En modificeret murin heterotopisk hjertetransplantationsprotokol, der matcher moderne standarder for aseptisk teknik, anæstesi og analgesi
Summary
Denne artikel beskriver en modificeret teknik til heterotopisk vaskulariseret hjertetransplantation med opdateret aseptisk teknik, analgesi og anæstesi.
Abstract
Udviklingen af eksperimentelle modeller for hjertetransplantation hos dyr har bidraget til mange fremskridt inden for immunologi og fast organtransplantation. Mens den heterotopiske vaskulariserede murin hjertetransplantationsmodel oprindeligt blev brugt i undersøgelser af transplantatafvisning ved hjælp af kombinationer af uoverensstemmende indavlede musestammer, kan adgang til genetisk modificerede stammer og terapeutiske modaliteter give kraftfuld ny præklinisk indsigt. Grundlæggende har den kirurgiske metode til denne teknik ikke ændret sig siden dens udvikling, især med hensyn til vigtige faktorer som aseptisk teknik, anæstesi og analgesi, som har væsentlig indflydelse på postkirurgisk sygelighed og dødelighed. Derudover forventes forbedringer i perioperativ forvaltning at give forbedringer i både dyrevelfærd og forsøgsresultater. Dette papir rapporterer om en protokol udviklet i samarbejde med en fagekspert i veterinærbedøvelse og beskriver den kirurgiske teknik med vægt på perioperativ styring. Derudover diskuterer vi konsekvenserne af disse forbedringer og giver detaljer om fejlfinding af kritiske kirurgiske trin til denne procedure.
Introduction
Vi skylder meget af vores forståelse af immunologi og transplantation forskning baseret på eksperimentelle modeller for fast organtransplantation ved hjælp af dyreforsøgspersoner. Siden den første beskrivelse af vaskulariseret hjertetransplantation hos pattedyr1 har sådanne modeller bidraget til viden inden for vidtrækkende domæner, herunder terapeutisk anvendelse af hypotermi2, fordelene ved at anvende specialiserede suturer3 og teknikker til total lunge- og hjertetransplantation4. Udviklingen af hjertetransplantationsmodeller i rotter 5,6 gav bredere muligheder for immunologiske eksperimenter på grund af tilgængeligheden af forskellige avlslinjer. Det betydeligt bredere udvalg af tilgængelige indavlede og mutante musestammer førte Corry et al.7 til at udvikle en teknik til murin heterotopisk hjertetransplantation på grund af de betydelige fordele, som dette interval bringer til transplantationsforskning. Denne model er blevet brugt bredt og har bidraget til en større forståelse af transplantatafvisning8 og terapi9. Siden den første beskrivelse er teknikken imidlertid stort set forblevet uændret bortset fra nogle mindre tekniske detaljer såsom justeringer af placeringen af anastomotiske steder10,11.
Siden integrationen af teknikken Corry et al.7 i vores eksperimenter har vi identificeret områder, der lover godt for at forbedre protokollen, nemlig aseptisk teknik, anæstesi og analgesi. Forbedringer på disse områder forventedes at have en positiv indvirkning på forsøgsresultaterne og forbedre dyrevelfærden. Dette er tidligere blevet vist, når aseptisk teknik anvendes i små dyreoperationer, da det hjælper med at reducere postoperative infektioner12, hvilket ikke kun påvirker sygelighed og dødelighed, men også kan kompromittere eksperimenter designet til at vurdere immunresponset efter transplantationskirurgi. Fra et anæstesi og smertestillende synspunkt hjælper brugen af et raffineret regime med at reducere omkostningerne for dyr og afbalancere det etiske argument i denne kirurgiske model ved at afbøde smerte og lidelse hos forsøgspersoner. Endvidere begrænser passende anæstesi og analgesi det smerteassocierede stressrespons, forbedrer kvaliteten af postoperativ genopretning og i sidste ende øger den kirurgiske succesrate13.
Med det formål at forbedre både dyrevelfærd og forsøgsresultater blev der udviklet en protokol med justeringer for at bygge bro over disse huller. Denne protokol er blevet tilpasset fra den, der oprindeligt blev beskrevet af Corry et al.7 med konsultation fra en veterinæranæstesilæge og under behørig hensyntagen til både virkningerne og varigheden af virkningerne af de farmakologiske interventioner, der anvendes i anæstesi- og smertestillende regime. Tilgangen var baseret på principperne om afbalanceret anæstesi og multimodal analgesi for at sikre passende perioperativ pleje14. Ud over anvendelsen af aseptisk teknik blev opioidet buprenorphin og lokalbedøvelsesmidlet bupivacain administreret forebyggende. Generel anæstesi blev udført under anvendelse af inhalationsbedøvelsesmidlet isofluran.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den murinortotopiske hjertetransplantationsmodel er en robust præklinisk model, der primært anvendes til at undersøge virkningerne af MHC-mismatch på niveauet og arten af immunologisk afstødning og for nylig effekten af transplantation på tilbageholdelsen af transplantatvævsresident immunitet16. Mens vi oprindeligt nøje fulgte Corry et al.7-protokollen , har vi raffineret protokollen til at inkorporere bedste praksisstandarder for aseptisk teknik, analgesi og anæst…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne anerkende den fremragende indsats fra dyreplejepersonalet ved University of Western Australia og Harry Perkins Institute of Medical Research, hvis engagement og ekspertise bidrog til gennemførligheden og succesen af disse operationer.
Materials
| 2030 Rycroft irrigating cannula 30 G | McFarlane | 56005HU | |
| Braided surgical silk 7-0 | |||
| Bulldog clamp curved – 35 mm | Roboz | RS-7441-5 | |
| Bupivacaine 0.25% | |||
| Buprenorphine | |||
| Castroviejo needle holder catch curved - 145 mm | Haag-Streit | 11.62.15 | |
| Chlorhexidine 5% solution | Ebos | JJ61371 | |
| Cotton-tipped applicator – 7.5 cm | Dove | SN109510 | |
| Ethanol 70% solution | Ebos | WH130192EE | |
| Gauze 5 x 5 cm white | Aero | AGS50 | |
| Gelfoam 80 mm x 125 mm | Pfizer | 7481D | |
| Hair clipper | Wahl | 9860L | |
| Heparin 1,000 IU in 1 mL | |||
| Iris SuperCut scissors straight – 11.5 cm | Inka Surgical | 11550.11 | |
| Isoflurane vaporiser | Darvall | 9176 | |
| Micro bulldog clamp – 3.7 cm | Greman | 14119-G | |
| Micro scissors curved 105 mm | |||
| Micropore plain paper surgical tape – 2.5 cm wide | Ebos | 7810L | |
| Microsurgical scissors – curved tip | |||
| Monofilament polyprolene suture – 5/0 | Surgipro | P-205-X | |
| Myweigh i101 Precision Scale 100 g x 0.005 g | Myweigh | Kit00053 | |
| Needle – 30 G x 0.5 inch | BD | BD304000 | |
| Needleholder 15 cm curved "super fine" | Surgical Specialists | ST-B-15-8.2 | |
| Nylene 10/0 x 15 cm on 3.8 mm 3/8 circle round bodied taper (diam 0.07mm) CV300 | |||
| Round body suture forceps curved 0.3 mm 120 mm | B. Braun | FD281R | |
| Round body suture forceps straight 0.3 mm 120 mm | B. Braun | FD280R | |
| Round handled vannas spring scissors-str/12.5 cm | 15400-12 | ||
| Spring scissors-Cvd Sm blades | 15001-08 | ||
| Stevens scissors blunt straight 110 mm | |||
| Surgical backboard | Rigid laminated cardboard. 15 x 15 cm | ||
| Surgical drapes | Cut into two sizes. 25 cm x 25 cm, and 25 cm x 40 cm | ||
| Surgical microscope | |||
| Syringe – 1 mL | BD | 592696 | |
| Syringe – 3 mL | Leica | M651 | |
| Toothed forceps | BD | 309657 | |
| University of Wisconsin Solution | |||
| Warming pad | Far infrared warming pad 20 x 25 cm | ||
| Westcott spring scissors | |||
| Yasargil clip applier bayonet | Aesculap | FE582K | |
| Yasargil titanium clip perm 6.6 mm | Aesculap | A19FT222T | |
| Mouse usage | |||
| Strain/SEX/Weight | Donor | Recipent | |
| BALB/c, female, 19-23 g | 7 | 21 | |
| C57BL/6, female, 17-20 g | 7 | 0 | |
| CD45.1 BALB/c, female, 17-21 g | 5 | 0 |
References
- Mann, F. C., Priestley, J. T., Markowitz, J., Yater, W. M. Transplantation of the intact mammalian heart. Archives of Surgery. 26 (2), 219-224 (1933).
- Neptune, W. B., Cookson, B. A., Bailey, C. P., Appler, R., Rajkowski, F. Complete homologous heart transplantation. A.M.A. Archives of Surgery. 66 (2), 174-178 (1953).
- Downie, H. G. Homotransplantation of the dog heart. A.M.A. Archives of Surgery. 66 (5), 624-636 (1953).
- Blanco, G., Adam, A., Rodriguezperez, D., Fernandez, A. Complete homotransplantation of canine heart and lungs. A.M.A. Archives of Surgery. 76 (1), 20-23 (1958).
- Abbott, C. P., Lindsey, E. S., Creech, O., Dewitt, C. W. A technique for heart transplantation in the rat. 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. Primarily vascularized allografts of hearts in mice. The role of H-2D, H-2K, and non-H-2 antigens in rejection. Transplantation. 16 (4), 343-350 (1973).
- Joffre, O., et al. Prevention of acute and chronic allograft rejection with CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T lymphocytes. Nature Medicine. 14 (1), 88-92 (2008).
- Gregori, S., et al. Regulatory T cells induced by 1 alpha,25-dihydroxyvitamin D3 and mycophenolate mofetil treatment mediate transplantation tolerance. The Journal of Immunology. 167 (4), 1945-1953 (2001).
- Niimi, M. The technique for heterotopic cardiac transplantation in mice: Experience of 3000 operations by one surgeon. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 20 (10), 1123-1128 (2001).
- Hasegawa, T., Visovatti, S. H., Hyman, M. C., Hayasaki, T., Pinsky, D. J. Heterotopic vascularized murine cardiac transplantation to study graft arteriopathy. Nature Protocols. 2 (3), 471-480 (2007).
- Hoogstraten-Miller, S. L., Brown, P. A. Techniques in aseptic rodent surgery. Current Protocols in Immunology. 82, 1-14 (2008).
- Navarro, K. L., et al. Mouse anesthesia: The art and science. ILAR Journal. , (2021).
- Adams, S., Pacharinsak, C. Mouse anesthesia and analgesia. Current Protocols in Mouse Biology. 5 (1), 51-63 (2015).
- Australian code for the care and use of animals for scientific purposes. NHMRC Available from: https://www.nhmrc.gov.au/about-us/publications/australian-code-care-and-use-animals-scientific-purposes (2013)
- Prosser, A., et al. Dynamic changes to tissue-resident immunity after MHC-matched and MHC-mismatched solid organ transplantation. Cell Reports. 35 (7), 109141 (2021).
