Chirurgica dell'angiogenesi in porcina Allotransplantation Tibial: un nuovo grande osso animale vascolarizzato Allotransplantation composito modello
Summary
Attualmente qualsiasi tipo di composito vascularized allotransplantation dipende lungo-termine-immunosoppressione, difficile da sostenere per indicazioni non-vita-critici. Vi presentiamo un nuovo tibial VCA modello porcino che può essere utilizzato per studiare osso VCA e viene illustrato l’utilizzo dell’angiogenesi chirurgico per mantenere la vitalità dell’osso senza la necessità di modulazione immunitaria a lungo termine.
Abstract
Perdita segmentale dell’osso derivando dal trauma, infezione malignità e anomalia congenita rimane una grande sfida ricostruttiva. Opzioni terapeutiche correnti hanno un rischio significativo di insufficienza e morbosità notevole.
Uso dell’osso vascularized composito allotransplantation (VCA) ci offrono entrambi una stretta corrispondenza di osso resecato dimensioni e forma e la guarigione e rimodellamento potenziale dell’osso vivente. Allo stato attuale, l’immunosoppressione droga tutta la vita (IS) è richiesto. Tossicità d’organo, infezione opportunistica e rischi di neoplasma sono di preoccupazione per il trattamento di tali indicazioni non letali.
Precedentemente abbiamo dimostrato che vitalità VCA articolazione e dell’osso può essere mantenuto in ratti e conigli senza la necessità di lungo-termine-immunosoppressione tramite impianto di vasi recettivi derivate all’interno il VCA. Esso genera una circolazione neoangiogenic autogeno, con flusso misurabile e attivo dell’osso che ritocca, che richiede solo 2 settimane di IS. Come piccoli animali differiscono da uomo sostanzialmente in anatomia, fisiologia dell’osso ed immunologia, abbiamo sviluppato un modello VCA porcina osso per valutare questa tecnica prima applicazione clinica sia intrapresa. Suina in miniatura è attualmente ampiamente utilizzati per la ricerca di allotransplantation, dato loro somiglianze immunologiche, anatomiche, fisiologiche e dimensione all’uomo. Qui, descriviamo un nuovo osso tibiale orthotopic suina modello VCA per testare il ruolo dell’angiogenesi autogeno chirurgico VCA vitalità.
I modello ricostruisce segmentale dell’osso tibiale difetti utilizzando segmenti di osso tibiale allogeniche pari dimensioni e forma, trapiantato attraverso un maggiore disadattamento di antigene (SLA) del leucocita suina nei suini in miniatura dello Yucatan. Riparazione del vaso nutriente e impianto di vasi autogeni derivate recettivi nel canale midollare di segmenti ossei tibiale allogenico viene eseguito in combinazione con simultaneo IS a breve termine. Questo permette una circolazione autogeno neoangiogenic a sviluppare dal tessuto impiantato, mantenimento del flusso attraverso i trapianto allogeneic vasi nutrienti per un breve periodo. Una volta stabilita, la nuova circolazione autogena mantiene la vitalità dell’osso dopo cessazione della terapia farmacologica e trombosi dei vasi nutrienti successivi.
Introduction
Grandi difetti ossei segmentali risultato dal trauma, infezione o chirurgia di membro-con parsimonia dopo malignità. Corrente opzioni ricostruttive quali l’innesto vascularized dell’osso autogeno, trasporto dell’osso, sostituzione protesica e crioconservati allotrapianti necrotici, utilizzato da solo o in combinazione, sono associati con la morbosità significativa e hanno alti tassi di le complicazioni1,2,3.
La presenza di una rete microvascolare è essenziale per la formazione e l’omeostasi dell’osso, sostenendo osteogenica, chondrogenic e cellule staminali mesenchimali necessarie per osso riparazione4.
Il trapianto di osso allogenico vivente, una forma di allotransplantation tessuto composito vascularized (osso VCA), eseguita con anastomosi microchirurgica del relativo pedicle nutriente, può rappresentare un’alternativa ricostruttiva futura. Come osso allogenico crioconservato, stabilità immediata è fornito da strettamente corrispondenti morfologia ossea difetto. Come innesto autogeno vascularized, esso fornisce la guarigione avanzata e rimodellamento della vita del tessuto osseo. L’ostacolo a qualsiasi procedura di allotrapianto rimane la necessità di immunosoppressione a lungo termine a (IS). Il problema è più acuto nei tessuti muscolo-scheletrici, che richiedono le dosi di farmaco 2 – 3 volte maggiore di5trapianti d’organo. Concomitante dei rischi tra cui tossicità d’organo, malignità, infezione o lo sviluppo di malattia dell’innesto – contro – ospite sono difficili da giustificare questi generò applicazioni critiche6. Comunque un grosso problema con corrente a lungo termine IS7episodi di rigetto acuto e cronico. Continuo sforzo per strettamente corrispondono antigeni di istocompatibilità, indurre tolleranza donatore-specifica e/o migliorare l’immunoterapia di droga non sono riusciti ancora ordinariamente a permettendo clinica droga-libero tessuto sopravvivenza8,9.
Precedentemente abbiamo dimostrato i mezzi per mantenere ossa attuabilità VCA e migliorare osso che ritocca in modelli animali di piccole dimensioni dalla promozione di una nuova circolazione autogena all’interno dell’osso trapiantato. Questo viene fatto tramite l’uso supplementare di angiogenesi chirurgica dal tessuto autogeno impiantati10,11,12. Segmenti ossei allogenici sono trapiantati microsurgically con anastomosi del pedicle segmento osseo nutriente. Inoltre navi host-derivati vengono impiantate nel canale midollare del segmento allogeniche vascularized dell’osso. Durante questo processo di 2 settimane, la pervietà del vaso nutriente allogenico è mantenuta con immunosoppressione della droga. Dopo IS-ritiro, il pedicle nutriente verrà infine thrombose13. Il nuovo letto capillare, basato sui vasi derivata da host fornisce una circolazione sufficiente per mantenere la vitalità del tessuto. Osso di guarigione e rimodellamento è esaltata dal osteogenesi e angiogenesi sono accoppiati10,11,12. Nessun ulteriore immunoterapia è obbligatorio e vitalità dell’osso è mantenuto a lungo termine nonostante un ospite immunologicamente competenti e l’assenza di tolleranza donatore-specifica.
Traduzione di questo metodo novello del allotransplantation dell’osso nella pratica clinica migliore deve essere preceduta da ulteriore studio di guarigione, meccaniche proprietà ed immunologia in un modello animale di grandi dimensioni. Il modello porcino è ideale per tali VCA ricerca14,15,16. Suina in miniatura è comparabili in dimensione e anatomia all’uomo, consentendo la ricostruzione scheletrica utilizzando tecniche e impianti chirurgici essenzialmente identici. Immunologia suina è ben definita, tra cui gli aplotipi suina del leucocita antigen (SLA) e tipi di sangue, necessari per un trapianto. Studi di lignaggio cellulare sono possibili con sesso-mal adattato il trapianto, come un’analisi dettagliata delle risposte immunitarie17,18,19,20,21.
Qui, descriviamo un modello allotransplantation VCA di osso nella suina in miniatura dello Yucatan, adatto per lo studio della perdita segmentale dell’osso e della ricostruzione. Questo modello può essere utilizzato per indagare l’interazione dell’angiogenesi chirurgica e IS a breve termine sull’osso sopravvivenza VCA e funzione, tra cui lignaggio Osteocita, ossea del flusso sanguigno, guarigione e rimodellamento capacità, alloresponsiveness e biomeccanica anche per quanto riguarda prova altre strategie innovative di modulatore immuni.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il trapianto di osso allogenico vascularized (osso VCA) può rappresentare un’opzione ricostruttiva futura per grandi difetti ossei segmentali. Tuttavia, la necessità di immunosoppressione a lungo termine a (IS) e suoi effetti collaterali significativi necessari per ossa sopravvivenza VCA sono difficili da giustificare questi generò applicazioni critiche6.
Sebbene ceppi inbred del ratto di laboratorio sono stati ampiamente utilizzati nella ricerca allotransplantation …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori ringraziano la divisione di supporto Media Services, Mayo Clinic Rochester, MN per la produzione video e Georgios Kotsougianis per l’editing del video. L’eccellente grafica è stato condotto da Jim Postier, Rochester, MN. Inoltre, gli autori desiderano ringraziare la Fondazione di ricerca tedesca (Deutsche Forschungsgemeinschaft) per fornire supporto di stipendio per Dr. Dimitra Kotsougiani (grant DFG: KO 4903/1-1). Questo lavoro è stato supportato da un generoso dono da Tarek E. Obaid. Quest’opera è stata eseguita nel laboratorio di ricerca microvascolare, dipartimento di ortopedia chirurgia Mayo Clinic Rochester, MN.
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).
