Расширенная 78% гепатэктомия на мышиной хирургической модели
Summary
Мышиная модель частичной гепатэктомии 2/3 (66%) хорошо описана в литературе, но более расширенные гепатэктомии, имитирующие синдром малого размера после трансплантации печени, используются редко. Мы описываем расширенную процедуру 78% гепатэктомии на мышиной модели, которая приводит к примерно 50% послеоперационной летальности у здоровых мышей.
Abstract
Частичная гепатэктомия 2/3 у мышей используется в исследованиях для изучения регенеративной способности печени и изучения результатов резекции печени в ряде моделей заболевания. При классической частичной гепатэктомии 2/3 у мышей две из пяти долей печени, а именно левая и срединная доли, представляющие примерно 66% массы печени, резецируются в блоке с ожидаемой послеоперационной выживаемостью 100%. Более агрессивные частичные гепатэктомии технически более сложны и, следовательно, редко используются у мышей. Наша группа разработала мышиную модель техники расширенной гепатэктомии, при которой три из пяти долей печени, включая левую, срединную и правую верхние доли, резецируются отдельно для удаления примерно 78% от общей массы печени. Эта длительная резекция у здоровых мышей оставляет остаточную печень, которая не всегда может поддерживать адекватную и своевременную регенерацию. Неспособность к регенерации в конечном итоге приводит к 50% послеоперационной летальности в течение 1 недели из-за фульминантной печеночной недостаточности. Эта процедура расширенной 78% гепатэктомии у мышей представляет собой уникальную хирургическую модель для изучения синдрома малого размера и оценки терапевтических стратегий для улучшения регенерации печени и результатов в условиях трансплантации печени или расширенной резекции печени при раке.
Introduction
Модели хирургической резекции печени на мышах и крысах, впервые описанные в 1931 году, являются наиболее распространенными экспериментальными моделями, используемыми для изучения молекулярных основ регенерации печени. Они также могут быть полезны в трансляционных научных исследованиях для проверки и разработки стратегий улучшения результатов после расширенной резекции печени или трансплантации неоптимальных трансплантатов печени 1,2,3,4. Частичная гепатэктомия (ЛГ) у мышей влечет за собой удаление примерно 2/3 (66%) от общей массы печени (ТЛМ), что при выполнении у здоровых животных приводит к исключительным исходам5. Процедура короткая по продолжительности, легко воспроизводимая благодаря небольшим вариациям анатомии печени мыши, а послеоперационная выживаемость обычно приближается к 100%1.
Частичная гепатэктомия 2/3, включающая резекцию левой доли (LL) и срединной доли (ML), позволяет остаточным долям регенерировать относительно беспрепятственно из-за воспаления доли или ограничения притока и оттока печени. Скорее, увеличение портального венозного кровотока и последующий сдвиговый стресс на синусоидальных эндотелиальных клетках печени после PH приводят к устойчивой апрегуляции экспрессии эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS) и последующему высвобождению оксида азота (NO), что способствует подготовке гепатоцитов к пролиферации и регенерации печени3. Исходы, обычно изучаемые после 2/3 PH в моделях заболеваний, таких как неалкогольная жировая болезнь печени или на определенных генетических фонах, включают риск острой печеночной недостаточности, качественные и количественные показатели регенеративной способности печени и другие биологические реакции на стресс или травматическое повреждение 1,3.
Тем не менее, мышиная модель, имитирующая функциональный или анатомический синдром малого размера, поскольку он возникает после длительной резекции печени по поводу рака или трансплантации маргинальных (стеатоз или длительное время ишемии) или частичных (разделенных или из печени живого донора) трансплантатов печени, остается хорошо установленной. Чтобы удовлетворить эту потребность, требуются модели более обширных резекций печени, выходящих за рамки поддержания минимальной (и функциональной) массы печени, для моделирования синдрома малой по размеру печени и повышенной смертности, связанной с этим синдромом.
Анатомия печени мышей демонстрирует минимальные вариации. Печень мыши состоит из пяти долей, каждая из которых составляет следующий процент от общей массы печени: левая доля (LL; 34,4 ± 1,9%), срединная доля (ML; 26,2 ± 1,9%), правая верхняя (также называемая правой верхней) доля (RUL; 16,6 ± 1,4%), правая нижняя (также называемая правой нижней) доля (RLL; 14,7 ± 1,4%) и хвостатая доля (CL, 8,1 ± 1,0%)1, 5. Каждая доля снабжается портальной триадой, включающей ветвь печеночной артерии, ветвь воротной вены и желчный проток5. Исторически сложилось так, что было описано несколько методов выполнения 2/3 PH путем резекции LL и ML. К ним относятся: 1) классическая техника, состоящая из одной лигатуры en bloc у основания каждой из резецированных долей; 2) техника гемостатического клипсования с использованием титановых клипс, накладываемых на основание резецированных долей; 3) сосудоориентированная паренхимосохраняющая техника с использованием прокалывающих швов проксимальнее зажима; и 4) сосудистая микрохирургическая техника, при которой воротная вена и ветви печеночной артерии лигируются перед резекцией доли1. Хотя каждый метод имеет относительные сильные и слабые стороны, ни один из них не дает более высокой летальности 1,8,9.
В этом исследовании мы представляем новый метод для увеличения PH на 78% у мышей. В этой модели три из пяти долей печени, включая LL, ML и RUL, удаляются отдельно с помощью лигатурной техники (рис. 1). Результатом этой процедуры является резекция примерно 78% (77,2 ± 5,2%) от общей массы печени. Наш выбор удаления ЛЛ и МЛ отдельно, а не «en bloc», как в классической методике PH, сводит к минимуму осложнения, связанные с резекцией этих двух долей en bloc, таких как стеноз надпеченочной полой вены и повышенный риск некроза остальных долей при наложении одиночной лигатуры слишком близко к полой вене1. 10,11,12,13,14. Это имеет решающее значение перед тем, как перейти к заключительному этапу этой процедуры по удалению RUL. Эта обширная гепатэктомия у мышей C57BL/6 дикого типа в возрасте 8-12 недель приводит к 50% летальности в течение 1 недели операции из-за неудачной регенерации печени, вызывая молниеносную печеночную недостаточность15,16. Эта мышиная модель повышенной летальности после расширенной 78% гепатэктомии надлежащим образом повторяет патофизиологию синдрома малых размеров и позволяет разрабатывать и тестировать новые стратегии для улучшения результатов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для успешного выполнения расширенной 78% гепатэктомии, вызывающей 50% летальность у мышей, крайне важно, чтобы каждая доля печени была точно резецирована. Такой уровень компетентности и точности может быть достигнут только в том случае, если процедура выполняется повторно. Кривая обучен?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантами NIH R01 DK063275 и HL086741 CF. PB и TA являются получателями стипендии NRSA от HL007734 учебного гранта NHLBI T32.
Materials
| 2 x 2 Gauze | Covidien | 2146 | Surgery: dissection |
| 5-O Nylon Monofilament Suture | Oasis | 50-118-0631 | Surgery: Skin closure |
| 5-O Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-50 | Surgery: liver lobe ligation |
| 5-O Vicryl Suture | Ethicon | NC9335902 | Surgery: Abdominal wall closure |
| Addson Forceps | Braintree Scientific | FC028 | Surgery: dissection |
| Alcohol Swabs (2) | BD | 326895 | Disinfectant |
| Buprenorphine Extended Release Formulation | Zoopharm | N/A | Analgesia |
| Cordless Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9868-14 | Shaving |
| Curved Forceps | Braintree Scientific | FC0038 | Surgery: dissection |
| Hemostat | Braintree Scientific | FC79-1 | Surgery: dissection |
| Isoflurane Inhalant Anesthetic | Patterson Veterinary | RXISO-250 | General Anesthesia |
| Magnet Fixator (2-slot) (2) | Braintree Scientific | ACD-001 | Surgery: to hold small retractors |
| Magnet Fixator (4-slot) | Braintree Scientific | ACD-002 | Surgery: to hold small retractors |
| Microscissors | Braintree Scientific | SC-MI 151 | Surgery: dissection |
| Operating tray | Braintree Scientific | ACD-0014 | Surgery: for establishment of surgical field |
| Povidone Iodine 10% Swabstick (2) | Medline | MDS093901ZZ | Disinfectant |
| Scalpel (15-blade) | Aspen Surgical Products | 371615 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Curved) | Braintree Scientific | SC-T-406 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Straight) | Braintree Scientific | SC-T-405 | Surgery: dissection |
| Small Cotton-Tipped Applicators | Fisher Scientific | 23-400-118 | Surgery: dissection |
| Tissue Forceps (Straight x2) | Braintree Scientific | FC1001 | Surgery: dissection |
| Warming Pad (18" x 26") | Stryker | TP 700 | Warming |
| Warming Pad Pump | Stryker | TP 700 | Warming |
| Wire Handle Retractor (2) | Braintree Scientific | ACD-005 | Surgery: to facilitate exposure of peritoneal cavity |
| Xenotec Isoflurane Small Animal Anesthesia System | Braintree Scientific | EZ-108SA | General Anesthesia: Contains Isoflurane vaborizer & console, Induction chamber, Regulator/Hose, Facemask (M) |
References
- Martins, P. N., Theruvath, T. P., Neuhaus, P. Rodent models of partial hepatectomies. Liver Int. 28 (1), 3-11 (2008).
- Higgins, G., Anderson, R. Experimental pathology of the liver I. Restoration of the liver of the white rat following partial surgical removal. Arch Pathol. 12, 186-202 (1931).
- Koniaris, L. G., McKillop, I. H., Schwartz, S. I., Zimmers, T. A. Liver regeneration. J Am Coll Surg. 197 (4), 634-659 (2003).
- Fausto, N., Campbell, J. S., Riehle, K. J. Liver regeneration. Hepatology. 43 (2), S45-S53 (2006).
- Inderbitzin, D., et al. Magnetic resonance imaging provides accurate and precise volume determination of the regenerating mouse liver. J Gastrointest Surg. 8 (7), 806-811 (2004).
- Clavien, P. A., et al. What is critical for liver surgery and partial liver transplantation: size or quality. Hepatology. 52 (2), 715-729 (2010).
- Dahm, F., Georgiev, P., Clavien, P. A. Small-for-size syndrome after partial liver transplantation: definition, mechanisms of disease and clinical implications. Am J Transplant. 5 (11), 2605-2610 (2005).
- Hori, T., et al. Simple and reproducible hepatectomy in the mouse using the clip technique. World J Gastroenterol. 18 (22), 2767-2774 (2012).
- Kamali, C., et al. Extended liver resection in mice: state of the art and pitfalls-a systematic review. Eur J Med Res. 26 (1), 6 (2021).
- Mitchell, C., Willenbring, H. A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 3 (7), 1167-1170 (2008).
- Borowiak, M., et al. Met provides essential signals for liver regeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (29), 10608-10613 (2004).
- Boyce, S., Harrison, D. A detailed methodology of partial hepatectomy in the mouse. Lab Anim (NY). 37 (11), 529-532 (2008).
- Greene, A. K., Puder, M. Partial hepatectomy in the mouse: technique and perioperative management. J Invest Surg. 16 (2), 99-102 (2003).
- Mitchell, C., Willenbring, H. Erratum: A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 9 (6), 1532 (2014).
- Studer, P., et al. Significant lethality following liver resection in A20 heterozygous knockout mice uncovers a key role for A20 in liver regeneration. Cell Death Differ. 22 (12), 2068-2077 (2015).
- Longo, C. R., et al. A20 protects mice from lethal radical hepatectomy by promoting hepatocyte proliferation via a p21waf1-dependent mechanism. Hepatology. 42 (1), 156-164 (2005).
- Michalopoulos, G. K., DeFrances, M. C. Liver regeneration. Science. 276 (5309), 60-66 (1997).
- Diehl, A. M., Rai, R. M. Liver regeneration. 3. Regulation of signal transduction during liver regeneration. FASEB J. 10 (2), 215-227 (1996).
- . A comparison of selected organ weights and clinical pathology parameters in male and female CD-1 and CByB6F1 hybrid mice 12-14 weeks in age Available from: https://www.criver.com/sites/default/files/resources/doc_a/AComparisonofSelectedOrganWeightsandClinicalPathologyParametersinMaleandFemaleCD-1andCByB6F1HybridMice12-14WeeksinAge.pdf (2023)
- CD-1® IGS mouse. Charles River Laboratories Available from: https://www.criver.com/products-services/find-model/cd-1r-igs-mouse?region=3611 (2023)
- C57BL/6J mouse organ weight. The Jackson Laboratory Available from: https://www.jax.org/de/-/media/jaxweb/files/jax-mice-and-services/b6j-data-summary.xlsx (2023)
- Inderbitzin, D., et al. Regenerative capacity of individual liver lobes in the microsurgical mouse model. Microsurgery. 26 (6), 465-469 (2006).
- Zhou, X., et al. L-carnitine promotes liver regeneration after hepatectomy by enhancing lipid metabolism. J Transl Med. 21 (1), 487 (2023).
- Linecker, M., et al. Omega-3 fatty acids protect fatty and lean mouse livers after major hepatectomy. Ann Surg. 266 (2), 324-332 (2017).
- Haber, B. A., et al. High levels of glucose-6-phosphatase gene and protein expression reflect an adaptive response in proliferating liver and diabetes. J Clin Invest. 95 (2), 832-841 (1995).
- Rickenbacher, A., et al. Arguments against toxic effects of chemotherapy on liver injury and regeneration in an experimental model of partial hepatectomy. Liver Int. 31 (3), 313-321 (2011).
- Aravinthan, A. D., et al. The impact of preexisting and post-transplant diabetes mellitus on outcomes following liver transplantation. Transplantation. 103 (12), 2523-2530 (2019).
- Gonzalez, H. D., Liu, Z. W., Cashman, S., Fusai, G. K. Small for size syndrome following living donor and split liver transplantation. World J Gastrointest Surg. 2 (12), 389-394 (2010).
- Mahmud, N., et al. Risk prediction models for post-operative mortality in patients with cirrhosis. Hepatology. 73 (1), 204-218 (2021).
- Kooby, D. A., et al. Impact of steatosis on perioperative outcome following hepatic resection. J Gastrointest Surg. 7 (8), 1034-1044 (2003).
- Ma, K., et al. A mesenchymal-epithelial transition factor-agonistic antibody accelerates cirrhotic liver regeneration and improves mouse survival following partial hepatectomy. Liver Transpl. 28 (5), 782-793 (2022).
- Hori, T., et al. Simple and sure methodology for massive hepatectomy in the mouse. Ann Gastroenterol. 24 (4), 307-318 (2011).
- Ramsey, H. E., et al. A20 protects mice from lethal liver ischemia/reperfusion injury by increasing peroxisome proliferator-activated receptor-alpha expression. Liver Transpl. 15 (11), 1613-1621 (2009).
- Arvelo, M. B., et al. A20 protects mice from D-galactosamine/lipopolysaccharide acute toxic lethal hepatitis. Hepatology. 35 (3), 535-543 (2002).
