Rattenmodel van Normothermische ex-situ perfuseerde heterotope harttransplantatie
Summary
Hier presenteren we een beoordelingsprotocol van een heterotopisch geïmplanteerd hart na normotherm ex situ behoud in het rattenmodel.
Abstract
Harttransplantatie is de meest effectieve therapie voor eindstadium hartfalen. Ondanks de verbeteringen in therapeutische benaderingen en interventies, neemt het aantal patiënten met hartfalen dat wacht op transplantatie nog steeds toe. De normotherme ex situ conserveringstechniek is vastgesteld als een vergelijkbare methode als de conventionele statische koelopslagtechniek. Het grote voordeel van deze techniek is dat donorharten tot 12 uur in fysiologische toestand kunnen worden bewaard. Bovendien maakt deze techniek reanimatie van de donorharten na circulatoire sterfte mogelijk en past de vereiste farmacologische interventies toe om de donorfunctie na implantatie te verbeteren. Er zijn talloze diermodellen opgesteld om normotherme ex situ conserveringstechnieken te verbeteren en conserveringsgerelateerde complicaties te elimineren. Hoewel grote diermodellen gemakkelijk te hanteren zijn in vergelijking met kleine diermodellen, is het duur en uitdagend. We presenteren een rattenmodel van normotherm ex situ donorhartbehoud gevolgd door heterotope abdominale transplantatie. Dit model is relatief goedkoop en kan worden bereikt door een enkele experimentator.
Introduction
Harttransplantatie blijft de enige levensvatbare therapie voor refractair hartfalen 1,2,3,4. Ondanks een gestage toename van het aantal patiënten dat een harttransplantatie nodig heeft, is er geen evenredige toename van de beschikbaarheid van donororganen waargenomen5. Om dit probleem aan te pakken, zijn nieuwe benaderingen voor het behoud van donorharten ontwikkeld met als doel de uitdagingen te verbeteren en de beschikbaarheid van donoren te vergroten 6,7,8,9.
Normothermische ex situ hartperfusie (NESHP) met behulp van orgaanzorgsysteem (OCS) machines is naar voren gekomen als een klinische interventie 1,3. Deze techniek wordt beschouwd als een geschikt alternatief voor de conventionele statische koude opslag (SCS) methode 2,9. NESHP vermindert effectief de duur van koude ischemie, vermindert de metabole vraag en vergemakkelijkt een optimale voedingsvoorziening en oxygenatie tijdens het transport van donororganen10,11. Ondanks het duidelijke potentieel van deze methode om het behoud van donororganen te verbeteren, zijn de klinische toepassing en het verdere onderzoek ervan beperkt door hoge kosten. Daarom zijn preklinische diermodellen van NESHP cruciaal voor het identificeren van de belangrijkste technische uitdagingen in verband met deze techniek12,13. Varkens en ratten zijn de voorkeursdiermodellen voor preklinische studies vanwege hun ischemische tolerantie9. Hoewel het varkensmodel ideaal is voor fundamenteel en translationeel onderzoek, wordt het beperkt door de hoge kosten en de intensieve arbeid die nodig is voor zorg en onderhoud. Daarentegen zijn rattenmodellen minder duur en gemakkelijker te hanteren14.
In deze studie introduceren we een vereenvoudigd rattenmodel van NESHP, gevolgd door heterotope harttransplantatie, om de impact van de conserveringstechniek op de transplantaatconditie na implantatie te evalueren. Dit model is eenvoudig, kosteneffectief en kan worden uitgevoerd door een enkele experimentator. Figuur 1 toont de schema’s van de procedure.
Protocol
Representative Results
Discussion
Onze focus bij het opzetten van dit model was om normotherme menselijke harttransplantatie te repliceren. Niet-uitwerpende modellen zijn de algemeen geprefereerde techniek voor het behoud van het donorhart in een ex situ omgeving16. Hoewel uitwerpmodellen veel voordelen bieden bij het beoordelen van de hartfunctie tijdens ex situ perfusie17, zijn ze niet geschikt voor heterotope transplantatiemodellen. Bij heterotope transplantatie moet het geïmplanteerde…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door een subsidie B2021-0991 van het Chonnam National University Hospital Biomedical Research Institute en NRF-2020R1F1A1073921 van de National Research Foundation of Korea
Materials
| AES active evacuation system | Smiths medical | PC-6769-51A | Utilize CO2 and excess isoflurane |
| Anesthesia machine | Smiths medical | PC-8801-01A | Mixes isoflurane and oxyegn and delivers to animal |
| B20 patient monitor | GE medical systems | B20 | to observe mean aortic pressure and temperature |
| Homeothermic Monitoring System | Harvard apparatus | 55-7020 | To monitor and maintain animal's temperature |
| Micro-1 Rat oxygenator | Dongguan Kewei medical instruments | Micro-MO | For gas exchange in the langendorff circuit |
| Micropuncture introducer Set | COOK medical | G48007 | for delivering cardioplegic solution to the arch through the abdominal aorta |
| Microscope | Amscope | MU1403 | For zooming surgical field (Recipient) |
| Surgical loupe | SurgiTel | L2S09 | For zooming surgical field (Donor) |
| Syringe pump | AMP all | SP-8800 | To deliver cardioplegic solution |
| Transonic flow sensor | Transonic | ME3PXL-M5 | Perfusion circuit flow sensor |
| Transonic tubing flow module | Transonic | TS410 | flow acquiring system |
| Watson – Marlow pumps | Harvard apparatus | 010.6131.DAO | Peristaltic pump used for recirculate perfusate |
| WBC-1510A | JEIO TECH | E03056D | Heating bath |
| Sprague-Dawley rats | Samtako Bio Korea Co., Ltd., Osan City Korea | ||
| Medications | |||
| BioHAnce Gel Eye Drops | SENTRIX Animal care | wet ointments for eye | |
| Cefazolin | JW pharmaceutical | For prophilaxis | |
| Custodiol | DR, FRANZ KOHLER CHEMIE GMBH | For heart harvesting | |
| Diclofenac | Myungmoon Pharm. Co. Ltd | For pain control | |
| Heparin | JW pharmaceutical | Anticoagulant | |
| Insulin | JW pharmaceutical | hormon therapy | |
| Saline | JW pharmaceutical | For hydration therapy |
Riferimenti
- Langmuur, S. J. J., et al. Normothermic ex-situ heart perfusion with the organ care system for cardiac transplantation: A meta-analysis. Transplantation. 106 (9), 1745-1753 (2022).
- Ardehali, A., et al. Ex-vivo perfusion of donor hearts for human heart transplantation (PROCEED II): a prospective, open-label, multicentre, randomized non-inferiority trial. Lancet. 385 (9987), 2577-2584 (2015).
- Dang Van, S., et al. Ex vivo perfusion of the donor heart: Preliminary experience in high-risk transplantations. Archives of Cardiovascular Diseases. 114 (11), 715-726 (2021).
- Zhou, P., et al. Donor heart preservation with hypoxic-conditioned medium-derived from bone marrow mesenchymal stem cells improves cardiac function in a heart transplantation model. Stem Cell Research and Therapy. 12 (1), 5f6 (2021).
- Messer, S., Large, S. Resuscitating heart transplantation: the donation after circulatory determined death donor.European. Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 49 (1), 1-4 (2016).
- Trahanas, J. M., et al. Achieving 12 hour normothermic ex situ heart perfusion: an experience of 40 porcine hearts. ASAIO Journal. 62 (4), 470-476 (2016).
- Yang, Y., et al. Keeping donor hearts in completely beating status with normothermicblood perfusion for transplants. The Annals of Thoracic Surgery. 95 (6), 2028-2034 (2013).
- Van Caenegem, O., et al. Hypothermic continuous machine perfusion enables preservation of energy charge and functional recovery of heart grafts in an ex vivo model of donation following circulatory death. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 49 (5), 1348-1353 (2016).
- Lu, J., et al. Normothermic ex vivo heart perfusion combined with melatonin enhances myocardial protection in rat donation after circulatory death hearts via inhibiting NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 733183 (2021).
- Pinnelas, R., Kobashigawa, J. A. Ex vivo normothermic perfusion in heart transplantation: a review of the TransMedics Organ Care System. Future Cardiology. 18 (1), 5-15 (2022).
- Fuchs, M., et al. Does the heart transplant have a future. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 55, i38-i48 (2019).
- Pahuja, M., Case, B. C., Molina, E. J., Waksman, R. Overview of the FDA’s circulatory system devices panel virtual meeting on the TransMedics Organ Care System (OCS) Heart – portable extracorporeal heart perfusion and monitoring system. American Heart Journal. 247, 90-99 (2022).
- Jawitz, O. K., Devore, A. D., Patel, C. B., Bryner, B. S., Schroder, J. N. Expanding the donor pool: quantifying the potential impact of a portable organ-care system for expanded criteria heart donation. Journal of Cardiac Failure. 27 (12), 1462-1465 (2021).
- van Suylen, V., et al. Ex situ perfusion of hearts donated after euthanasia: a promising contribution to heart transplantation. Transplantation Direct. 7 (3), e676 (2021).
- Westhofen, S., et al. The heterotopic heart transplantation in mice as a small animal model to study mechanical unloading – Establishment of the procedure, perioperative management and postoperative scoring. PLoS One. 14 (4), e0214513 (2019).
- Qin, G., Jernryd, T., Sjoberg, S., Steen, S., Nilsson, J. Machine perfusion for human heart preservation: A systematic review. Transplant International. 35, 10258 (2022).
- Dang Van, S., Brunet, D., Akamkam, A., Decante, B., Guihaire, J. Functional assessment of the donor heart during ex situ perfusion: insights from pressure-volume loops and surface echocardiography. Journal of Visual Experiments. (188), e63945 (2022).
- Fu, X., Segiser, A., Carrel, T. P., Tevaearai Stahel, H. T., Most, H. Rat heterotopic heart transplantation model to investigate unloading-induced myocardial remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 3, 34 (2016).
- Niimi, M. The technique for heterotopic cardiac transplantation in mice: experience of 3000 operations by one surgeon. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 20 (10), 1123-1128 (2001).
- Qi, X., et al. The evaluation of constant coronary artery flow versus constant coronary perfusion pressure during normothermic ex-situ heart perfusion. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 41 (12), 1738-1750 (2022).
- Okahara, S., et al. A novel blood viscosity estimation method based on pressure-flow characteristics of an oxygenator during cardiopulmonary bypass. Artificial Organs. 41 (3), 262-266 (2017).
- Quader, M., Torrado, J. F., Mangino, M. J., Toldo, S. Temperature and flow rate limit the optimal ex-vivo perfusion of the heart – an experimental study. Journal of Cardiothoracic Surgery. 15 (1), 180 (2020).
