Kirurgisk angiogenese i svin Tibial Allotransplantation: en ny stor dyr bein Stangeriaceae sammensatte Allotransplantation modell
Summary
Nå er alle slags Stangeriaceae sammensatte allotransplantation avhenger av lang-sikt-immunsuppresjon, vanskelig å støtte for ikke-liv-kritiske indikasjoner. Vi presenterer en ny svin tibial VCA-modell som kan brukes til å studere bein VCA og demonstrere bruk av kirurgiske angiogenese å opprettholde bein levedyktighet uten behovet av langsiktig immun-modulering.
Abstract
Segmentinformasjon bentap skyldes traumer, infeksjon kreft og medfødte anomali forblir en rekonstruktiv hovedutfordring. Gjeldende behandlingsalternativer har betydelig risiko for svikt og betydelig sykelighet.
Bruk av bein Stangeriaceae kompositt allotransplantation (VCA) ville tilby både et nært treff resected bein størrelse og form healing og remodeling potensialet i levende bein. I dag er livslang narkotika immunsuppresjon (IS) nødvendig. Orgel-toksisitet, opportunistiske infeksjoner og neoplasm risiko er av bekymring å behandle slike ikke-dødelige indikasjoner.
Vi har tidligere vist at bein og felles VCA levedyktighet kan opprettholdes i rotter og kaniner uten behov for lang-sikt-immunsuppresjon av implantasjon av mottakeren avledede fartøy innen VCA. Det genererer en gjestfrihet, neoangiogenic sirkulasjon målbare flyt og aktive bein remodeling, krever bare 2 uker med er. Som liten dyrene avviker mann vesentlig i anatomi, bein fysiologi og immunologi, har vi utviklet en svin bein VCA modell for å vurdere denne teknikken før klinisk anvendelse er gjennomført. Miniatyr svin er nå mye brukt for allotransplantation forskning, gitt deres immunologic, anatomisk, fysiologiske og størrelse likheter til mann. Her beskriver vi en ny svin orthotopic tibial bein VCA modell å teste rollen gjestfrihet kirurgisk angiogenese å opprettholde VCA levedyktighet.
Modell rekonstruerer Segmentinformasjon tibial bein defekter bruke størrelse – og figur-matchet allogene tibial bein segmenter, transplantert over en stor svin leukocytter antigen (SLA) feil i Yucatan miniatyr svin. Næringsstoffer fartøyet reparasjon og implantering av mottakeren avledede gjestfrihet fartøy i medullær kanalen allogene tibial bein segmenter utføres i kombinasjon med samtidige kortsiktige er. Dette tillater en neoangiogenic gjestfrihet sirkulasjon å utvikle fra implantert vevet, opprettholde flyten gjennom allogene næringsstoffer skipene i kort tid. Når etablert, vedlikeholder nye gjestfrihet sirkulasjon bein levedyktighet etter opphør av medikamentell behandling og påfølgende næringsstoffer fartøyet trombose.
Introduction
Store Segmentinformasjon osseous feil resultat traumer, infeksjon eller lem-sparing kirurgi etter kreft. Gjeldende rekonstruktiv alternativer som Stangeriaceae gjestfrihet Bentransplantering, bein transport, protese erstatning, og cryopreserved nekrose allografts, brukes alene eller i kombinasjon, er knyttet til betydelige sykelighet og har høy komplikasjoner1,2,3.
Tilstedeværelsen av en mikrovaskulær nettverk er viktig for dannelsen og homeostase av bein, støtter osteogenic, chondrogenic og mesenchymal stamceller nødvendig for bein reparasjon4.
Transplantasjon av levende allogene bein, en form for Stangeriaceae sammensatte vev allotransplantation (bein VCA), utført med Mikrokirurgiske anastomose av sin nærings pedicle, kan representere en fremtidig rekonstruktiv alternativ. Som cryopreserved allogene bein, er umiddelbar stabilitet levert av stemmer godt overens bein defekt morfologi. Som gjestfrihet Stangeriaceae pode, gir forbedret healing og ombygging av levende bein vev. Hinder i noen allotransplant prosedyre er fortsatt behov for lang-sikt-immunsuppresjon (IS). Problemet er mer akutt muskel vev, som krever narkotika doser 2 – 3 ganger større enn organ transplants5. Samtidig risikoen inkludert orgel-toksisitet, kreft, infeksjon eller utvikling av graft – versus – host sykdom er vanskelig å rettferdiggjøre i disse nonlife kritiske applikasjoner6. Episoder av akutte og kroniske avvisning beholdes imidlertid et stort problem med gjeldende langsiktige er7. Kontinuerlige arbeid tett kamp histocompatibility antigener, indusere donor-spesifikke toleranse og/eller forbedre narkotika immunterapi har ikke ennå rutinemessig klart tillater klinisk medikamentfri vev overlevelse8,9.
Vi har tidligere vist midler til å opprettholde bein VCA levedyktighet og styrke bein remodeling i små dyr modeller av fremme en ny gjestfrihet sirkulasjon i transplantert bein. Dette gjøres ved ytterligere bruk av kirurgiske angiogenese implantert gjestfrihet vev10,11,12. Allogene bein segmenter transplanteres microsurgically med anastomose av næringsstoffer bein segmentet pedicle. I tillegg er vert-avledet fartøy implantert inn medullær kanalen av allogene Stangeriaceae bein segmentet. Underveis 2 ukers opprettholdes patency av allogene næringsstoffer fartøyet med narkotika immunsuppresjon. Etter er-uttak, den næringsstoffer pedicle vil til slutt thrombose13. Nye kapillær sengen, basert på verten-avledet skipene gir tilstrekkelig sirkulasjon for å opprettholde vev levedyktighet. Bein healing og remodeling er forbedret siden osteogenesis angiogenese er kombinert10,11,12. Ingen ytterligere immunterapi kreves og bein levedyktighet opprettholdes langsiktige tross en immunologisk kompetent vert og fravær av donor-spesifikke toleranse.
Oversettelse av denne romanen Ben allotransplantation i klinisk praksis bør beste innledes med videre studier av healing, mekaniske egenskaper og immunologi i en stor dyr modell. Svin modellen er ideell for slike VCA forskning14,15,16. Miniatyr svin er sammenlignbare i størrelse og anatomi mann, slik at skjelettlidelser rekonstruksjon bruker identisk kirurgisk implantater og teknikker. Svin immunologi er godt definert, inkludert svin leukocytter antigen (SLA) haplotypes og blod typer, nødvendig for hårtransplantasjon. Celle avstamning studier er mulig med sex-Feilkoblede transplantasjon, som er detaljerte analyser immunreaksjoner17,18,19,20,21.
Her beskriver vi en bein VCA allotransplantation modell i Yucatan miniatyr svin, egnet for studiet av Segmentinformasjon bentap og gjenoppbygging. Denne modellen kan brukes til å undersøke samspillet mellom kirurgisk angiogenese og kortsiktige er på bein VCA overlevelse og funksjon, inkludert osteocyte avstamning, bein blodstrøm, healing og remodeling kapasiteter, alloresponsiveness og biomekanikk også til teste andre innovative immun modulatory strategier.
Protocol
Representative Results
Discussion
Transplantasjon av Stangeriaceae allogene bein (Ben VCA) kan representere et fremtidig rekonstruktiv alternativ for store Segmentinformasjon osseous mangler. Behov for lang-sikt-immunsuppresjon (IS) og sin betydelige bivirkninger nødvendig for bein VCA overlevelse er imidlertid vanskelig å rettferdiggjøre i disse nonlife kritiske applikasjoner6.
Selv om innavlet stammer av laboratoriet rotta har blitt brukt mye i allotransplantation forskning for å teste ulike tiln?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker divisjon av Media støttetjenestene, Mayo Clinic Rochester, MN for videoproduksjon og Georgios Kotsougianis for redigering av video. Utmerket kunstverket ble utført av Jim Postier, Rochester, MN. I tillegg forfatterne ønsker å takke tyske research foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft) for å gi lønn støtte for Dr. Dimitra Kotsougiani (DFG grant: KO 4903/1-1). Dette arbeidet ble støttet av en sjenerøs gave fra Tarek E. Obaid. Dette arbeidet ble utført i mikrovaskulær forskningslaboratoriet, avdeling Ortopedisk kirurgi 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 |
References
- 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).
