Pre-klinisch model van cardiale donatie na circulatie dood
Summary
Dit protocol toont een eenvoudige en flexibele aanpak voor de evaluatie van nieuwe conditionerings agenten of-strategieën om de haalbaarheid van cardiale donatie na het overlijden van de bloedsomloop te verhogen.
Abstract
De vraag naar harttransplantatie stijgt; de beschikbaarheid van organen is echter beperkt vanwege een gebrek aan geschikte donoren. Orgaandonatie na bloedsomloop dood (DCD) is een oplossing om deze beperkte beschikbaarheid aan te pakken, maar als gevolg van een periode van langdurige warme ischemie en het risico op weefsel letsel, wordt het routine gebruik bij harttransplantatie zelden gezien. In dit manuscript geven we een gedetailleerd protocol dat de huidige klinische praktijken nauwgezet nabootsen in de context van DCD met continue monitoring van de hartfunctie, waardoor de evaluatie van nieuwe cardioprotective strategieën en interventies te verminderen ischemie-reperfusie letsel.
In dit model, de DCD protocol wordt geïnitieerd in verdoofd Lewis ratten door het stoppen van de ventilatie te induceren bloedsomloop dood. Wanneer de systolische bloeddruk daalt onder 30 mmHg, de warme ischemische tijd wordt geïnitieerd. Na een vooraf ingestelde warme ischemische periode, harten worden gespoeld met een normothermic cardioplegic oplossing, aangekocht, en gemonteerd op een Langendorff ex vivo hart perfusie systeem. Na 10 minuten initiële reperfusie en stabilisatie wordt cardiale reconditionering voortdurend geëvalueerd voor 60 min met behulp van intraveneuze triculaire Drukbewaking. Een hart letsel wordt beoordeeld door het meten van cardiale troponine T en de infarct grootte wordt gekwantificeerd door histologische kleuring. De warme ischemische tijd kan worden gemoduleerd en op maat gemaakt om de gewenste hoeveelheid structurele en functionele schade te ontwikkelen. Dit eenvoudige protocol voorziet in de evaluatie van verschillende cardioprotective conditionerings strategieën geïntroduceerd op het moment van cardioplegia, initiële reperfusie en/of tijdens ex vivo perfusie. De bevindingen van dit protocol kunnen in grote modellen worden gereproduceerd, wat de klinische vertaling vergemakkelijkt.
Introduction
Vaste orgaantransplantatie in het algemeen en harttransplantatie, in het bijzonder, zijn in de stijging van de wereldwijde1,2. De standaardmethode voor orgel aankopen is donatie na hersendood (DBD). Gezien de strikte Inclusiecriteria van DBD, wordt minder dan 40% van de aangeboden harten3geaccepteerd, waardoor het aanbod wordt beperkt in het voordeel van toenemende vraag en verlenging van de wachtlijst voor orgel. Om dit probleem aan te pakken, het gebruik van organen geschonken na de bloedsomloop dood (DCD) wordt beschouwd als een potentiële oplossing4.
In DCD donoren, echter, een agonale fase na terugtrekking van de zorg en een periode van onbeschermde warme ischemie voor reanimatie zijn onvermijdelijk5. De potentiële orgaan blessure na de dood van de bloedsomloop kan leiden tot orgaandisfunctie, waarin de terughoudendheid wordt uitgelegd om routinematig DCD-harttransplantaties aan te nemen. Er wordt gerapporteerd dat slechts 4 centra gebruik DCD harten klinisch, met strenge criteria die zeer korte warme ischemie tijden en jonge donoren zonder chronische pathologieën6,7omvat. Om ethische en juridische redenen kunnen er beperkte of geen cardioprotective interventies worden toegepast bij donoren voorafgaand aan de bloedsomloop dood5,8,9. Dus, elke beperking ter verlichting van de ischemie-reperfusie (IR) letsel is beperkt tot cardioprotective therapieën geïnitieerd tijdens vroege reperfusie met cardioplegic oplossingen, en niet toestaan voor de juiste functionele beoordeling. Ex vivo hart perfusie (evhp) en reconditionering van het DCD hart met behulp van dedicated platforms is voorgesteld als een alternatieve oplossing en bestudeerd door verschillende wetenschappers10,11,12,13 . EVHP biedt een unieke kans om post-conditioning agenten te leveren aan DCD Hearts om functioneel herstel te verbeteren. Voor een efficiënte klinische vertaling moeten echter nog veel technische en praktische kwesties worden aangepakt, en dit wordt nog verergerd door een gebrek aan consensus over een reeks van perfusie-en functionele criteria om de transplanteer baarheid te bepalen6, 8.
Hierin rapporteren we de ontwikkeling van een reproduceerbaar preklinisch klein dier DCD-protocol in combinatie met een ex vivo hart perfusie systeem dat kan worden gebruikt voor het onderzoeken van orgaan post-conditionering geïnitieerd op het moment van aankoop, tijdens de initiële reperfusie, en /of in EVHP.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het protocol hier gepresenteerd introduceert een eenvoudig, handig en veelzijdig model van cardiale DCD, biedt de mogelijkheid om te beoordelen van cardiale functionele herstel, weefselschade en het gebruik van post-conditioning cardioprotective agenten ter verbetering van de terugwinning van donor harten anders weggegooid voor transplantatie. Ex vivo Heart perfusie Systems (evhp) systemen zijn geoptimaliseerd om een platform te bieden voor de evaluatie van de hartfunctie en bieden een unieke kans om gemodificeerde oplos…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Delen van dit werk werden gesteund door een genereuze bijdrage van de Fondation Marcel et Rolande Gosselin en de Fondation Mr Stefane Foumy. Nicolas Noiseux is geleerde van de FRQ-S.
De schrijvers willen Josh Zhuo Le Huang, Gabrielle Gascon, Sophia Ghiassi en Catherine Scalabrini bedanken voor hun ondersteuning bij het verzamelen van gegevens.
Materials
| 0,9% Sodium Chloride. 1L bag | Baxter | Electrolyte solution for flushing in the modified Langendorff system. | |
| 14G 2" I.V catheter | Jelco | 4098 | To act as endotracheal tube. |
| 2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride | Milipore-Sigma | T8877 | Vital coloration |
| 22G 1" I.V catheter | BD | 383532 | I.V catheter with extension tube that facilitates manipulation for carotid catheterization |
| Adson Dressing Fcp, 4 3/4", Serr | Skalar | 50-3147 | Additional forceps for tissue manipulation |
| Alm Self-retaining retractor 4×4 Teeth Blunt 2-3/4" | Skalar | 22-9027 | Tissue retractor used to maintain the chest open. |
| Bridge amp | ADinstruments | FE221 | Bridge amp for intracarotid blood pressure measurement |
| Calcium chloride | Milipore-Sigma | C1016 | CaCl2 anhydrous, granular, ≤7.0 mm, ≥93.0% Part of the Krebs solution |
| D-(+)-Glucose | Milipore-Sigma | G8270 | D-Glucose ≥99.5% Part of the Krebs solution |
| DIN(8) to Disposable BP Transducer | ADinstruments | MLAC06 | Adapter cable for link between bridge amp and pressure transducer |
| Disposable BP Transducer (stopcock) | ADinstruments | MLT0670 | Pressure transducer for intracarotid blood pressure measurement |
| dPBS | Gibco | 14190-144 | Electrolyte solution without calcium or magnesium. |
| Eye Dressing Fcp, Str, Serr, 4" | Skalar | 66-2740 | Additional forceps for tissue manipulation |
| Formalin solution, neutral buffered, 10% | Milipore-Sigma | HT501128 | Fixative solution |
| Heating Pad | Sunbean | 756-CN | |
| Heparin sodium 1000 UI/mL | Sandoz | For systemic anticoagulation | |
| Hydrochloric Acid 36,5 to 38,0% | Fisher scientific | A144-500 | Diluted 1:1 for pH correction |
| Ketamine | Bimeda | Anesthetic. 100 mg/ml | |
| LabChart | ADinstruments | Control software for the Powerlab polygraph, allowing off-line analyses. Version 7, with blood pressure and PV loop modules enabled | |
| Left ventricle pressure balloon | Radnoti | 170404 | In latex. Size 4. |
| Lidocaine HCl 2% solution | AstraZeneca | Antiarrhythmic for the cardioplegic solution | |
| Magnesium Chloride ACS | ACP Chemicals | M-0460 | MgCl2+6H2O ≥99.0% Part of the Krebs solution |
| Micro pressure sensor | Radnoti | 159905 | Micro pressure sensor and amplifier connected to the intraventricular balloon |
| Pacemaker | Biotronik | Reliaty | Set to generate a pulse each 200 ms for a heart rate of 300 bpm. |
| pH bench top meter | Fisher scientific | AE150 | |
| Physiological monitor | Kent Scientific | Physiosuite | For continuous monitoring of rodent temperature and saturation during the procedure |
| Plasma-Lyte A | Baxter | Electrolyte solution used as base to prepare cardioplegia | |
| Potassium Chloride | Milipore-Sigma | P4504 | KCl ≥99.0% Part of the Krebs solution |
| Potassium Chloride 2 meq/ml | Hospira | Part of the cardioplegic solution | |
| PowerLab 8/30 Polygraph | ADinstruments | Electronic polygraph | |
| Silk 2-0 | Ethicon | A305H | Suture material for Langendorff apparatus |
| Silk 5-0 | Ethicon | A302H | Suture material for carotid |
| Small animal anesthesia workstation | Hallowell EMC | 000A2770 | Small animal ventilator |
| Sodium bicarbonate | Milipore-Sigma | S5761 | NaHCO3 ≥99,5% Part of the Krebs solution |
| Sodium Chloride | Milipore-Sigma | S7653 | NaCl ≥99.5% Part of the Krebs solution |
| Sodium Hydroxide pellets | ACP chemicals | S3700 | Diluted to 5N (10 g in 50 ml) for pH correction |
| Sodium phosphate monobasic | Milipore-Sigma | S0751 | NaH2PO4 ≥99.0% Part of the Krebs solution |
| Stevens Tenotomy Sciss, Str, Delicate, SH/SH, 4 1/2" | Skalar | 22-1240 | Small scisors for atria and cava vein opening |
| Tissue slicer blades | Thomas scientific | 6727C18 | Straight carbon steel blades for tissue slicing at the end of the protocol |
| Tuberculin safety syringe with needle 25G 5/8" | CardinalHealth | 8881511235 | For heparin injection |
| Veterinary General Surgery Set | Skalar | 98-1275 | Surgery instruments including disection scisors and mosquito clamps |
| Veterinary Micro Set | Skalar | 98-1311 | Surgery instruments with microscisors used for carotid artery opening |
| Working Heart Rat/Guinea Pig/Rabbit system | Radnoti | 120101BEZ | Modular working heart system modified for the needs of the protocol. Includes all the necesary tubbing, water jacketed reservoirs and valves, including 2 and 3 way stop cock |
| Xylazine | Bayer | Sedative. 20 mg/ml |
Riferimenti
- Gass, A. L., et al. Cardiac Transplantation in the New Era. Cardiology in Review. 23 (4), 182-188 (2015).
- von Dossow, V., Costa, J., D’Ovidio, F., Marczin, N. Worldwide trends in heart and lung transplantation: Guarding the most precious gift ever. Best Practice & Research. Clinical Anaesthesiology. 31 (2), 141-152 (2017).
- Hornby, K., Ross, H., Keshavjee, S., Rao, V., Shemie, S. D. Non-utilization of hearts and lungs after consent for donation: a Canadian multicentre study. Canadian Journal Of Anaesthesia. 53 (8), 831-837 (2006).
- Manyalich, M., Nelson, H., Delmonico, F. L. The need and opportunity for donation after circulatory death worldwide. Current Opinion In Organ Transplantation. 23 (1), 136-141 (2018).
- Shemie, S. D., et al. National recommendations for donation after cardiocirculatory death in Canada: Donation after cardiocirculatory death in Canada. CMAJ : Canadian Medical Association Journal. 175 (8), S1 (2006).
- Page, A., Messer, S., Large, S. R. Heart transplantation from donation after circulatory determined death. Annals of Cardiothoracic Surgery. 7 (1), 75-81 (2018).
- Monteagudo Vela, M., Garcia Saez, D., Simon, A. R. Current approaches in retrieval and heart preservation. Annals of Cardiothoracic Surgery. 7 (1), 67-74 (2018).
- Dhital, K. K., Chew, H. C., Macdonald, P. S. Donation after circulatory death heart transplantation. Current Opinion In Organ Transplantation. 22 (3), 189-197 (2017).
- McNally, S. J., Harrison, E. M., Wigmore, S. J. Ethical considerations in the application of preconditioning to solid organ transplantation. Journal of Medical Ethics. 31 (11), 631-634 (2005).
- Rao, V., Feindel, C. M., Weisel, R. D., Boylen, P., Cohen, G. Donor blood perfusion improves myocardial recovery after heart transplantation. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 16 (6), 667-673 (1997).
- Ramzy, D., et al. Cardiac allograft preservation using donor-shed blood supplemented with L-arginine. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 24 (10), 1665-1672 (2005).
- Xin, L., et al. A New Multi-Mode Perfusion System for Ex vivo Heart Perfusion Study. Journal of Medical Systems. 42 (2), 25 (2017).
- Messer, S., Ardehali, A., Tsui, S. Normothermic donor heart perfusion: current clinical experience and the future. Transplant International. 28 (6), 634-642 (2015).
- Flecknell, P. . Laboratory Animal Anaesthesia (Fourth Edition). , 77-108 (2016).
- Kearns, M. J., et al. A Rodent Model of Cardiac Donation After Circulatory Death and Novel Biomarkers of Cardiac Viability During Ex vivo Heart Perfusion. Transplantation. 101 (8), e231-e239 (2017).
- Sandha, J. K., et al. Steroids Limit Myocardial Edema During Ex vivo Perfusion of Hearts Donated After Circulatory Death. The Annals of Thoracic Surgery. 105 (6), 1763-1770 (2018).
- Iyer, A., et al. Increasing the tolerance of DCD hearts to warm ischemia by pharmacological postconditioning. American Journal of Transplantation. 14 (8), 1744-1752 (2014).
- Sanz, M. N., et al. Cardioprotective reperfusion strategies differentially affect mitochondria:studies in an isolated rat heart model of donation after circulatory death (DCD). American Journal of Transplantation. , (2018).
- Van de Wauwer, C., et al. The mode of death in the non-heart-beating donor has an impact on lung graft quality. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 36 (5), 919-926 (2009).
- Quader, M., et al. Determination of Optimal Coronary Flow for the Preservation of "Donation after Circulatory Death" in Murine Heart Model. ASAIO journal (American Society for Artificial Internal Organs : 1992). 64 (2), 225-231 (2018).
- Priebe, H. J. The acute open-chest model. British Journal Of Anaesthesia. 60 (8 Suppl 1), 38-41 (1988).
- Narita, M., et al. Cardiac effects of vecuronium and its interaction with autonomic nervous system in isolated perfused canine hearts. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 19 (6), 1000-1008 (1992).
- Dhital, K. K., et al. Adult heart transplantation with distant procurement and ex-vivo preservation of donor hearts after circulatory death: a case series. Lancet (London, England). 385 (9987), 2585-2591 (2015).
- Messer, S. J., et al. Functional assessment and transplantation of the donor heart after circulatory death. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 35 (12), 1443-1452 (2016).
- White, C. W., et al. Assessment of donor heart viability during ex vivo heart perfusion. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 93 (10), 893-901 (2015).
- Mayr, A., et al. Cardiac troponin T and creatine kinase predict mid-term infarct size and left ventricular function after acute myocardial infarction: a cardiac MR study. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 33 (4), 847-854 (2011).
- Remppis, A., et al. Intracellular compartmentation of troponin T: release kinetics after global ischemia and calcium paradox in the isolated perfused rat heart. Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 27 (2), 793-803 (1995).
- Rossello, X., Hall, A. R., Bell, R. M., Yellon, D. M. Characterization of the Langendorff Perfused Isolated Mouse Heart Model of Global Ischemia-Reperfusion Injury: Impact of Ischemia and Reperfusion Length on Infarct Size and LDH Release. Journal of Cardiovascular Pharmacology and Therapeutics. 21 (3), 286-295 (2016).
- Dornbierer, M., et al. Early reperfusion hemodynamics predict recovery in rat hearts: a potential approach towards evaluating cardiac grafts from non-heart-beating donors. PloS One. 7 (8), e43642 (2012).
- Henry, P. D. Positive staircase effect in the rat heart. The American Journal of Physiology. 228 (2), 360-364 (1975).
- Markert, M., et al. Evaluation of a method to correct the contractility index LVdP/dt(max) for changes in heart rate. Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 66 (2), 98-105 (2012).
- Azar, T., Sharp, J., Lawson, D. Heart rates of male and female Sprague-Dawley and spontaneously hypertensive rats housed singly or in groups. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 50 (2), 175-184 (2011).
- Bonney, S., Hughes, K., Eckle, T. Anesthetic cardioprotection: the role of adenosine. Current Pharmaceutical Design. 20 (36), 5690-5695 (2014).
- Ali, A. A., et al. Rat model of veno-arterial extracorporeal membrane oxygenation. Journal of Translational Medicine. 12, 37 (2014).
