ラットにおける異所性心臓と心筋細胞移植のための免疫学的モデル
Summary
我々は、ラットにおける異所性腹部心臓移植のモデルを記述し、現在の戦略の改変を暗示し、外科的アプローチを単純化する。さらに、重要な心筋細胞の耳内注射による新しい拒絶反応モデルを記述し、ラットにおける免疫学的分析をさらに可能にする。
Abstract
ラットにおける異所性心臓移植は、50年以上にわたり多様な免疫学的研究のために一般的に使用されてきたモデルである。1964年の最初の説明以来、いくつかの変更が報告されています。ラットで30年間異所性心臓移植を行った後、我々は簡単に教えられ、さらなる外科的訓練や背景なしで行うことができる簡単な外科的アプローチを開発しました。
上頂大動脈の解剖および肺動脈の解剖および上および下および下の静脈および肺静脈の結紮の後、ドナー心臓は収穫され、その後ヘパリンを補った氷冷生理食水溶液で浸透する。レシピエント腹部血管をクランプして切開した後、ドナーの上が大動脈と肺動脈は、連続的な走り縫合糸を使用して、それぞれレシピエント腹部大動脈および下大静脈に吻合される。
異なるドナーとレシピエントの組み合わせに応じて、このモデルは、同種移植片の急性または慢性拒絶反応の分析を可能にする。このモデルの免疫学的意義は、重要な心筋細胞の耳内注射と子宮頸部リンパ組織の排液のその後の分析の新しいアプローチによってさらに高められる。
Introduction
異所性心臓移植は、移植耐性、急性および慢性同種移植片拒絶、虚血再灌流傷害、機械灌流または心臓改造に関する様々な調査のために頻繁に使用される実験モデルである。他の利点の中で、移植機能は、触診および移植片の障害によって非侵襲的に監視することができ、腎臓または肝臓などの他の器官とは対照的に、レシピエントの重要な障害をもたさない。
1964年、Abbottらは当初ラット1における異所性腹部心臓移植について説明した。その後、1966年に、解剖学のためのエンドツーサイド技術は、Tomitaららによって記述されました。現在使用されているモデルの基礎は、1969年に小野とリンジーによって報告されました 3.過去数十年の間に、異種の異所性心臓肺移植4、5、6,6を含む、アンロードされた、部分的にロードされた、または積み込まれた左心室4の心臓移植片の異なるタイプを作成するためにいくつかの変更が公開されている。免疫学的分析では、非体積負荷の心臓移植移植が最も一般的に行われる。この場合、血流は逆行してドナーの大動脈を上昇し、その後冠状動脈に入る。静脈の排水は、冠動脈静脈内に沿って右心房と心室に入って起こる(図1A-B)。したがって、左心室は、テベシア静脈からの血液の限界量とは別に、血流から除外される。これはまた、左心室補助装置療法7の間に病態生理学的メカニズムを研究するための有用なモデルになる。
異所性心臓移植は、マウス、ウサギ、ブタを含む様々な種で行われ、,ヒト8、9、10、119のユニまたは自転車補助装置としても8使用されている。,1011ラットは移植モデルに対して依然として一般的な実験動物を表しており、特に異なるラット株の組み合わせに対する移植片生存時間が過去に明確に定義されており、多数の免疫学的試薬が12,13,13にアクセス可能であるためである。マウスとは異なり、ラットは、より大きな手術を行い、免疫学的分析のためのより現実的な12のためにリンパ組織へのアクセスを行う。さらに、近年ラットに商業的クローニング技術が導入されると、実験ラットモデル14に対する関心が再び高まる可能性が高い。
一般に、異所性心臓移植片は、子宮頸部または腹部吻当を行うことによって、レシピエント血管に結合することができる。しかし、いくつかの研究は、大腿骨吻合が手動触診または経胎児心エコー検査のためのより良いアクセスによる改善されたモニタリングを促進し、したがって、移植片の失敗15、16,16のより正確な検出を可能にすることを示唆している。
両方の吻合技術17の間に、手術時間、合併症率、転帰および移植片生存時間に関する相違がないことを示している。明らかに、十分な数のリンパ節の排出の可用性は、子宮頸部吻合の利点として言及されなければならない。ただし、より長いトレーニング期間が必要です。対照的に、腹部吻合は、特に同種心筋細胞の耳内注射とその後の子宮頸部リンパ管切除術の新しい方法の結果と組み合わせると、免疫学的調査のためにそれほど複雑ではなく、同様に価値がある。両方のモデルの組み合わせは、介入後の免疫学的分析の広いスペクトルを提供しています。
以下のプロトコルは、虚血時間を短縮するために外科医の対で動作することを指す。しかし、すべての実験は、単一の人が行うことができます。心臓の排泄および移植のための器具および材料のセットアップは図2A-Bに表示される。
Protocol
すべての動物の経験は、承認ID12/0768と17/2472でニーダーザクセン州(LAVES、オルデンブルク、ドイツ)の消費者保護と食品安全のための地域当局の地元の倫理動物審査委員会のガイドラインに従って行われています。 1. 心臓の流出と灌流 注:移植片ドナーとして、7〜22週齢の雌または雄のラットが使用された。 イソフルラン吸入(1 L/minのO2?…
Representative Results
これまで、異なる免疫学的問題は、95%以上の生存率を持つ500以上の移植によって作業群で検証されたモデルに基づいて対処されてきました13,18,,19,,20,,21,,22,,23, 24.,24総?…
Discussion
ラットにおける異所性心移植の先に説明した方法は、主に1969年の大野とリンジーの記述に基づく3.それ以来、このモデルの多様性を広げ、様々な種に幾つかの改変が導入されている。これらの変更のいくつかを組み合わせ、実験室で異所性心臓移植を行った30年以上の経験を紹介し、長いトレーニング期間や外科的背景を必要としない実行可能な外科的アプローチを作成し?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ブリッタ・トラウテヴィヒ、コリンナ・レーバート、イングリッド・メダーのコミットメントに感謝したいと思います。
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).
Citazione di questo articolo
Weigle, C. A., Lieke, T., Vondran, F. W. R., Timrott, K., Klempnauer, J., Beetz, O. An Immunological Model for Heterotopic Heart and Cardiac Muscle Cell Transplantation in Rats. J. Vis. Exp. (159), e60956, doi:10.3791/60956 (2020).