Модель грызунов операции Росса: имплантация сингенного трансплантата легочной артерии в системном положении
Summary
Мы демонстрируем, как установить мышиную модель имплантации легочного корня в нисходящую аорту для имитации процедуры Росса. Данная модель позволяет проводить среднесрочную/долгосрочную оценку ремоделирования легочного аутотрансплантата в системном положении, представляя собой основу для разработки терапевтических стратегий содействия его адаптации.
Abstract
Операция Росса по поводу заболевания аортального клапана вновь обрела новый интерес благодаря своим выдающимся долгосрочным результатам. Тем не менее, при использовании в качестве автономной замены корня описывается возможное расширение легочного аутотрансплантата и последующая аортальная регургитация. Было предложено несколько моделей на животных. Однако они обычно ограничиваются моделями ex-vivo или экспериментами in vivo с относительно дорогими моделями крупных животных. В этом исследовании мы стремились установить грызунную модель имплантации трансплантата легочной артерии (PAG) в системном положении. В общей сложности было включено 39 взрослых крыс Льюиса. Сразу после эвтаназии легочный корень был собран у животного-донора (n=17). Сингенных реципиентов (n=17) и фиктивных (n=5) крыс седировали и вентилировали. В группе реципиентов ПАГ имплантировали со сквозным анастомозом в инфра-почечном абдоминальном положении аорты. Крысы с фиктивной операцией подвергались только трансекции и повторному анастомозу аорты. За животными наблюдали серийные ультразвуковые исследования в течение двух месяцев и посмертный гистологический анализ. Медианный диаметр PAG в исходном положении составил 3,20 мм (IQR=3,18-3,23). При последующем наблюдении медианный диаметр PAG составлял 4,03 мм (IQR = 3,74-4,13) через 1 неделю, 4,07 мм (IQR = 3,80-4,28) через 1 месяц и 4,27 мм (IQR = 3,90-4,35) через 2 месяца (p<0,01). Пиковая систолическая скорость составляла 220,07 мм/с (IQR=210,43-246,41) на 1 неделе, 430,88 мм/с (IQR=375,28-495,56) на 1 месяц и 373,68 мм/с (IQR=305,78-429,81) на 2 месяца (p=0,02) и не отличалась от фиктивной группы в конце эксперимента (p=0,5). Гистологический анализ не показал никаких признаков эндотелиального тромбоза. Это исследование показало, что модели грызунов могут позволить оценить долгосрочную адаптацию легочного корня к системе высокого давления. Системно размещенная сингенная имплантация ПАГ представляет собой простую и осуществимую платформу для разработки и оценки новых хирургических методов и медикаментозной терапии для дальнейшего улучшения результатов операции Росса.
Introduction
Врожденный стеноз аортального клапана – это подгруппа врожденных пороков сердца, характеризующаяся обструкцией левого желудочкового тракта, в которой поражение расположено на клапанном уровне. Порок развития поражает примерно 0,04-0,38 на 1000 живорождений1.
Доступных вариантов коррекции много, каждый со своими преимуществами и недостатками. Для пациентов, подходящих для бивентрикулярной коррекции2, подход может быть направлен на восстановление клапана (чрескожная или хирургическая вальвулотомия) или его замену3. Последнее предпочтительно, когда аортальный клапан считается неспасительным; однако доступные варианты ограничены для педиатрических пациентов. Действительно, биопротезные клапаны не показаны для замены аорты у молодого населения из-за их ранней кальцификации4. С другой стороны, дегенерация в механических клапанах происходит значительно медленнее, но они требуют пожизненной антикоагулянтной терапии5. Кроме того, основным ограничением этих протезов является отсутствие потенциала роста, что предрасполагает пациентов к дополнительным реинтервенциям.
Интересным терапевтическим вариантом в педиатрической популяции является перевод легочного аутотрансплантата в положение аорты под названием «операция Росса». В этом случае легочный клапан затем заменяют гомотрансплантатом (рисунок 1)6. Эта процедура может представлять собой лучший хирургический выбор для детей, потому что легочный аутотрансплантат сохраняет свой потенциал роста и не несет рисков пожизненной антикоагулянтной терапии. Кроме того, процедура Росса может иметь большое значение также для молодых людей, чтобы избежать механического или биологического клапана, имея потенциал стать лучшим хирургическим решением.
Результаты после замены аортального клапана легочным аутотрансплантатом превосходны, с выживаемостью более 98% и хорошими долгосрочными результатами7. Литературные исследования сообщают о 93% и 90% свободе от замены легочного гомотрансплантата в 4 и 12 лет соответственно8.
Основным ограничением этой процедуры является тенденция аутотрансплантата расширяться в долгосрочной перспективе, особенно при использовании в качестве отдельно стоящей замены корня. Это может привести к некомпетентности клапанов, которая может потребовать повторного вмешательства. Действительно, самое длинное последующее исследование, проведенное до сих пор, сообщает о свободе от повторной операции для замены аутотрансплантата 88% через 10 лет и 75% через 20 лет9.
Возможность воссоздания операции Росса в экспериментальных условиях представляет собой фундаментальную предпосылку для исследования основного механизма адаптации легочного аутотрансплантата к системным давлениям. В прошлом было предложено несколько моделей. Однако они обычно ограничиваются экспериментами ex-vivo или моделями in vivo на животных с относительно дорогими крупными животными. В этом исследовании мы стремились установить грызунную модель имплантации трансплантата легочной артерии (PAG) в системном положении, как отдельно стоящий корень.
Protocol
Representative Results
Discussion
Замена аортального клапана аутологичным легочным корнем (операция Росса) представляет собой привлекательный вариант для восстановления врожденного стеноза аортального клапана благодаря благоприятному профилю и потенциальному росту аутотрансплантата10. Основным огран?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Исследование финансировалось из интегрированного бюджета межведомственных исследований (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).
