肺移植のための実験的臓器提供モデルに関する研究
Summary
本研究は、3つの異なる肺提供モデル(脳死後提供、循環死後提供、出血性ショック後提供)の確立を示しています。これらのイベントに関連する炎症過程と病理学的障害を比較します。
Abstract
実験モデルは、さまざまな病態生理学的事象に関与する病因現象を理解するための重要なツールです。これに関連して、移植後の原発性移植片機能障害の病態生理学を引き起こす要素を研究するために、さまざまな動物モデルが使用され、潜在的な治療法が評価されます。現在、実験的ドナー提供モデルは、脳死後のドナーと循環停止後のドナーの2つに大きく分けられます。さらに、臓器提供の動物モデルを検討する際には、出血性ショックに関連する有害な影響を考慮する必要があります。ここでは、3つの異なる肺提供モデル(脳死後提供、循環死後提供、出血後ショック提供)の確立について説明し、これらのイベントに関連する炎症過程と病理学的障害を比較します。目的は、関連する病理学的メカニズムを研究し、移植のための実行可能な移植片の数を最適化するための新しい治療標的を探索するための肺提供の信頼できる動物モデルを科学界に提供することです。
Introduction
臨床的関連性
臓器移植は、いくつかの重篤な病状に対する確立された治療法の選択肢です。近年、原発性移植片機能障害(PGD)の病態生理学に関する知識の向上や、集中治療、免疫学、薬理学の分野の進歩など、臓器移植の臨床および実験分野で多くの進歩が達成されています1,2,3。関連する外科的および薬理学的処置の成果と質の向上にもかかわらず、利用可能な臓器の数と待機リストのレシピエントの数との関係は依然として主要な課題の1つです2,4。この点に関して、科学文献は、移植時まで臓器を治療および/または保存するために臓器提供者に適用できる治療法を研究するための動物モデルを提案しています5,6,7,8。
動物モデルは、臨床診療で観察されるさまざまなイベントを模倣することにより、関連する病理学的メカニズムとそれぞれの治療アプローチの研究を可能にします。これらのイベントの実験的誘導は、ほとんどの場合、臓器移植に関する科学文献で広く調査されている臓器および組織提供の実験モデルを生成しました6,7,8,9。これらの研究は、脳死(BD)、出血性ショック(HS)、循環死(CD)を誘発するものなど、さまざまな方法論的戦略を採用しています。
脳死(BD)
BDは、さまざまなシステムの進行性の劣化につながる一連のイベントに関連しています。これは通常、脳の外傷または出血により頭蓋内圧(ICP)の急性または段階的な上昇が起こったときに発生します。このICPの増加は、クッシング反射10,11として知られるプロセスで安定した脳血流を維持しようとして血圧の上昇を促進します。これらの急性変化は、移植後の罹患率と死亡率に影響を与えることに加えて、提供された臓器の量と質を損なう心血管、内分泌、および神経学的機能障害を引き起こす可能性があります10,11,12,13。
出血性ショック(HS)
HSは、臓器提供者の多くが血液量を大幅に減少させる外傷の犠牲者であるため、臓器提供者と関連していることがよくあります。肺や心臓などの一部の臓器は、血液量減少とそれに伴う組織低灌流のためにHSに対して特に脆弱です14。HSは、毛細血管透過性の増加、浮腫、および炎症細胞の浸潤を通じて肺損傷を誘発し、ガス交換を損ない、進行性の臓器劣化を引き起こし、その結果、提供プロセスを脱線させます6,14。
循環器死(CD)
CD後提供の利用は、世界の主要施設で指数関数的に増加しており、収集される臓器の数の増加に貢献しています。CDドナーから回収された臓器は、低血(苦悶期)または無血(無収縮期)の間隔の後に発生する温虚血の影響を受けやすい8,15。低灌流または血流の欠如は、ATPの突然の喪失および組織内の代謝毒素の蓄積に関連する組織低酸素症につながる15。現在、臨床診療における移植に使用されているにもかかわらず、これらの臓器の使用が移植後の移植片の質と患者の生存に与える影響については、多くの疑問が残っています15。したがって、CDに関連する病因をよりよく理解するための実験モデルの使用も増加しています8,15,16,17。
実験モデル
臓器提供には、さまざまな実験的臓器提供モデル(BD、HS、CD)があります。しかし、研究では、一度に1つの戦略にしか焦点を当てないことがよくあります。2つ以上の戦略を組み合わせたり比較したりする研究には顕著なギャップがある。これらのモデルは、献血数を増やし、その結果、潜在的なレシピエントの待機リストを減らすことを目的とした治療法の開発に非常に役立ちます。この目的で使用される動物種は研究ごとに異なり、目的がヒトの形態生理学とのより直接的な翻訳であり、動物のサイズによる外科的処置の技術的困難が少ない場合に、ブタモデルがより一般的に選択されます。利点にもかかわらず、物流上の困難と高いコストがブタモデルに関連しています。一方、低コストで生物学的操作の可能性は、げっ歯類モデルの使用を支持し、研究者が病変を再現および治療するための信頼できるモデルから開始することを可能にし、臓器移植の分野で得られた知識を統合することを可能にする。
ここでは、脳死、循環器死、出血性ショック提供のげっ歯類モデルを紹介します。これらの各モデルに関連する炎症過程と病理学的状態について説明します。
Protocol
動物実験は、サンパウロ大学医学部の実験動物の使用と管理に関する倫理委員会(プロトコル番号112/16)に準拠しています。 1.動物のグループ化 12匹の雄の Sprague Dawley ラット(250〜300 g)を3つの実験グループ(n = 4)の1つにランダムに割り当てて、動物モデルに関連する効果を分析および比較します。 動物を出血性ショック群(HS、n = 4)に割り当…
Representative Results
平均動脈圧(MAP)BDおよびHSの血行動態の影響を決定するために、MAPをプロトコルの360分間にわたって評価しました。ベースライン測定値は、BDまたはHSに曝露された動物の皮膚除去および頭蓋骨掘削後、および血液アリコート採取前にそれぞれ収集されました。BDおよびHS導入前は、2群のベースラインMAPは類似していた(BD:110.5 ± 6.1 vs. HS:105.8 ± 2.3 mmHg;p=0.5;二元配置分散分析)。カテ…
Discussion
近年、脳死の診断数の増加により、移植を目的とした臓器や組織の最大のプロバイダーになりました。しかし、この成長は、循環器死後の寄付の信じられないほどの増加を伴っています。その多因子的な性質にもかかわらず、死因の引き金となるメカニズムのほとんどは、血含有量の広範な喪失を伴う外傷の後に始まるか、またはそれに伴う4,18。<…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
資金援助をしてくれたFAPESP(Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo)に感謝します。
Materials
| 14-gauge angiocath | DB | 38186714 | Orotracheal intubation |
| 2.0-silk | Brasuture | AA553 | Tracheal tube fixation |
| 24-gauge angiocath | DB | 38181214 | Arterial and venous access |
| 4.0-silk | Brasuture | AA551 | Fixation of arterial and venous cannulas |
| Alcoholic chlorhexidine digluconate solution (2%). | Vic Pharma | Y/N | Asepsis |
| Trichotomy apparatus | Oster | Y/N | Clipping device |
| Precision balance | Shimadzu | D314800051 | Analysis of the wet/dry weight ratio |
| Barbiturate (Thiopental) | Cristália | 18080003 | DC induction |
| Balloon catheter (Fogarty-4F) | Edwards Life Since | 120804 | BD induction |
| Neonatal extender | Embramed | 497267 | Used as catheters with the aid of the 24 G angiocath |
| FlexiVent | Scireq | 1142254 | Analysis of ventilatory parameters |
| Heparin | Blau Farmaceutica SA | 7000982-06 | Anticoagulant |
| Isoflurane | Cristália | 10,29,80,130 | Inhalation anesthesia |
| Micropipette (1000 µL) | Eppendorf | 347765Z | Handling of small- volume liquids |
| Micropipette (20 µL) | Eppendorf | H19385F | Handling of small- volume liquids |
| Microscope | Zeiss | 1601004545 | Assistance in the visualization of structures for the surgical procedure |
| Multiparameter monitor | Dixtal | 101503775 | MAP registration |
| Motorized drill | Midetronic | MCA0439 | Used to drill a 1 mm caliber borehole |
| Neubauer chamber | Kasvi | D15-BL | Cell count |
| Pediatric laryngoscope | Oxygel | Y/N | Assistance during tracheal intubation |
| Syringe (3 mL) | SR | 3330N4 | Hydration and exsanguination during HS protocol |
| Pressure transducer | Edwards Life Since | P23XL | MAP registration |
| Metallic tracheal tube | Biomedical | 006316/12 | Rigid cannula for analysis with the FlexiVent ventilator |
| Isoflurane vaporizer | Harvard Bioscience | 1,02,698 | Anesthesia system |
| Mechanical ventilator for small animals (683) | Harvard Apparatus | MA1 55-0000 | Mechanical ventilation |
| xMap methodology | Millipore | RECYTMAG-65K-04 | Analysis of inflammatory markers |
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Citazione di questo articolo
Nepomuceno, N. A., Moreira Ruiz, L., Oliveira-Melo, P., Ikeoka Eroles, N. C., Gomes Viana, I., Pêgo-Fernandes, P. M., de Oliveira Braga, K. A. Study of Experimental Organ Donation Models for Lung Transplantation. J. Vis. Exp. (205), e62975, doi:10.3791/62975 (2024).