Un modelo simplificado para el trasplante heterotópico de válvulas cardíacas en roedores

Summary

Este protocolo describe un método simple y eficiente para el trasplante de valvas de la válvula aórtica debajo de la cápsula renal para permitir el estudio de la alorreactividad de las válvulas cardíacas.

Abstract

Existe una necesidad clínica urgente de reemplazos de válvulas cardíacas que puedan crecer en los niños. El trasplante de válvula cardíaca se propone como un nuevo tipo de trasplante con el potencial de entregar válvulas cardíacas duraderas capaces de crecimiento somático sin necesidad de anticoagulación. Sin embargo, la inmunobiología de los trasplantes de válvulas cardíacas sigue sin explorarse, lo que pone de relieve la necesidad de modelos animales para estudiar este nuevo tipo de trasplante. Se han descrito modelos previos de ratas para el trasplante heterotópico de válvula aórtica en la aorta abdominal, aunque son técnicamente desafiantes y costosos. Para abordar este desafío, se desarrolló un modelo de trasplante subcapsular renal en roedores como un método práctico y más sencillo para estudiar la inmunobiología del trasplante de válvula cardíaca. En este modelo, se cosecha una sola valva de la válvula aórtica y se inserta en el espacio subcapsular renal. El riñón es de fácil acceso, y el tejido trasplantado está contenido de forma segura en un espacio subcapsular que está bien vascularizado y puede acomodar una variedad de tamaños de tejido. Además, debido a que una sola rata puede proporcionar tres valvas aórticas de donantes y un solo riñón puede proporcionar múltiples sitios para el tejido trasplantado, se requieren menos ratas para un estudio determinado. Aquí, se describe la técnica de trasplante, que proporciona un importante paso adelante en el estudio de la inmunología del trasplante de válvula cardíaca.

Introduction

Los defectos cardíacos congénitos son la discapacidad congénita más común en los seres humanos, que afecta a 7 de cada 1.000 niños nacidos vivos cada año¹. A diferencia de los pacientes adultos en los que se implantan rutinariamente varias válvulas mecánicas y bioprotésicas, los pacientes pediátricos actualmente no tienen buenas opciones para el reemplazo de válvulas. Estos implantes convencionales no tienen el potencial de crecer en los niños receptores. Como resultado, se requieren reoperaciones mórbidas para intercambiar los implantes de válvulas cardíacas por versiones sucesivamente más grandes a medida que los niños crecen, y los niños afectados a menudo requieren hasta cinco o más cirugías a corazón abierto en su vida ^2,3. Los estudios han demostrado que la ausencia de intervención o muerte es significativamente pobre para los bebés que para los niños mayores, con el 60% de los bebés con válvulas cardíacas protésicas que enfrentan una nueva operación o la muerte dentro de los 3 años posteriores a su operación inicial⁴. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de administrar una válvula cardíaca que pueda crecer y mantener la función en pacientes pediátricos.

Durante décadas, los intentos de ofrecer reemplazos de válvulas cardíacas en crecimiento se han centrado en la ingeniería de tejidos y las células madre. Sin embargo, los intentos de trasladar estas válvulas a la clínica han sido infructuosos hasta ahora 5,6,7,8. Para abordar esto, un trasplante de válvula cardíaca se propone como una operación más creativa para administrar reemplazos de válvulas cardíacas en crecimiento que tienen la capacidad de autorrepararse y evitar la trombogénesis. En lugar de trasplantar todo el corazón, solo se trasplanta la válvula cardíaca y luego crecerá con el niño receptor, similar a los trasplantes de corazón convencionales o un autógrafo pulmonar de Ross ^9,10,11. Después de la operación, los niños receptores recibirán inmunosupresión hasta que la válvula trasplantada pueda cambiarse por una prótesis mecánica de tamaño adulto cuando ya no se requiera el crecimiento de la válvula. Sin embargo, la biología del trasplante de los injertos de trasplante de válvula cardíaca permanece inexplorada. Por lo tanto, se necesitan modelos animales para estudiar este nuevo tipo de trasplante.

Se han descrito previamente varios modelos de ratas para el trasplante heterotópico de la válvula aórtica en la^{aorta abdominal} 12,13,14,15,16,17,18. Sin embargo, estos modelos son prohibitivamente complicados, a menudo requieren cirujanos capacitados para operar con éxito. Además, son costosos y requieren mucho tiempo¹⁹. Se desarrolló un nuevo modelo de rata para crear un modelo animal más simple para estudiar la inmunobiología de los trasplantes de válvulas cardíacas. Las valvas de la válvula aórtica única se extirpan y se insertan en el espacio subcapsular renal. El riñón es especialmente adecuado para estudiar el rechazo del trasplante, ya que está altamente vascularizado con acceso a células inmunes circulantes^20,21. Mientras que varios otros han utilizado un modelo subcapsular renal para estudiar la biología del trasplante de otros trasplantes de aloinjertos como páncreas, hígado, riñón y córnea ^{22,23,24,25,26,27}, esta es la primera descripción del trasplante de tejido cardíaco en esta posición. Aquí, se describe la técnica de trasplante, que proporciona un importante paso adelante en el estudio de la inmunología del trasplante de válvula cardíaca.

Protocol

El estudio fue aprobado por el Comité de Investigación Animal siguiendo la Guía de los Institutos Nacionales de Salud para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio. 1. Información sobre el modelo animal (Ratas) Use un microscopio quirúrgico (consulte la Tabla de materiales) con un aumento de hasta 20x para todos los procedimientos quirúrgicos. Use cepas singénicas (como Lewis-Lewis) o alogénicas (como Lewis-Brown Norway) para los trasplantes seg?…

Representative Results

Se proporciona una representación gráfica del diseño experimental para el modelo de rata (Figura 1). Además, en la Figura 2 también se muestra una raíz aórtica diseccionada del corazón del donante y una valva de válvula aórtica individual preparada para la implantación. A continuación, se muestra una imagen representativa de la posición de la valva de la válvula aórtica debajo de la cápsula renal para la implantación en la F…

Discussion

Importancia y aplicaciones potenciales
Si bien las válvulas cardíacas mecánicas y bioprotésicas se usan rutinariamente en pacientes adultos que requieren reemplazo de válvulas, estas válvulas carecen del potencial de crecimiento y, por lo tanto, no son óptimas para los pacientes pediátricos. El trasplante de válvula cardíaca es una operación experimental diseñada para administrar reemplazos de válvulas cardíacas en crecimiento para neonatos y bebés con enfermedad cardíaca congénita. S…

Materials

0.9% Sodium Chlordie, USP	Baxter	NDC 0338-0048-04
4-0 Polyglactin 910	Ethicon	J415H
7.5% Povidone-Iodine	CareFusion	29904-004
70% ETOH	Fisher Scientific	BP82031GAL
Anesthesia induction chamber	Harvard Apparatus	75-2030	Air-tight inducton chamber for rats
Anesthesia machine	Harvard Apparatus	75-0238	Mobile Anesthesia System with Passive Scavenging
Anesthesia Mask	Harvard Apparatus	59-8255	Rat anesthesia mask
Brown Norway Rats (BN/Crl)	Charles River	Strain Code 091	Male, 5-7 weeks, 100-200 g
Buprenorphine Hydrochloride, 0.3 mg/mL	PAR Pharmaceutical	NDC 42023-179-05	0.03 mg/kg, administered subcutaneously
Electric hair clippers	WAHL	79434
Electric Heating Pad	Harvard Apparatus	72-0492	Maintained at 36-38 °C
Heparin	Sagent Pharmaceuticals	NDC 25021-400-10	100U/100g injection into the left atrium
Insulin Syringe, 1 mL	Fisher Scientific	14-841-33
Iris forceps curved	World Precision Instruments	15917
Iris forceps straight	World Precision Instruments	15916
Isoflurane, USP	Piramal Critical Care	NDC 66794-017-25	Induced at 5% isoflurance in oxygen and maintained with 3.5% isoflurane in oxygen
Lewis Rats (LEW/ Crl)	Charles River	Strain Code 004	Male, 5-7 weeks, 100-200 g
Micro forceps	World Precision Instruments	500233	Dumont #5
Micro scissors	World Precision Instruments	501930	Spring-loaded Vannas Scissors
Needle Driver	World Precision Instruments	500226	Ryder Needle Driver
Operating microscope	AmScope	SM-3BZ-80S	3.5x – 90x Stereo Microscope
Petri Dish	Fisher Scientific	FB0875714
Petrolatum ophthalmic ointment	Dechra	NDC 17033-211-38
Skin staples	Ethicon	PXR35	Proximate 35
Sterile cotton swabs	Puritan	25-806 1WC
Sterile gauze sponges	Fisher Scientific	22-037-902
Surgical Scissors	World Precision Instruments	1962C	Metzenbaum Scissors
University of Wisconsin Buffer (Servator B)	S.A.L.F S.p.A.	6484A1	Stored at 4 °C