Kemirgenlerde Heterotopik Kalp Kapağı Transplantasyonu için Basitleştirilmiş Bir Model
Summary
Bu protokol, kalp kapaklarının alloreaktivitesinin incelenmesine izin vermek için renal kapsülün altına aort kapak broşürlerinin transplantasyonu için basit ve etkili bir yöntem tanımlamaktadır.
Abstract
Çocuklarda büyüyebilecek kalp kapağı replasmanları için acil bir klinik ihtiyaç vardır. Kalp kapağı transplantasyonu, antikoagülasyona gerek kalmadan somatik büyüme yeteneğine sahip dayanıklı kalp kapakçıkları sağlama potansiyeline sahip yeni bir nakil türü olarak önerilmektedir. Bununla birlikte, kalp kapağı nakillerinin immünobiyolojisi keşfedilmemiş kalmakta ve bu yeni nakil türünü incelemek için hayvan modellerine duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır. Abdominal aort içine heterotopik aort kapak transplantasyonu için önceki sıçan modelleri, teknik olarak zor ve maliyetli olmalarına rağmen tanımlanmıştır. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, kalp kapağı nakli immünobiyolojisini incelemek için pratik ve daha basit bir yöntem olarak kemirgenlerde bir renal subkapsüler nakil modeli geliştirilmiştir. Bu modelde, tek bir aort kapak broşürü toplanır ve renal subkapsüler boşluğa yerleştirilir. Böbreğe kolayca erişilebilir ve nakledilen doku, iyi vaskülarize edilmiş ve çeşitli doku boyutlarını barındırabilen bir subkapsüler boşlukta güvenli bir şekilde bulunur. Ayrıca, tek bir sıçan üç donör aort broşürü sağlayabildiğinden ve tek bir böbrek nakledilen doku için birden fazla bölge sağlayabildiğinden, belirli bir çalışma için daha az sıçan gereklidir. Burada, kalp kapağı transplantasyonunun transplantasyon immünolojisinin incelenmesinde ileriye doğru önemli bir adım sağlayan transplantasyon tekniği açıklanmaktadır.
Introduction
Konjenital kalp kusurları, insanlarda en sık görülen konjenital sakatlıktır ve her yıl 1000 canlı doğan çocuktan 7’sini etkilemektedir1. Çeşitli mekanik ve biyoprotez kapakların rutin olarak implante edildiği yetişkin hastaların aksine, pediatrik hastaların şu anda kapak replasmanı için iyi bir seçeneği yoktur. Bu geleneksel implantlar, alıcı çocuklarda büyüme potansiyeline sahip değildir. Sonuç olarak, kalp kapağı implantlarını çocuklar büyüdükçe art arda daha büyük versiyonlarla değiştirmek için morbid yeniden operasyonlar gereklidir, etkilenen çocuklar genellikle yaşamları boyunca beş veya daha fazla açık kalp ameliyatına ihtiyaç duyarlar 2,3. Çalışmalar, müdahale veya ölümden kurtulma özgürlüğünün bebekler için daha büyük çocuklardan daha zayıf olduğunu, protez kalp kapakçıkları olan bebeklerin% 60’ının ilk ameliyatlarından sonraki 3 yıl içinde yeniden ameliyat veya ölümle karşı karşıya kaldığını göstermiştir4. Bu nedenle, pediatrik hastalarda büyüyebilen ve işlevini koruyabilen bir kalp kapağı vermek için acil bir ihtiyaç vardır.
On yıllar boyunca, büyüyen kalp kapağı replasmanları sağlama girişimleri doku mühendisliği ve kök hücrelere odaklanmıştır. Ancak bu kapakların kliniğe çevrilmesi girişimleri şu ana kadar başarısız olmuştur 5,6,7,8. Bunu ele almak için, bir kalp kapağı transplantasyonu, kendi kendini onarma ve trombogenezden kaçınma yeteneğine sahip büyüyen kalp kapağı replasmanları sağlamak için daha yaratıcı bir operasyon olarak önerilmektedir. Tüm kalbin nakli yerine, sadece kalp kapağı nakledilir ve daha sonra geleneksel kalp nakillerine veya Ross pulmoner imzası 9,10,11’e benzer şekilde alıcı çocukla birlikte büyür. Ameliyat sonrasında, alıcı çocuklar, kapağın büyümesi artık gerekli olmadığında, nakledilen kapak yetişkin boyutunda bir mekanik protez ile değiştirilene kadar immünsüpresyon alacaktır. Bununla birlikte, kalp kapağı nakli greftlerinin nakil biyolojisi keşfedilmemiştir. Bu nedenle, bu yeni nakil türünü incelemek için hayvan modellerine ihtiyaç vardır.
Aort kapağının abdominal aort 12,13,14,15,16,17,18 içine heterotopik transplantasyonu için daha önce birkaç sıçan modeli tanımlanmıştır. Bununla birlikte, bu modeller yasaklayıcı bir şekilde zordur ve genellikle eğitimli cerrahların başarılı bir şekilde çalışmasını gerektirir. Ek olarak, pahalı ve zaman alıcı19. Kalp kapağı nakillerinin immünobiyolojisini incelemek için daha basit bir hayvan modeli oluşturmak için yeni bir sıçan modeli geliştirilmiştir. Tek aort kapak broşürleri eksize edilir ve renal subkapsüler boşluğa yerleştirilir. Böbrek, dolaşımdaki bağışıklık hücrelerine erişimi olan yüksek oranda vaskülarize olduğu için özellikle nakil reddini incelemek için uygundur20,21. Diğerleri pankreas, karaciğer, böbrek ve kornea 22,23,24,25,26,27 gibi diğer allogreft nakillerinin transplantasyon biyolojisini incelemek için renal subkapsüler bir model kullanmış olsa da, bu pozisyonda kalp dokusunun transplantasyonunun ilk tanımıdır. Burada, kalp kapağı transplantasyonunun transplantasyon immünolojisinin incelenmesinde ileriye doğru önemli bir adım sağlayan transplantasyon tekniği açıklanmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Önemi ve potansiyel uygulamaları
Mekanik ve biyoprotez kalp kapakları, kapak replasmanı gerektiren yetişkin hastalarda rutin olarak kullanılırken, bu kapaklar büyüme potansiyelinden yoksundur ve bu nedenle pediatrik hastalar için yetersiz kalmaktadır. Kalp kapağı transplantasyonu, yenidoğanlar ve konjenital kalp hastalığı olan bebekler için büyüyen kalp kapağı replasmanları sağlamak için tasarlanmış deneysel bir operasyondur. Bununla birlikte, geleneksel kalp nakillerinin tr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Şekil 1, biorender.com ile oluşturulmuştur. Bu çalışma kısmen TKR’ye AATS Vakfı Cerrahi Araştırmacı Programı, Güney Carolina Tıp Üniversitesi Pediatri Bölümü tarafından TKR’ye düzenlenen Çocuk Mükemmellik Fonu, TKR’ye bir Emerson Gül Kalp Vakfı hibesi, Senatör Paul Campbell’ın TKR’ye Hayırseverliği, JHK ve BG’ye Nih-nhlbi Kurumsal Doktora Sonrası Eğitim Hibeleri (T32 HL-007260), ve Güney Carolina Tıp Üniversitesi Tıp Fakültesi MAH’a Stajyer Öncesi FLEX Araştırma Fonu.
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 |
References
- Van Der Linde, D., et al. Birth prevalence of congenital heart disease worldwide: A systematic review and meta-analysis. Journal of the American College of Cardiology. 58 (21), 2241-2247 (2011).
- Jacobs, J. P., et al. Reoperations for pediatric and congenital heart disease: An analysis of the Society of Thoracic Surgeons (STS) congenital heart surgery database. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. 17 (1), 2-8 (2014).
- Syedain, Z. H., et al. Pediatric tri-tube valved conduits made from fibroblast-produced extracellular matrix evaluated over 52 weeks in growing lambs. Science Translational Medicine. 13 (585), 1-16 (2021).
- Khan, M. S., Samayoa, A. X., Chen, D. W., Petit, C. J., Fraser, C. D. Contemporary experience with surgical treatment of aortic valve disease in children. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 146 (3), 512-521 (2013).
- Boyd, R., Parisi, F., Kalfa, D. State of the art: Tissue engineering in congenital heart surgery. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery. 31 (4), 807-817 (2019).
- Feins, E. N., Emani, S. M. Expandable valves, annuloplasty rings, shunts, and bands for growing children. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. 23, 17-23 (2020).
- Lintas, V., et al. TCT-795 Human cell derived off-the-shelf tissue engineered heart valves for next generation transcatheter aortic valve replacement: a proof-of-concept study in adult sheep. Journal of the American College of Cardiology. 70 (18), 271 (2017).
- Blum, K. M., Drews, J. D., Breuer, C. K. Tissue-engineered heart valves: A call for mechanistic studies. Tissue Engineering Part B: Reviews. 24 (3), 240-253 (2018).
- Bernstein, D., et al. Cardiac growth after pediatric heart transplantation. Circulation. 85 (4), 1433-1439 (1992).
- Delmo Walter, E. M., et al. Adaptive growth and remodeling of transplanted hearts in children. Europeon Journal of Cardiothoracic Surgery. 40 (6), 1374-1383 (2011).
- Simon, P., et al. Growth of the pulmonary autograft after the Ross operation in childhood. Europeon Journal of Cardiothoracic Surgery. 19 (2), 118-121 (2001).
- Oei, F. B. S., et al. A size-matching heterotopic aortic valve implantation model in the rat. Journal of Surgical Research. 87 (2), 239-244 (1999).
- Oei, F. B. S., et al. Heart valve dysfunction resulting from cellular rejection in a novel heterotopic transplantation rat model. Transplant International. 13, (2000).
- El Khatib, H., Lupinetti, F. M. Antigenicity of fresh and cryopreserved rat valve allografts. Transplantation. 49 (4), 765-767 (1990).
- Yankah, A. C., Wottge, H. U. Allograft conduit wall calcification in a model of chronic arterial graft rejection. Journal of Cardiac Surgery. 12 (2), 86-92 (1997).
- Moustapha, A., et al. Aortic valve grafts in the rat: Evidence for rejection. Journal of Thoracic and Cardiovascualr Surgery. 114 (6), 891-902 (1997).
- Légaré, J. F., et al. Prevention of allograft heart valve failure in a rat model. Journal of Thoracic and Cardiovascualr Surgery. 122 (2), 310-317 (2001).
- Legare, J. F., Lee, T. D. G., Creaser, K., Ross, D. B., Green, M. T lymphocytes mediate leaflet destruction and allograft aortic valve failure in rats. The Annals of Thoracic Surgery. 70 (4), 1238-1245 (2000).
- Niimi, M. The technique for heterotopic cardiac transplantation in mice: Experience of 3000 operations by one surgeon. Journal of Heart and Lung Transplantation. 20 (10), 1123-1128 (2001).
- Burgin, M., et al. Kidney Subcapsular Allograft Transplants as a Model to Test Virus-Derived Chemokine-Modulating Proteins as Therapeutics. Methods in molecular biology. 2225, 257-273 (2021).
- Foglia, R. P., DiPreta, J., Donahoe, P. K., Statter, M. B. Fetal allograft survival in immunocompetent recipients is age dependent and organ specific. Annals of Surgery. 204 (4), 402-410 (1986).
- Cunha, G. R., Baskin, L. Use of sub-renal capsule transplantation in developmental biology. Differentiation. 91 (4-5), 4-9 (2016).
- Hori, J., Joyce, N., Streilein, J. W. Epithelium-deficient corneal allografts display immune privilege beneath the kidney capsule. Investigative Opthalmology & Visual Science. 41 (2), 443-452 (2000).
- Mandel, T., et al. transplantation of organ cultured fetal pig pancreas in non-obese diabetic (NOD) mice and primates (Macaca fascicularis). Xenotransplantation. 2 (3), 128-132 (1995).
- Ricordi, C., Flye, M. W., Lacy, P. E. Renal subcapsular transplantation of clusters of hepatocytes in conjunction with pancreatic islets. Transplantation. 45 (6), 1148-1150 (1988).
- Shultz, L. D., et al. Subcapsular transplantation of tissue in the kidney. Cold Spring Harbor Protocols. 2014 (7), 737-740 (2014).
- Vanden Berg, C. W., et al. Renal subcapsular transplantation of PSC-derived kidney organoids induces neo-vasculogenesis and significant glomerular and tubular maturation in vivo. Stem Cell Reports. 10 (3), 751-765 (2018).
- Mitchell, R. N., Jonas, R. A., Schoen, F. J. Pathology of explanted cryopreserved allograft heart valves: Comparison with aortic valves from orthotopic heart transplants. Journal of Thoracic and Cardiovasular Surgery. 115 (1), 118-127 (1998).
- Valante, M., et al. The aortic valve after heart transplantation. Annals of Thoracic Surgery. 60, (1995).
- O’Brien, M. F., Stafford, E. G., Gardner, M. A. H., Pohlner, P. G., McGiffin, D. C. A comparison of aortic valve replacement with viable cryopreserved and fresh allograft valves, with a note on chromosomal studies. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 94 (6), 812-823 (1987).
- Ng, T. F., Osawa, H., Hori, J., Young, M. J., Streilein, J. W. Allogeneic neonatal neuronal retina grafts display partial immune privilege in the subcapsular space of the kidney. The Journal of Immunology. 169 (10), 5601-5606 (2002).
- Heslop, B. F., Wilson, S. E., Hardy, B. E. Antigenicity of aortic valve allografts. Annals of Surgery. 177 (3), 301-306 (1973).
- Steinmuller, D., Weiner, L. J. Evocation and persistence of transplantation immunity in rats. Transplantation. 1 (1), 97-106 (1963).
- Billingham, R. E., Brent, L., Brown, J. B., Medawar, P. B. Time of onset and duration of transplantation immunity. Plastic and Reconstructive Surgery. 24 (1), 410-413 (1959).
- Tector, A. J., Boyd, W. C., Korns, M. E. Aortic valve allograft rejection. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 62 (4), 592-601 (1971).
- Sugimura, Y., Schmidt, A. K., Lichtenberg, A., Akhyari, P., Assmann, A. A rat model for the in vivo assessment of biological and tissue-engineered valvular and vascular grafts. Tissue Engineering Methods (Part C). 23 (12), 982-994 (2017).
