En immunologisk model for heterotopisk hjerte- og hjertemuskelcelletransplantation hos rotter
Summary
Vi beskriver en model af heterotopisk abdominal hjertetransplantation hos rotter, hvilket indebærer ændringer af de nuværende strategier, hvilket fører til en forenklet kirurgisk tilgang. Derudover beskriver vi en ny afvisningsmodel ved in-ear injektion af vitale hjertemuskelceller, hvilket giver mulighed for yderligere transplantation immunologiske analyser hos rotter.
Abstract
Heterotopisk hjertetransplantation hos rotter har været en almindeligt anvendt model for forskellige immunologiske undersøgelser i mere end 50 år. Der er rapporteret om adskillige ændringer siden den første beskrivelse i 1964. Efter 30 års heterotopisk hjertetransplantation hos rotter har vi udviklet en forenklet kirurgisk tilgang, som let kan undervises og udføres uden yderligere kirurgisk træning eller baggrund.
Efter dissektion af den opstigende aorta og lungearterie og ligation af overlegne og ringere kaval og lunger, donorhjerte er høstet og efterfølgende perfunderet med iskold saltvand opløsning suppleret med heparin. Efter fastspænding og incising modtageren abdominal fartøjer, donor stigende aorta og lungepulsåren er anastomosed til modtageren abdominal aorta og ringere vena cava, henholdsvis ved hjælp af kontinuerlige suturer.
Afhængigt af forskellige kombinationer af donormodtagere giver denne model mulighed for analyser af enten akut eller kronisk afvisning af allografts. Den immunologiske betydning af denne model forstærkes yderligere af en ny tilgang til in-ear injektion af vitale hjertemuskelceller og efterfølgende analyse af dræning af cervikaltlymfevæv.
Introduction
Heterotopisk hjertetransplantation er en hyppigt anvendt eksperimentel model for forskellige undersøgelser vedrørende transplantationstolerance, akut og kronisk allograftafvisning, iskæmi-reperfusionsskade, maskinperfusion eller hjerteombygning. Blandt andre fordele, kan graft funktion overvåges noninvasively ved palpation og graft fiasko ikke fører til en vital svækkelse af modtageren i modsætning til andre organer, såsom nyrer eller lever.
I 1964 beskrev Abbott et al. oprindeligt heterotopisk abdominal hjertetransplantation hos rotter1. Senere, i 1966, blev end-to-side teknik til anastomoses beskrevet af Tomita et al.2. Grundlaget for den aktuelt anvendte model blev rapporteret af Ono og Lindsey i 19693. I løbet af de sidste årtier er der blevet offentliggjort adskillige ændringer for at skabe forskellige typer af lossede, delvist lastede eller belastede venstre ventrikulære hjertetransplantation, herunder kombineret heterotopisk hjerte-lungetransplantation4,5,6. Til immunologiske analyser udføres en ikke-volumenbelastet hjertetransplantation hyppigst. I dette tilfælde, blodgennemstrømningen tilbageskridt ind i donor stigende aorta og efterfølgende kranspulsårerne. Den venøse dræning sker langs koronar sinus ind i højre atrium og hjertekammer (Figur 1A-B). Derfor er venstre hjertekammer udelukket fra blodgennemstrømningen, bortset fra marginale mængder blod fra Thebesian vener. Dette gør det også til en nyttig model til at studere de patofysiologiske mekanismer under venstre ventrikel hjælpeenhed terapi7.
Heterotopisk hjertetransplantation er blevet udført i forskellige arter, herunder mus, kaniner, svin og har endda været anvendt som en uni- eller kventrikulær hjælpeanordning hos mennesker8,,9,,10,11. Rotten repræsenterer stadig et populært forsøgsdyr til transplantationsmodeller, især da graftoverlevelsestiderne for forskellige kombinationer af rottestamme er blevet veldefineret tidligere, og et stort antal immunologiske reagenser er tilgængelige12,13. I modsætning til mus, rotter er større gør kirurgi og adgang til lymfevæv til immunologiske analyser mere realistisk12. Desuden vil indførelsen af kommercielle kloningsteknologier hos rotter i de senere år sandsynligvis føre til en tilbagevendende interesse for forsøgsrotter14.
Generelt kan heterotopiske hjertetransplantater knyttes til modtagerfartøjerne enten ved at udføre livmoderhalskræft eller abdominal anastomose. Men nogle få undersøgelser tyder på, at en femoral anastomose letter forbedret overvågning på grund af bedre adgang til manuel palpering eller transfemoral ekkokardiografi og dermed giver mulighed for en mere præcis påvisning af graft fiasko15,16.
Det har vist sig, at der ikke er nogen forskel med hensyn til driftstid, komplikationshastighed, resultat og graft overlevelsestid mellem begge anastomose teknikker17. Det er klart, at tilgængeligheden af et tilstrækkeligt antal drænende lymfeknuder skal nævnes som en fordel for cervikal anastomose; der er dog behov for længere uddannelsesperioder. I modsætning hertil er abdominal anastomose mindre kompliceret og lige så værdifuld for immunologiske undersøgelser, især når det kombineres med resultater fra en ny metode til in-ear injektion af allogene hjertemuskelceller og efterfølgende cervikal lymfadenektomi. En kombination af begge modeller giver et bredt spektrum af postinterventionelle immunologiske analyser.
Følgende protokol henviser til at operere i par kirurger for at reducere iskæmi tid. Alle eksperimenter kan dog udføres af en enkelt person. Opsætningen af instrumenter og materialer til hjerteeksplantage og implantation vises i figur 2A-B.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den tidligere beskrevne metode til heterotopisk hjertetransplantation hos rotter er hovedsagelig baseret på beskrivelsen af Ono og Lindsey i 19693. Siden da er der indført flere ændringer i forskellige arter, hvilket fører til en bred vifte af denne model. Ved at kombinere flere af disse ændringer og indføre vores egne erfaringer som følge af over 30 års udførelse af heterotopiske hjertetransplantationer i laboratoriet, skabte vi en mulig kirurgisk tilgang, som ikke kræver lange træning…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke Britta Trautewig, Corinna Löbbert og Ingrid Meder for deres engagement.
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).
