En immunologisk modell for heterotopisk hjerte og hjerte muskel celle transplantasjon i rotter
Summary
Vi beskriver en modell av heterotopisk abdominal hjertetransplantasjon hos rotter, noe som innebærer endringer av dagens strategier, noe som fører til en forenklet kirurgisk tilnærming. I tillegg beskriver vi en ny avvisningsmodell ved injeksjon av vitale hjertemuskelceller, slik at ytterligere transplantasjon immunologiske analyser hos rotter.
Abstract
Heterotopiske hjertetransplantasjon hos rotter har vært en vanlig modell for ulike immunologiske studier i mer enn 50 år. Flere modifikasjoner har blitt rapportert siden den første beskrivelsen i 1964. Etter 30 år med å utføre heterotopisk hjertetransplantasjon hos rotter, har vi utviklet en forenklet kirurgisk tilnærming, som lett kan undervises og utføres uten videre kirurgisk trening eller bakgrunn.
Etter disseksjon av den stigende aorta og lungearterien og ligation av overlegne og dårligere caval og lungeårer, blir donorhjertet høstet og deretter gjennomsyret av iskald saltvannsløsning supplert med heparin. Etter klemming og snitting av mottakerens bukkar, blir donoren som stiger opp aorta og lungearterien anastomosert til mottakerenabdominal aorta og dårligere vena cava, henholdsvis ved hjelp av kontinuerlige suturer.
Avhengig av ulike donormottakerkombinasjoner tillater denne modellen analyser av enten akutt eller kronisk avvisning av allografts. Den immunologiske betydningen av denne modellen forsterkes ytterligere av en ny tilnærming til injeksjon i øret av vitale hjertemuskelceller og påfølgende analyse av drenering av cervikal lymfatisk vev.
Introduction
Heterotopiske hjertetransplantasjon er en ofte brukt eksperimentell modell for ulike undersøkelser om transplantasjontoleranse, akutt og kronisk allograft avvisning, iskemi-reperfusjonsskade, maskinperfusjon eller hjerteremodellering. Blant andre fordeler kan graft-funksjonen overvåkes ikke-invasivt ved palpasjon og podesvikt fører ikke til en vital svekkelse av mottakeren i motsetning til andre organer, som nyrer eller lever.
I 1964 beskrev Abbott et al. opprinnelig heterotopisk abdominal hjertetransplantasjon hos rotter1. Senere, i 1966, ble ende-til-side-teknikken for anastomoses beskrevet av Tomita et al.2. Grunnlaget for den brukte modellen ble rapportert av Ono og Lindsey i 19693. I løpet av de siste tiårene har flere modifikasjoner blitt publisert for å skape ulike typer losset, delvis lastet eller lastet venstre ventrikulære hjertetransplantater, inkludert kombinert heterotopisk hjerte-lungetransplantasjon4,5,6. For immunologiske analyser utføres en ikke-volumlastet hjertetransplantasjon oftest. I dette tilfellet kommer blodstrømmen retrogradly inn i donoren stigende aorta og deretter koronararteriene. Venøs drenering skjer langs koronar sinus inn i høyre atrium og ventrikkel (Figur 1A-B). Derfor er venstre ventrikkel utelukket fra blodstrømmen, bortsett fra marginale mengder blod fra thebesiske årer. Dette gjør det også til en nyttig modell for å studere de patofysiologiske mekanismene under venstre ventrikulær hjelpeapparatbehandling7.
Heterotopiske hjertetransplantasjon er utført i ulike arter, inkludert mus, kaniner, griser og har til og med blitt brukt som en uni- eller kikkertrik hjelpeenhet hos mennesker8,,9,10,11. Rotten representerer fortsatt et populært eksperimentelt dyr for transplantasjonsmodeller, spesielt siden graft overlevelsestidene for ulike rottestammekombinasjoner har blitt godt definert tidligere, og et stort antall immunologiske reagenser er tilgjengelige12,13. I motsetning til mus, rotter er større gjør kirurgi og tilgang til lymfatisk vev for immunologiske analyser mer gjennomførbare12. Videre vil innføringen av kommersiellkloning teknologier hos rotter de siste årene mest sannsynlig føre til en tilbakevendende interesse for eksperimentelle rottemodeller14.
Generelt kan heterotopiske hjertetransplantater festes til mottakerkarene enten ved å utføre cervical eller abdominal anastomose. Noen studier tyder imidlertid på at en femoral anastomose letter forbedret overvåking på grunn av bedre tilgang for manuell palpasjon eller transfemoral ekkokardiografi og dermed tillater en mer presis påvisning av graft svikt15,16.
Det har vist seg at det ikke er noen forskjell angående driftstid, komplikasjonshastighet, utfall og pode overlevelsestid mellom begge anastomoseteknikker17. Klart, tilgjengeligheten av et tilstrekkelig antall drenering lymfeknuter må nevnes som en fordel for cervical anastomose; Lengre treningsperioder kreves imidlertid. I motsetning er abdominal anastomose mindre komplisert og like verdifull for immunologiske undersøkelser, spesielt når kombinert med resultater fra en ny metode for in-ear injeksjon av allogen hjertemuskelceller og påfølgende cervical lymphadenectomy. En kombinasjon av begge modellene tilbyr et bredt spekter av post-intervensjonsimmunologiske analyser.
Følgende protokoll refererer til drift i par kirurger for å redusere iskemitid. Alle eksperimenter kan imidlertid utføres av en enkelt person. Oppsettet av instrumenter og materialer for hjerteexplantation og implantasjon vises i figur 2A-B.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den tidligere beskrevne metoden for heterotopisk hjertetransplantasjon hos rotter er hovedsakelig basert på beskrivelsen av Ono og Lindsey i 19693. Siden da har flere modifikasjoner blitt introdusert i ulike arter som fører til et bredt mangfold av denne modellen. Ved å kombinere flere av disse endringene og introdusere vår egen erfaring som følge av over 30 år med å utføre heterotopisk hjertetransplantasjoner i laboratoriet, skapte vi en mulig kirurgisk tilnærming, som ikke krever lange …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil takke Britta Trautewig, Corinna Löbbert og Ingrid Meder for deres engasjement.
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).
