Studie van experimentele orgaandonatiemodellen voor longtransplantatie

Summary

De huidige studie toont de oprichting van drie verschillende longdonatiemodellen (donatie na hersendood, donatie na overlijden na de bloedsomloop en donatie na hemorragische shock). Het vergelijkt de ontstekingsprocessen en pathologische aandoeningen die met deze gebeurtenissen gepaard gaan.

Abstract

Experimentele modellen zijn belangrijke hulpmiddelen voor het begrijpen van de etiologische verschijnselen die betrokken zijn bij verschillende pathofysiologische gebeurtenissen. In deze context worden verschillende diermodellen gebruikt om de elementen te bestuderen die de pathofysiologie van primaire transplantaatdisfunctie na transplantatie veroorzaken om mogelijke behandelingen te evalueren. Momenteel kunnen we experimentele donatiemodellen in twee grote groepen verdelen: donatie na hersendood en donatie na circulatiestilstand. Bovendien moet rekening worden gehouden met de schadelijke effecten die gepaard gaan met hemorragische shock bij het overwegen van diermodellen van orgaandonatie. Hier beschrijven we de oprichting van drie verschillende longdonatiemodellen (donatie na hersendood, donatie na overlijden na de bloedsomloop en donatie na hemorragische shock) en vergelijken we de ontstekingsprocessen en pathologische aandoeningen die met deze gebeurtenissen gepaard gaan. Het doel is om de wetenschappelijke gemeenschap te voorzien van betrouwbare diermodellen van longdonatie voor het bestuderen van de bijbehorende pathologische mechanismen en het zoeken naar nieuwe therapeutische doelen om het aantal levensvatbare transplantaten voor transplantatie te optimaliseren.

Introduction

Klinische relevantie
Orgaantransplantatie is een gevestigde therapeutische optie voor verschillende ernstige pathologieën. In de afgelopen jaren is er veel vooruitgang geboekt op het klinische en experimentele gebied van orgaantransplantatie, zoals meer kennis van de pathofysiologie van primaire transplantaatdisfunctie (PGD) en vooruitgang op het gebied van intensive care, immunologie en farmacologie ^1,2,3. Ondanks de verwezenlijkingen en verbeteringen in de kwaliteit van de gerelateerde chirurgische en farmacologische procedures, blijft de relatie tussen het aantal beschikbare organen en het aantal ontvangers op de wachtlijst een van de belangrijkste uitdagingen ^2,4. In dit verband heeft de wetenschappelijke literatuur diermodellen voorgesteld voor het bestuderen van therapieën die kunnen worden toegepast op orgaandonoren om de organen te behandelen en/of te bewaren tot het moment van transplantatie 5,6,7,8.

Door de verschillende gebeurtenissen na te bootsen die in de klinische praktijk worden waargenomen, maken diermodellen de studie mogelijk van de bijbehorende pathologische mechanismen en hun respectieve therapeutische benaderingen. De experimentele inductie van deze gebeurtenissen, in de meeste geïsoleerde gevallen, heeft experimentele modellen van orgaan- en weefseldonatie opgeleverd die uitgebreid worden onderzocht in de wetenschappelijke literatuur over orgaantransplantatie 6,7,8,9. Deze onderzoeken maken gebruik van verschillende methodologische strategieën, zoals die welke hersendood (BD), hemorragische shock (HS) en bloedsomloopdood (CD) induceren, aangezien deze gebeurtenissen verband houden met verschillende schadelijke processen die de functionaliteit van de gedoneerde organen en weefsels in gevaar brengen.

Hersendood (BD)
BD wordt geassocieerd met een reeks gebeurtenissen die leiden tot de geleidelijke verslechtering van verschillende systemen. Het treedt meestal op wanneer een acute of geleidelijke toename van de intracraniale druk (ICP) optreedt als gevolg van hersentrauma of bloeding. Deze toename van ICP bevordert een verhoging van de bloeddruk in een poging om een stabiele cerebrale bloedstroom te behouden in een proces dat bekend staat als de reflex van Cushing^10,11. Deze acute veranderingen kunnen leiden tot cardiovasculaire, endocriene en neurologische disfuncties die de kwantiteit en kwaliteit van de gedoneerde organen in gevaar brengen, naast de gevolgen voor de morbiditeit en mortaliteit na transplantatie 10,11,12,13.

Hemorragische shock (HS)
HS wordt op zijn beurt vaak geassocieerd met orgaandonoren, aangezien de meesten van hen het slachtoffer zijn van trauma met aanzienlijk verlies van bloedvolume. Sommige organen, zoals de longen en het hart, zijn bijzonder kwetsbaar voor HS als gevolg van hypovolemie en de daaruit voortvloeiende weefselhypoperfusie¹⁴. HS induceert longbeschadiging door verhoogde capillaire permeabiliteit, oedeem en infiltratie van ontstekingscellen, mechanismen die samen de gasuitwisseling in gevaar brengen en leiden tot progressieve verslechtering van organen, waardoor het donatieproces ontspoort ^6,14.

Overlijden in de bloedsomloop (CD)
Het gebruik van post-cd-donatie is exponentieel gegroeid in grote wereldcentra, wat bijdraagt aan de toename van het aantal verzamelde organen. Organen die zijn hersteld van post-CD-donoren zijn kwetsbaar voor de effecten van warme ischemie, die optreedt na een interval van lage (agonische fase) of geen bloedtoevoer (asystolische fase)^8,15. Hypoperfusie of de afwezigheid van bloedstroom zal leiden tot weefselhypoxie geassocieerd met het abrupte verlies van ATP en de accumulatie van metabole toxines in weefsels¹⁵. Ondanks het huidige gebruik voor transplantatie in de klinische praktijk, blijven er veel twijfels bestaan over de impact van het gebruik van deze organen op de kwaliteit van het transplantaat na transplantatie en op de overleving van de patiënt¹⁵. Zo neemt ook het gebruik van experimentele modellen voor een beter begrip van de etiologische factoren die verband houden met de ziekte van Crohn toe: 8,15,16,17.

Experimentele modellen
Er zijn verschillende experimentele orgaandonatiemodellen (BD, HS en CD). Studies richten zich echter vaak op slechts één strategie tegelijk. Er is een merkbare kloof in studies die twee of meer strategieën combineren of vergelijken. Deze modellen zijn zeer nuttig bij de ontwikkeling van therapieën die tot doel hebben het aantal donaties te verhogen en bijgevolg de wachtlijst van potentiële ontvangers te verkorten. De diersoorten die voor dit doel worden gebruikt, variëren van studie tot studie, waarbij varkensmodellen vaker worden geselecteerd wanneer het doel een meer directe vertaling is met de fysiologie van de menselijke morfo en minder technische moeilijkheden bij de chirurgische ingreep als gevolg van de grootte van het dier. Ondanks de voordelen zijn er logistieke problemen en hoge kosten verbonden aan het varkensmodel. Aan de andere kant bevorderen de lage kosten en de mogelijkheid van biologische manipulatie het gebruik van knaagdiermodellen, waardoor de onderzoeker kan uitgaan van een betrouwbaar model om laesies te reproduceren en te behandelen, en om de opgedane kennis op het gebied van orgaantransplantatie te integreren.

Hier presenteren we een knaagdiermodel van hersendood, bloedsomloopdood en hemorragische shockdonatie. We beschrijven ontstekingsprocessen en pathologische aandoeningen die verband houden met elk van deze modellen.

Protocol

Dierproeven voldeden aan de Ethische Commissie voor Proefdiergebruik en -verzorging van de Faculteit der Geneeskunde van de Universiteit van São Paulo (protocolnummer 112/16). 1. Groepering van dieren Wijs willekeurig twaalf mannelijke Sprague Dawley-ratten (250-300 g) toe aan een van de drie experimentele groepen (n=4) om de effecten van de diermodellen te analyseren en te vergelijken. Wijs dieren toe aan hemorragische shockgroep (HS, n=4): diere…

Representative Results

Gemiddelde arteriële druk (MAP)Om de hemodynamische repercussies van BD en HS te bepalen, werd MAP geëvalueerd gedurende de 360 minuten van het protocol. De nulmeting werd verzameld na het verwijderen van de huid en het boren van de schedel en vóór het verzamelen van bloed voor dieren die respectievelijk aan BD of HS waren onderworpen. Voorafgaand aan BD- en HS-inductie was de baseline MAP van de twee groepen vergelijkbaar (BD: 110,5 ± 6,1 vs. HS: 105,8 ± 2,3 mmHg; p=0,5; tweerichtingsANOVA). N…

Discussion

In de afgelopen jaren heeft het toenemende aantal diagnoses van hersendood ertoe geleid dat het de grootste leverancier is geworden van organen en weefsels die bedoeld zijn voor transplantatie. Deze groei ging echter gepaard met een ongelooflijke toename van donaties na overlijden in de bloedsomloop. Ondanks de multifactoriële aard ervan, beginnen de meeste triggerende mechanismen van de doodsoorzaken na of gaan ze gepaard met een trauma met uitgebreid verlies van bloedgehalte ^4,18<sup…

Materials

14-gauge angiocath	DB	38186714	Orotracheal intubation
2.0-silk	Brasuture	AA553	Tracheal tube fixation
24-gauge angiocath	DB	38181214	Arterial and venous access
4.0-silk	Brasuture	AA551	Fixation of arterial and venous cannulas
Alcoholic chlorhexidine digluconate solution (2%).	Vic Pharma	Y/N	Asepsis
Trichotomy apparatus	Oster	Y/N	Clipping device
Precision balance	Shimadzu	D314800051	Analysis of the wet/dry weight ratio
Barbiturate (Thiopental)	Cristália	18080003	DC induction
Balloon catheter (Fogarty-4F)	Edwards Life Since	120804	BD induction
Neonatal extender	Embramed	497267	Used as catheters with the aid of the 24 G angiocath
FlexiVent	Scireq	1142254	Analysis of ventilatory parameters
Heparin	Blau Farmaceutica SA	7000982-06	Anticoagulant
Isoflurane	Cristália	10,29,80,130	Inhalation anesthesia
Micropipette (1000 µL)	Eppendorf	347765Z	Handling of small- volume liquids
Micropipette (20 µL)	Eppendorf	H19385F	Handling of small- volume liquids
Microscope	Zeiss	1601004545	Assistance in the visualization of structures for the surgical procedure
Multiparameter monitor	Dixtal	101503775	MAP registration
Motorized drill	Midetronic	MCA0439	Used to drill a 1 mm caliber borehole
Neubauer chamber	Kasvi	D15-BL	Cell count
Pediatric laryngoscope	Oxygel	Y/N	Assistance during tracheal intubation
Syringe (3 mL)	SR	3330N4	Hydration and exsanguination during HS protocol
Pressure transducer	Edwards Life Since	P23XL	MAP registration
Metallic tracheal tube	Biomedical	006316/12	Rigid cannula for analysis with the FlexiVent ventilator
Isoflurane vaporizer	Harvard Bioscience	1,02,698	Anesthesia system
Mechanical ventilator for small animals (683)	Harvard Apparatus	MA1 55-0000	Mechanical ventilation
xMap methodology	Millipore	RECYTMAG-65K-04	Analysis of inflammatory markers