Mus heterotopisk cervikal hjertetransplantation ved hjælp af vaskulære manchetter
Summary
Musehjertetransplantationsmodeller repræsenterer værdifulde forskningsværktøjer til undersøgelse af transplantationsimmunologi. Den nuværende protokol beskriver mus heterotopisk cervikal hjertetransplantation, der involverer placering af manchetter på modtagerens fælles halspulsåre og donorens lungearteriestamme for at muliggøre laminær blodgennemstrømning.
Abstract
Murine-modeller af hjertetransplantation bruges ofte til at studere iskæmi-reperfusionsskade, medfødte og adaptive immunresponser efter transplantation og virkningen af immunmodulerende terapier på transplantatafstødning. Heterotopisk cervikal hjertetransplantation hos mus blev først beskrevet i 1991 ved hjælp af suturerede anastomoser og efterfølgende modificeret til at omfatte manchetteknikker. Denne ændring muliggjorde forbedrede succesrater, og siden da har der været flere rapporter, der har foreslået yderligere tekniske forbedringer. Oversættelse til mere udbredt anvendelse er dog fortsat begrænset på grund af de tekniske vanskeligheder, der er forbundet med graftanastomoser, som kræver præcision for at opnå tilstrækkelig længde og kaliber af manchetterne for at undgå vaskulær anastomotisk vridning eller overdreven spænding, hvilket kan resultere i skade på transplantatet. Den nuværende protokol beskriver en modificeret teknik til udførelse af heterotopisk cervikal hjertetransplantation hos mus, som involverer manchetplacering på modtagerens fælles halspulsåre og donorens lungearterie i overensstemmelse med blodgennemstrømningens retning.
Introduction
Abbott et al. offentliggjorde1 den første beskrivelse af heterotopisk abdominal hjertetransplantation hos rotter i 1964. Disse kirurgiske teknikker blev raffineret og forenklet af Ono et al. i 19692. Corry et al. beskrev først en metode til heterotopisk abdominal hjertetransplantation hos mus i 1973; I lighed med de tidligere rapporterede rottemodeller involverede dette engraftment i værtens mave med revaskularisering ved ende-til-side anastomoser af donorens lungearterie og stigende aorta til modtagerens ringere vena cava og abdominal aorta, henholdsvis3. Heterotopisk cervikal hjertetransplantation hos rotter blev beskrevet af Heron i 1971 ved hjælp af teflonmanchetter fremstillet af 16 G (1,6 mm ydre diameter) intravenøse katetre4. Chen5 og Matsuura et al.6 rapporterede senere heterotopisk cervikal hjertetransplantation hos mus i 1991, hvis teknikker primært adskiller sig i deres metode til re-anastomose. Chens tilgang involverede suturerede anastomoser af donorens stigende aorta til modtagerens halspulsåre og donorens lungearterie til modtagerens ydre jugularvene 5. På grund af den avancerede tekniske færdighed, der kræves til disse mikrokirurgiske suturerede anastomoser, var en betydelig mængde tid og erfaring nødvendig for at opnå en høj succesrate. Matsuura et al. beskrev en metode, der anvendte en ikke-suturmanchetteknik, svarende til den, der blev brugt af Heron, som involverede ende-til-ende anastomoser ved hjælp af ekstra-luminal placering af manchetter. Han formede teflonmanchetter af 22 G (0,8 mm ydre diameter) og 24 G (0,67 mm ydre diameter) intravenøse katetre og placerede dem over modtagerens ydre halsvene og fælles halspulsåre henholdsvis6. Disse manchetter blev derefter anbragt inde i donorens lungearterie og aorta og sikret ved at binde en suturligatur omkring forbindelsen. Denne tilgang udmøntede sig i en forbedret succesrate. Vigtigst af alt resulterede det i en forkortelse af den tid, der kræves for at fuldføre begge cervikale anastomoser, hvilket reducerer den varme iskæmiske tid for transplantatet til mindre end en tredjedel af den ved hjælp af abdominal sutureringsmetoden. Da manchetterne er placeret omkring karrets ydre overflade, er der desuden ikke noget fremmedlegeme udsat for karets lumen, hvilket i høj grad reducerer muligheden for trombose efter operation7. I mellemtiden giver brugen af manchetteknikken støtte omkring karrene på anastomosestedet uden at kræve suturering, hvilket reducerer risikoen for blødning efter revaskularisering6.
Der er foreslået talrige revisioner af denne teknik. For at imødekomme den korte længde af musens fælles halspulsåre (ca. 5 mm) udviklede Tomita et al.8 en modifikation af denne teknik med en mindre arteriel manchet (0,6 mm ydre diameter), mens man udelod at holde suturer og trække arterien direkte gennem manchetten med fine tang i stedet. Wang et al. forenklede yderligere denne tilgang ved at placere 22 G og 24 G manchetter på donorens højre lungearterie og modtagerens højre fælles halspulsåre, henholdsvis9. Forskellige rapporter har beskrevet ændringer af disse tilgange, herunder brugen af specialiserede manchetter, mikrokirurgiske klemmer, kardilatatorer og kardioplegi10,11,12. Især involverer alle disse metoder retrograd cirkulation af blod gennem hjertet, hvor blod strømmer fra modtagerens fælles halspulsåre til donor aorta, koronararterierne, koronar sinus, derefter tømning i højre atrium og udgang fra lungearterien ind i modtagerens ydre jugular vene.
Sammenlignet med indkapsling i maven giver cervikal hjertetransplantation flere fordele. Som tidligere nævnt giver cervikal eksponering mulighed for hurtigere revaskularisering og kortere varme iskæmiske gange6. Den cervikale metode er også mindre invasiv og er forbundet med kortere postoperative restitutionstider, da den undgår en laparotomi6. Det er vigtigt, at ende-til-ende anastomoser med manchetter kan udføres i stedet for ende-til-side anastomoser, hvilket mindsker risikoen for komplikationer såsom anastomotisk blødning. Den abdominale tilgang udgør også en øget risiko for at udvikle trombotiske komplikationer i abdominal aorta eller ringere vena cava, hvilket fører til rygmarvsiskæmi og bagbenslammelse. Den overfladiske cervikale placering af transplantationen giver nem adgang til vurdering af transplantatlevedygtighed ved palpation, elektrokardiografi og invasiv eller ikke-invasiv billeddannelse. Selvom de cervikale transplantater genoptager spontan hjerteaktivitet efter reperfusion, påvirker de ikke signifikant modtagerens systoliske og diastoliske parametre. Denne model giver værdifuld indsigt til at studere cellulære reaktioner efter transplantation, såsom iskæmi-reperfusionsskade og transplantatafstødning. Desuden tilbyder denne model en ideel tilgang til at muliggøre billeddannelse efter transplantation, såsom intravital to-fotonmikroskopi eller positronemissionstomografi (PET) billeddannelse. Til dette formål har vores laboratorium tidligere rapporteret metoder til at afbilde bevægelige væv og organer i musen, herunder slående murinehjerter og aortabugrafter efter heterotopisk cervikal transplantation for at visualisere leukocythandel under iskæmi-reperfusionsskade og inden for aterosklerotiske plaques, henholdsvis13,14,15 . På grund af sin overfladiske placering og lette eksponering er denne model desuden velegnet til hjertetransplantation16.
Denne rapport beskriver en teknik, der giver mulighed for laminær blodgennemstrømning med den eksterne placering af de vaskulære manchetter på de kar, hvorfra blodgennemstrømningen stammer. Dette giver mulighed for en jævn overgang af blodgennemstrømningen fra et kar til det næste, hvilket undgår eksponering af den distale karkant i det vaskulære lumen. Derudover bruger teknikken en større 20 G manchet i stedet for tidligere anvendte 22 G manchetter til donorens lungearterie for at sikre rigelig tilbagevenden af blodgennemstrømningen til modtageren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ved hjælp af denne teknik kan mus heterotopisk cervikal hjertetransplantation udføres på mindre end 40 minutter af en erfaren mikrokirurg og på ca. 60 minutter af en mikrokirurg på indgangsniveau. Mens cervikal hjertetransplantation er blevet undersøgt i adskillige dyremodeller, forbliver en musemodel guldstandarden på grund af flere veldefinerede genetiske stammer, genetiske ændringsevner og tilgængeligheden af adskillige reagenser, herunder monoklonale antistoffer24. Den teknik, der er …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
DK er støttet af National Institutes of Health tilskud 1P01AI116501, R01HL094601, R01HL151078, Veterans Administration Merit Review grant 1I01BX002730 og The Foundation for Barnes-Jewish Hospital.
Materials
| 6-0 braided silk ties | Henry Schein Inc | 7718729 | |
| 0.75% Providone iosine scrub | Priority Care Inc | NDC 57319-327-0 | |
| 10-0 nylon suture | Surgical Specialties Corporation | AK-0106 | |
| 655-nm nontargeted Q-dots | Invitrogen | Q21021MP | |
| 70% Ethanol | Pharmco Products Inc | 111000140 | |
| 8-0 braided silk ties | Henry Schein Inc | 1005597 | |
| Adson forceps | Fine Science Tools Inc | 91127-12 | |
| BALB/c and C57BL/6 mice (6-8 weeks) | Jackson Laboratories | ||
| Bipolar coagulator | Valleylab Inc | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| Carprofen (Rimadyl) injection | Transpharm | 35844 | |
| Carprofen (Rimadyl) oral chewable tablet | Transpharm | 38995/37919 | |
| Custom-built 2P microscope running ImageWarp acquisition software | A&B Software | ||
| Dumont no. 5 forceps | Fine Science Tools Inc | 11251-20 | |
| Fine vannas style spring scissors | Fine Science Tools Inc | 15000-03 | |
| GraphPad Prism 5.0 | Sun Microsystems Inc. | ||
| Halsey needle holder | Fine Science Tools Inc | 91201-13 | |
| Halsted-Mosquito clamp curved tip | Fine Science Tools Inc | 91309-12 | |
| Harvard Apparatus mouse ventilator model 687 | Harvard Apparatus | MA1 55-0001 | |
| Heparin solution (100 U/mL) | Abraxis Pharmaceutical Products | 504031 | |
| Imaris | Bitplane | ||
| Ketamine (50 mg/kg) | Wyeth | 206205-01 | |
| Microscope—Leica Wild M651 × 6–40 magnification | Leica Microsystems | ||
| Moria extra fine spring scissors | Fine Science Tools Inc | 15396-00 | |
| Ohio isoflurane vaporizer | Parkland Scientific | V3000i | |
| Qdots | ThermoFisher | 1604036 | |
| S&T SuperGrip Forceps angled tip | Fine Science Tools Inc | 00649-11 | |
| S&T SuperGrip Forceps straight tip | Fine Science Tools Inc | 00632-11 | |
| Sterile normal saline (0.9% (wt/vol) sodium chloride | Hospira Inc | NDC 0409-4888-20 | |
| Sterile Q-tips (tapered mini cotton tipped 3-inch applicators) | Puritan Medical Company LLC | 823-WC | |
| Surflow 20 gauge 1/4-inch Teflon angiocatheter | Terumo Medical Corporation | SR-OX2032CA | |
| Surflow 24 gauge 3/4-inch Teflon angiocatheter | Terumo Medical Corporation | R-OX2419CA | |
| ThermoCare Small Animal ICU System (recovery settings 3 L/min O2, 80 °C, 40% humidity) | Thermocare Inc | ||
| VetBond | Santa Cruz Biotechnology SC361931 | NC0846393 | |
| Xylazine (10 mg/kg) | Lloyd Laboratories | 139-236 |
References
- Abbott, C. P., Lindsey, E. S., Creech, O., Dewitt, C. W. A technique for heart transplantation in the rat. The Archives of Surgery. 89, 645-652 (1964).
- Ono, K., Lindsey, E. S. Improved technique of heart transplantation in rats. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 57 (2), 225-229 (1969).
- Corry, R. J., Winn, H. J., Russell, P. S. Heart transplantation in congenic strains of mice. Transplantation Proceedings. 5 (1), 733-735 (1973).
- Heron, I. A technique for accessory cervical heart transplantation in rabbits and rats. Acta Pathologica Microbiologica Scandinavica Section A Pathology. 79 (4), 366-372 (1971).
- Chen, Z. H. A technique of cervical heterotopic heart transplantation in mice. Transplantation. 52 (6), 1099-1101 (1991).
- Matsuura, A., Abe, T., Yasuura, K. Simplified mouse cervical heart transplantation using a cuff technique. Transplantation. 51 (4), 896-898 (1991).
- Yu, Y., et al. Cuff anastomosis of both renal artery and vein to minimize thrombosis: a novel method of kidney transplantation in mice. Journal of Investigative Surgery. 35 (1), 56-60 (2022).
- Tomita, Y., et al. Improved technique of heterotopic cervical heart transplantation in mice. Transplantation. 64 (11), 1598-1601 (1997).
- Wang, Q., Liu, Y., Li, X. K. Simplified technique for heterotopic vascularized cervical heart transplantation in mice. Microsurgery. 25 (1), 76-79 (2005).
- Oberhuber, R., et al. Murine cervical heart transplantation model using a modified cuff technique. Journal of Visualized Experiments. (92), e50753 (2014).
- Ratschiller, T., et al. Heterotopic cervical heart transplantation in mice. Journal of Visualized Experiments. (102), e52907 (2015).
- Mao, X., Xian, P., You, H., Huang, G., Li, J. A modified cuff technique for mouse cervical heterotopic heart transplantation model. Journal of Visualized Experiments. (180), e63504 (2022).
- Li, W., et al. Intravital 2-photon imaging of leukocyte trafficking in beating heart. Journal of Clinical Investigation. 122 (7), 2499-2508 (2012).
- Kreisel, D., et al. In vivo two-photon imaging reveals monocyte-dependent neutrophil extravasation during pulmonary inflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (42), 18073-18078 (2010).
- Li, W., et al. Visualization of monocytic cells in regressing atherosclerotic plaques by intravital 2-photon and positron emission tomography-based imaging-brief report. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 38 (5), 1030-1036 (2018).
- Li, W., et al. Lung transplant acceptance is facilitated by early events in the graft and is associated with lymphoid neogenesis. Mucosal Immunology. 5 (5), 544-554 (2012).
- Faust, N., Varas, F., Kelly, L. M., Heck, S., Graf, T. Insertion of enhanced green fluorescent protein into the lysozyme gene creates mice with green fluorescent granulocytes and macrophages. Blood. 96 (2), 719-726 (2000).
- Krupnick, A. S., et al. Orthotopic mouse lung transplantation as experimental methodology to study transplant and tumor biology. Nature Protocols. 4 (1), 86-93 (2009).
- Westhofen, S., et al. The heterotopic heart transplantation in mice as a small animal model to study mechanical unloading – Establishment of the procedure, perioperative management and postoperative scoring. PLoS One. 14 (4), 0214513 (2019).
- Ma, Y., et al. Optimization of the cuff technique for murine heart transplantation. Journal of Visualized Experiments. (160), e61103 (2020).
- Latchana, N., Peck, J. R., Whitson, B., Black, S. M. Preservation solutions for cardiac and pulmonary donor grafts: a review of the current literature. Journal of Thoracic Disease. 6 (8), 1143-1149 (2014).
- Hartley, C. J., et al. Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 301 (2), 269-278 (2011).
- Bovenkamp, P. R., et al. Velocity mapping of the aortic flow at 9.4 T in healthy mice and mice with induced heart failure using time-resolved three-dimensional phase-contrast MRI (4D PC MRI). MAGMA. 28 (4), 315-327 (2015).
- Wang, H. Small animal models of xenotransplantation. Methods in Molecular Biology. 885, 125-153 (2012).
- Martins, P. N. Assessment of graft function in rodent models of heart transplantation. Microsurgery. 28 (7), 565-570 (2008).
