Lesão por Isquemia-Reperfusão de Órgãos simulando alterações hemodinâmicas no modelo de transplante de fígado de rato
Summary
Este artigo fornece uma descrição detalhada de como construir um modelo animal da fase anháptica (isquemia hepática) em ratos para facilitar a pesquisa básica sobre a lesão isquemia-reperfusão após o transplante hepático.
Abstract
O transplante hepático ortotópico (OLT) em ratos é um modelo animal testado e comprovado usado para estudos pré-operatórios, intraoperatórios e pós-operatórios, incluindo lesão isquemia-reperfusão (IRI) de órgãos extraháticos. Este modelo requer inúmeros experimentos e dispositivos. A duração da fase anháptica está intimamente relacionada com o tempo de desenvolvimento do IRI após o transplante. Neste experimento, usamos alterações hemodinâmicas para induzir danos extraháticos de órgãos em ratos e determinamos o tempo máximo de tolerância. O tempo até a lesão mais grave do órgão variou para diferentes órgãos. Este método pode ser facilmente replicado e também pode ser usado para estudar IRI dos órgãos extrahápticos após o transplante de fígado.
Introduction
A lesão por isquemia-reperfusão (IRI) é uma complicação comum após o transplante de fígado. Hepatic IRI é um processo patológico que envolve danos celulares mediados por isquemia e deterioração anormal da reperfusão hepática. O IRI hepático e a resposta imune inata local podem ser divididos em IRI quente e frio, de acordo com diferenças no ambiente clínico1. O IRI quente é induzido por lesão de células-tronco, geralmente como resultado de transplante de fígado, choque e trauma2. O IRI frio é uma complicação do transplante hepático causado por células endoteliais e circulação periférica3. Relatórios clínicos mostraram que o IRI hepático está associado a 10% das falências precoces de órgãos e pode aumentar a incidência de rejeição aguda e crônica4,5. Além disso, o IRI hepático também pode induzir síndromes de disfunção múltipla de órgãos ou síndrome de resposta inflamatória sistêmica, com alta mortalidade6. Pacientes com envolvimento extrahático de órgãos tendem a ficar mais tempo no hospital, gastar mais dinheiro e ter um prognóstico pior7. O desenvolvimento de complicações está intimamente relacionado com a duração da fase anháptica do transplante hepático8.
O transplante de fígado ortotópico (OLT) em ratos foi relatado pela primeira vez pelo professor americano Lee em 1973. A operação experimental simulou os passos do transplante clínico de fígado e a anastomose dos vasos sanguíneos e do ducto biliar comum (CBD) utilizando o método de sutura. O procedimento é difícil e demorado com uma baixa taxa de sucesso9. Em 1979, Kamada et al. fizeram uma melhoria significativa no OLT em ratos, usando criativamente o “método de duas algemas” para a anastomose da veia portal para controlar a fase anháptica dentro de 26 minutos10. No mesmo ano, Zimmermann propôs o “método único de stent biliar”. Com base no trabalho de Lee, Zimmermann usou tubos de polietileno para anastomosar diretamente o CBD do doador e do receptor, simplificou a reconstrução do CBD, e preservou a função do esfíncter, e este método tornou-se padrão para reconstrução biliar dos modelos OLT11. Em 1980, Miyata et al. propuseram o “método de três punhos” onde a veia portal (PV), vena cava suprahepática (SVC) e vena cava intraháptica (IVC) foram anastomosadas pelo método da braçadeira. No entanto, há risco de distorção da cânula com este método, o que pode levar à obstrução do refluxo inferior vena cava12. Em 1983, foi proposto o “método de duas algemas” utilizando o método de manguito para anastomose do PV e IVC, mas adotando o método de sutura para o SVC13. Esse método foi adotado por estudiosos globalmente para estabelecer modelos OLT. Desde então, as etapas de anastomose da braçadeira foram melhoradas para encurtar a fase anháptica e melhorar a taxa de sobrevivência dos ratos14. Da mesma forma, métodos aprimorados são utilizados na prática clínica para encurtar a fase anháptica15. No entanto, pesquisas básicas sobre o IRI após o transplante de fígado mostraram que a taxa de sobrevivência está inversamente relacionada ao grau de lesão a órgãos extrahepticos. Portanto, mais pesquisas são necessárias, e um modelo animal simples e reprodutível é necessário para simular IRI após o transplante de fígado.
Com base na definição da fase anháptica, simulamos as alterações hemodinâmicas no transplante hepático resultando em IRI de órgãos extrahêmáticos em ratos. Aqui, fornecemos uma descrição detalhada de como construir um modelo animal da fase anhóptica (isquemia hepática) em ratos para facilitar a pesquisa básica sobre o IRI após o transplante de fígado.
Protocol
Representative Results
Discussion
OLT em ratos é um modelo ideal para estudar a preservação de órgãos em transplante hepático, IRI, rejeição de transplantes, tolerância imunológica, patologia de transplante e farmacologia, homotransplantação e xenotransplante. Atualmente, é amplamente utilizado na pesquisa experimental de transplante de fígado.
Durante os estudos-piloto, primeiro administramos anestesia intraperitoneal de sódio pentobarbital e descobrimos que isso levou à alta mortalidade pós-operatória e à …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gostaríamos de reconhecer as sugestões úteis dadas pelo Dr. Wen-tao Li e pelo Dr. Ji-hua Wu do Segundo Hospital Afiliado da Universidade Médica de Guangxi. Os autores gostariam de agradecer aos nossos companheiros de equipe por comentários e discussões úteis. Os autores também gostariam de agradecer aos revisores anônimos e editores do JoVE por seus comentários. Um agradecimento especial deve ir aos pais do Dr. Yuan por seu apoio contínuo e encorajamento. O trabalho contou com o apoio da Fundação Ningbo de Ciências Naturais (2014A610248).
Materials
| 4% paraformaldehyde solution | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | P804536 | |
| air drying oven | Shanghai Binglin Electronic Technology Co., Ltd. | BPG | |
| Alanine aminotransferase (ALT)Kit | Elabscience Biotechnology Co.,Ltd | E-BC-K235-S | |
| ammonia | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 10002118 | |
| amylase Kit | Elabscience Biotechnology Co.,Ltd | E-BC-K005-M | |
| anhydrous ethanol | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 100092183 | |
| Animal anesthesia machine | Shenzhen Ruiwode Life Technology Co. Ltd | R640 | |
| aspartate aminotransferase (AST)kit | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | S03040 | |
| automatic biochemical analyzer. | SIEMENS AG FWB:SIE, NYSE:SI Co., Ltd. | 2400 | |
| Biosystems (when nessary) | Chengdu Taimeng Electronics Co., Ltd. | BL-420F | |
| Centrifuge | Baiyang Medical Instrument Co., Ltd. | BY-600A | |
| cover glass | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co. Ltd | 10212432C | |
| creatinine Kit | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | S03076 | |
| dewatering machine | Hungary 3DHISTECH Co.,Ltd | Donatello Series 2 | |
| embedding machine | Hubei Xiaogan Kuohai Medical Technology Co., Ltd. | KH-BL1 | |
| frozen machine | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JB-L5 | |
| hematoxylin-eosin dye solution | Wuhan Saiwell Biotechnology Co., Ltd | G1005 | |
| high-efficiency paraffin wax | Shanghai huayong paraffin wax co., Ltd | Q/YSQN40-91 | |
| hydrochloric acid | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 10011018 | |
| intraocular lens (IOL)forceps | Guangzhou Guangmei Medical Equipment Co., Ltd. | JTZRN | |
| Isoflurane | Shenzhen Ruiwode Life Technology Co. Ltd | — | |
| micro Scissors(when nessary) | Shanghai Surgical Instrument Factory | WA1010 | |
| needle holders | Shanghai Surgical Instrument Factory | J32010 | |
| neutral gum | Shanghai Huashen Healing Equipment Co.,Ltd. | — | |
| normal optical microscope | Nikon Instrument Shanghai Co., Ltd | Nikon Eclipse CI | |
| ophthalmic forceps | Shanghai Surgical Instrument Factory | J3CO30 | straight |
| ophthalmic forceps | Shanghai Surgical Instrument Factory | JD1060 | bending |
| ophthalmic Scissors | Shanghai Surgical Instrument Factory | J1E0 | |
| pathological slicer | Shanghai Leica Instrument Co., Ltd | RM2016 | |
| pipettes | Dragon Laboratory Instruments Co., Ltd. | 7010101008 | |
| retractors | Beijing Jinuotai Technology Development Co.,Ltd. | JNT-KXQ | |
| scanner | Hungary 3DHISTECH Co.,Ltd | Pannoramic 250 | |
| slide | Wuhan Saiwell Biotechnology Co., Ltd | G6004 | |
| xylene | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 1330-20-7 |
References
- Dar, W. A., Sullivan, E., Byon, J. S., Eltzschig, H., Ju, C. Ischaemia reperfusion injury in liver transplantation: Cellular and molecular mechanisms. Liver International. 39 (5), 788-801 (2019).
- Qiao, P. F., Yao, L., Zhang, X. C., Li, G. D., Wu, D. Q. Heat shock pretreatment improves stem cell repair following ischemia-reperfusion injury via autophagy. World Journal of Gastroenterology. 21 (45), 12822-12834 (2015).
- Liu, Y., et al. Activation of YAP attenuates hepatic damage and fibrosis in liver ischemia-reperfusion injury. Journal of Hepatology. 71 (4), 719-730 (2019).
- Hirao, H., Dery, K. J., Kageyama, S., Nakamura, K., Kupiec-Weglinski, J. W. Heme Oxygenase-1 in liver transplant ischemia-reperfusion injury: From bench-to-bedside. Free Radical Biology and Medicine. 157, 75-82 (2020).
- Motiño, O., et al. Protective role of hepatocyte cyclooxygenase-2 expression against liver ischemia-reperfusion injury in mice. Hepatology. 70 (2), 650-665 (2019).
- Guo, W. A. The search for a magic bullet to fight multiple organ failure secondary to ischemia/reperfusion injury and abdominal compartment syndrome. Journal of Surgical Research. 184 (2), 792-793 (2013).
- Elham, M., Mahmoudi, M., Nassiri-Toosi, M., Baghfalaki, T., Zeraati, H. Post liver transplantation survival and related prognostic factors among adult recipients in tehran liver transplant center; 2002-2019. Archives of Iranian Medicine. 1 (23), 326-334 (2020).
- Kim, E. H., Ko, J. S., Gwak, M. S., Lee, S. K., Kim, G. S. Incidence and clinical significance of hyperfibrinolysis during living donor liver transplantation. Blood Coagulation and Fibrinolysis. 29 (3), 322-326 (2018).
- Czigány, Z. Improving research practice in rat orthotopic and partial orthotopic liver transplantation: a review, recommendation, and publication guide. European Surgical Research. 55 (1-2), 119-138 (2015).
- Kamada, N., Calne, R. Y. Orthotopic liver transplantation in the rat. Technique using cuff for portal vein anastomosis and biliary drainage. Transplantation. 28 (1), 47-50 (1979).
- Zimmermann, F. A., et al. Techniques for orthotopic liver transplantation in the rat and some studies of the immunologic responses to fully allogeneic liver grafts. Transplantation Proceedings. 11 (1), 571-577 (1979).
- Miyata, M., Fischer, J. H., Fuhs, M., Isselhard, W., Kasai, Y. A simple method for orthotopic liver transplantation in the rat. Cuff technique for three vascular anastomoses. Transplantation. 30 (5), 335-338 (1980).
- Kamada, N. A., Calne, R. Y. Surgical experience with five hundred thirty liver transplants in the rat. Surgery. 93 (1), 64-69 (1983).
- Yang, L. F., et al. A rat model of orthotopic liver transplantation using a novel magnetic anastomosis technique for suprahepatic vena cava reconstruction. Journal of Visualized Experiments. 19 (133), e56933 (2018).
- Liu, L. X., He, C., Huang, T., Gu, J. Development of a new technique for reconstruction of hepatic artery during liver transplantation in sprague-dawley rat. PLoS One. 10 (12), 0145662 (2015).
- Paller, M. S., Hoidal, J. R., Ferris, T. F. Oxygen free radicals in ischemic acute renal failure In the rat. Journal of Clinical Investigation. 74 (4), 1156-1164 (1984).
- Schmidt, J., Lewandrowsi, K., Warshaw, A. L., Compton, C. C., Rattner, D. W. Morphometric characteristics and homogeneity of a new model of acute pancreatitis in the rat. International Journal of Pancreatology. 12 (1), 41-51 (1992).
- Chui, C. J., McArdle, A. H., Brown, R., Scott, H. J., Gurd, F. N. Intestinal mucosal lesion in low-flow states. I. A morphological, hemodynamic, and metabolic reappraisal. Archives of Surgery. 101 (4), 478-483 (1970).
- Kozian, A., et al. One-lung ventilation induces hyperfusion and alveolar damage in the ventilated lung:an experimental study. British Journal of Anaesthesia. 100 (4), 549-559 (2008).
- Shimada, S., et al. Heavy water (D2O) containing preservation solution reduces hepatic cold preservation and reperfusion injury in an isolated perfused rat liver (IPRL) model. Journal of Clinical Medicine. 8 (11), 1818 (2019).
- Nakamura, K. Sirtuin 1 attenuates inflammation and hepatocellular damage in liver transplant ischemia/reperfusion: from mouse to human. Liver Transplantation. 23 (10), 1282-1293 (2017).
- Blaire, A., et al. Surgical Considerations of Hilar Cholangiocarcinoma. Surgical Oncology Clinics of North America. 28 (4), 601-617 (2019).
