Système de perfusion pulmonaire isolé dans le modèle de lapin
Summary
La préparation pulmonaire isolée du lapin est un outil de référence dans la recherche pulmonaire. Cette publication vise à décrire la technique telle que développée pour l’étude des mécanismes physiologiques et pathologiques impliqués dans la réactivité des voies respiratoires, la préservation des poumons et la recherche préclinique dans la transplantation pulmonaire et l’œdème pulmonaire.
Abstract
Le système de perfusion pulmonaire isolé a été largement utilisé dans la recherche pulmonaire, contribuant à élucider le fonctionnement interne des poumons, à la fois micro et macroscopique. Cette technique est utile dans la caractérisation de la physiologie et de la pathologie pulmonaires en mesurant les activités métaboliques et les fonctions respiratoires, y compris les interactions entre les substances circulatoires et les effets des substances inhalées ou perfusées, comme dans les tests de drogues. Alors que les méthodes in vitro impliquent le tranchage et la culture de tissus, le système de perfusion pulmonaire ex vivo isolé permet de travailler avec un organe fonctionnel complet rendant possible l’étude d’une fonction physiologique continue tout en recréant la ventilation et la perfusion. Cependant, il convient de noter que les effets de l’absence d’innervation centrale et de drainage lymphatique doivent encore être pleinement évalués. Ce protocole vise à décrire l’assemblage de l’appareil pulmonaire isolé, suivi de l’extraction chirurgicale et de la canulation des poumons et du cœur à partir d’animaux de laboratoire expérimentaux, ainsi qu’à afficher la technique de perfusion et le traitement du signal des données. La viabilité moyenne du poumon isolé varie entre 5 et 8 h; pendant cette période, la perméabilité capillaire pulmonaire augmente, provoquant un œdème et des lésions pulmonaires. La fonctionnalité du tissu pulmonaire préservé est mesurée par le coefficient de filtration capillaire (Kfc), utilisé pour déterminer l’étendue de l’œdème pulmonaire dans le temps.
Introduction
Brodie et Dixon ont décrit pour la première fois le système de perfusion pulmonaire ex-vivo en 1903 1. Depuis lors, il est devenu un outil de référence pour étudier la physiologie, la pharmacologie, la toxicologie et la biochimie des poumons2,3. La technique offre un moyen cohérent et reproductible d’évaluer la viabilité des greffes de poumons et de déterminer l’effet des médiateurs inflammatoires tels que l’histamine, les métabolites de l’acide arachidonique et la substance P, entre autres, ainsi que leurs interactions lors de phénomènes pulmonaires tels que la bronchoconstriction, l’atélectasie et l’œdème pulmonaire. Le système pulmonaire isolé a été une technique clé pour dévoiler le rôle important des poumons dans l’élimination des amines biogènes de la circulation générale4,5. De plus, le système a été utilisé pour évaluer la biochimie du surfactant pulmonaire6. Au cours des dernières décennies, le système de perfusion pulmonaire ex vivo est devenu une plate-forme idéale pour la recherche sur la transplantation pulmonaire7. En 2001, une équipe dirigée par Stig Steen a décrit la première application clinique du système de perfusion pulmonaire ex-vivo en l’utilisant pour reconditionner les poumons d’un donneur de 19 ans, initialement rejeté par les centres de transplantation en raison de ses blessures. Le poumon gauche a été prélevé et perfusé pendant 65 minutes; par la suite, il a été transplanté avec succès chez un homme de 70 ans atteint de BPCO8. D’autres recherches sur le reconditionnement des poumons à l’aide de la perfusion ex vivo ont mené à la mise au point de la technique torontoise de perfusion pulmonaire prolongée pour évaluer et traiter les poumons de donneurs blessés9,10. Sur le plan clinique, le système de perfusion pulmonaire ex vivo s’est avéré être une stratégie sûre pour augmenter les bassins de donneurs en traitant et en reconditionnant les poumons de donneurs inférieurs aux normes, ne présentant aucune différence significative dans les risques ou les résultats par rapport aux donneurs critères standard10.
Le principal avantage du système de perfusion pulmonaire isolée est que les paramètres expérimentaux peuvent être évalués dans un organe fonctionnel complet qui préserve sa fonction physiologique dans une configuration de laboratoire artificiel. En outre, il permet la mesure et la manipulation de la ventilation mécanique pulmonaire pour analyser les composants de la physiologie pulmonaire tels que la résistance des voies respiratoires, la résistance vasculaire totale, les échanges gazeux et la formation d’œdèmes, qui à ce jour ne peuvent pas être mesurés avec précision in vivo sur des animaux de laboratoire2. Notamment, la composition de la solution avec laquelle le poumon est perfusé peut être entièrement contrôlée, ce qui permet l’ajout de substances pour évaluer leurs effets en temps réel et le prélèvement d’échantillons à partir de la perfusion pour une étude plus approfondie11. Les chercheurs travaillant avec le système pulmonaire isolé doivent garder à l’esprit que la ventilation mécanique provoque la carie du tissu pulmonaire raccourcissant son temps utile. Cette chute progressive des paramètres mécaniques peut être considérablement retardée par hypergonflage des poumons occasionnellement pendant la durée de l’expérience4. Pourtant, la préparation ne peut généralement pas durer plus de huit heures. Une autre considération pour le système de perfusion pulmonaire ex-vivo est l’absence de régulation nerveuse centrale et de drainage lymphatique. Les effets de leur absence ne sont pas encore entièrement compris et pourraient potentiellement être une source de biais dans certaines expériences.
La technique du système de perfusion pulmonaire isolée peut être réalisée dans le modèle de lapin avec un degré élevé de cohérence et de reproductibilité. Ce travail décrit les procédures techniques et chirurgicales pour la mise en œuvre de la technique de perfusion pulmonaire isolée ex-vivo telle que développée pour le modèle de lapin à l’Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias à Mexico, dans le but de partager les idées et de fournir un guide clair sur les étapes clés dans l’application de ce modèle expérimental.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ce travail présente une vue d’ensemble du système de perfusion pulmonaire isolé, une technique essentielle dans la recherche en physiologie pulmonaire. Le système de perfusion pulmonaire isolée offre un grand degré de polyvalence dans ses utilisations et permet l’évaluation de plusieurs paramètres pertinents dans le test d’un large éventail d’hypothèses15. Un système pulmonaire isolé est un outil présent dans le monde entier qui, au cours de la dernière décennie, a encore é…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier la Ph.D. Bettina Sommer Cervantes pour son soutien dans la rédaction de ce manuscrit, et Kitzia Elena Lara Safont pour son soutien avec les illustrations.
Materials
| 2-Stop Tygon E-Lab Tubing, 3.17 mm ID, 12/pack, Black/White | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1864 | |
| Adapter for Positive Pressure Ventilation on IPL-4 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4312 | |
| Adapter for Positive Pressure Ventilation on IPL-4 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4312 | |
| Alternative Pressure-Free Gas Supply for IPL-4: To supply the trachea with gas mixture different from room air during negative ventilation | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4309 | |
| Base Unit for the Rabbit to Fetal Pig Isolated Perfused Lung | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4138 | |
| Bovine serum A2:D41albumin lyophilized powder | sigma | 3912 | 500 g |
| Calcium chloride, CaCl2·2H2O. | JT Baker | 10035-04-8 | |
| Cryogenic vials | Corning | 430659 | 2 mL |
| D-glucosa, C6H12O6. | sigma | G5767 | |
| Differential Low Pressure Transducer DLP2.5, Range +- 2.5 cmH2O, HSE Connector | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-3882 | |
| Differential Pressure Transducer MPX, Range +- 100 cmH2O, HSE Connector | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0064 | |
| Eppendorf tubes | |||
| Ethanol absolute HPLC grade | Caledon | ||
| Falcon tubes | 14 mL | ||
| Harvard Peristaltic Pump P-230 (Complete with Control Box and P-230 Motor Drive) | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 70-7001 | |
| Heated Linear Pneumotachometer 0 to 10 L/min flow range | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 59-9349 | |
| Heater Controller for Single Pneumotachometer 230 VAC, 50 Hz | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 59-9703 | |
| Heparin | PISA | 5000 UI | |
| HPLC Column (C18 100A 5U) | Alltech | 98121213 | 150 mm x 4.6 mm |
| Hydrophilic Syringe Filter | Millex | SLLGR04NL | 4 mm |
| IPL-4 Core System for Isolated Rabbit to Fetal Pig Lung, 230 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4296 | |
| IPL-4 Core System for Isolated Rabbit to Fetal Pig Lung, 230 V | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4296 | |
| Jacketed Glass Reservoir for Buffer Solution, with Frit and Tubing, 6.0 L | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0322 | |
| Lauda Thermostatic Circulator, Type E-103, 230 V/50 Hz, 3 L Bath Volume, Temperature Range 20 to 150°C | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0125 | |
| Left Atrium Cannula for Rabbit with Basket, OD 5.9 mm | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4162 | |
| Low Range Blood Pressure Transducer P75 for PLUGSYS Module | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0020 | |
| Magnesium sulfate heptahydrate, MgSO4·7H2O | JT Baker | 10034-99-8 | |
| Microcentrifuge Tube | Corning | 430909 | |
| Negative Pressure Ventilation Control Option with Pressure Regulator for IPL-4 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4298 | |
| New Zeland rabbits | |||
| PISABENTAL (Pentobarbital sodium) | PISA | Q-7833-215 | |
| PLUGSYS Case, Type 603* 7 | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0045 | |
| PLUGSYS TCM Time Counter Module | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1750 | |
| PLUGSYS Transducer Amplifier Module (TAM-A) | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0065 | |
| PLUGSYS Transducer Amplifier Module (TAM-D) | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1793 | |
| PLUGSYS VCM-4R Ventilation Control Module with Pressure Regulator | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-1755 | |
| Potassium chloride, KCl. | JT Baker | 3040-01 | |
| Potassium dihydrogen phosphate, KH2PO4 | JT Baker | 7778-77-0 | |
| PROCIN (Xylacine clorhydrate) | PISA | Q-7833-099 | |
| Pulmonary Artery Cannula for Rabbit with Basket, OD 4.6 mm | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4161 | |
| Scalpel knife | |||
| Serotonin 5-HT | |||
| Servo Controller for Perfusion (SCP | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-2806 | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tube | Costar | 3620 | 1.7 mL |
| Sodium bicarbonate, NaHCO3 | sigma | S6014 | |
| Sodium chloride, NaCl. | sigma | S9888 | |
| Surgical gloves No. 7 1/2 | |||
| Surgical gloves No. 8 | |||
| Taygon tubes | Masterflex | ||
| Tracheal Cannula for Rabbit, OD 5.0 mm | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4163 |
Referências
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