Een immunologisch model voor heterotopische hart- en hartspierceltransplantatie bij ratten
Summary
We beschrijven een model van heterotopische buikharttransplantatie bij ratten, wat wijzigingen van de huidige strategieën impliceert, die leiden tot een vereenvoudigde chirurgische aanpak. Daarnaast beschrijven we een nieuw afstotingsmodel door in-ear injectie van vitale hartspiercellen, waardoor verdere transplantatie immunologische analyses bij ratten mogelijk zijn.
Abstract
Heterotopische harttransplantatie bij ratten is al meer dan 50 jaar een veelgebruikt model voor diverse immunologische studies. Sinds de eerste beschrijving in 1964 zijn er verschillende wijzigingen gemeld. Na 30 jaar heterotopisch harttransplantatie bij ratten, hebben we een vereenvoudigde chirurgische aanpak ontwikkeld, die gemakkelijk kan worden onderwezen en uitgevoerd zonder verdere chirurgische training of achtergrond.
Na dissectie van de opgaande aorta en de longslagader en ligatie van superieure en inferieure caval en longaders, wordt het donorhart geoogst en vervolgens doordrenkt met ijskoude zoutoplossing aangevuld met heparine. Na het klemmen en insnijden van de ontvangende buikvaten, worden de donor opgaande aorta en longslagader geanastomoseerd naar respectievelijk de ontvangende abdominale aorta en inferieure vena cava, met behulp van continu lopende hechtingen.
Afhankelijk van verschillende combinaties van donor-ontvanger, maakt dit model analyses van acute of chronische afstoting van allografts mogelijk. De immunologische betekenis van dit model wordt verder versterkt door een nieuwe aanpak van in-ear injectie van vitale hartspiercellen en daaropvolgende analyse van drainerend baarmoederhalslymfeweefsel.
Introduction
Heterotopische harttransplantatie is een veelgebruikt experimenteel model voor verschillende onderzoeken naar transplantatietolerantie, acute en chronische allograft-afstoting, ischemie-reperfusieletsel, machineperfusie of cardiale remodellering. Onder andere voordelen, de graft functie kan niet-invasief worden gecontroleerd door palpatie en graft mislukking leidt niet tot een vitale bijzondere waardevermindering van de ontvanger in tegenstelling tot andere organen, zoals nieren of levers.
In 1964 beschreven Abbott et al. aanvankelijk heterotopische buikharttransplantatie bij ratten1. Later, in 1966, werd de end-to-side techniek voor anastomoses beschreven door Tomita et al.2. De basis voor het momenteel gebruikte model werd gemeld door Ono en Lindsey in 19693. In de afgelopen decennia zijn verschillende wijzigingen gepubliceerd om verschillende soorten geloste, gedeeltelijk geladen of geladen linker ventriculaire harttransplantaten te creëren, waaronder gecombineerde heterotopische hart-longtransplantatie4,5,6. Voor immunologische analyses wordt het meest uitgevoerde niet-volumegeladen harttransplantatie uitgevoerd. In dit geval komt de bloedstroom retrogradely in de donor opgaande aorta en vervolgens de kransslagaders. De veneuze drainage vindt plaats langs de coronaire sinus in het rechter atrium en de ventrikel(figuur 1A-B). Daarom is de linker ventrikel uitgesloten van de bloedstroom, afgezien van marginale hoeveelheden bloed uit Thebesian aderen. Dit maakt het ook een nuttig model voor het bestuderen van de pathofysiologische mechanismen tijdens links ventriculaire assist apparaat therapie7.
Heterotopische harttransplantatie is uitgevoerd bij verschillende soorten, waaronder muizen, konijnen, varkens en is zelfs gebruikt als een uni- of biventriculaire hulp apparaat bij de mens8,9,10,11. De rat is nog steeds een populair proefdier voor transplantatiemodellen, vooral omdat de overlevingstijden van de graft voor verschillende rattenspanningscombinaties in het verleden goed zijn gedefinieerd en een groot aantal immunologische reagentia toegankelijk is12,13. In tegenstelling tot muizen, ratten zijn groter maken van chirurgie en de toegang tot lymfeweefsel voor immunologische analyses meer haalbaar12. Bovendien zal de invoering van commerciële kloontechnologieën bij ratten in de afgelopen jaren hoogstwaarschijnlijk leiden tot een terugkerende belangstelling voor experimentele rattenmodellen14.
In het algemeen kunnen heterotopische harttransplantaties aan de ontvangende bloedvaten worden bevestigd door cervicale of abdominale anastomose uit te voeren. Echter, een paar studies suggereren dat een femorale anastomose vergemakkelijkt verbeterde monitoring als gevolg van een betere toegang voor handmatige palpatie of transfemorale echocardiografie en dus maakt een meer nauwkeurige detectie van graft mislukking15,16.
Het is aangetoond dat er geen verschil is met betrekking tot de bewerkingstijd, complicatiesnelheid, uitkomst en graft overlevingstijd tussen beide anastomose technieken17. Het is duidelijk dat de beschikbaarheid van een voldoende aantal drainerende lymfeklieren moet worden genoemd als een voordeel van cervicale anastomose; er zijn echter langere opleidingsperioden nodig. In tegenstelling, de abdominale anastomose is minder ingewikkeld en even waardevol voor immunologische onderzoeken, vooral in combinatie met resultaten van een nieuwe methode van in-ear injectie van allogene hartspiercellen en daaropvolgende cervicale lymfatomie. Een combinatie van beide modellen biedt een breed spectrum van post-interventionele immunologische analyses.
Het volgende protocol verwijst naar het werken in paren van chirurgen om ischemie tijd te verminderen. Alle experimenten kunnen echter door één persoon worden uitgevoerd. De opstelling van instrumenten en materialen voor hartexplantation en implantatie wordt weergegeven in figuur 2A-B.
Protocol
Representative Results
Discussion
De eerder beschreven methode van heterotopische harttransplantatie bij ratten is voornamelijk gebaseerd op de beschrijving van Ono en Lindsey in 19693. Sindsdien zijn er verschillende wijzigingen aangebracht in verschillende soorten die leiden tot een grote diversiteit van dit model. Door een aantal van deze wijzigingen te combineren en onze eigen ervaring in te voeren die voortvloeit uit meer dan 30 jaar heterotopische harttransplantaties in het laboratorium, hebben we een haalbare chirurgische a…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen Britta Trautewig, Corinna Löbbert en Ingrid Meder bedanken voor hun inzet.
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).
