En svine heterotopisk hjertetransplantationsprotokol til levering af terapi til en hjertealograft
Summary
Vi præsenterer en protokol til brug af et normotermt ex vivo sanguinous perfusionssystem til levering af terapi til en hel hjerte allograft i en porcin heterotopisk hjertetransplantationsmodel.
Abstract
Hjertetransplantation er guldstandardbehandlingen for hjertesvigt i slutstadiet. Det er dog fortsat begrænset af antallet af tilgængelige donorhjerter og komplikationer såsom primær graftdysfunktion og transplantatafstødning. Den nylige kliniske anvendelse af en ex vivo perfusionsenhed i hjertetransplantation introducerer en unik mulighed for behandling af hjertealliancer med terapeutiske interventioner for at forbedre funktionen og undgå skadelige modtagerresponser. Etablering af en translationel model med store dyr til terapeutisk levering til hele allograften er afgørende for at teste nye terapeutiske tilgange til hjertetransplantation. Den svin, heterotopiske hjertetransplantationsmodel i intraabdominal position tjener som en fremragende model til vurdering af virkningerne af nye interventioner og immunopatologien af transplantatafstødning. Denne model tilbyder desuden langsigtet overlevelse for grisen, da transplantatet ikke er nødvendigt for at opretholde modtagerens cirkulation. Formålet med denne protokol er at tilvejebringe en reproducerbar og robust tilgang til opnåelse ex vivo levering af en terapeutisk til hele hjerte allograft før transplantation og give tekniske detaljer til at udføre en overlevelse heterotopisk transplantation af ex vivo perfunderet hjerte.
Introduction
Hjertesvigt er en tilstand, der påvirker anslået 6 millioner voksne i USA og forventes at stige til 8 millioner voksne inden år 20301. Hjertetransplantation er guldstandardbehandlingen for hjertesvigt i slutstadiet. Det er dog ikke uden sine begrænsninger og komplikationer. Det er fortsat begrænset af antallet af tilgængelige donorhjerter, primær transplantatdysfunktion, afvisning af hjertet og bivirkningerne af langvarig immunsuppression2. Disse begrænsninger er især vigtige hos unge modtagere, der kan opleve allograftsvigt og kræve efterfølgende gentransplantation for at opnå normal forventet levetid.
En ideel intervention for at overvinde disse begrænsninger ville behandle hele hjertealkotransplantater med terapi inden implantation i modtageren, der kan forbedre allotransplantatens levedygtighed og give “kardiobeskyttelse”. Sådanne indgreb ville blive givet profylaktisk for at minimere forekomsten af iskæmiske fornærmelser, allograftafstødning, hjerte allograft vaskulopati og endda reparere marginale allotransplantater. Translationelle undersøgelser til udvikling af disse typer interventioner kræver en stor dyremodel af hjertetransplantation for at muliggøre langsigtet overvågning af hjertetransplantatet. Den svin, heterotopiske hjertetransplantationsmodel i intraabdominal position har vist sig ideel til dette formål. Hjertetransplantation i denne position giver mulighed for at teste virkningerne af nye terapier og vurdere immunopatologien af transplantatafstødning. Derudover er den heterotopiske model fordelagtig i forhold til den ortopiske model på grund af bedre samlet overlevelse af modtageren, intet krav om kardiopulmonal bypass og intet krav om transplantat for at opretholde modtagerens cirkulation3.
Effektiv levering af terapeutiske interventioner til hjertet, såsom gen-, celle- eller immunterapi, er en væsentlig barriere for klinisk anvendelse 4,5. Den teknologi, der introduceres af ex vivo-perfusionsanordninger, gør det muligt kontinuerligt at perfundere transplantater og opretholde dem i en ikke-fungerende, men metabolisk aktiv tilstand 6,7,8,9. Dette giver en unik mulighed for at behandle et helt hjerte med avanceret terapi, samtidig med at de potentielle bivirkninger af systemisk levering minimeres 10,11,12,13. En anden fordel ved at bruge ex vivo perfusionsanordninger til terapeutisk levering er, at de tillader administration af medicin til koronarcirkulationen over længere perioder, der ikke er mulige ved hjælp af traditionelle koldstatiske opbevaringsmetoder. Dette giver mulighed for mere global levering af terapien til transplantatet14. Ved hjælp af den protokol, der præsenteres her, leverede vi med succes firefly luciferase-genet til et helt svinehjertetransplantat ved hjælp af adenovirale vektorer15. Formålet med denne protokol er at tilvejebringe en reproducerbar og robust tilgang til opnåelse af en terapeutisk behandling til hele hjertealliancen inden transplantation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Levering af terapi under ex vivo perfusion i hjertetransplantation tilbyder en strategi til at ændre allograften og potentielt forbedre transplantationsresultaterne. Protokollen, der præsenteres her, inkorporerer den avancerede normoterme ex vivo sanguinous perfusionsopbevaring og giver lovende potentiale til at teste isoleret levering af celle-, gen- eller immunterapier til allograft 11,12,13. Til dato har h…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke Duke Large Animal Surgical Core og Duke Perfusion Services for deres hjælp under disse procedurer. Vi vil også gerne takke Paul Lezberg og TransMedics, Inc. for støtte.
Materials
| 0 Looped Maxon suture | Covidien | GMM-341L | Used to close fascia of the laparotomy incision |
| 0 Silk ties | Medtronic, Inc | S346 | |
| 18 G Angiocath | BD | 381144 | Used to de-air the left ventricle of the donor heart after implantation |
| 20 Fr LV vent | Medtronic, Inc | 12002 | |
| 2-0 Silk sutures | Ethicon, Inc. | SA11G | |
| 2-0 Silk ties | Ethicon, Inc. | SA65H | |
| 2-0 Vicryl suture | Ethicon, Inc. | J259H | |
| 24 Fr venous cannula | Medtronic, Inc | 68124 | |
| 3-0 Prolene sutures | Ethicon, Inc. | 8522 | |
| 4-0 Monocryl suture | Ethicon, Inc. | Y469G | |
| 4-0 Prolene sutures | Ethicon, Inc. | 8521 | |
| Animal hair cutting clipper | Wahl | 8786-452 | |
| Aortic clamp | V. Mueller | CH6201 | |
| Army Navy retractor | V. Mueller | SU3660 | |
| ATF 40, Cell saver disposable set | Fresenius Kabi | 9108494 | Cell saver device insert |
| Balfour retractor | V. Mueller | SU3042 | Used as an abdominal wall retractor |
| C.A.T.S cell saver | Fresenius Kabi | ES0019 | Cell saver device used to wash donor blood |
| Cardiac defibrillator | Zoll | M Series | Cardiac defibrillator |
| Castro needle holder | V. Mueller | CH8589 | |
| CG4 iStat cartridges | Abbott | 03P85-25 | POC testing |
| CG8 iStat cartridges | Abbott | 03P88-25 | POC testing |
| DeBakey forceps | V. Mueller | CH5902 | |
| Electrocautery disposable pencil | Covidien | E2450H | |
| Gerald forceps | V. Mueller | NL1451 | |
| Hemotherm 400CE Dual Reservoir Cooler/Heater | Cincinnati Sub-Zero | 86022 | Heater cooler used to regulate perfusion temperature on the ex vivo perfusion device |
| iSTAT 1 | Abbott | 04P75-03 | POC testing device |
| Kocher clamp | V. Mueller | SU2790 | |
| Large clip applier | Sklar | 50-4300 | |
| Large clips | Teleflex | 4200 | |
| Large soft pledgets | Covidien | 8886867901 | |
| Medium clip applier | Sklar | 50-4335 | |
| Medium clips | Teleflex | 2200 | |
| Metzenbaum scissor | V. Mueller | CH2006-001 | |
| No. 10 scalpel blade | Swann-Mortan | 301 | Used for skin incision |
| No. 11 scalpel blade | Kiato Plus | 18111 | Used for vascular incision |
| OCS device with base | TransMedics, Inc. | Ex vivo perfusion device | |
| OCS disposable | TransMedics, Inc. | Ex vivo perfusion device insert with perfusion kits | |
| Pacing cable | Remington Medical | FL-601-97 | |
| Pediatric cardioplegia catheter (4Fr) | Medtronic, Inc | 10218 | Used to deliver cardioplegia to the donor aortic root |
| Pediatric Foley catheter | Teleflex | RSH170003080 | Placed pre-op to decompress the recipient's bladder |
| Potts scissors | V. Mueller | CH13038 | |
| Pressure bag x2 (1,000 mL) | Novaplus | V4010H | Used to deliver cardioplegia at a set pressure |
| Satinsky clamp | V. Mueller | CH7305 | Vascular clamp used for creating anastomoses between donor heart and recipient vessels |
| Scissors | Felco | FELCO 200A-50 | Used to perform sternotomy |
| Small hard pledgets | Covidien | 8886867701 | |
| Sternal retractor | V. Mueller | CH6950-007 | |
| Temporary cardiac pacing wires | Ethicon, Inc. | TPW32 | |
| Temporary dual chamber pacemaker | Medtronic, Inc | 5388 | Cardiac pacing device |
| Tourniquet kit | Medtronic, Inc | 79005 | Rummel tourniquets |
| Umbilical tape | Covidien | 8886861903 | |
| Vessel loops | Covidien | 31145686 |
Riferimenti
- Virani, S. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2021 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 143 (8), 254 (2021).
- Stehlik, J., Kobashigawa, J., Hunt, S. A., Reichenspurner, H., Kirklin, J. K. Honoring 50 years of clinical heart transplantation in circulation: in-depth state-of-the-art review. Circulation. 137 (1), 71-87 (2018).
- Kadner, A., Chen, R. H., Adams, D. H. Heterotopic heart transplantation: experimental development and clinical experience. European Journal of Cardiothorac Surgery. 17 (4), 474-481 (2000).
- Hastings, C. L., et al. Drug and cell delivery for cardiac regeneration. Advanced Drug Delivery Reviews. 84, 85-106 (2015).
- Sahoo, S., Kariya, T., Ishikawa, K. Targeted delivery of therapeutic agents to the heart. Nature Reviews. Cardiology. 18 (6), 389-399 (2021).
- Stamp, N. L., et al. Successful heart transplant after ten hours out-of-body time using the TransMedics Organ Care System. Heart, Lung & Circulation. 24 (6), 611-613 (2015).
- Ragalie, W. S., Ardehali, A. Current status of normothermic ex-vivo perfusion of cardiac allografts. Current Opinion in Organ Transplantation. 25 (3), 237-240 (2020).
- Koerner, M. M., et al. Normothermic ex vivo allograft blood perfusion in clinical heart transplantation. Heart Surgery Forum. 17 (3), 141-145 (2014).
- Rosenbaum, D. H., et al. Perfusion preservation versus static preservation for cardiac transplantation: effects on myocardial function and metabolism. Journal of Heart and Lung Transplantation. 27 (1), 93-99 (2008).
- Cullen, P. P., Tsui, S. S., Caplice, N. M., Hinchion, J. A. A state-of-the-art review of the current role of cardioprotective techniques in cardiac transplantation. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 32 (5), 683-694 (2021).
- Rurik, J. G., Aghajanian, H., Epstein, J. A. Immune cells and immunotherapy for cardiac injury and repair. Circulation Research. 128 (11), 1766-1779 (2021).
- Rincon, M. Y., VandenDriessche, T., Chuah, M. K. Gene therapy for cardiovascular disease: advances in vector development, targeting, and delivery for clinical translation. Cardiovascular Research. 108 (1), 4-20 (2015).
- Kieserman, J. M., Myers, V. D., Dubey, P., Cheung, J. Y., Feldman, A. M. Current landscape of heart failure gene therapy. Journal of the American Heart Association. 8 (10), 012239 (2019).
- Perin, E. C., Perin, E. C., Miller, L. W., Taylor, D. A., Wilkerson, J. T. . Stem cell and gene therapy for cardiovascular disease. , 279-287 (2016).
- Bishawi, M., et al. A normothermic ex vivo organ perfusion delivery method for cardiac transplantation gene therapy. Scientific Reports. 9 (1), 8029 (2019).
- Hulot, J. S., Ishikawa, K., Hajjar, R. J. Gene therapy for the treatment of heart failure: promise postponed. European Heart Journal. 37 (21), 1651-1658 (2016).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class I genes in outbred pig populations. Animal Genetics. 40 (4), 468-478 (2009).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class II genes in outbred pig populations. Animal Genetics. 41 (4), 428-432 (2010).
