Een gemodificeerd muizen heterotopisch harttransplantatieprotocol dat overeenkomt met hedendaagse normen voor aseptische techniek, anesthesie en analgesie
Summary
Dit artikel beschrijft een aangepaste techniek voor heterotope gevasculariseerde harttransplantatie met bijgewerkte aseptische techniek, analgesie en anesthesie.
Abstract
De ontwikkeling van experimentele modellen van harttransplantatie bij dieren heeft bijgedragen aan vele vooruitgang op het gebied van immunologie en solide orgaantransplantatie. Hoewel het heterotope gevasculariseerde murine harttransplantatiemodel aanvankelijk werd gebruikt in studies naar transplantaatafstoting met combinaties van niet-overeenkomende inteeltstammen, kan toegang tot genetisch gemodificeerde stammen en therapeutische modaliteiten krachtige nieuwe preklinische inzichten bieden. Fundamenteel is de chirurgische methodologie voor deze techniek niet veranderd sinds de ontwikkeling ervan, vooral met betrekking tot belangrijke factoren zoals aseptische techniek, anesthesie en analgesie, die materiële gevolgen hebben voor postoperatieve morbiditeit en mortaliteit. Bovendien wordt verwacht dat verbeteringen in perioperatief management zullen leiden tot verbeteringen in zowel dierenwelzijn als experimentele resultaten. Dit artikel rapporteert over een protocol dat is ontwikkeld in samenwerking met een materiedeskundige in veterinaire anesthesie en beschrijft de chirurgische techniek met de nadruk op perioperatief management. Daarnaast bespreken we de implicaties van deze verfijningen en geven we details over het oplossen van kritieke chirurgische stappen voor deze procedure.
Introduction
We hebben veel van ons begrip van immunologie en transplantatie te danken aan onderzoek op basis van experimentele modellen van solide orgaantransplantatie met behulp van dierlijke proefpersonen. Sinds de eerste beschrijving van gevasculariseerde harttransplantatie bij zoogdieren1 hebben dergelijke modellen bijgedragen aan kennis in uiteenlopende domeinen, waaronder de therapeutische toepassing van hypothermie2, de voordelen van het gebruik van gespecialiseerde hechtingen3 en technieken voor totale long- en harthomotransplantaties4. De ontwikkeling van harttransplantatiemodellen bij ratten 5,6 bood bredere mogelijkheden voor immunologische experimenten vanwege de beschikbaarheid van verschillende foklijnen. Het aanzienlijk bredere scala aan beschikbare inteelt- en mutante muizenstammen bracht Corry et al.7 ertoe een techniek van murine heterotope harttransplantatie te ontwikkelen vanwege de aanzienlijke voordelen die dit bereik biedt voor transplantatieonderzoek. Dit model is op grote schaal gebruikt en heeft bijgedragen aan een beter begrip van transplantaatafstoting8 en therapeutica9. Sinds de eerste beschrijving is de techniek echter grotendeels ongewijzigd gebleven, afgezien van enkele kleine technische details zoals aanpassingen aan de positie van anastomotische sites10,11.
Sinds de integratie van de techniek van Corry et al.7 in onze experimenten, hebben we veelbelovende gebieden geïdentificeerd voor het verbeteren van het protocol, namelijk die van aseptische techniek, anesthesie en analgesie. Verwacht werd dat verbeteringen op deze gebieden een positief effect zouden hebben op de experimentele resultaten en het dierenwelzijn zouden verbeteren. Dit is eerder aangetoond wanneer aseptische techniek wordt gebruikt bij operaties met kleine dieren, omdat het helpt bij het verminderen van postoperatieve infecties12, wat niet alleen van invloed is op morbiditeit en mortaliteit, maar ook experimenten kan compromitteren die zijn ontworpen om de immuunrespons na transplantatiechirurgie te beoordelen. Vanuit een anesthesie- en analgetisch oogpunt helpt het gebruik van een verfijnd regime om de kosten voor dieren te verlagen en het ethische argument van dit chirurgische model in evenwicht te brengen door de pijn en het lijden van proefpersonen te verzachten. Verder beperken geschikte anesthesie en analgesie de pijngerelateerde stressrespons, waardoor de kwaliteit van postoperatief herstel wordt verbeterd en uiteindelijk het chirurgische succespercentage wordt verhoogd13.
Met als doel zowel het dierenwelzijn als de experimentele uitkomsten te verbeteren, is een protocol ontwikkeld met aanpassingen om deze hiaten te overbruggen. Dit protocol is aangepast aan het oorspronkelijk beschreven door Corry et al.7 met raadpleging van een veterinaire anesthesist en met inachtneming van zowel de effecten als de duur van de effecten van de farmacologische interventies die worden gebruikt in het anesthesie- en analgetische regime. De aanpak was gebaseerd op de principes van evenwichtige anesthesie en multimodale analgesie om passende perioperatieve zorg te garanderen14. Naast de toepassing van aseptische techniek werden de opioïde buprenorfine en het lokale verdovingsmiddel bupivacaïne preventief toegediend. Algemene anesthesie werd uitgevoerd met behulp van het inhalatie-anestheticum isofluraan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het murine orthotopische harttransplantatiemodel is een robuust preklinisch model dat voornamelijk wordt gebruikt om de effecten van MHC-mismatch op het niveau en de aard van immunologische afstoting en, meer recent, het effect van transplantatie op het behoud van immuniteit van transplantaatweefsel te onderzoeken16. Hoewel we in eerste instantie het Corry et al.7-protocol op de voet volgden, hebben we het protocol verfijnd om best-practice normen voor aseptische techniek, …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag de uitstekende inspanningen erkennen van het dierenverzorgingspersoneel van de Universiteit van West-Australië en van het Harry Perkins Institute of Medical Research, wiens toewijding en expertise hebben bijgedragen aan de haalbaarheid en het succes van deze operaties.
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).
