Udvidet 78 % hepatektomi i en musekirurgisk model
Summary
Musemodellen med partiel 2/3 (66 %) hepatektomi er velbeskrevet i litteraturen, men mere udvidede hepatektomier, der efterligner small-for-size-syndrom efter levertransplantation, er sjældent blevet brugt. Vi beskriver en udvidet 78 % hepatektomiprocedure i en musemodel, der resulterer i ca. 50 % postoperativ dødelighed hos raske mus.
Abstract
Delvis 2/3 hepatektomi hos mus bruges i forskning til at studere leverens regenerative kapacitet og udforske resultaterne af leverresektion i en række sygdomsmodeller. I den klassiske partielle 2/3 hepatektomi hos mus resekeres to af de fem leverlapper, nemlig venstre og medianlapper, der repræsenterer ca. 66 % af levermassen, en bloc med en forventet postoperativ overlevelse på 100 %. Mere aggressive partielle hepatektomier er teknisk mere udfordrende og er derfor sjældent blevet brugt til mus. Vores gruppe har udviklet en musemodel af en udvidet hepatektomi-teknik, hvor tre af de fem leverlapper, inklusive venstre, median og højre øvre lappe, resekereres separat for at fjerne ca. 78 % af den samlede levermasse. Denne udvidede resektion hos ellers sunde mus efterlader en rest af leveren, der ikke altid kan opretholde tilstrækkelig og rettidig regenerering. Manglende regenerering resulterer i sidste ende i 50 % postoperativ dødelighed inden for 1 uge på grund af fulminant leversvigt. Denne procedure med udvidet 78% hepatektomi hos mus repræsenterer en unik kirurgisk model til undersøgelse af small-for-size syndrom og evaluering af terapeutiske strategier til forbedring af leverregenerering og resultater i forbindelse med levertransplantation eller udvidet leverresektion for kræft.
Introduction
Mus og rotter kirurgiske leverresektionsmodeller, der først blev beskrevet i 1931, er de mest almindelige eksperimentelle modeller, der bruges til at studere det molekylære grundlag for leverregenerering. De kan også være nyttige i translationel videnskabelig forskning til at teste og udvikle strategier til at forbedre resultaterne efter forlænget leverresektion eller transplantation af suboptimale levertransplantater 1,2,3,4. Partielle hepatektomier (PH) hos mus medfører fjernelse af ca. 2/3 (66 %) af den samlede levermasse (TLM), som, når de udføres på raske dyr, har ekstraordinære resultater5. Proceduren er kortvarig, let reproducerbar på grund af lille variation i museleverens anatomi, og postoperativ overlevelse nærmer sig typisk 100 %1.
Delvis 2/3 hepatektomi, der omfatter resektionen af venstre lap (LL) og medianlap (ML), gør det muligt for de resterende lapper at regenerere relativt uhindret af lobarbetændelse eller begrænsning af leverind- og udstrømning. Snarere resulterer øget portal venøs strømning og efterfølgende forskydningsstress på leverens sinusformede endotelceller efter PH i vedvarende opregulering af endotelial nitrogenoxidsyntase (eNOS) ekspression og efterfølgende frigivelse af nitrogenoxid (NO), som bidrager til priming af hepatocytter til proliferation og leverregenerering3. Resultater, der almindeligvis studeres efter 2/3 PH i sygdomsmodeller såsom ikke-alkoholisk fedtleversygdom eller i specifikke genetiske baggrunde, omfatter risiko for akut leversvigt, kvalitative og kvantitative mål for leverens regenerative kapacitet og andre biologiske reaktioner på stress eller traumatisk skade 1,3.
En musemodel, der efterligner funktionelt eller anatomisk lille-for-størrelse-syndrom, som det opstår efter forlænget leverresektion for kræft eller transplantation af marginale (steatose eller forlænget iskæmisk tid) eller delvise (splittede eller fra levende donorlever) levertransplantater, er dog stadig veletableret. For at imødekomme dette behov kræves modeller af mere omfattende leverresektioner, der strækker sig ud over opretholdelsen af en minimal (og funktionel) levermasse, for at modellere leversyndrom med lille størrelse og den øgede dødelighed, der er forbundet med dette syndrom 6,7.
Musens leveranatomi udviser minimal variation. Museleveren består af fem lapper, der hver især tegner sig for følgende procentdel af den samlede levermasse: venstre lap (LL; 34,4 ± 1,9 %), medianlap (ML; 26,2 ± 1,9 %), højre øvre (også kaldet højre superior) lap (RUL; 16,6 ± 1,4 %), højre nedre (også kaldet højre inferior) lap (RLL; 14,7 ± 1,4 %) og halelap (CL, 8,1 ± 1,0 %)1, 5. Hver lap forsynes af en portaltriade, herunder en gren af leverarterien, en gren af portvenen og en galdegang5. Historisk set blev flere teknikker beskrevet til at udføre en 2/3 PH ved at resekere LL og ML. Disse omfatter 1) den klassiske teknik, der består af en enkelt ligatur en bloc ved bunden af hver af de resekerede lapper; 2) den hæmostatiske clips-teknik ved hjælp af titaniumclips påført i bunden af de resekerede lapper; 3) en karorienteret parenkymbevarende teknik ved hjælp af piercingsuturer proksimalt for klemmen; og 4) en karorienteret mikrokirurgisk teknik, hvorved portvenen og leverarteriegrenene ligeres før loberesektion1. Mens hver teknik har relative styrker og svagheder, giver ingen højere dødelighed 1,8,9.
I denne undersøgelse præsenterer vi en ny metode til udvidet 78% PH hos mus. I denne model fjernes tre ud af fem leverlapper, inklusive LL, ML og RUL, separat ved hjælp af en ligaturteknik (figur 1). Denne procedure resulterer i resektion af ca. 78 % (77,2 ± 5,2 %) af den samlede levermasse. Vores valg af at fjerne LL og ML separat, og ikke “en bloc” som i den klassiske PH-teknik, minimerer komplikationer, der er forbundet med en bloc-resektion af disse to lapper, såsom suprahepatisk vena cava-stenose og øget risiko for nekrose af de resterende lapper, når den enkelte ligatur påføres for tæt på vena cava1, 10,11,12,13,14. Dette er afgørende, før du går videre til det sidste trin i denne procedure for at fjerne RUL. Denne omfattende hepatektomi hos 8-12 uger gamle, vildtype C57BL/6 mus forårsager 50% dødelighed inden for 1 uge efter operationen på grund af mislykket leverregenerering, der forårsager fulminant leversvigt 15,16. Denne musemodel af øget dødelighed efter udvidet 78 % hepatektomi rekapitulerer patofysiologien af small-for-size syndrom og muliggør udvikling og test af nye strategier til at forbedre resultaterne.
Protocol
Representative Results
Discussion
For at kunne udføre en udvidet 78% hepatektomi, der forårsager 50% dødelighed hos mus, er det afgørende, at hver leverlap resekeres præcist. Dette kompetence- og præcisionsniveau kan kun opnås, hvis proceduren udføres gentagne gange. Træningskurven varierer mellem operatører, men kræver typisk 3-6 måneders øvelse. En leverresektion, der fjerner mindre end 78 % af TLM, ville resultere i højere overlevelsesrater, mens en leverresektion, der fjerner mere end 78 % af TLM, ville resultere i større dødelighed. …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af NIH R01-bevillinger DK063275 og HL086741 til CF. PB og TA er modtagere af et NRSA-stipendium fra NHLBI T32-uddannelsesstipendiet HL007734.
Materials
| 2 x 2 Gauze | Covidien | 2146 | Surgery: dissection |
| 5-O Nylon Monofilament Suture | Oasis | 50-118-0631 | Surgery: Skin closure |
| 5-O Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-50 | Surgery: liver lobe ligation |
| 5-O Vicryl Suture | Ethicon | NC9335902 | Surgery: Abdominal wall closure |
| Addson Forceps | Braintree Scientific | FC028 | Surgery: dissection |
| Alcohol Swabs (2) | BD | 326895 | Disinfectant |
| Buprenorphine Extended Release Formulation | Zoopharm | N/A | Analgesia |
| Cordless Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9868-14 | Shaving |
| Curved Forceps | Braintree Scientific | FC0038 | Surgery: dissection |
| Hemostat | Braintree Scientific | FC79-1 | Surgery: dissection |
| Isoflurane Inhalant Anesthetic | Patterson Veterinary | RXISO-250 | General Anesthesia |
| Magnet Fixator (2-slot) (2) | Braintree Scientific | ACD-001 | Surgery: to hold small retractors |
| Magnet Fixator (4-slot) | Braintree Scientific | ACD-002 | Surgery: to hold small retractors |
| Microscissors | Braintree Scientific | SC-MI 151 | Surgery: dissection |
| Operating tray | Braintree Scientific | ACD-0014 | Surgery: for establishment of surgical field |
| Povidone Iodine 10% Swabstick (2) | Medline | MDS093901ZZ | Disinfectant |
| Scalpel (15-blade) | Aspen Surgical Products | 371615 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Curved) | Braintree Scientific | SC-T-406 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Straight) | Braintree Scientific | SC-T-405 | Surgery: dissection |
| Small Cotton-Tipped Applicators | Fisher Scientific | 23-400-118 | Surgery: dissection |
| Tissue Forceps (Straight x2) | Braintree Scientific | FC1001 | Surgery: dissection |
| Warming Pad (18" x 26") | Stryker | TP 700 | Warming |
| Warming Pad Pump | Stryker | TP 700 | Warming |
| Wire Handle Retractor (2) | Braintree Scientific | ACD-005 | Surgery: to facilitate exposure of peritoneal cavity |
| Xenotec Isoflurane Small Animal Anesthesia System | Braintree Scientific | EZ-108SA | General Anesthesia: Contains Isoflurane vaborizer & console, Induction chamber, Regulator/Hose, Facemask (M) |
References
- Martins, P. N., Theruvath, T. P., Neuhaus, P. Rodent models of partial hepatectomies. Liver Int. 28 (1), 3-11 (2008).
- Higgins, G., Anderson, R. Experimental pathology of the liver I. Restoration of the liver of the white rat following partial surgical removal. Arch Pathol. 12, 186-202 (1931).
- Koniaris, L. G., McKillop, I. H., Schwartz, S. I., Zimmers, T. A. Liver regeneration. J Am Coll Surg. 197 (4), 634-659 (2003).
- Fausto, N., Campbell, J. S., Riehle, K. J. Liver regeneration. Hepatology. 43 (2), S45-S53 (2006).
- Inderbitzin, D., et al. Magnetic resonance imaging provides accurate and precise volume determination of the regenerating mouse liver. J Gastrointest Surg. 8 (7), 806-811 (2004).
- Clavien, P. A., et al. What is critical for liver surgery and partial liver transplantation: size or quality. Hepatology. 52 (2), 715-729 (2010).
- Dahm, F., Georgiev, P., Clavien, P. A. Small-for-size syndrome after partial liver transplantation: definition, mechanisms of disease and clinical implications. Am J Transplant. 5 (11), 2605-2610 (2005).
- Hori, T., et al. Simple and reproducible hepatectomy in the mouse using the clip technique. World J Gastroenterol. 18 (22), 2767-2774 (2012).
- Kamali, C., et al. Extended liver resection in mice: state of the art and pitfalls-a systematic review. Eur J Med Res. 26 (1), 6 (2021).
- Mitchell, C., Willenbring, H. A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 3 (7), 1167-1170 (2008).
- Borowiak, M., et al. Met provides essential signals for liver regeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (29), 10608-10613 (2004).
- Boyce, S., Harrison, D. A detailed methodology of partial hepatectomy in the mouse. Lab Anim (NY). 37 (11), 529-532 (2008).
- Greene, A. K., Puder, M. Partial hepatectomy in the mouse: technique and perioperative management. J Invest Surg. 16 (2), 99-102 (2003).
- Mitchell, C., Willenbring, H. Erratum: A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 9 (6), 1532 (2014).
- Studer, P., et al. Significant lethality following liver resection in A20 heterozygous knockout mice uncovers a key role for A20 in liver regeneration. Cell Death Differ. 22 (12), 2068-2077 (2015).
- Longo, C. R., et al. A20 protects mice from lethal radical hepatectomy by promoting hepatocyte proliferation via a p21waf1-dependent mechanism. Hepatology. 42 (1), 156-164 (2005).
- Michalopoulos, G. K., DeFrances, M. C. Liver regeneration. Science. 276 (5309), 60-66 (1997).
- Diehl, A. M., Rai, R. M. Liver regeneration. 3. Regulation of signal transduction during liver regeneration. FASEB J. 10 (2), 215-227 (1996).
- . A comparison of selected organ weights and clinical pathology parameters in male and female CD-1 and CByB6F1 hybrid mice 12-14 weeks in age Available from: https://www.criver.com/sites/default/files/resources/doc_a/AComparisonofSelectedOrganWeightsandClinicalPathologyParametersinMaleandFemaleCD-1andCByB6F1HybridMice12-14WeeksinAge.pdf (2023)
- CD-1® IGS mouse. Charles River Laboratories Available from: https://www.criver.com/products-services/find-model/cd-1r-igs-mouse?region=3611 (2023)
- C57BL/6J mouse organ weight. The Jackson Laboratory Available from: https://www.jax.org/de/-/media/jaxweb/files/jax-mice-and-services/b6j-data-summary.xlsx (2023)
- Inderbitzin, D., et al. Regenerative capacity of individual liver lobes in the microsurgical mouse model. Microsurgery. 26 (6), 465-469 (2006).
- Zhou, X., et al. L-carnitine promotes liver regeneration after hepatectomy by enhancing lipid metabolism. J Transl Med. 21 (1), 487 (2023).
- Linecker, M., et al. Omega-3 fatty acids protect fatty and lean mouse livers after major hepatectomy. Ann Surg. 266 (2), 324-332 (2017).
- Haber, B. A., et al. High levels of glucose-6-phosphatase gene and protein expression reflect an adaptive response in proliferating liver and diabetes. J Clin Invest. 95 (2), 832-841 (1995).
- Rickenbacher, A., et al. Arguments against toxic effects of chemotherapy on liver injury and regeneration in an experimental model of partial hepatectomy. Liver Int. 31 (3), 313-321 (2011).
- Aravinthan, A. D., et al. The impact of preexisting and post-transplant diabetes mellitus on outcomes following liver transplantation. Transplantation. 103 (12), 2523-2530 (2019).
- Gonzalez, H. D., Liu, Z. W., Cashman, S., Fusai, G. K. Small for size syndrome following living donor and split liver transplantation. World J Gastrointest Surg. 2 (12), 389-394 (2010).
- Mahmud, N., et al. Risk prediction models for post-operative mortality in patients with cirrhosis. Hepatology. 73 (1), 204-218 (2021).
- Kooby, D. A., et al. Impact of steatosis on perioperative outcome following hepatic resection. J Gastrointest Surg. 7 (8), 1034-1044 (2003).
- Ma, K., et al. A mesenchymal-epithelial transition factor-agonistic antibody accelerates cirrhotic liver regeneration and improves mouse survival following partial hepatectomy. Liver Transpl. 28 (5), 782-793 (2022).
- Hori, T., et al. Simple and sure methodology for massive hepatectomy in the mouse. Ann Gastroenterol. 24 (4), 307-318 (2011).
- Ramsey, H. E., et al. A20 protects mice from lethal liver ischemia/reperfusion injury by increasing peroxisome proliferator-activated receptor-alpha expression. Liver Transpl. 15 (11), 1613-1621 (2009).
- Arvelo, M. B., et al. A20 protects mice from D-galactosamine/lipopolysaccharide acute toxic lethal hepatitis. Hepatology. 35 (3), 535-543 (2002).
