सर्जिकल Angiogenesis में सुअर टिबियल Allotransplantation: एक नई बड़ी पशु हड्डी संवहनी समग्र Allotransplantation मॉडल
Summary
वर्तमान में किसी भी तरह का संवहनी समग्र allotransplantation पर निर्भर करता है दीर्घकालिक-प्रतिरक्षादमन, मुश्किल गैर के लिए समर्थन करने के लिए जीवन-महत्वपूर्ण संकेत. हम एक नया सुअर टिबियल वीसीए मॉडल है कि अस्थि वीसीए का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और लंबी अवधि के प्रतिरक्षा मॉडुलन की आवश्यकता के बिना हड्डी व्यवहार्यता बनाए रखने के लिए शल्य angiogenesis के उपयोग का प्रदर्शन प्रस्तुत करते हैं ।
Abstract
ट्रामा, संक्रमण द्रोह और जन्मजात विषमता से उत्पंन होने वाली हड्डी हानि एक प्रमुख पुनर्निर्माण चुनौती बनी हुई है । वर्तमान चिकित्सीय विकल्प विफलता और पर्याप्त रुग्णता का महत्वपूर्ण जोखिम है ।
अस्थि का उपयोग संवहनी समग्र allotransplantation (वीसीए) दोनों एक के करीब मैच की पेशकश करेगा reविदारक हड्डी का आकार और आकार और उपचार और अस्थियां रहने की क्षमता remodeling । वर्तमान में जीवन-दीर्घ औषध प्रतिरक्षादमन (is) की आवश्यकता है. अंग विषाक्तता, अवसरवादी संक्रमण और ट्यूमर जोखिम ऐसे गैर घातक संकेत के इलाज के लिए चिंता का विषय हैं ।
हम पहले से प्रदर्शित किया है कि हड्डी और संयुक्त वीसीए व्यवहार्यता लंबे समय की आवश्यकता के बिना चूहों और खरगोशों में बनाए रखा जा सकता है-वीसीए के भीतर प्राप्तकर्ता व्युत्पंन वाहिकाओं के आरोपण द्वारा प्रतिरक्षादमन । यह एक autogenous, औसत दर्जे का प्रवाह और सक्रिय हड्डी remodeling के साथ neoangiogenic संचलन उत्पंन करता है, के केवल 2 सप्ताह की आवश्यकता है । के रूप में छोटे जानवरों के शरीर रचना विज्ञान, अस्थि फिजियोलॉजी और इम्यूनोलॉजी में काफी आदमी से अलग है, हम एक सुअर बोन वीसीए मॉडल नैदानिक आवेदन शुरू होने से पहले इस तकनीक का मूल्यांकन करने के लिए विकसित किया है । लघु सूअर वर्तमान में व्यापक रूप से allotransplantation अनुसंधान के लिए प्रयोग किया जाता है, उनके immunologic, शारीरिक, शारीरिक और आदमी को आकार समानता दी । यहाँ, हम autogenous व्यवहार्यता को बनाए रखने के लिए angiogenesis शल्य वीसीए की भूमिका का परीक्षण करने के लिए एक नया सुअर orthotopic टिबियल बोन वीसीए मॉडल का वर्णन ।
मॉडल allogeneic टिबियल हड्डी क्षेत्रों, एक प्रमुख सूअर ल्युकोसैट प्रतिजन (SLA) बेमेल के पार Yucatan लघु सूअर में प्रत्यारोपित आकार और आकार का उपयोग कर फॉल्ट टिबियल हड्डी दोषों को खंगाला । पोषक तत्व पोत की मरंमत और allogeneic टिबियल हड्डी क्षेत्रों के दिमाग़ी नहर में प्राप्तकर्ता व्युत्पंन autogenous वाहिकाओं के आरोपण एक साथ संयोजन में अल्पकालिक है के साथ किया जाता है । यह एक neoangiogenic autogenous परिसंचरण प्रत्यारोपित ऊतक से विकसित करने के लिए अनुमति देता है, एक कम समय के लिए allogeneic पोषक तत्व वाहिकाओं के माध्यम से प्रवाह को बनाए रखने. एक बार स्थापित, नई autogenous संचलन औषध चिकित्सा और बाद में पोषक तत्व पोत घनास्त्रता की समाप्ति के बाद अस्थि व्यवहार्यता रखता है ।
Introduction
बड़ी फॉल्ट osseous दोष आघात, संक्रमण या अंग-द्रोह के बाद सर्जरी से परिणाम । मौजूदा पुनर्निर्माण विकल्प जैसे संवहनी autogenous हड्डी भ्रष्टाचार, अस्थि परिवहन, कृत्रिम प्रतिस्थापन, और cryopreserved गल allografts, अकेले या संयोजन में इस्तेमाल किया, महत्वपूर्ण रुग्णता के साथ जुड़े रहे हैं और उच्च दरों की है जटिलताओं1,2,3।
एक microvascular नेटवर्क की उपस्थिति के गठन के लिए आवश्यक है और हड्डी की homeostasis, सहायक osteogenic, chondrogenic और mesenchymal स्टेम हड्डी की मरंमत के लिए आवश्यक कोशिकाओं4।
allogeneic हड्डी, संवहनी समग्र ऊतक allotransplantation (अस्थि वीसीए), अपने पोषक सम्मिलन के microsurgical pedicle के साथ प्रदर्शन का एक रूप रहने का प्रत्यारोपण, एक भविष्य पुनर्निर्माण विकल्प का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं । cryopreserved allogeneic हड्डी की तरह, तत्काल स्थिरता बारीकी से मिलान अस्थि दोष आकृति विज्ञान द्वारा प्रदान की जाती है । autogenous की तरह भ्रष्टाचार संवहनी, यह बढ़ाया चिकित्सा प्रदान करता है और अस्थि ऊतक रहने के remodeling । किसी भी allotransplant प्रक्रिया में बाधा दीर्घकालिक-प्रतिरक्षादमन (IS) की जरूरत रहती है. समस्या पुराने ऑस्टियोआर्थराइटिस ऊतकों, जो दवा की खुराक 2-3 बार अंग प्रत्यारोपण से अधिक की आवश्यकता होती है में अधिक तीव्र है5। अंग विषाक्तता, द्रोह, संक्रमण या भ्रष्टाचार बनाम मेजबान रोग के विकास सहित सहवर्ती जोखिम इन गैर-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में सही ठहराना मुश्किल है6। हालांकि, तीव्र और जीर्ण अस्वीकृति के एपिसोड वर्तमान दीर्घकालिक के साथ एक प्रमुख मुद्दा रहते है7है । निकट histocompatibility एंटीजन मैच के लिए चल रहे प्रयास, दाता के लिए प्रेरित विशेष सहिष्णुता और/या दवा immunotherapy में सुधार के रूप में अभी तक नियमित रूप से नैदानिक दवा मुक्त ऊतक अस्तित्व8,9की अनुमति में सफल नहीं है ।
हम पहले से अस्थि वीसीए व्यवहार्यता बनाए रखने और एक नया autogenous संचलन के संवर्धन द्वारा छोटे जानवर मॉडलों में अस्थि remodeling हड्डियों को बढ़ाने के साधन का प्रदर्शन किया है । यह प्रत्यारोपित autogenous ऊतक10,11,12से शल्य angiogenesis के अतिरिक्त उपयोग द्वारा किया जाता है । Allogeneic अस्थि खंडों pedicle पोषक तत्व हड्डी खंड के सम्मिलन के साथ microsurgically प्रत्यारोपण कर रहे हैं । इसके अलावा में मेजबान व्युत्पंन वाहिकाओं allogeneic संवहनी हड्डी खंड के दिमाग़ी नहर में प्रत्यारोपित कर रहे हैं । इस 2 सप्ताह की प्रक्रिया के दौरान, allogeneic पोषक तत्व पोत के प्रत्यक्षता दवा प्रतिरक्षादमन के साथ बनाए रखा है । है-वापसी के बाद, पोषक तत्व pedicle अंततः13thrombose होगा । नई केशिका बिस्तर, मेजबान व्युत्पन्न जहाजों के आधार पर ऊतक व्यवहार्यता को बनाए रखने के लिए पर्याप्त परिसंचरण प्रदान करता है । आस्टियोजेनेसिस और angiogenesis के बाद से10,11,12युग्मित कर रहे है के बाद से हड्डी हीलिंग और remodeling बढ़ा रहे हैं । कोई आगे immunotherapy की आवश्यकता है और अस्थि व्यवहार्यता एक immunologically सक्षम मेजबान और दाता के अभाव के बावजूद दीर्घकालिक बनाए रखा है विशेष सहिष्णुता ।
नैदानिक अभ्यास में अस्थि allotransplantation के इस उपंयास विधि का अनुवाद सबसे अच्छा एक बड़े पशु मॉडल में चिकित्सा, यांत्रिक गुणों और इम्यूनोलॉजी के आगे के अध्ययन से पहले किया जाना चाहिए । सुअर मॉडल ऐसे वीसीए अनुसंधान के लिए आदर्श है14,15,16। लघु सूअर आकार और शरीर रचना विज्ञान में आदमी के लिए तुलनीय हैं, कंकाल पुनर्निर्माण मूलतः समान शल्य प्रत्यारोपण और तकनीक का उपयोग कर की अनुमति । सूअर इम्यूनोलॉजी सूअर ल्युकोसैट प्रतिजन (SLA) haplotypes और रक्त प्रकार, प्रत्यारोपण सर्जरी के लिए आवश्यक सहित अच्छी तरह से परिभाषित किया गया है । कोशिका वंश अध्ययन सेक्स बेमेल प्रत्यारोपण के साथ संभव हो रहे हैं, के रूप में प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं का विस्तृत विश्लेषण कर रहे हैं17,18,19,20,21.
यहां, हम Yucatan लघु सूअर में एक हड्डी वीसीए allotransplantation मॉडल का वर्णन, खंड हड्डी हानि और पुनर्निर्माण के अध्ययन के लिए उपयुक्त । इस मॉडल शल्य angiogenesis और अल्पकालिक की पुनरावृत्ति की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हड्डी वीसीए अस्तित्व और osteocyte वंश, अस्थि रक्त प्रवाह, चिकित्सा और remodeling क्षमता, alloresponsiveness और यांत्रिक के रूप में अच्छी तरह के रूप में सहित समारोह, पर है परीक्षण अंय अभिनव प्रतिरक्षा modulatory रणनीतियों ।
Protocol
Representative Results
Discussion
संवहनी allogeneic हड्डी (बोन वीसीए) के प्रत्यारोपण बड़े फॉल्ट osseous दोषों के लिए एक भविष्य पुनर्निर्माण विकल्प का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं । हालांकि, लंबे समय तक की जरूरत है-प्रतिरक्षादमन (है) और उसके महत्वपूर्?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक मीडिया समर्थन सेवाओं, मेयो क्लिनिक रोचेस्टर, वीडियो उत्पादन के लिए MN के साथ ही वीडियो के संपादन के लिए Georgios Kotsougianis के विभाजन का धंयवाद । उत्कृष्ट कलाकृति जिम Postier, रोचेस्टर, MN द्वारा आयोजित किया गया था । इसके अतिरिक्त, लेखक Dr. Dimitra Kotsougiani (DFG अनुदान: KO 4903/1-1) के लिए वेतन सहायता प्रदान करने के लिए जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (ड्यूश Forschungsgemeinschaft) का शुक्रिया अदा करना चाहता हूं । यह काम Tarek ई. ओबैद से एक उदार उपहार द्वारा समर्थित किया गया था । यह काम Microvascular अनुसंधान प्रयोगशाला, आर्थोपेडिक सर्जरी विभाग के मेयो क्लिनिक रोचेस्टर, MN में किया गया ।
Materials
| Xylazine | VetTek, Bluesprings, MO | N/A | 2mg/kg |
| Telazol | Pfizer Inc., NY, NY | 2103 | 5mg/kg |
| Buprenorphine | Zoo Pharm, Windsor, CO | N/A | 0.18mg/kg |
| Cefazoline | Hospira, Lake Forest, IL | RL-4539 | 1g |
| Ethilon sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | BV 130-5 | 9-0 |
| Locking plate | DePuy Synthes Vet, West Chester, PA | VP4041.09 | 9-hole 3.5mm locking plate |
| Vicryl sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | J808T | 2-0, 3-0 |
| Tegaderm | 3M Health Care, St. Paul, MN | 16006 | 15x10cm |
| Hickman catheter | Bard Access System Inc., Salt Lake City, UT | 600560 | 9.6 French |
| Carprofen | Zoetis Inc., Kalamazoo, MI | 1760R-60-06-759 | 4mg/kg |
| Tacrolimus | Sandoz Inc., Princeton, NJ | 973975 | (0.8-1.5mg/kg/day) |
| Mycophenolate Mofetil | Sandoz Inc., Princeton, NJ | 772212 | (50-70mg/kg/day) |
| Methylprednisolone sodium succinate | Pfizer Inc., NY, NY | 2375-03-0 | 500 mg |
| Gentamicin | Sparhawk Laboratories, Lenexa, KS | 1405-41-0 | 3mg/kg |
| Dermabond Prineo | Ethicon, San Lorenzo, Puerto Rico | 6510-01-6140050 | |
| Isoflurane 99.9% 250 ml | Abbott Animal Health | 05260-5 | |
| Lactated Ringer's 1L | Baxter Corporation | JB1064 | |
| Saline 0.9%, 1 L | Baxter Corporation | 60208 | |
| Ceftiofur | Pfizer Canada Inc. | 11103 | 5mg/kg |
| Microfil | Flow Tech Inc, Carver, MA | MV-122 | 125 ml |
| Decalcifying Solution | Thermo Fisher Scientific, Chesire, WA, UK | 8340-1 |
Riferimenti
- Ham, S. J., et al. Limb salvage surgery for primary bone sarcoma of the lower extremities: long-term consequences of endoprosthetic reconstructions. Ann Surg Oncol. 5, 423-436 (1998).
- Niimi, R., et al. Usefulness of limb salvage surgery for bone and soft tissue sarcomas of the distal lower leg. J Cancer Res Clin Oncol. 134, 1087-1095 (2008).
- Tukiainen, E., Asko-Seljavaara, S. Use of the Ilizarov technique after a free microvascular muscle flap transplantation in massive trauma of the lower leg. Clin Orthop Relat Res. , 129-134 (1993).
- Schipani, E., Maes, C., Carmeliet, G., Semenza, G. L. Regulation of osteogenesis-angiogenesis coupling by HIFs and VEGF. J Bone Miner Res. 24, 1347-1353 (2009).
- Murray, J. E. Organ transplantation (skin, kidney, heart) and the plastic surgeon. Plast Reconstr Surg. 47, 425-431 (1971).
- Ravindra, K. V., Wu, S., McKinney, M., Xu, H., Ildstad, S. T. Composite tissue allotransplantation: current challenges. Transplant Proc. 41, 3519-3528 (2009).
- Lantieri, L., et al. Face transplant: long-term follow-up and results of a prospective open study. Lancet. 388, 1398-1407 (2016).
- Brent, L. B. Tolerance and its clinical significance. World J Surg. 24, 787-792 (2000).
- Utsugi, R., et al. Induction of transplantation tolerance with a short course of tacrolimus (FK506): I. Rapid and stable tolerance to two-haplotype fully mhc-mismatched kidney allografts in miniature swine. Transplantation. 71, 1368-1379 (2001).
- Giessler, G. A., Zobitz, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Host-derived neoangiogenesis with short-term immunosuppression allows incorporation and remodeling of vascularized diaphyseal allogeneic rabbit femur transplants. J Orthopaedic Res. 27, 763-770 (2009).
- Kremer, T., et al. Surgical angiogenesis with short-term immunosuppression maintains bone viability in rabbit allogenic knee joint transplantation. Plast Reconstr Surg. 131, 148e-157e (2013).
- Larsen, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. A modified vascularized whole knee joint allotransplantation model in the rat. Microsurgery. 30, 557-564 (2010).
- Ohno, T., Pelzer, M., Larsen, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Host-derived angiogenesis maintains bone blood flow after withdrawal of immunosuppression. Microsurgery. 27, 657-663 (2007).
- Ibrahim, Z., et al. A modified heterotopic swine hind limb transplant model for translational vascularized composite allotransplantation (VCA) research. J Vis Exp. , (2013).
- Solla, F., et al. Composite tissue allotransplantation in newborns: a swine model. J Surg Res. 179, e235-e243 (2013).
- Ustuner, E. T., et al. Swine composite tissue allotransplant model for preclinical hand transplant studies. Microsurgery. 20, 400-406 (2000).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class II genes in outbred pig populations. Anim Genet. 41, 428-432 (2010).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class I genes in outbred pig populations. Anim Genet. 40, 468-478 (2009).
- Morin, N., Metrakos, P., Berman, K., Shen, Y., Lipman, M. L. Quantification of donor microchimerism in sex-mismatched porcine allotransplantation by competitive PCR. BioTechniques. 37, 74-76 (2004).
- van Dekken, H., Hagenbeek, A., Bauman, J. G. Detection of host cells following sex-mismatched bone marrow transplantation by fluorescent in situ hybridization with a Y-chromosome specific probe. Leukemia. 3, 724-728 (1989).
- Leonard, D. A., et al. Vascularized composite allograft tolerance across MHC barriers in a large animal model. Am J Transplant. 14, 343-355 (2014).
- Smith, D. M., Martens, G. W., Ho, C. S., Asbury, J. M. DNA sequence based typing of swine leukocyte antigens in Yucatan miniature pigs. Xenotransplantation. 12, 481-488 (2005).
- Ho, C. S., et al. Nomenclature for factors of the SLA system, update 2008. Tissue Antigens. 73, 307-315 (2009).
- Kaiser, G. M., Heuer, M. M., Fruhauf, N. R., Kuhne, C. A., Broelsch, C. E. General handling and anesthesia for experimental surgery in pigs. J Surg Res. 130, 73-79 (2006).
- Alghoul, M. S., et al. From simple interrupted to complex spiral: a systematic review of various suture techniques for microvascular anastomoses. Microsurgery. 31, 72-80 (2011).
- Acland, R. Signs of patency in small vessel anastomosis. Surgery. 72, 744-748 (1972).
- Kotsougiani, D., et al. Recipient-derived angiogenesis with short term immunosuppression increases bone remodeling in bone vascularized composite allotransplantation: A pilot study in a swine tibial defect model. J Orthopaedic Res. , (2016).
- Riegger, C., et al. Quantitative assessment of bone defect healing by multidetector CT in a pig model. Skeletal Radiol. 41, 531-537 (2012).
- Buttemeyer, R., Jones, N. F., Min, Z., Rao, U. Rejection of the component tissues of limb allografts in rats immunosuppressed with FK-506 and cyclosporine. Plast Reconstr Surg. 97, 149-151 (1996).
- Taira, H., Moreno, J., Ripalda, P., Forriol, F. Radiological and histological analysis of cortical allografts: an experimental study in sheep femora. Arch Orthop Trauma Surg. 124, 320-325 (2004).
- Giessler, G. A., Zobitz, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Transplantation of a vascularized rabbit femoral diaphyseal segment: mechanical and histologic properties of a new living bone transplantation model. Microsurgery. 28, 291-299 (2008).
- Laiblin, C., Jaeschke, G. Clinical chemistry examinations of bone and muscle metabolism under stress in the Gottingen miniature pig–an experimental study. Berliner und Munchener tierarztliche Wochenschrift. 92, 124-128 (1979).
- Saalmuller, A. Characterization of swine leukocyte differentiation antigens. Immunol Today. 17, 352-354 (1996).
- Pelzer, M., Larsen, M., Friedrich, P. F., Aleff, R. A., Bishop, A. T. Repopulation of vascularized bone allotransplants with recipient-derived cells: detection by laser capture microdissection and real-time PCR. J Orthopaedic Res. 27, 1514-1520 (2009).
- Muramatsu, K., Kurokawa, Y., Kuriyama, R., Taguchi, T., Bishop, A. T. Gradual graft-cell repopulation with recipient cells following vascularized bone and limb allotransplantation. Microsurgery. 25, 599-605 (2005).
- Muramatsu, K., Bishop, A. T., Sunagawa, T., Valenzuela, R. G. Fate of donor cells in vascularized bone grafts: identification of systemic chimerism by the polymerase chain reaction. Plastic and reconstructive surgery. 111, 763-777 (2003).
- Vossen, M., et al. Bone quality and healing in a swine vascularized bone allotransplantation model using cyclosporine-based immunosuppression therapy. Plast Reconstr Surg. 115, 529-538 (2005).
- Lee, W. P., et al. Relative antigenicity of components of a vascularized limb allograft. Plast Reconstr Surg. 87, 401-411 (1991).
