En muskirurgisk modell för att skapa skada på vänster lungischemireperfusion (IR) samtidigt som ventilationen bibehålls och hypoxi undviks.
Ischemireperfusionsskada (IR) beror ofta på processer som involverar en övergående period av avbrutet blodflöde. I lungan tillåter isolerad IR experimentell studie av denna specifika process med fortsatt alveolär ventilation, vilket undviker de sammansatta skadliga processerna av hypoxi och atelektas. I det kliniska sammanhanget orsakas lungischemireperfusionsskada (även känd som lung-IRI eller LIRI) av många processer, inklusive men inte begränsat till lungemboli, återupplivat hemorragiskt trauma och lungtransplantation. Det finns för närvarande begränsade effektiva behandlingsalternativ för LIRI. Här presenterar vi en reversibel kirurgisk modell av lung-IR som involverar första orotrakeal intubation följt av ensidig vänster lungischemi och reperfusion med bevarad alveolär ventilation eller gasutbyte. Möss genomgår en vänster torakotomi, genom vilken den vänstra lungartären exponeras, visualiseras, isoleras och komprimeras med hjälp av en reversibel slipknot. Det kirurgiska snittet stängs sedan under den ischemiska perioden, och djuret väcks och extuberas. När musen spontant andas etableras reperfusion genom att släppa slipknoten runt lungartären. Denna kliniskt relevanta överlevnadsmodell möjliggör utvärdering av lung-IR-skada, upplösningsfasen, nedströms effekter på lungfunktionen samt två-hit-modeller som involverar experimentell lunginflammation. Även om det är tekniskt utmanande kan denna modell behärskas under några veckor till månader med en eventuell överlevnads- eller framgångsgrad på 80% -90%.
Ischemireperfusionsskada (IR) kan uppstå när blodflödet återställs till en organ- eller vävnadsbädd efter en viss tids avbrott. I lungan kan IR förekomma isolerat eller i samband med andra skadliga processer såsom infektion, hypoxi, atelektas, volutrauma (från höga tidvattenvolymer under mekanisk ventilation), barotrauma (hög topp eller ihållande tryck under mekanisk ventilation) eller trubbig (icke-penetrerande) lungkontusionsskada 1,2,3 . Det finns fortfarande flera luckor i vår kunskap om mekanismerna för LIRI och effekterna av samtidiga processer (t.ex. infektion) på LIRI-resultat, och även behandlingsalternativen för LIRI är begränsade. En in vivo-modell av ren LIRI krävs för att identifiera patofysiologin för lung-IR-skada isolerat och för att studera dess bidrag till alla multi-hit-processer där lungskada är en komponent.
Murin lung-IR-modeller kan användas för att studera den lungspecifika patofysiologin för flera processer, inklusive lungtransplantation3, lungemboli4 och lungskada efter hemorragiskt trauma med återupplivning5. För närvarande används modeller inkluderar kirurgisk lungtransplantation6, hilar clamping7, ex vivo lungperfusion8 och ventilerad lunga IR9. Här tillhandahåller vi ett detaljerat protokoll för en murin ventilerad lung-IR-modell av steril lungskada. Det finns flera fördelar med detta tillvägagångssätt (figur 2), inklusive att det inducerar minimal hypoxi och minimal atelektas, och det är en överlevnadskirurgimodell som möjliggör långtidsstudier.
Skäl att välja denna modell av LIRI framför andra modeller som hilar clamping och ex vivo perfusionsmodeller är följande: denna modell minimerar de inflammatoriska bidragen från atelektas, mekanisk ventilation och hypoxi; det bevarar cyklisk ventilation; det upprätthåller ett intakt in vivo cirkulationsimmunsystem som kan svara på IR-skadan; och slutligen, som ett överlevnadsförfarande, tillåter det en mer långsiktig analys av mekanismerna för sekundär skadegenerering (2-träffmodeller) och skadeupplösning. Sammantaget tror vi att denna ventilerade lung-IR-modell ger den “renaste” formen av IR-skada som kan studeras experimentellt.
Andra publikationer har beskrivit användningen av orotrakeal intubation av möss för att utföra IT-injektioner eller installationer10,11, men inte som utgångspunkt för en överlevnadsoperation som det är i denna modell. Placeringen av ett orotrakealt rör möjliggör utförandet av lungkirurgi genom att tillåta kollaps av den operativa lungan. Det möjliggör också återinflation av lungan i slutet av proceduren, vilket är avgörande för pneumotoraxen och för musens förmåga att återgå till spontan ventilation vid slutet av procedurerna. Slutligen är avlägsnandet av det säkrade orotrakealröret ett enkelt förfarande som, till skillnad från en invasiv trakeotomi, är kompatibelt med en överlevnadsoperation. Detta möjliggör långsiktiga forskningsstudier med fokus på att förstå progressionen och upplösningen av LIRI och associerade störningar, samt skapandet av kroniska skademodeller.
Detta manuskript beskriver stegen för att utföra den ventilerade lung-IR-modellen som utvecklats av Dodd-o et al.9. Denna modell har hjälpt till att identifiera molekylära vägar som är involverade i generering och upplösning av inflammation från lung-IR isolerat 14,15,16,17, lung-IR i kombination med samtidig infektion 18 och lung-IR i förhållande till tarm-lungaxeln och bidraget från tarmmikrobiomet13,18,19</s…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete finansierades av avdelningsstöd från Department of Anesthesia and Perioperative Care, University of California San Francisco och San Francisco General Hospital, samt av en NIH R01-utmärkelse (till AP): 1R01HL146753.
Equipment | |||
Fiber Optic Light Pipe | Cole-Parmer | UX-41720-65 | Fiberoptic light pipe |
Fiber Optic Light Source | AmScope | SKU: CL-HL250-B | Light source for fiberoptic lights |
Germinator 500 | Cell Point Scientific, Inc. | No.5-1450 | Bead Sterilizer |
Heating Pad | AIMS | 14-370-223 | Alternative option |
Lithium.Ion Grooming Kits(hair clipper) | WAHL home products | SKU 09854-600B | To remove mouse hair on surgical site |
Microscope | Nikon | SMZ-10 | Other newer options available at the company website |
MiniVent Ventilator | Havard Apparatus | Model 845 | Mouse ventilator |
Ultrasonic Cleaner | Cole-Parmer | UX-08895-05 | Clean tools that been used in operation |
Warming Pad | Kent Scientific | RT-0501 | To keep mouse warm while recovering from surgery |
Weighing Scale | Cole-Parmer | UX-11003-41 | Weighing scale |
Surgery Tools | |||
4-0 Silk Suture | Ethicon | 683G | For closing muscle layer |
7-0 Prolene Suture | Ethicon Industry | EP8734H | Using for making a slip knot of left pulmonary artery |
Bard-Parker (11) Scalpel (Rib-Back Carbon Steel Surgical Blade, sterile, single use) | Aspen Surgical | 372611 | For entering thoracic cavity (option 1) |
Bard-Parker (12) Scalpel | Aspen Surgical | 372612 | For entering thoracic cavity (option 2) |
Extra Fine Graefe Forceps | FST | 11150-10 | Muscle/rib holding forceps |
Magnetic Fixator Retraction System | FST | 1. Base Plate (Nos. 18200-03) 2. Fixators (Nos. 18200-01) 3. Retractors (Nos. 18200-05 through 18200-12) 4. Elastomer (Nos.18200-07) 5. Retractor(No.18200-08) |
Small Animal Retraction System |
Monoject Standard Hypodermic Needle | COVIDIEN | 05-561-20 | For medication delivery IP |
Narrow Pattern Forceps | FST | 11002-12 | Skin level forceps |
Needle holder/Needle driver | FST | 12565-14 | for holding needles |
Needles | BD | 305110 | 26 gauge needle for externalizing slipknot (24 or 26 gauge needle okay too) |
PA/Vessel Dilating forceps | FST | 00125-11 | To hold PA; non-damaging gripper |
Scissors | FST | 14060-09 | Used for incision and cutting into the muscular layer durging surgery |
Ultra Fine Dumont micro forceps | FST | 11295-10 (Dumont #5 forceps, Biology tip, tip dimension:0.05*0.02mm,11cm) | For passing through the space between the left pulmonary artery and bronchus |
Reagents | |||
0.25% Bupivacaine | Hospira, Inc. | 0409-1159-02 | Topical analgesic used during surgical wound closure |
Avertin (2,2,2-Tribromoethanol) | Sigma-Aldrich | T48402-25G | Anesthetic, using for anesthetize the mouse for IR surgery, the concentration used in IR surgery is 250-400 mg/kg. |
Buprenorphine | Covetrus North America | 59122 | Analgesic: concentration used for surgery is 0.05-0.1 mg/kg |
Eye Lubricant | BAUSCH+LOMB | Soothe Lubricant Eye Ointment | Relieves dryness of the eye |
Povidone-Iodine 10% Solution | MEDLINE INDUSTRIES INC | SKU MDS093944H (2 FL OZ, topical antiseptic) | Topical liquid applied for an effective first aid antiseptic at beginning of surgery |
Materials | |||
Alcohol Swab | BD brand | BD 326895 | for sterilzing area of injection and surgery |
Plastic film | KIRKLAND | Stretch-Tite premium | Alternative for covering the sterilized surgical field (more cost effective) |
Rodent Surgical Drapes | Stoelting | 50981 | Sterile field or drape for surgical field |
Sterile Cotton Tipped Application | Pwi-Wnaps | 703033 | used for applying eye lubricant |
Top Sponges | Dukal Corporaton | Reorder # 5360 | Stopping bleeding from skin/muscle |