Хирургическое ангиогенеза в свинину большеберцовых аллотрансплантация: новые большие кости животных васкуляризированной композитных аллотрансплантация модель
Summary
В настоящее время какой-либо васкуляризированной композитный аллотрансплантация зависит от долгосрочной-перспективе-иммуносупрессия, сложно поддерживать для жизни критических указаний. Мы представляем новую свинину большеберцовых VCA модель, которая может использоваться для изучения кости VCA и демонстрируют использование хирургических ангиогенеза для поддержания жизнеспособности кости без необходимости долгосрочной иммунной модуляции.
Abstract
Сегментные костной потери в результате травмы, инфекции злокачественности и Врожденная аномалия остается серьезной проблемой реконструктивной. Текущий терапевтических варианты имеют значительный риск неудачи и существенной заболеваемости.
Использование костей васкуляризированной композитный аллотрансплантация (VCA) будет предлагать как близкое соответствие резекции кости размер и форму и исцеления и Ремоделирование потенциал жизни кости. В настоящее время требуется пожизненный наркотиков иммуносупрессией (IS). Органа токсичности, оппортунистических инфекций и новообразований риски представляют интерес для лечения таких нелетального указаний.
Ранее мы показали, что жизнеспособность VCA костей и суставов могут поддерживаться у крыс и кроликов без необходимости долгосрочной перспективе иммуносупрессии имплантации получателя производного судов в пределах VCA. Она генерирует Автогенная, neoangiogenic обращения с измерению потока и активные кости Ремоделирование, требующих есть только 2 недели. Как мелких животных отличаются от человека существенно в анатомии, физиологии кости и иммунологии, мы разработали модель VCA свиные кости Оценить эту технику до клинического применения. Миниатюрные свиньи в настоящее время широко используются для аллотрансплантация исследований, учитывая их иммунологические, анатомические, физиологические и размер сходства к человеку. Здесь мы опишем новый большеберцовой кости свиные ортотопическая VCA модель для проверки роли автогенный хирургических ангиогенеза для поддержания жизнеспособности VCA.
Модели реконструирует сегментарный большеберцовой кости дефектов с помощью совпадают размер и форму аллогенной большеберцовой кости сегментов, пересаженные через основные свиной лейкоцитарного антигена (SLA) несоответствие в Юкатан миниатюрные свиньи. Ремонт питательных судна и имплантации получателя производного автогенный судов в мозгового канала аллогенной большеберцовой кости сегментов производится в сочетании с одновременным краткосрочных IS. Это позволяет neoangiogenic автогенные циркуляции развивать от имплантированных ткани, поддержание потока через аллогенной питательных судов на короткое время. После того, как установлено, новый автогенный циркуляции поддерживает жизнеспособность кости после прекращения лекарственной терапии и последующих питательных веществ судно тромбоза.
Introduction
Большие сегментарный костных дефектов в результате травмы, инфекции или конечности щадящей хирургии после злокачественности. Текущие параметры реконструктивной как васкуляризированной автогенный костной пластики, кости транспорт, ортопедическая замены и криоконсервированных некротические аллотрансплантантов, используется отдельно или в сочетании, связаны с значительным заболеваемости и имеют высокие показатели осложнения в1,2,3.
Наличие микрососудистой сети имеет важное значение для формирования и гомеостаза кости, поддерживая остеогенные, хондрогенном и мезенхимальных стволовых клеток, необходимых для ремонта костей4.
Трансплантации живых аллогенной кости, форма васкуляризированной композитные ткани аллотрансплантация (кости VCA), выступал с микрохирургической анастомоза питательных ножке, может представляют собой будущего реконструктивной альтернативу. Как аллогенных криоконсервированных кость немедленное стабильность обеспечивается тесно соответствие костного дефекта морфологии. Как автогенной васкуляризированной трансплантата, он обеспечивает расширение исцеления и реконструкции жизни костной ткани. Препятствием в любой процедуре аллотрансплантата остается необходимость долгосрочной перспективе иммуносупрессией (IS). Эта проблема более остро стоит в опорно-тканей, которые требуют 2 – 3 раза больше, чем трансплантации5доз наркотиков. Сопутствующие риски, включая органа токсичности, злокачественности, инфекции или развитие трансплантат – versus – хост болезни трудно оправдать эти находившимися критической приложения6. Однако эпизоды острого и хронического отказа остаются серьезной проблемой с текущей долгосрочной является7. Текущие усилия тесно матч антигены гистосовместимости, побудить доноров конкретных терпимости и/или улучшить наркотиков иммунотерапия не пока еще не удалось регулярно разрешительные клинических ткани без наркотиков выживания8,9.
Ранее мы продемонстрировали средства для поддержания кости VCA жизнеспособность и повысить костного ремоделирования в небольших животных моделях, продвижение новой автогенный циркуляции в трансплантированы кости. Это делается путем дополнительного использования хирургических ангиогенеза имплантированных автогенный ткани10,11,12. Аллогенная кости сегменты пересаживают microsurgically с анастомоза ножке сегмент питательных веществ кости. Кроме того хост производные судов вживляются в мозгового канала аллогенной васкуляризированной кости сегмента. В ходе этого процесса 2 недели проходимость аллогенной питательных судна поддерживается с наркотиками иммунодепрессией. После IS-вывода питательных ножке будет в конечном итоге thrombose13. Новая кровать капилляров, основанный на хост производные судов обеспечивает достаточную циркуляцию для поддержания жизнеспособности тканей. Кости Исцеление и Ремоделирование усиливаются с остеогенез и ангиогенеза, спаренных10,,1112. Без дальнейших иммунотерапия требуется и кости жизнеспособность поддерживается долгосрочный несмотря на иммунологически компетентным хост и отсутствие конкретных доноров терпимости.
Перевод этого романа метода аллотрансплантация кости в клиническую практику лучше всего должно предшествовать дальнейшего изучения исцеления, механических свойств и иммунологии в большой модели на животных. Свинину модель идеально подходит для таких VCA исследований14,,1516. Миниатюрные свиньи сопоставимы по размеру и анатомии человека, позволяя скелетных реконструкции с использованием идентичных хирургических имплантатов и методов. Свиней иммунологии хорошо определены, включая свиной лейкоцитарного антигена (SLA) гаплотипов и типы крови, необходимые для трансплантационной хирургии. Клеток линии исследования возможны с трансплантации секс несоответствие, поскольку подробные анализы иммунных реакций17,18,19,,2021.
Здесь мы описываем модель аллотрансплантация VCA кости в Юкатан миниатюрные свиньи, подходит для изучения сегментарный костной потери и восстановления. Эта модель может использоваться для изучения взаимодействия хирургической ангиогенеза и краткосрочных IS на кости VCA выживания и функции, включая линии остеоциты, кость кровотока, исцеление и реконструкцию мощностей, alloresponsiveness и биомеханики также, как для Проверьте другие инновационные иммунной модулирующее стратегии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Трансплантации аллогенных васкуляризированной кости (кости VCA) может представлять будущее реконструктивной вариант для больших сегментарный костных дефектов. Однако необходимость долгосрочной перспективе иммуносупрессией (IS) и его значительные побочные эффекты для кости VCA выживан?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Отдел средств массовой информации услуг по поддержке, Mayo Клинике Рочестер, MN для видео производства, а также Георгиос Kotsougianis для редактирования видео. Отличные иллюстрации был проведен Jim Postier, Рочестер, Миннесота. Кроме того, авторы хотели бы поблагодарить немецкого фонда научных исследований (Deutsche Forschungsgemeinschaft) для оказания поддержки зарплата доктора Димитра Kotsougiani (DFG Грант: KO 4903/1-1). Эта работа была поддержана щедрый подарок от Tarek E. Обаид. Эта работа была выполнена в микрососудистой научно-исследовательской лаборатории, Департамент из ортопедической хирургии Mayo Клинике Рочестер, MN.
Materials
| Xylazine | VetTek, Bluesprings, MO | N/A | 2mg/kg |
| Telazol | Pfizer Inc., NY, NY | 2103 | 5mg/kg |
| Buprenorphine | Zoo Pharm, Windsor, CO | N/A | 0.18mg/kg |
| Cefazoline | Hospira, Lake Forest, IL | RL-4539 | 1g |
| Ethilon sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | BV 130-5 | 9-0 |
| Locking plate | DePuy Synthes Vet, West Chester, PA | VP4041.09 | 9-hole 3.5mm locking plate |
| Vicryl sutures | Ethicon, Sommerville, NJ | J808T | 2-0, 3-0 |
| Tegaderm | 3M Health Care, St. Paul, MN | 16006 | 15x10cm |
| Hickman catheter | Bard Access System Inc., Salt Lake City, UT | 600560 | 9.6 French |
| Carprofen | Zoetis Inc., Kalamazoo, MI | 1760R-60-06-759 | 4mg/kg |
| Tacrolimus | Sandoz Inc., Princeton, NJ | 973975 | (0.8-1.5mg/kg/day) |
| Mycophenolate Mofetil | Sandoz Inc., Princeton, NJ | 772212 | (50-70mg/kg/day) |
| Methylprednisolone sodium succinate | Pfizer Inc., NY, NY | 2375-03-0 | 500 mg |
| Gentamicin | Sparhawk Laboratories, Lenexa, KS | 1405-41-0 | 3mg/kg |
| Dermabond Prineo | Ethicon, San Lorenzo, Puerto Rico | 6510-01-6140050 | |
| Isoflurane 99.9% 250 ml | Abbott Animal Health | 05260-5 | |
| Lactated Ringer's 1L | Baxter Corporation | JB1064 | |
| Saline 0.9%, 1 L | Baxter Corporation | 60208 | |
| Ceftiofur | Pfizer Canada Inc. | 11103 | 5mg/kg |
| Microfil | Flow Tech Inc, Carver, MA | MV-122 | 125 ml |
| Decalcifying Solution | Thermo Fisher Scientific, Chesire, WA, UK | 8340-1 |
References
- Ham, S. J., et al. Limb salvage surgery for primary bone sarcoma of the lower extremities: long-term consequences of endoprosthetic reconstructions. Ann Surg Oncol. 5, 423-436 (1998).
- Niimi, R., et al. Usefulness of limb salvage surgery for bone and soft tissue sarcomas of the distal lower leg. J Cancer Res Clin Oncol. 134, 1087-1095 (2008).
- Tukiainen, E., Asko-Seljavaara, S. Use of the Ilizarov technique after a free microvascular muscle flap transplantation in massive trauma of the lower leg. Clin Orthop Relat Res. , 129-134 (1993).
- Schipani, E., Maes, C., Carmeliet, G., Semenza, G. L. Regulation of osteogenesis-angiogenesis coupling by HIFs and VEGF. J Bone Miner Res. 24, 1347-1353 (2009).
- Murray, J. E. Organ transplantation (skin, kidney, heart) and the plastic surgeon. Plast Reconstr Surg. 47, 425-431 (1971).
- Ravindra, K. V., Wu, S., McKinney, M., Xu, H., Ildstad, S. T. Composite tissue allotransplantation: current challenges. Transplant Proc. 41, 3519-3528 (2009).
- Lantieri, L., et al. Face transplant: long-term follow-up and results of a prospective open study. Lancet. 388, 1398-1407 (2016).
- Brent, L. B. Tolerance and its clinical significance. World J Surg. 24, 787-792 (2000).
- Utsugi, R., et al. Induction of transplantation tolerance with a short course of tacrolimus (FK506): I. Rapid and stable tolerance to two-haplotype fully mhc-mismatched kidney allografts in miniature swine. Transplantation. 71, 1368-1379 (2001).
- Giessler, G. A., Zobitz, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Host-derived neoangiogenesis with short-term immunosuppression allows incorporation and remodeling of vascularized diaphyseal allogeneic rabbit femur transplants. J Orthopaedic Res. 27, 763-770 (2009).
- Kremer, T., et al. Surgical angiogenesis with short-term immunosuppression maintains bone viability in rabbit allogenic knee joint transplantation. Plast Reconstr Surg. 131, 148e-157e (2013).
- Larsen, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. A modified vascularized whole knee joint allotransplantation model in the rat. Microsurgery. 30, 557-564 (2010).
- Ohno, T., Pelzer, M., Larsen, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Host-derived angiogenesis maintains bone blood flow after withdrawal of immunosuppression. Microsurgery. 27, 657-663 (2007).
- Ibrahim, Z., et al. A modified heterotopic swine hind limb transplant model for translational vascularized composite allotransplantation (VCA) research. J Vis Exp. , (2013).
- Solla, F., et al. Composite tissue allotransplantation in newborns: a swine model. J Surg Res. 179, e235-e243 (2013).
- Ustuner, E. T., et al. Swine composite tissue allotransplant model for preclinical hand transplant studies. Microsurgery. 20, 400-406 (2000).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class II genes in outbred pig populations. Anim Genet. 41, 428-432 (2010).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class I genes in outbred pig populations. Anim Genet. 40, 468-478 (2009).
- Morin, N., Metrakos, P., Berman, K., Shen, Y., Lipman, M. L. Quantification of donor microchimerism in sex-mismatched porcine allotransplantation by competitive PCR. BioTechniques. 37, 74-76 (2004).
- van Dekken, H., Hagenbeek, A., Bauman, J. G. Detection of host cells following sex-mismatched bone marrow transplantation by fluorescent in situ hybridization with a Y-chromosome specific probe. Leukemia. 3, 724-728 (1989).
- Leonard, D. A., et al. Vascularized composite allograft tolerance across MHC barriers in a large animal model. Am J Transplant. 14, 343-355 (2014).
- Smith, D. M., Martens, G. W., Ho, C. S., Asbury, J. M. DNA sequence based typing of swine leukocyte antigens in Yucatan miniature pigs. Xenotransplantation. 12, 481-488 (2005).
- Ho, C. S., et al. Nomenclature for factors of the SLA system, update 2008. Tissue Antigens. 73, 307-315 (2009).
- Kaiser, G. M., Heuer, M. M., Fruhauf, N. R., Kuhne, C. A., Broelsch, C. E. General handling and anesthesia for experimental surgery in pigs. J Surg Res. 130, 73-79 (2006).
- Alghoul, M. S., et al. From simple interrupted to complex spiral: a systematic review of various suture techniques for microvascular anastomoses. Microsurgery. 31, 72-80 (2011).
- Acland, R. Signs of patency in small vessel anastomosis. Surgery. 72, 744-748 (1972).
- Kotsougiani, D., et al. Recipient-derived angiogenesis with short term immunosuppression increases bone remodeling in bone vascularized composite allotransplantation: A pilot study in a swine tibial defect model. J Orthopaedic Res. , (2016).
- Riegger, C., et al. Quantitative assessment of bone defect healing by multidetector CT in a pig model. Skeletal Radiol. 41, 531-537 (2012).
- Buttemeyer, R., Jones, N. F., Min, Z., Rao, U. Rejection of the component tissues of limb allografts in rats immunosuppressed with FK-506 and cyclosporine. Plast Reconstr Surg. 97, 149-151 (1996).
- Taira, H., Moreno, J., Ripalda, P., Forriol, F. Radiological and histological analysis of cortical allografts: an experimental study in sheep femora. Arch Orthop Trauma Surg. 124, 320-325 (2004).
- Giessler, G. A., Zobitz, M., Friedrich, P. F., Bishop, A. T. Transplantation of a vascularized rabbit femoral diaphyseal segment: mechanical and histologic properties of a new living bone transplantation model. Microsurgery. 28, 291-299 (2008).
- Laiblin, C., Jaeschke, G. Clinical chemistry examinations of bone and muscle metabolism under stress in the Gottingen miniature pig–an experimental study. Berliner und Munchener tierarztliche Wochenschrift. 92, 124-128 (1979).
- Saalmuller, A. Characterization of swine leukocyte differentiation antigens. Immunol Today. 17, 352-354 (1996).
- Pelzer, M., Larsen, M., Friedrich, P. F., Aleff, R. A., Bishop, A. T. Repopulation of vascularized bone allotransplants with recipient-derived cells: detection by laser capture microdissection and real-time PCR. J Orthopaedic Res. 27, 1514-1520 (2009).
- Muramatsu, K., Kurokawa, Y., Kuriyama, R., Taguchi, T., Bishop, A. T. Gradual graft-cell repopulation with recipient cells following vascularized bone and limb allotransplantation. Microsurgery. 25, 599-605 (2005).
- Muramatsu, K., Bishop, A. T., Sunagawa, T., Valenzuela, R. G. Fate of donor cells in vascularized bone grafts: identification of systemic chimerism by the polymerase chain reaction. Plastic and reconstructive surgery. 111, 763-777 (2003).
- Vossen, M., et al. Bone quality and healing in a swine vascularized bone allotransplantation model using cyclosporine-based immunosuppression therapy. Plast Reconstr Surg. 115, 529-538 (2005).
- Lee, W. P., et al. Relative antigenicity of components of a vascularized limb allograft. Plast Reconstr Surg. 87, 401-411 (1991).
