תכנון ויישום של מודל זילוח ריאות Rat Ex Vivo
Summary
ריאות Ex vivo שימושיות עבור מגוון ניסויים לאיסוף נתונים פיזיולוגיים תוך התעלמות מהמשתנים המבלבלים של ניסויי in vivo. הגדרות מסחריות הן לעתים קרובות יקרות ומוגבלות בסוגי הנתונים שהן יכולות לאסוף. אנו מתארים שיטה לבניית מערך מודולרי לחלוטין, הניתן להתאמה לעיצובי לימוד שונים.
Abstract
תכשירי ריאות Ex vivo הם מודל שימושי שניתן לתרגם לתחומי מחקר רבים ושונים, המשלימים מודלים מקבילים in vivo ו– in vitro. מעבדות המעוניינות להשתמש בריאות מבודדות צריכות להיות מודעות לצעדים חשובים ולאתגרים הטבועים בהן כדי לבסס מערך שהוא זול, אמין וניתן להתאים אותו בקלות לנושא העניין. מאמר זה מתאר מודל DIY (עשה זאת בעצמך) עבור אוורור ריאות וזילוח של חולדות ex vivo כדי לחקור השפעות תרופות וגזים על טונוס כלי הדם הריאתיים, ללא תלות בשינויים בתפוקת הלב. יצירת מודל זה כוללת א) את התכנון והבנייה של המנגנון, ב) הליך בידוד הריאות. מודל זה יוצר מערך חסכוני יותר מחלופות מסחריות ועם זאת מודולרי מספיק כדי להסתגל לשינויים בשאלות מחקר ספציפיות. היה צורך לפתור מכשולים שונים כדי להבטיח מודל עקבי המסוגל לשמש למגוון נושאי מחקר שונים. לאחר הקמתו, מודל זה הוכיח להיות מאוד להסתגל לשאלות שונות וניתן לשנות בקלות עבור תחומי לימוד שונים.
Introduction
טכניקות זילוח ריאות Ex vivo (EVLP)1 ראו עלייה בשימוש בעשור האחרון כאמצעי לחקר השתלות ריאה2, איסכמיה/רפרפוזיה3, מטבוליזם ריאות4 ותגובות חיסוניות5. ריאות מבודדות, אך שלמות, מאווררות ומחוררות מציעות את היכולת החשובה ביותר להעריך ישירות את תגובת הריאות, כולל כלי הדם הריאתיים, להתערבויות ו / או טיפולים פוטנציאליים ללא גורמים מבלבלים פוטנציאליים, כגון קלט עצבי והורמונלי או שינוי המודינמיקה in vivo. יחד עם זאת, הם שומרים על יחסי הגומלין הפיזיולוגיים של אוורור וזילוח, בניגוד לתנאי מבחנה. הצעה הבוחנת תגובות חיסוניות בריאות5, למשל, זקוקה לאותה איכות נתונים כמו מחקר שהתמקד בהגדלת מאגר התורמים בגודל6 להשתלות ריאה. ניתן להשתמש ב-EVLP במגוון מינים, כולל עכברים3, חולדות 7,8,9,10,11,12, חזירים13 ובני אדם2. לכן, יש צורך להקים מודל שיכול להפיק נתונים אמינים ממגוון פרמטרים ניסיוניים שונים. רלוונטיות קלינית תיווצר במחקרים הבאים תוך שימוש במודל EVLP ככלי.
בעוד שתצורות מסחריות זמינות לרכישה עבור רוב המינים, לעתים קרובות הן יכולות להיות יקרות יותר ולהגביל את החוקרים למותג ספציפי של ציוד ותוכנה קניינית. כל חריגה מההגדרה מחוץ לקופסה (למשל, מעבר ממין אחד למשנהו) דורשת ראיית הנולד ועבודה סביב ההתקנה שסופקה, דבר שעשוי להתברר כקשה או בלתי אפשרי. להלן מתוארת הגדרת DIY (עשה זאת בעצמך) לריאות מבודדות חולדות שהיא גם מודולרית וגם חסכונית, כמו גם הליך כירורגי לבידוד הריאות.
Protocol
Representative Results
Discussion
יותר מ-100 ניסויים בוצעו בהצלחה במעבדה שלנו באמצעות מערך זה. העיצוב המודולרי של מערך מותאם אישית זה העניק גמישות רבה לשינויים פוטנציאליים בדרישות הניסוי. בעוד שמערכות אחרות משתמשות ב-deoxygenator18 כדי לחקות צריכת חמצן קבועה וייצורCO2 על ידי איברי קצה, מודל פשוט זה לא השתמש בתכונ…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
התמיכה ניתנה, בין השאר, על ידי פרס Merit Review (101 BX003482) משירות המו”פ של המעבדה הביו-רפואית של המחלקה לענייני חיילים משוחררים של ארה”ב, מענק NIH (5R01 HL123227), פרס פרויקט טרנספורמטיבי (962204) מאיגוד הלב האמריקאי, ועל ידי קרנות מוסדיות שהוענקו לד”ר ריס. ד”ר בלצר קיבל מימון לא קשור מקרן המחקר הגרמנית Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), פרויקט מספר BA 6287/1-1. המחברים רוצים להודות למתיו ד. אולסן, צ’ון ג’ואו, ג’ו לי ורבקה ס. ריס על תרומתם רבת הערך למחקר.
Materials
| 1,000 mL Glass Beaker | Pyrex, Chicago, IL | ||
| 1,500 mL Glass Beaker | Pyrex, Chicago, IL | ||
| Air Trap Compliance Chamber | Radnoti | 130149 | |
| Bioamplifiers | CWE Inc | BPM-832 | |
| Clamps | Fisher Scientific | S02626 | |
| DAQ (Data Acquisition) | National Instruments, Austin, TX | NI USB-6343 | |
| Gas Mixer | CWE Inc, Ardmore, PA | GSM-4 | |
| Heating Coil | Radnoti, Covina, CA | 158822 | |
| Heating Plate | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA | 11-100-49SH | |
| Heparin | Pfizer | W63422 | |
| LabVIEW Full Development System 2014 | National Instruments | ||
| Pentobarbital | Diamondback Drugs | G2270-0235-50 | |
| pH700 Probe | OAKTON, Vernon Hills, IL | EW-35419-10 | |
| Polystat Water Bath | Cole-Parmer | EW-12121-02 | |
| Rodent Ventilator | Harvard Apparatus, Holliston, MA | Model 683 | |
| Roller Pump | Cole-Parmer, Wertheim, Germany | Ismatec REGLO Digital MS 2/8 | |
| Sprague Dawley Rat | Charles River, Wilmington, MA | Strain code 001 | |
| VetScan i-STAT | Abraxis, Chicago, IL | i-STAT 1 |
Referencias
- Uhlig, S., Taylor, A. E. . Methods in Pulmonary Research. , (1998).
- Ghaidan, H., et al. Ten year follow-up of lung transplantations using initially rejected donor lungs after reconditioning using ex vivo lung perfusion. Journal of Cardiothoracic Surgery. 14 (1), 125 (2019).
- Stone, M. L., et al. Ex vivo perfusion with adenosine A2A receptor agonist enhances rehabilitation of murine donor lungs after circulatory death. Transplantation. 99 (12), 2494-2503 (2015).
- Valenza, F., et al. The consumption of glucose during ex vivo lung perfusion correlates with lung edema. Transplantation Proceedings. 43 (4), 993-996 (2011).
- Sayner, S. L., et al. Paradoxical cAMP-induced lung endothelial hyperpermeability revealed by Pseudomonas aeruginosa ExoY. Circulation Research. 95 (2), 196-203 (2004).
- McAuley, D. F., et al. Clinical grade allogeneic human mesenchymal stem cells restore alveolar fluid clearance in human lungs rejected for transplantation. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 306 (9), L809-L815 (2014).
- Pego-Fernandes, P. M., et al. Experimental model of isolated lung perfusion in rats: first Brazilian experience using the IL-2 isolated perfused rat or guinea pig lung system. Transplantation Proceedings. 42 (2), 444-447 (2010).
- Noda, K., et al. Successful prolonged ex vivo lung perfusion for graft preservation in rats. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 45 (3), e54-e60 (2014).
- Nelson, K., et al. Method of isolated ex vivo lung perfusion in a rat model: lessons learned from developing a rat EVLP program. Journal of Visualized Experiments. (96), e52309 (2015).
- Bassani, G. A., et al. Ex vivo lung perfusion in the rat: detailed procedure and videos. PLoS One. 11 (12), e0167898 (2016).
- Watson, K. E., Segal, G. S., Conhaim, R. L. Negative pressure ventilation enhances acinar perfusion in isolated rat lungs. Pulmonary Circulation. 8 (1), 2045893217753596 (2018).
- Ohsumi, A., et al. A method for translational rat ex vivo lung perfusion experimentation. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 319 (1), L61-L70 (2020).
- Hozain, A. E., et al. Multiday maintenance of extracorporeal lungs using cross-circulation with conscious swine. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 159 (4), 1640-1653 (2020).
- Kilkenny, C., Browne, W. J., Cuthill, I. C., Emerson, M., Altman, D. G. Improving bioscience research reporting: the ARRIVE guidelines for reporting animal research. PLoS Biology. 8 (6), e1000412 (2010).
- van Zanden, J. E., Leuvenink, H. G. D., Verschuuren, E. A. M., Erasmus, M. E., Hottenrott, M. C. A translational rat model for ex vivo lung perfusion of pre-injured lungs after brain death. PLoS One. 16 (12), e0260705 (2021).
- Cleveland, W. J., et al. Implementation of LabVIEW as a virtual instrument in a cost-effective isolated lung setup. The FASEB Journal. 33 (1), 846 (2019).
- Jamieson, S. W., Stinson, E. B., Oyer, P. E., Baldwin, J. C., Shumway, N. E. Operative technique for heart-lung transplantation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 87 (6), 930-935 (1984).
- Liu, M., et al. Alterations of nitric oxide synthase expression and activity during rat lung transplantation. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology. 278 (5), L1071-L1081 (2000).
- Riess, M. L., et al. Glucose measurements in blood-free balanced salt solutions with three devices (i-STAT®, glucose test strips and ACCU-CHEK® Aviva). Anesthesia and Analgesia. 128 (5), 924 (2019).
- Menezes, A. Q., et al. Comparison of Celsior and Perfadex lung preservation solutions in rat lungs subjected to 6 and 12 hours of ischemia using an ex-vivo lung perfusion system. Clinics. 67 (11), 1309-1314 (2012).
- Riess, M. L., et al. Electrolyte measurements in blood-free balanced salt solutions – comparison of i-STAT® with ABL80. Anesthesia and Analgesia. 130 (5), 984 (2020).
.