Иммунологическая модель для гетеротопической трансплантации сердца и сердечной мышечной клетки у крыс
Summary
Мы описываем модель гетеротопической трансплантации брюшного сердца у крыс, подразумевающую модификации современных стратегий, которые приводят к упрощению хирургического подхода. Кроме того, мы описываем новую модель отторжения путем инъекций в ухо жизненно важных клеток сердечной мышцы, что позволяет дальнейшей трансплантации иммунологических анализов у крыс.
Abstract
Гетеротопная трансплантация сердца у крыс является широко используемой моделью для различных иммунологических исследований на протяжении более 50 лет. С момента первого описания в 1964 году было сообщено о нескольких изменениях. После 30 лет проведения гетеротопной трансплантации сердца у крыс, мы разработали упрощенный хирургический подход, который можно легко преподавать и выполнять без дальнейшей хирургической подготовки или фона.
После вскрытия восходящей аорты и легочной артерии и перевязки верхних и нижних кавалерийских и легочных вен донорское сердце собирается и впоследствии проникает ледяным сольственным раствором, дополненным гепарином. После зажима и нарезки брюшных сосудов реципиента, восходящая аорта и легочная артерия анастомозируются реципиенту брюшной аорты и нижней полой вены, соответственно, используя непрерывные ходовые швы.
В зависимости от различных комбинаций доноров-реципиентов, эта модель позволяет анализировать острый или хронический отказ аллотрансплантатов. Иммунологическое значение этой модели еще больше усиливается новым подходом инъекций в ухо жизненно важных клеток сердечной мышцы и последующим анализом дренажной лимфатической ткани шейки матки.
Introduction
Гетеротопическая трансплантация сердца является часто используемой экспериментальной моделью для различных исследований, касающихся толерантности к трансплантации, острого и хронического отторжения аллотрансплантата, травмы ишемии-реперфузии, машинной перфузии или ремоделирования сердца. Среди других преимуществ, функция трансплантата может контролироваться неинвазивно пальпации и трансплантата отказ не приводит к жизненному нарушению получателя в отличие от других органов, таких как почки или печень.
В 1964 году Abbott et al. первоначально описали гетеротопическую трансплантацию брюшного сердца у крыс1. Позже, в 1966 году, сквозная техника для анастомос была описана Tomita et al.2. Основы для используемой в настоящее время модели были сообщены Ono и Lindsey в 19693. В течение последних десятилетий, несколько изменений были опубликованы для создания различных типов выгруженных, частично загруженных или загруженных левожелудочковых сердечных трансплантатов, включая комбинированные гетеротопические трансплантации сердца и легких4,5,6. Для иммунологического анализа чаще всего проводится необъемная трансплантация интафтрансплантатий сердца. В этом случае кровоток ретроградно поступает в восходящую аорту донора, а затем и на коронарные артерии. Венозный дренаж происходит вдоль коронарной синусовой синуса в правое предсердие и желудочек(рисунок 1A-B). Таким образом, левый желудочек исключается из кровотока, кроме незначительного количества крови из тебесианских вен. Это также делает его полезной моделью для изучения патофизиологических механизмов во время левого желудочковой терапии вспомогательного устройства7.
Гетеротопическая трансплантация сердца была выполнена в различных видах, включая мышей, кроликов, свиней и даже был использован в качестве одно- или бивентрикулярного устройства помощи у людей8,9,10,11. Крыса по-прежнему представляет собой популярное экспериментальное животное для трансплантации моделей, тем более, что трансплантат выживаемости для различных комбинаций штамма крыс были четко определены в прошлом и большое количество иммунологических реагентов доступны12,13. В отличие от мышей, крысы больше сделать хирургии и доступ к лимфатической ткани для иммунологического анализа более осуществимым12. Кроме того, внедрение коммерческих технологий клонирования у крыс в последние годы, скорее всего, приведет к повторяющейся заинтересованности в экспериментальных крысных моделях14.
В целом, гетеротопные сердечные трансплантаты могут быть прикреплены к сосудам-получателю либо путем выполнения шейного или брюшного анастомоза. Тем не менее, несколько исследований показывают, что бедренный анастомоз облегчает улучшение мониторинга за счет лучшего доступа для ручной пальпации или трансфеморальной эхокардиографии и, таким образом, позволяет более точное обнаружение трансплантата отказа15,16.
Было показано, что нет никакой разницы в отношении времени операции, частота осложнений, результат и время выживания трансплантата между обеими методами анастомоз17. Очевидно, что наличие достаточного количества дренажных лимфатических узлов должно быть упомянуто в качестве преимущества анастомоза шейки матки; однако требуется более длительные периоды обучения. В отличие от этого, анастомоз брюшной полости менее сложен и одинаково ценен для иммунологических исследований, особенно в сочетании с результатами нового метода инъекции в ухо аллогенных клеток сердечной мышцы и последующей лимфаденэктомии шейки матки. Сочетание обеих моделей предлагает широкий спектр постинтервенционных иммунологических анализов.
Следующий протокол относится к операции в парах хирургов, с тем чтобы уменьшить время ишемии. Тем не менее, все эксперименты могут быть выполнены одним человеком. Настройка инструментов и материалов для выделения сердца и имплантации отображается на рисунке 2A-B.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ранее описанный метод гетеротопной сердечной трансплантации у крыс в основном основан на описании Оно и Линдси в 19693. С тех пор было введено несколько модификаций в различных видах, что привело к широкому разнообразию этой модели. Объединяя некоторые из этих модификаций и ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотим поблагодарить Бритту Траутевиг, Коринну Любберт и Ингрид Медер за их приверженность.
Materials
| Anesthesia device (including isoflurane vaporizer) | Summit Anesthesia Solutions | No Catalog Number available | |
| Cannula (27 G) | BD Microlance | 302200 | |
| Carprofen | Pfizer | Rimadyl 50 mg/mL | |
| Cellstar Tubes (15 mL) | GreinerBioOne | 188271 | |
| Cell strainer (40 µm) | BD Falcon | 2271680 | |
| Collagenase Type CLSII | Biochrome | C2-22 | |
| Compresses 5×5 cm | Fuhrmann | 31501 | |
| Compresses 7.5×7.5 cm | Fuhrmann | 31505 | |
| Cotton swabs | Heinz Herenz Medizinalbedarf | 1032128 | |
| Dexpathenol (5 %) | Bayer | "Bepanthen" | |
| DPBS BioWhittaker | Lonza | 17-512F | |
| Forceps | B. Braun | Aesculap BD557R | |
| Forceps | B. Braun | Aesculap BD313R | |
| Forceps | B. Braun | Aesculap BD35 | |
| Heating mat | Gaymar Industries | "T/Pump" | |
| Hemostatic gauze | Ethicon | Tabotamp | |
| Heparin-Natrium 25 000 I.E. | Ratiopharm | No Catalog Number available | |
| Isofluran CP | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| Large-pored sieve (stainless steel) | Forschungswerkstätten Hannover Medical School | No Catalog Number available | |
| Lidocaine | Astra Zeneca | 2 % Xylocain | |
| Metamizol-Natrium | Ratiopharma | Novaminsulfon 500 mg/mL | |
| Micro forceps | B. Braun | Aesculap BD3361 | |
| Micro needle holder | Codman, Johnson & Johnson Medical | Codmann 80-2003 | |
| Micro needle holder | B. Braun | Aesculap BD336R | |
| Micro needle holder | B. Braun | Aesculap FD241R | |
| Micro scissors | B. Braun | Aesculap FD101R | |
| Micro scissors | B. Braun | Aesculap FM471R | |
| Needle holder | B. Braun | Aesculap BM221R | |
| Penicillin/Streptomycin/Glutamine (100x) | PAA | P11-010 | |
| Peripheral venous catheter (18 G) | B. Braun | 4268334B | |
| Peripheral venous catheter (22 G) | B. Braun | 4268091B | |
| Probe pointed scissors | B. Braun | Aesculap BC030R | |
| Retractors | Forschungswerkstätten Hannover Medical School | No Catalog Number available | |
| RPMI culture medium | Lonza | BE12-702F | |
| Saline solution (NaCl 0.9 %) | Baxter | No Catalog Number available | |
| Scissors | B. Braun | Aesculap BC414 | |
| Surgical microscope | Carl-Zeiss | OPMI-MDM | |
| Sutures (anastomoses) | Catgut | Mariderm 8-0 monofil | |
| Sutures (ligature) | Resorba | Silk 5-0 polyfil | |
| Sutures (skin, fascia) | Ethicon | Mersilene 3-0 | |
| Syringe (1 mL) | B. Braun | 9166017V | |
| Syringe (10 mL) | B. Braun | 4606108V | |
| Syringe (20 mL) | B. Braun | 4606205V | |
| Vascular clamp | B. Braun | Aesculap FB708R |
Riferimenti
- Abbott, C. P., et al. A Technique for Heart Transplantation In the Rat. Archives of Surgery. 89 (4), 645-652 (1964).
- Tomita, F. Heart homotransplantation in the rat. Sapporo igaku zasshi. The Sapporo Medical Journal. 30 (4), 165-183 (1966).
- Ono, K., Lindsey, E. S. Improved technique of heart transplantation in rats. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 57 (2), 225-229 (1969).
- Wen, P., et al. A simple technique for a new working heterotopic heart transplantation model in rats. Transplantation Proceedings. 45 (6), 2522-2526 (2013).
- Benke, K., et al. Heterotopic abdominal rat heart transplantation as a model to investigate volume dependency of myocardial remodeling. Transplantation. 101 (3), 498-505 (2017).
- Kearns, M. J., et al. Rat Heterotopic Abdominal Heart/Single-lung Transplantation in a Volume-loaded Configuration. Journal of Visualized Experiments. (99), 52418 (2015).
- Ibrahim, M., et al. Heterotopic abdominal heart transplantation in rats for functional studies of ventricular unloading. The Journal of Surgical Research. 179 (1), e31-e39 (2013).
- Liu, F., Kang, S. M. Heterotopic heart transplantation in mice. Journal of Visualized Experiments. (6), 238 (2007).
- Lu, W., et al. A new simplified volume-loaded heterotopic rabbit heart transplant model with improved techniques and a standard operating procedure. Journal of Thoracic Disease. 7 (4), 653-661 (2015).
- Kitahara, H., et al. Heterotopic transplantation of a decellularized and recellularized whole porcine heart. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 22 (5), 571-579 (2016).
- Kadner, A., et al. Heterotopic heart transplantation: experimental development and clinical experience. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 17 (4), 474-481 (2000).
- Zinöcker, S., et al. Immune reconstitution and graft-versus-host reactions in rat models of allogeneic hematopoietic cell transplantation. Frontiers in Immunology. 3 (NOV), 1-12 (2012).
- Klempnauer, J., et al. Genetic control of rat heart allograft rejection: effect of different MHC and non-MHC incompatibilities. Immunogenetics. 30, 81-88 (1989).
- Huang, G., et al. Genetic manipulations in the rat: Progress and prospects. Current Opinion in Nephrology and Hypertension. 20 (4), 391-399 (2011).
- Gordon, C. R., et al. Pulse doppler and M-mode to assess viability of cardiac allografts using heterotopic femoral heart transplantation in rats. Microsurgery. 27 (4), 240-244 (2007).
- Gordon, C. R., et al. A new modified technique for heterotopic femoral heart transplantation in rats. The Journal of Surgical Research. 139 (2), 157-163 (2007).
- Ma, Y., Wang, G. Comparison of 2 heterotopic heart transplant techniques in rats: cervical and abdominal heart. Experimental and Clinical Transplantation. 9 (2), 128-133 (2011).
- Bektas, H., et al. Differential effect of donor-specific blood transfusions after kidney, heart, pancreas, and skin transplantation in major histocompatibility complex-incompatible rats. Transfusion. 37 (2), 226-230 (1997).
- Saiho, K. O., et al. Long-term allograft acceptance induced by single dose anti-leukocyte common antigen (RT7) antibody in the rat. Transplantation. 71 (8), 1124-1131 (2001).
- Bektas, H., et al. Blood transfers infectious immunologic tolerance in MHC-incompatible heart transplantation in rats. Journal of Heart and Lung Transplantation. 24 (5), 614-617 (2005).
- Jäger, M. D., et al. Sirolimus promotes tolerance for donor and recipient antigens after MHC class II disparate bone marrow transplantation in rats. Experimental Hematology. 35 (1), 164-170 (2007).
- Timrott, K., et al. Application of allogeneic bone marrow cells in view of residual alloreactivity: Sirolimus but not cyclosporine evolves tolerogenic properties. PLoS ONE. 10 (4), 1-16 (2015).
- Hadamitzky, M., et al. Memory-updating abrogates extinction of learned immunosuppression. Brain, Behavior, and Immunity. 52, 40-48 (2016).
- Beetz, O., et al. Recipient natural killer cells alter the course of rejection of allogeneic heart grafts in rats. Plos One. 14 (8), e0220546 (2019).
- Hirschburger, M., et al. Nicotine Attenuates Macrophage Infiltration in Rat Lung Allografts. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 28 (5), 493-500 (2009).
- Ruzza, A., et al. Heterotopic heart transplantation in rats: improved anesthetic and surgical technique. Transplantation Proceedings. 42 (9), 3828-3832 (2010).
- Wang, D., et al. A simplified technique for heart transplantation in rats: abdominal vessel branch-sparing and modified venotomy. Microsurgery. 26 (6), 470-472 (2006).
- Wang, C., et al. A modified method for heterotopic mouse heart transplantion. Journal of Visualized Experiments. (88), (2014).
- Al-Amran, F. G., Shahkolahi, M. M. Total arterial anastomosis heterotopic heart transplantation model. Transplantation Proceedings. 45 (2), 625-629 (2013).
- Hoerstrup, S. P., et al. Modified technique for heterotopic rat heart transplantation under cardioplegic arrest. Journal of Investigative Surgery. 13 (2), 73-77 (2000).
- Fry, D. L. Acute vascular endothelial changes associated with increased blood velocity gradients. Circulation Research. 22 (2), 165-197 (1968).
- Ahmadi, A. R., et al. Orthotopic Rat Kidney Transplantation: A Novel and Simplified Surgical Approach. Journal of Visualized Experiments. (147), (2019).
- Schmid, C., et al. Successful heterotopic heart transplantation in rat. Microsurgery. 15 (4), 279-281 (1994).
- Shan, J., et al. A modified technique for heterotopic heart transplantation in rats. Journal of Surgical Research. 164 (1), 155-161 (2010).
- Moris, D., et al. Mechanisms of liver-induced tolerance. Current Opinion in Organ Transplantation. 22 (1), 71-78 (2017).
- Bickerstaff, A. A., et al. Murine renal allografts: spontaneous acceptance is associated with regulated T cell-mediated immunity. Journal of Immunology. 167 (9), 4821-4827 (2001).
- Mottram, P. L., et al. Electrocardiographic monitoring of cardiac transplants in mice. Cardiovascular Research. 22 (5), 315-321 (1988).
- Torre-Amione, G., et al. Decreased expression of tumor necrosis factor-α in failing human myocardium after mechanical circulatory support: A potential mechanism for cardiac recovery. Circulation. 100 (11), 1189-1193 (1999).
- Goldstein, D. J., et al. Circulatory resuscitation with left ventricular assist device support reduces interleukins 6 and 8 levels. The Annals of Thoracic Surgery. 63 (4), 971-974 (1997).
- Tang-Quan, K. R., et al. Non-volume-loaded heart provides a more relevant heterotopic transplantation model. Transplant Immunology. 23 (1-2), 65-70 (2010).
- Lakhal-Naouar, I., et al. Transcutaneous immunization using SLA or rLACK skews the immune response towards a Th1 profile but fails to protect BALB/c mice against a Leishmania major challenge. Vaccine. 37 (3), 516-523 (2019).
- Sousa-Batista, A. J., et al. Novel and safe single-dose treatment of cutaneous leishmaniasis with implantable amphotericin B-loaded microparticles. International Journal for Parasitology: Drugs and Drug Resistance. , (2019).
