En gnavermodel af Ross-operationen: Syngeneisk lungearterietransplantatimplantation i en systemisk position
Summary
Vi demonstrerer, hvordan man etablerer en murinmodel af lungerodimplantation i den faldende aorta for at simulere Ross-proceduren. Denne model muliggør mellemlang / langsigtet evaluering af lungeautograftombygning i en systemisk position, der repræsenterer grundlaget for udvikling af terapeutiske strategier til fremme af tilpasningen.
Abstract
Ross-operationen for aortaklappens sygdom har genvundet ny interesse på grund af sine fremragende langsigtede resultater. Ikke desto mindre beskrives den mulige udvidelse af lungeautgraften og efterfølgende aorta-regurgitation, når den anvendes som fritstående roderstatning. Flere dyremodeller er blevet foreslået. Disse er dog normalt begrænset til ex-vivo-modeller eller in vivo-forsøg med relativt dyre dyremodeller. I denne undersøgelse forsøgte vi at etablere en gnavermodel for implantation af lungearterietransplantat (PAG) i en systemisk position. I alt 39 voksne Lewis-rotter blev inkluderet. Umiddelbart efter aflivning blev lungeroden høstet fra et donordyr (n = 17). Syngeneiske modtagerrotter (n=17) og sham-opererede (n=5) rotter blev bedøvet og ventileret. I modtagergruppen blev PAG implanteret med en ende-til-ende anastomose i infra-renal abdominal aortaposition. Sham-opererede rotter gennemgik kun transektion og re-anastomose af aorta. Dyr blev fulgt med serielle ultralydsundersøgelser i to måneder og post mortem histologisk analyse. Den mediane PAG-diameter i den oprindelige position var 3,20 mm (IQR = 3,18-3,23). Ved opfølgning var mediandiameteren af PAG 4,03 mm (IQR = 3,74-4,13) efter 1 uge, 4,07 mm (IQR = 3,80-4,28) efter 1 måned og 4,27 mm (IQR = 3,90-4,35) efter 2 måneder (s<0,01). Den systoliske maksimale hastighed var 220,07 mm/s (IQR=210,43-246,41) efter 1 uge, 430,88 mm/s (IQR=375,28-495,56) efter 1 måned og 373,68 mm/s (IQR=305,78-429,81) efter 2 måneder (p=0,02) og adskilte sig ikke fra den sham-opererede gruppe i slutningen af eksperimentet (p=0,5). Histologisk analyse viste ingen tegn på endoteltrombose. Denne undersøgelse viste, at gnavermodeller kan muliggøre evaluering af den langsigtede tilpasning af lungeroten til et højtrykssystem. En systemisk placeret syngeneisk PAG-implantation repræsenterer en enkel og gennemførlig platform for udvikling og evaluering af nye kirurgiske teknikker og lægemiddelterapier for yderligere at forbedre resultaterne af Ross-operationen.
Introduction
Medfødt aortaklapstenose er en undergruppe af medfødt hjertesygdom karakteriseret ved en obstruktion af venstre ventrikulære kanal, hvor læsionen er placeret på valvulært niveau. Misdannelsen påvirker ca. 0,04-0,38 pr. 1000 levendefødte1.
De tilgængelige muligheder for korrektionen er mange, hver med sine egne fordele og ulemper. For patienter, der er egnede til biventrikulær korrektion2, kan fremgangsmåden være rettet mod ventilreparation (perkutan eller kirurgisk valvulotomi) eller udskiftning heraf3. Sidstnævnte foretrækkes, når aortaklappen betragtes som uoprettelig; De tilgængelige muligheder er dog begrænsede for pædiatriske patienter. Faktisk er bioprotetiske ventiler ikke indiceret til aortaudskiftning hos den unge befolkning på grund af deres tidlige forkalkning4. På den anden side er degeneration i mekaniske ventiler betydeligt langsommere, men disse kræver livslang antikoagulerende behandling5. Derudover er den største begrænsning af disse proteser repræsenteret af manglen på vækstpotentiale, hvilket prædisponerer patienterne for yderligere reinterventioner.
En interessant terapeutisk mulighed i den pædiatriske befolkning er overførslen af lungeautgraften til aortapositionen med navnet “Ross operation”. I dette tilfælde udskiftes lungeventilen derefter med en homograft (figur 1)6. Denne procedure kan muligvis repræsentere det bedste kirurgiske valg for børn, fordi lungeautograften bevarer sit vækstpotentiale og ikke bærer risikoen ved livslang antikoagulerende behandling. Desuden kan Ross-proceduren også være af stor værdi hos unge voksne for at undgå en mekanisk eller biologisk ventil, der har potentiale til at blive den bedste kirurgiske løsning.
Resultater efter udskiftning af aortaklappen med lungeautografi er fremragende, med en overlevelse på mere end 98 % og gode langsigtede resultater7. Litteraturstudier rapporterer 93% og 90% frihed fra at erstatte lungehomografit efter henholdsvis 4 og 12 år8.
Den største begrænsning ved denne procedure er autograftens tendens til at udvide sig på lang sigt, især når den anvendes som en fritstående roderstatning. Dette kan forårsage valvulær inkompetence, som kan kræve en reintervention. Faktisk rapporterer den længste opfølgende undersøgelse, der hidtil er udført, frihed fra reoperation til autograftudskiftning på 88% efter 10 år og 75% efter 20 år9.
Muligheden for at genskabe en Ross-operation i en eksperimentel indstilling repræsenterer en grundlæggende forudsætning for at undersøge den underliggende mekanisme for lungeautgrafttilpasningen til systemiske tryk. Flere modeller er tidligere blevet foreslået. Disse er dog normalt begrænset til ex-vivo-forsøg eller in vivo-dyremodeller med relativt dyre store dyr. I denne undersøgelse søgte vi at etablere en gnavermodel af pulmonal arterietransplantat (PAG) implantation i en systemisk position som fritstående rod.
Protocol
Representative Results
Discussion
Udskiftning af aortaklappen med den autologe lungerod (Ross-operation) repræsenterer en attraktiv mulighed for medfødt reparation af aortaklapstenose på grund af den gunstige profil og potentielle vækst af autograft10. Den største begrænsning for denne procedure er den potentielle udvidelse af aorta-neoventilen, som prædisponerer for udviklingen af langsigtet regurgitation. Muligheden for at karakterisere ændringerne på lungearterien efter udsættelse for systemiske tryk kan danne grundla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Undersøgelsen blev finansieret af det integrerede budget for tværministeriel forskning (BIRD) 2019.
Materials
| 0.9% Sodium Chloride | Monico SpA | AIC 030805105 | Two bottles of 100 mL. The cold one (4°C) for flushing the harvesting organ; the warm one (39°C) for moistening, and rehydration of the recipient |
| 7.5% Povidone-Iodine | B Braun | AIC 032151211 | |
| Barraquer | Aesculap | FD 232R | Straight micro needle holder for the vascular anastomoses |
| Castroviejo needle holder | Not available | J 4065 | To close the animal |
| Clip applying forceps | Rudolf Medical | RU 3994-05 | For clip application |
| Cotton swabs | Johnson & Johnson Medical SpA | N/A | Supermarket product. Sterilized |
| Curved micro jeweller forceps | Rudolf Medical | RU 4240-06 | Used to pass sutures underneath the vases. |
| Depilatory cream | RB healthcare | N/A | Supermarket product |
| Electrocautery machine | LED SpA | Surton 200 | |
| Fine scissors | Rudolf Medical | RU 2422-11 | For opening the abdomen (recipient) |
| Fine-tip curved Vannas micro scissors | Aesculap | OC 497R | Only for preparing the pulmonary root, cut the lumbar vases and the 10/0 Prolene |
| Fluovac Isoflurane/Halotane Scavanger unit | Harvard Apparatus Ltd | K 017041 | Complete of anesthesia machine, anesthesia tubing, induction chamber and scavenger unit with absorbable filter |
| Gentamycin | MSD Italia Srl | AIC 020891014 | Antibiotic. Single dose, 5 mg/kg intramuscular, administered during surgery |
| Heparin | Pharmatex Italia Srl | AIC 034692044 | 500 IU into the recipient abdominal vena cava |
| I.V. Catheter | Smiths Medical Ltd | 4036 | 20G |
| Insulin Syringe, 1 mL | Fisher Scientific | 14-841-33 | To inject heparin in the harvesting animal and to flush the sectioned aorta in the recipient |
| Jeweler bipolar forceps | GIMA SpA | 30665 | 0.25 mm tip. For electrocautery of very small vases |
| Lewis rats (LEW/HanHsd) | Envigo RMS SRL, San Pietro al Natisone, Udine, Italy | 86104M | Male or female, weighing 200-250 g (pulmonary root harvesting animals) and 320-400 g (recipients) |
| Micro-Mosquito | Rudolf Medical | RU 3121-10 | In number of four, with tips covered with silicon tubing. To keep in traction the Prolene suture during anastomosis |
| Operating microscope | Leica Microsystems | M 400-E | Used with 6x, 10x and 16x in-procedure interchangeable magnifications |
| Perma-Hand silk 2-0 | Johnson & Johnson Medical SpA | C026D | To lift the aorta |
| Petrolatum ophthalmic ointment | Dechra | NDC 17033-211-38 | |
| Prolene 10-0 | Johnson & Johnson Medical SpA | W2790 | Very fine non-absorbable suture, with a BV75-3 round bodied needle, for the vascular anastomoses |
| Retractors | Not any | N/A | Two home-made retractors |
| Ring tip micro forceps | Rudolf Medical | RU 4079-14 | For delicate manipulation |
| Sevoflurane | AbbVie Srl | AIC 031841036 | Mixed with oxygen, for inhalatory anesthesia |
| Spring type micro scissors | Rudolf Medical | RU 2380-14 | Straight; 14 cm long |
| Standard aneurysm clips | Rudolf Medical | RU 3980-12 | Two clips (7.5 mm; 180 g; 1.77 N) to close the aorta |
| Sterile gauze of non-woven fabric material | Luigi Salvadori SpA | 26161V | 7.5×7.5 cm, four layers |
| Straight Doyen scissors | Rudolf Medical | RU/1428-16 | For use to the donor |
| Straight micro jeweller forceps | Rudolf Medical | RU 4240-04 | 10.5 cm long. Used throughout the anastomosis |
| Syringes | Artsana SpA | N/A | 20 mL (for the harvesting animal) and 5 mL (for the recipient). For saline flushing and dipping |
| TiCron 4-0 | Covidien | CV-331 | For closing muscles and skin |
| Tissue forceps V. Mueller | McKesson | CH 6950-009 | Used for skin and muscles |
| Tramadol | SALF SpA | AIC 044718029 | Analgesic. Single dose, 5 mg/kg intramuscular |
| Virgin silk 8-0 | Johnson & Johnson Medical SpA | W818 | For arterial branch ligation |
References
- Botto, L. D., Correa, A., Erickson, J. D. Racial and temporal variations in the prevalence of heart defects. Pediatrics. 107 (3), 32 (2001).
- Vergnat, M., et al. Aortic stenosis of the neonate: A single-center experience. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 157 (1), 318-326 (2019).
- Hraška, V., et al. The long-term outcome of open valvotomy for critical aortic stenosis in neonates. The Annals of Thoracic Surgery. 94 (5), 1519-1526 (2012).
- Kaza, A. K., Pigula, F. A. Are bioprosthetic valves appropriate for aortic valve replacement in young patients. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. 19 (1), 63-67 (2016).
- Myers, P. O., et al. Outcomes after mechanical aortic valve replacement in children and young adults with congenital heart disease. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 157 (1), 329-340 (2019).
- Donald, J. S., et al. Ross operation in children: 23-year experience from a single institution. The Annals of thoracic surgery. 109 (4), 1251-1259 (2020).
- Khwaja, S., Nigro, J. J., Starnes, V. A. The Ross procedure is an ideal aortic valve replacement operation for the teen patient. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. , 173-175 (2005).
- Elkins, R. C., Lane, M. M., McCue, C. Ross operation in children: late results. The Journal of Heart Valve Disease. 10 (6), 736-741 (2001).
- Chambers, J. C., Somerville, J., Stone, S., Ross, D. N. Pulmonary autograft procedure for aortic valve disease: long-term results of the pioneer series. Circulation. 96 (7), 2206-2214 (1997).
- Mazine, A., et al. Ross procedure in adults for cardiologists and cardiac surgeons: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (22), 2761-2777 (2018).
- Sengupta, P. The laboratory rat: Relating its age with humans. International Journal of Preventive Medicine. 4 (6), 624-630 (2013).
- Ashfaq, A., Leeds, H., Shen, I., Muralidaran, A. Reinforced ross operation and intermediate to long term follow up. Journal of Thoracic Disease. 12 (3), 1219-1223 (2020).
- Vida, V. L., et al. Age is a risk factor for maladaptive changes of the pulmonary root in rats exposed to increased pressure loading. Cardiovascular Pathology: The Official Journal of the Society for Cardiovascular Pathology. 21 (3), 199-205 (2012).
- Nappi, F., et al. An experimental model of the Ross operation: Development of resorbable reinforcements for pulmonary autografts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 149 (4), 1134-1142 (2015).
- Vanderveken, E., et al. Mechano-biological adaptation of the pulmonary artery exposed to systemic conditions. Scientific Reports. 10 (1), 2724 (2020).
