השתלת כבד חזירי ללא מעקף ורידי כמודל תורם קריטריונים מורחבים
Summary
בפרוטוקול זה מתואר מודל של השתלת כבד אורתוטופית חזירית לאחר אחסון קר סטטי של איברים תורמים למשך 20 שעות ללא שימוש במעקף ורידי במהלך השתלה. הגישה משתמשת בטכניקה כירורגית פשוטה עם מזעור השלב האנהפטי וניהול מתוחכם של נפח וזופרסור.
Abstract
השתלת כבד נחשבת לתקן הזהב לטיפול במגוון מחלות כבד קטלניות. עם זאת, סוגיות לא פתורות של כשל כרוני בהשתלות, מחסור מתמשך בתורמי איברים ושימוש מוגבר בשתלים שוליים קוראים לשיפור המושגים הנוכחיים, כגון יישום זליגת מכונות איברים. על מנת להעריך שיטות חדשות של שיפוץ ואפנון השתל, נדרשים מודלים תרגומיים. ביחס לדמיון אנטומי ופיזיולוגי לבני אדם וההתקדמות האחרונה בתחום הקסנוטרנספלנטציה, חזירים הפכו למיני בעלי החיים הגדולים העיקריים המשמשים במודלים של השתלות. לאחר הצגתו הראשונית של מודל השתלת כבד אורתוטופי חזירי על ידי Garnier et al. בשנת 1965, פורסמו מספר שינויים במהלך 60 השנים האחרונות.
בשל תכונות אנטומיות ספציפיות למפרטים, מעקף ורידי במהלך השלב האנהפטי נחשב כהכרח להפחתת גודש במעיים ואיסכמיה וכתוצאה מכך חוסר יציבות המודינמית ותמותה פריאופרטיבית. עם זאת, יישום מעקף מגדיל את המורכבות הטכנית והלוגיסטית של ההליך. יתר על כן, סיבוכים נלווים כגון תסחיף אוויר, דימום והצורך בכריתת רחם בו זמנית דווחו בעבר.
בפרוטוקול זה אנו מתארים מודל של השתלת כבד אורתוטופית חזירית ללא שימוש במעקף ורידי. חריטה של כבדים תורמים לאחר אחסון קר סטטי של 20 שעות – המדמה תנאי תורם קריטריונים מורחבים – מדגימה כי גישה פשוטה זו יכולה להתבצע ללא שינויים המודינמיים משמעותיים או תמותה תוך ניתוחית ועם ספיגה קבועה של תפקוד הכבד (כפי שהוגדר על ידי ייצור מרה ומטבוליזם CYP1A2 ספציפי לכבד). הצלחתה של גישה זו מובטחת על ידי טכניקה כירורגית אופטימלית וניהול מתוחכם של נפח הרדמה וזופרסור.
מודל זה צריך לעניין במיוחד קבוצות עבודה המתמקדות בקורס המיידי שלאחר הניתוח, פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה, מנגנונים אימונולוגיים נלווים, ושיפוץ איברים תורמים בקריטריונים מורחבים.
Introduction
השתלת כבד נותרה הסיכוי היחיד להישרדות במגוון מחלות שונות המובילות לכשל כבד חריף או כרוני. מאז יישומו המוצלח הראשון באנושות בשנת 1963 על ידי תומאס א. סטארצל, הרעיון של השתלת כבד התפתח לאפשרות טיפול אמינה המיושמת ברחבי העולם, בעיקר כתוצאה מהתקדמות בהבנת המערכת החיסונית, התפתחות דיכוי החיסון המודרני, ואופטימיזציה של טיפול פריאופרטיבי וטכניקות כירורגיות 1,2 . עם זאת, אוכלוסיות מזדקנות וביקוש גבוה יותר לאיברים הביאו למחסור בתורמים, עם שימוש מוגבר בשתלים שוליים מתורמים בעלי קריטריונים מורחבים והופעתם של אתגרים חדשים בעשורים האחרונים. ההערכה היא כי ההקדמה והיישום הנרחב של זליגת מכונות איברים פותחים מגוון אפשרויות בכל הנוגע לשיפוץ ומודולציה של השתלים ומסייעים בצמצום המחסור באיברים ומפחיתים את התמותה מרשימת ההמתנה 3,4,5,6.
על מנת להעריך מושגים אלה ואת השפעותיהם in vivo, מודלים השתלה תרגומית נחוצים7. בשנת 1983 הציגו קמהדע ואחרים מודל השתלת כבד אורתוטופית יעילה בחולדות, אשר מאז עבר שינויים נרחבים ויושם על ידי קבוצות עבודה ברחבי העולם 8,9,10,11. מודל השתלת הכבד האורתוטופית בעכברים הוא תובעני יותר מבחינה טכנית, אך גם בעל ערך רב יותר במונחים של העברה אימונולוגית, ודווח לראשונה בשנת 1991 על ידי Qian et al.12. למרות היתרונות לגבי זמינות, רווחת בעלי חיים ועלויות, מודלים של מכרסמים מוגבלים בתחולתם במסגרות קליניות7. לפיכך, נדרשים מודלים גדולים של בעלי חיים.
בשנים האחרונות, חזירים הפכו למיני בעלי החיים העיקריים המשמשים למחקר תרגומי בשל הדמיון האנטומי והפיזיולוגי שלהם עם בני אדם. יתר על כן, ההתקדמות הנוכחית בתחום הקסנוטרנספלנטציה עשויה להגביר עוד יותר את חשיבותם של חזירים כאובייקטים מחקריים13,14.
גרנייה ואחרים תיארו מודל השתלת כבד בחזירים כבר בשנת 196515. מספר מחברים, כולל Calne et al. בשנת 1967 ו- Chalstrey et al. בשנת 1971, דיווחו לאחר מכן על שינויים, ובסופו של דבר הובילו לרעיון בטוח ובר ביצוע של השתלת כבד חזירית ניסיונית בעשורים הבאים 16,17,18,19,20,21.
לאחרונה, קבוצות עבודה שונות סיפקו נתונים לגבי בעיות עכשוויות בהשתלת כבד בטכניקה של השתלת כבד אורתוטופית חזירית, כמעט תמיד כולל וריד-ורידי פעיל או פסיבי, כלומר, פורטו-קבאל, עוקף19,22. הסיבה לכך היא חוסר סובלנות ספציפי למין להידוק של הווריד הנבוב נחות ווריד הפורטל במהלך השלב האנהפטי עקב מעי גדול יותר באופן יחסי ופחות שונאי פורטו-קאוול או קבו-קאוול (למשל, היעדר וריד אזיגוס), וכתוצאה מכך תחלואה פריאופרטיבית מוגברתותמותה 23. טכניקות השתלת ורידים נחותים המיושמות במושתלים אנושיים כחלופה אינן אפשריות מכיוון שהווריד הנבוב החזירי נחות עטוף ברקמת הכבד23.
עם זאת, השימוש במעקף ורידי מגביר עוד יותר את המורכבות הטכנית והלוגיסטית בהליך כירורגי תובעני ממילא, ולכן אולי מונע מקבוצות עבודה לנסות ליישם את המודל לחלוטין. מלבד ההשפעות הפיזיולוגיות והאימונולוגיות הישירות של מעקף, כמה מחברים הצביעו על התחלואה המשמעותית כגון איבוד דם או תסחיף אוויר במהלך מיקום השנט ועל הצורך בכריתה סימולטנית, שעשויה להשפיע על התוצאות לטווח הקצר והארוך לאחר השתלה24,25.
הפרוטוקול הבא מתאר טכניקה פשוטה של השתלת כבד אורתוטופית חזירית לאחר אחסון קר סטטי של איברים תורמים למשך 20 שעות, המייצגת תנאי תורם בקריטריונים מורחבים ללא שימוש במעקף ורידי במהלך השתלה, כולל רכישת כבד תורם, הכנת שולחן אחורי, כריתת כבד מושתל וניהול הרדמה לפני ותוך ניתוח.
מודל זה צריך להיות בעל עניין מיוחד עבור קבוצות עבודה כירורגיות המתמקדות בקורס המיידי שלאחר הניתוח, פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה, שיפוץ איברים תורמים בקריטריונים מורחבים ומנגנונים אימונולוגיים נלווים.
Protocol
Representative Results
Discussion
התפתחויות טכניות אחרונות כגון הכנסת זלוף מכונה יש פוטנציאל לחולל מהפכה בתחום השתלות הכבד. על מנת לתרגם את מושגי ההשתקה או השינוי למסגרות קליניות, מודלים של השתלות הניתנים לשחזור בבעלי חיים גדולים הם בלתי נמנעים.
לאחר ההקדמה הראשונית של השתלת כבד אורתוטופית חזירית, מספר מחב…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים לבריטה טראוטוויג, קורינה לבברט, אסטריד דינקל ואינגריד מדר על חריצותם ומחויבותם. יתר על כן, המחברים מודים לטום פיגיאל על הפקת חומר התמונה.
Materials
| Abdominal retractor | No Company Name available | No Catalog Number available | |
| Aortic clamp, straight | Firma Martin | No Catalog Number available | |
| Arterial Blood Sampler Aspirator (safePICOAspirator) 1.5 mL | Radiometer Medical ApS | 956-622 | |
| Atropine (Atropinsulfat 0.5 mg/1 mL) | B.Braun | 648037 | |
| Backhaus clamp | Bernshausen | BF432 | |
| Bipolar forceps, 23 cm | SUTTER | 780222 SG | |
| Bowl 5 L, 6 L, 9 L | Chiru-Instrumente | 35-114327 | |
| Braunol Braunoderm | B.Braun | 3881059 | |
| Bulldog clamp | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Button canula | Krauth + Timmermann GmbH | 1464LL1B | |
| Calcium gluconate (2.25 mmol/10 mL (10%)) | B.Braun | 2353745 | |
| Cell Saver (Autotransfusion Reservoir) | Fresenius Kabi AG | 9108471 | |
| Central venous catheter 7Fr., 3 Lumina, 30 cm 0.81 mm | Arrow | AD-24703 | |
| Clamp | INOX | B-17845 / BH110 / B-481 | |
| Clamp | Aesculap | AN909R | |
| Clamp, 260 mm | Fehling Instruments GMbH &Co.KG | ZAU-2 | |
| Clip Forceps, medium | Ethicon | LC207 | |
| Clip forceps, small | Ethicon | LC107 | |
| CPDA-1 solution | Fresenius Kabi AG | 41SD09AA00 | |
| Custodiol (Histidin-Tryptophan-Ketogluterat-Solution) | Dr.Franz Köhler Chemie GmbH | 2125921 | |
| Dissecting scissors | LAWTON 05-0641 | No Catalog Number available | |
| Dissecting scissors, 180 mm | Metzenbaum | BC606R | |
| Endotracheal tube 8.0 mm | Covetrus | 800764 | |
| Epinephrine (Adrenalin 1:1000) | InfectoPharm | 9508734 | |
| Falcon Tubes 50ml | Greiner | 227 261 L | |
| Femoralis clamp | Ulrich | No Catalog Number available | |
| Fentanyl 0.1mg | PanPharma | 00483 | |
| Forceps, anatomical | Martin | 12-100-20 | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD052R | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD032R | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD240R | |
| Forceps, surgical | Bernshausen | BD 671 | |
| Forceps, surgical | INOX | B-1357 | |
| G40 solution | Serag Wiessner | 10755AAF | |
| Gelafundin ISO solution 40 mg/mL | B. Braun | 210257641 | |
| Guidewire with marker | Arrow | 14F21E0236 | |
| Haemostatic gauze ("Tabotamp" 5 x 7.5 cm) | Ethicon | 474273 | |
| Heparin sodium 25,000IE | Ratiopharm | W08208A | |
| Hico-Aquatherm 60 | Hospitalwerk | No Catalog Number available | |
| Infusion Set Intrafix | B.Braun | 4062981 L | |
| Intrafix SafeSet 180 cm | B.Braun | 4063000 | |
| Introcan Safety, 18 G | B.Braun | 4251679-01 | |
| Isofluran CP | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| Large-bore venous catheter, 7Fr. | Edwards Lifesciences | I301F7 | |
| Ligaclip, medium | Ethicon | LT200 | |
| Ligaclip, small | Ethicon | LT100 | |
| Material scissors | Martin | 11-285-23 | |
| Methylprednisolone (Urbason solubile forte 250 mg) | Sanofi | 7823704 | |
| Monopolar ERBE ICC 300 | Fa. Erbe | No Catalog Number available | |
| NaCl solution (0.9%) | Baxter | 1533 | |
| Needle holder | Aesculap | BM36 | |
| Needle holder | Aesculap | BM035R | |
| Needle holder | Aesculap | BM 67 | |
| Neutral electrode | Erbe Elektromedizin GmbH Tübingen | 21191 – 060 | |
| Norepinephrine (Sinora) | Sintetica GmbH | 04150124745717 | |
| Omniflush Sterile Filed 10 mL | B.Braun | 3133335 | |
| Original Perfusorline 300 cm | B.Braun | 21E26E8SM3 | |
| Overhold clamp | INOX | BH 959 | |
| Overhold clamp | Ulrich | CL 2911 | |
| Pentobarbital sodium(Release 500 mg/mL) | WDT, Garbsen | 21217 | |
| Perfusers | B.Braun | 49-020-031 | |
| Perfusor Syringe 50 mL | B.Braun | 8728810F | |
| Petri dishes 92 x 17 mm | Nunc | 150350 | |
| Poole Suction Instrument Argyle flexibel | Covidien, Mansfield USA | 20C150FHX | |
| Potassium chloride (7.45%) | B.Braun | 4030539078276 | |
| Pressure measurement set | Codan pvb Medical GmbH | 957179 | |
| Propofol (1%) | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| S-Monovette 2.6 mL K3E | Sarstedt | 04.1901 | |
| S-Monovette 2.9 mL 9NC | Sarstedt | 04.1902 | |
| S-Monovette 7.5 mL Z-Gel | Sarstedt | 11602 | |
| Sartinski clamp | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Scalpel No.11 | Feather Safety Razor Co.LTD | 02.001.40.011 | |
| Scissors | INOX | BC 746 | |
| Seldinger Arterial catheter | Arrow | SAC-00520 | |
| Sodium bicarbonate (8.4%) | B.Braun | 212768082 | |
| Sterilization Set ("ProSet Preparation Kit CVC") | B.Braun | 4899719 | |
| Sterofundin ISO solution | B.Braun | No Catalog Number available | |
| Suction | Dahlhausen | 07.068.25.301 | |
| Suction Aesculap Securat 80 | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Suction catheter | ConvaTec | 5365049 | |
| Sultamicillin (Unacid: 2000 mg Ampicillin/1000 mg Sulbactam) | Pfizer | DL253102 | |
| Suprapubic urinary catheter, "bronchialis", 50 cm | ConvaTec | UK 1F02772 | |
| Suprasorb ("Toptex lite RK") | Lohmann & Rauscher | 31654 | |
| Suture Vicryl 3-0 | Ethicon | VCP 1218 H | |
| Suture Vicryl 4-0 | Ethicon | V392H | |
| Suture, Prolene 4-0 | Ethicon | 7588 H | |
| Suture, Prolene 5-0, double armed | Ethicon | 8890 H | |
| Suture, Prolene 5-0, single armed | Ethicon | 8720 H | |
| Suture, Prolene 6-0, double armed | Ethicon | 7230 H | |
| Suture, Prolene 6-0, single armed | Ethicon | EH 7406 H | |
| Suture, Prolene: blau 3-0 | Ethicon | EH 7499H | |
| Suture, Safil 2/0 | Aesculap | C 1038446 | |
| Suture, Terylene 0 | Serag Wiessner | 353784 | |
| Syringe 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL | B.Braun | 4606027V | |
| TransferSet "1D/X-double" steril 330 cm | Fresenius Kabi AG | 2877101 | |
| Ultrasound Butterfly IQ+ | Butterfly Network Inc. | 850-20014 | |
| Ventilator "Oxylog Dräger Fl" | Dräger Medical AG | No Catalog Number available | |
| Yankauer Suction | Medline | RA19GMD | |
| Zoletil 100 mg/mL (50 mg Zolazepam, 50 mg tiletamin) | Virbac | 794-861794861 |
References
- Zarrinpar, A., Busuttil, R. W. Liver transplantation: Past, present and future. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 10 (7), 434-440 (2013).
- Song, A. T., et al. Liver transplantation: Fifty years of experience. World Journal of Gastroenterology. 20 (18), 5363-5374 (2014).
- Jakubauskas, M., et al. Machine perfusion in liver transplantation: A systematic review and meta-analysis. Visceral Medicine. , (2021).
- Serifis, N., et al. Machine perfusion of the liver: A review of clinical trials. Frontiers in Surgery. 8, 625394 (2021).
- Ceresa, C. D. L., Nasralla, D., Pollok, J. -. M., Friend, P. J. Machine perfusion of the liver: Applications in transplantation and beyond. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 19 (3), 199-209 (2022).
- Schlegel, A., Muller, X., Dutkowski, P. Machine perfusion strategies in liver transplantation. Hepatobiliary Surgery and Nutrition. 8 (5), 490-501 (2019).
- Wenzel, N., Blasczyk, R., Figueiredo, C. Animal models in allogenic solid organ transplantation. Transplantology. 2 (4), 412-424 (2021).
- Kamada, N., Calne, R. Y. A surgical experience with five hundred thirty liver transplants in the rat. Surgery. 93 (1), 64-69 (1983).
- Oldani, G., Lacotte, S., Morel, P., Mentha, G., Toso, C. Orthotopic liver transplantation in rats. Journal of Visualized Experiments. (65), e4143 (2012).
- Yang, L., et al. A rat model of orthotopic liver transplantation using a novel magnetic anastomosis technique for suprahepatic vena cava reconstruction. Journal of Visualized Experiments. (133), e56933 (2018).
- Chen, X. -. C., et al. Reduced complications after arterial reconnection in a rat model of orthotopic liver transplantation. Journal of Visualized Experiments. (165), e60628 (2020).
- Qian, S. G., Fung, J. J., Demetris, A. V., Ildstad, S. T., Starzl, T. E. Orthotopic liver transplantation in the mouse. Transplantation. 52 (3), 562-564 (1991).
- Li, X., Wang, Y., Yang, H., Dai, Y. Liver and hepatocyte transplantation: What can pigs contribute. Frontiers in Immunology. 12, 802692 (2022).
- Reardon, S. First pig-to-human heart transplant: what can scientists learn. Nature. 601 (7893), 305-306 (2022).
- Garnier, H., et al. Liver transplantation in the pig: Surgical approach. Comptes Rendus Hebdomadaires des Seances de l’Academie des Sciences. Serie d: Sciences Naturelles. 260 (21), 5621-5623 (1965).
- Calne, R. Y., et al. Observations of orthotopic liver transplantation in the pig. British Medical Journal. 2 (5550), 478-480 (1967).
- Chalstrey, L. J., et al. Technique of orthotopic liver transplantation in the pig. The British Journal of Surgery. 58 (8), 585-588 (1971).
- Filipponi, F., Falcini, F., Benassai, C., Martini, E. Orthotopic liver transplant in pigs: Several variations of the surgical technic. Il Giornale di Chirurgia. 10 (7-8), 374-378 (1989).
- Spetzler, V. N., et al. Technique of porcine liver procurement and orthotopic transplantation using an active porto-caval shunt. Journal of Visualized Experiments. (99), e52055 (2015).
- Oldhafer, K. J., Hauss, J., Gubernatis, G., Pichlmayr, R., Spiegel, H. U. Liver transplantation in pigs: A model for studying reperfusion injury. Journal of Investigative Surgery. 6 (5), 439-450 (1993).
- Oldhafer, K. J., et al. Analysis of liver hemodynamics in severe ischemia and reperfusion injury after liver transplantation. Zentralblatt fur Chirurgie. 119 (5), 317-321 (1994).
- Vogel, T., et al. Successful transplantation of porcine liver grafts following 48-hour normothermic preservation. PLoS One. 12 (11), 0188494 (2017).
- Leal, A. J., et al. A simplified experimental model of large-for-size liver transplantation in pigs. Clinics. 68 (8), 1152-1156 (2013).
- Schiefer, J., et al. Regulation of histamine and diamine oxidase in patients undergoing orthotopic liver transplantation. Scientific Reports. 10 (1), 822 (2020).
- Esmaeilzadeh, M., et al. Technical guidelines for porcine liver allo-transplantation: A review of literature. Annals of Transplantation. 17 (2), 101-110 (2012).
- Oldhafer, F., et al. Supportive hepatocyte transplantation after partial hepatectomy enhances liver regeneration in a preclinical pig model. European Surgical Research. 62 (4), 238-247 (2021).
- Stockmann, M., et al. The LiMAx test: A new liver function test for predicting postoperative outcome in liver surgery. HPB. 12 (2), 139-146 (2010).
- Lapisatepun, W., Lapisatepun, W., Agopian, V., Xia, V. W. Venovenous bypass during liver transplantation: A new look at an old technique. Transplantation Proceedings. 52 (3), 905-909 (2020).
- Falcini, F., et al. Veno-venous bypass in experimental liver transplantation: portal-jugular versus caval-portal-jugular. Il Giornale di Chirurgia. 11 (4), 206-210 (1990).
- Copca, N., et al. Experimental liver transplantation on pigs — Technical considerations. Chirurgia. 108 (4), 542-546 (2013).
- Torres, O. J., et al. Hemodynamic alterations during orthotopic liver experimental transplantation in pigs. Acta Cirurgica Brasileria. 23 (2), 135-139 (2008).
- Canedo, B. F., et al. Liver autotransplantation in pigs without venovenous bypass: A simplified model using a supraceliac aorta cross-clamping maneuver. Annals of Transplantation. 20, 320-326 (2015).
- Battersby, C., Hickman, R., Saunders, S. J., Terblanche, J. Liver function in the pig. 1. The effects of 30 minutes’ normothermic ischaemia. The British Journal of Surgery. 61 (1), 27-32 (1974).
- Kaiser, G. M., Heuer, M. M., Frühauf, N. R., Kühne, C. A., Broelsch, C. E. General handling and anesthesia for experimental surgery in pigs. Journal of Surgical Research. 130 (1), 73-79 (2006).
- Oike, F., et al. Simplified technique of orthotopic liver transplantation in pigs. Transplantation. 71 (2), 328-331 (2001).
- Heuer, M., et al. Liver transplantation in swine without venovenous bypass. European Surgical Research. 45 (1), 20-25 (2010).
- Fondevila, C., et al. Step-by-step guide for a simplified model of porcine orthotopic liver transplant. The Journal of Surgical Research. 167 (1), 39-45 (2011).
