonlife-kritische-applications6. Episodes van acute en chronische afwijzing blijft echter een groot probleem met de huidige op lange termijn IS7. Voortdurende inspanning om nauw overeenkomt met histocompatibility antigenen, induceren van donor-specifieke tolerantie en/of verbeteren van de drug immunotherapie hebben niet nog regelmatig in geslaagd het toelaat van klinische drugsvrije weefsel overleving8,9.
Wij hebben eerder aangetoond te bot VCA levensvatbaarheid te handhaven en verbeteren van bot remodelleren in kleine dierlijke modellen door bevordering van een nieuwe autogene verkeer binnen getransplanteerde bot. Dit wordt gedaan door het extra gebruik van chirurgische angiogenese van geïmplanteerde autogene weefsel10,11,12. Allogene bot segmenten worden getransplanteerd microsurgically met wapendrager van de nutriënten bot segment stam. Daarnaast zijn gastheer afkomstige vaartuigen het Wallenberg kanaal van het segment allogene gevacuoliseerd bot ingeplant. Tijdens deze 2-weekse wordt bij allogene nutriënten vessel gehandhaafd met drug immunosuppressie. Uiteindelijk na IS-terugtrekking zal de nutriënten stam thrombose13. Het nieuwe capillaire bed, gebaseerd op de host afkomstige vaartuigen biedt voldoende luchtcirculatie om de levensvatbaarheid van het weefsel. Bot genezing en remodeling zijn verbeterd sinds osteogenesis en angiogenese zijn gekoppelde10,11,12. Geen verdere immunotherapie is vereist en bot levensvatbaarheid op lange termijn ondanks een via het immuunsysteem veroorzaakte bevoegde host en de afwezigheid van donor-specifieke tolerantie wordt gehandhaafd.
Vertaling van deze nieuwe methode van bot allotransplantation in de klinische praktijk moet best worden voorafgegaan door verdere studie van genezing, mechanische eigenschappen en immunologie in een grote diermodel. De varkens model is ideaal voor dergelijke VCA onderzoek14,15,16. Miniatuur varkens zijn vergelijkbaar in grootte en anatomie aan de mens, waardoor skelet wederopbouw in wezen identiek chirurgische implantaten en technieken gebruiken. Varkens immunologie is goed gedefinieerd, met inbegrip van varkens leukocyte antigen (SLA) haplotypes en bloedgroepen, nodig voor de chirurgie van de haartransplantatie. Cel lineage studies zijn mogelijk met seks-mismatched transplantatie, evenals gedetailleerde analyses van de immuunrespons17,18,19,20,21.
Hier beschrijven we een bot VCA allotransplantation model in de Yucatan miniatuur varkens, geschikt voor de studie van gesegmenteerde botverlies en wederopbouw. Dit model kan worden gebruikt voor het onderzoeken van het samenspel van chirurgische angiogenese en op korte termijn IS op bot VCA overleven en functie, inclusief Osteocyt bloedlijn, bone doorbloeding, genezing en remodeling capaciteiten, alloresponsiveness en biomechanica zo goed als te testen andere innovatieve immuun f strategieën.
Protocol
Representative Results
Discussion
De transplantatie van gevacuoliseerd allogene bot (bot VCA) kan een toekomstige reconstructieve optie voor grote regiogebonden werden gebreken vertegenwoordigen. De lange-termijn-immunosuppressiva (IS) en moeten zijn belangrijke bijwerkingen vereist voor bot VCA overleven zijn echter moeilijk te rechtvaardigen in deze nonlife-kritische-applications6.
Hoewel ingeteelde stammen van de rat laboratorium uitgebreid in allotransplantation onderzoek gebruikt hebben voor het te…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs bedanken de divisie van Media Support Services, Mayo Clinic Rochester, MN voor videoproductie en Georgios Kotsougianis voor het bewerken van de video. De uitstekende illustratie werd uitgevoerd door Jim Postier, Rochester, MN. Bovendien, de auteurs bedank de Duitse research foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft) voor salaris ondersteuning voor Dr. Dimitra Kotsougiani (DFG subsidie: KO 4903/1-1). Dit werk werd gesteund door een gulle gift van Tarek E. Obaid. Dit werk werd uitgevoerd in het microvasculaire onderzoekslaboratorium, departement van orthopedische 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 |
Referencias
- 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).
