Étude de modèles expérimentaux de don d’organes pour la transplantation pulmonaire

Summary

La présente étude montre la mise en place de trois modèles différents de don pulmonaire (don post-mort cérébrale, don post-mort circulatoire et don post-choc hémorragique). Il compare les processus inflammatoires et les troubles pathologiques associés à ces événements.

Abstract

Les modèles expérimentaux sont des outils importants pour comprendre les phénomènes étiologiques impliqués dans divers événements physiopathologiques. Dans ce contexte, différents modèles animaux sont utilisés pour étudier les éléments déclenchant la physiopathologie du dysfonctionnement primaire du greffon après transplantation afin d’évaluer les traitements potentiels. À l’heure actuelle, nous pouvons diviser les modèles expérimentaux de don en deux grands groupes : le don après mort cérébrale et le don après arrêt circulatoire. De plus, les effets délétères associés au choc hémorragique doivent être pris en compte lors de l’examen des modèles animaux de don d’organes. Nous décrivons ici la mise en place de trois modèles de don pulmonaire différents (don post-mort cérébrale, don post-mort circulatoire et don post-choc hémorragique) et comparons les processus inflammatoires et les troubles pathologiques associés à ces événements. L’objectif est de fournir à la communauté scientifique des modèles animaux fiables de don de poumons pour étudier les mécanismes pathologiques associés et rechercher de nouvelles cibles thérapeutiques afin d’optimiser le nombre de greffons viables pour la transplantation.

Introduction

Pertinence clinique
La transplantation d’organes est une option thérapeutique bien établie pour plusieurs pathologies graves. Au cours des dernières années, de nombreuses avancées ont été réalisées dans les domaines cliniques et expérimentaux de la transplantation d’organes, telles qu’une meilleure connaissance de la physiopathologie de la dysfonction primaire du greffon (DPI) et des avancées dans les domaines des soins intensifs, de l’immunologie et de la pharmacologie ^1,2,3. Malgré les réalisations et les améliorations de la qualité des procédures chirurgicales et pharmacologiques associées, la relation entre le nombre d’organes disponibles et le nombre de receveurs sur la liste d’attente reste l’un des principaux défis ^2,4. À cet égard, la littérature scientifique a proposé des modèles animaux pour l’étude de thérapies qui peuvent être appliquées aux donneurs d’organes pour traiter et/ou conserver les organes jusqu’au moment de la transplantation 5,6,7,8.

En mimant les différents événements observés en pratique clinique, les modèles animaux permettent d’étudier les mécanismes pathologiques associés et leurs approches thérapeutiques respectives. L’induction expérimentale de ces événements, dans la plupart des cas isolés, a généré des modèles expérimentaux de don d’organes et de tissus qui sont largement étudiés dans la littérature scientifique sur la transplantation d’organes 6,7,8,9. Ces études emploient différentes stratégies méthodologiques, telles que celles induisant la mort cérébrale (BD), le choc hémorragique (HS) et la mort circulatoire (CD), car ces événements sont associés à différents processus délétères qui compromettent la fonctionnalité des organes et tissus donnés.

Mort cérébrale (BD)
La BD est associée à une série d’événements qui conduisent à la détérioration progressive de différents systèmes. Elle survient généralement lorsqu’une augmentation aiguë ou progressive de la pression intracrânienne (PIC) se produit en raison d’un traumatisme cérébral ou d’une hémorragie. Cette augmentation de la PIC favorise une augmentation de la pression artérielle dans le but de maintenir un flux sanguin cérébral stable dans un processus connu sous le nom de réflexe de Cushing^10,11. Ces changements aigus peuvent entraîner des dysfonctionnements cardiovasculaires, endocriniens et neurologiques qui compromettent la quantité et la qualité des organes donnés, en plus d’avoir un impact sur la morbidité et la mortalité post-transplantation 10,11,12,13.

Choc hémorragique (HS)
L’HS, quant à elle, est souvent associée aux donneurs d’organes, car la plupart d’entre eux sont victimes de traumatismes avec une perte importante de volume sanguin. Certains organes, tels que les poumons et le cœur, sont particulièrement vulnérables à l’HS en raison de l’hypovolémie et de l’hypoperfusion tissulaire qui en résulte¹⁴. L’HS induit des lésions pulmonaires par une augmentation de la perméabilité capillaire, un œdème et une infiltration de cellules inflammatoires, des mécanismes qui, ensemble, compromettent les échanges gazeux et conduisent à une détérioration progressive des organes, faisant ainsi dérailler le processus de don ^6,14.

Mort circulatoire (MC)
L’utilisation du don post-MC a connu une croissance exponentielle dans les grands centres mondiaux, contribuant ainsi à l’augmentation du nombre d’organes collectés. Les organes prélevés sur des donneurs post-MC sont vulnérables aux effets de l’ischémie chaude, qui survient après un intervalle de faible (phase agonique) ou d’absence d’apport sanguin (phase asystolique)^8,15. L’hypoperfusion ou l’absence de circulation sanguine entraînera une hypoxie tissulaire associée à la perte brutale d’ATP et à l’accumulation de toxines métaboliques dans les tissus¹⁵. Malgré son utilisation actuelle pour la transplantation en pratique clinique, de nombreux doutes subsistent quant à l’impact de l’utilisation de ces organes sur la qualité du greffon post-greffe et sur la survie des patients¹⁵. Ainsi, l’utilisation de modèles expérimentaux pour une meilleure compréhension des facteurs étiologiques associés à la MC est également en croissance 8,15,16,17.

Modèles expérimentaux
Il existe différents modèles expérimentaux de don d’organes (BD, HS et CD). Cependant, les études se concentrent souvent sur une seule stratégie à la fois. Il y a une lacune notable dans les études qui combinent ou comparent deux stratégies ou plus. Ces modèles sont très utiles dans le développement de thérapies qui cherchent à augmenter le nombre de dons et, par conséquent, à réduire la liste d’attente des receveurs potentiels. Les espèces animales utilisées à cette fin varient d’une étude à l’autre, les modèles porcins étant plus souvent sélectionnés lorsque l’objectif est une traduction plus directe avec la physiologie morpho humaine et moins de difficulté technique dans l’acte chirurgical en raison de la taille de l’animal. Malgré les avantages, des difficultés logistiques et des coûts élevés sont associés au modèle porcin. D’autre part, le faible coût et la possibilité de manipulation biologique favorisent l’utilisation de modèles de rongeurs, permettant au chercheur de partir d’un modèle fiable pour reproduire et traiter les lésions, ainsi que d’intégrer les connaissances acquises dans le domaine de la transplantation d’organes.

Nous présentons ici un modèle de rongeur de mort cérébrale, de mort circulatoire et de don de choc hémorragique. Nous décrivons les processus inflammatoires et les états pathologiques associés à chacun de ces modèles.

Protocol

L’expérimentation animale s’est conformée au Comité d’éthique pour l’utilisation et le soin des animaux de laboratoire de la Faculté de médecine de l’Université de São Paulo (numéro de protocole 112/16). 1. Regroupement d’animaux Assigner au hasard douze rats Sprague Dawley mâles (250 à 300 g) à l’un des trois groupes expérimentaux (n = 4) afin d’analyser et de comparer les effets associés aux modèles animaux. Assigne…

Representative Results

Pression artérielle moyenne (MAP)Pour déterminer les répercussions hémodynamiques de la BD et de l’HS, la MAP a été évaluée sur les 360 minutes du protocole. La mesure de base a été recueillie après l’ablation de la peau et le forage du crâne et avant le prélèvement d’aliquotes sanguines pour les animaux soumis à la BD ou à l’HS, respectivement. Avant l’induction de BD et d’HS, la MAP de base des deux groupes était similaire (BD : 110,5 ± 6,1 vs HS : 105,8 ± 2,3 mmHg ; …

Discussion

Ces dernières années, le nombre croissant de diagnostics de mort cérébrale l’a conduit à devenir le plus grand fournisseur d’organes et de tissus destinés à la transplantation. Cette croissance s’est toutefois accompagnée d’une augmentation incroyable des dons après la mort circulatoire. Malgré sa nature multifactorielle, la plupart des mécanismes déclencheurs des causes de décès commencent après ou accompagnent un traumatisme avec une perte importante de la teneur en sang <…

Materials

14-gauge angiocath	DB	38186714	Orotracheal intubation
2.0-silk	Brasuture	AA553	Tracheal tube fixation
24-gauge angiocath	DB	38181214	Arterial and venous access
4.0-silk	Brasuture	AA551	Fixation of arterial and venous cannulas
Alcoholic chlorhexidine digluconate solution (2%).	Vic Pharma	Y/N	Asepsis
Trichotomy apparatus	Oster	Y/N	Clipping device
Precision balance	Shimadzu	D314800051	Analysis of the wet/dry weight ratio
Barbiturate (Thiopental)	Cristália	18080003	DC induction
Balloon catheter (Fogarty-4F)	Edwards Life Since	120804	BD induction
Neonatal extender	Embramed	497267	Used as catheters with the aid of the 24 G angiocath
FlexiVent	Scireq	1142254	Analysis of ventilatory parameters
Heparin	Blau Farmaceutica SA	7000982-06	Anticoagulant
Isoflurane	Cristália	10,29,80,130	Inhalation anesthesia
Micropipette (1000 µL)	Eppendorf	347765Z	Handling of small- volume liquids
Micropipette (20 µL)	Eppendorf	H19385F	Handling of small- volume liquids
Microscope	Zeiss	1601004545	Assistance in the visualization of structures for the surgical procedure
Multiparameter monitor	Dixtal	101503775	MAP registration
Motorized drill	Midetronic	MCA0439	Used to drill a 1 mm caliber borehole
Neubauer chamber	Kasvi	D15-BL	Cell count
Pediatric laryngoscope	Oxygel	Y/N	Assistance during tracheal intubation
Syringe (3 mL)	SR	3330N4	Hydration and exsanguination during HS protocol
Pressure transducer	Edwards Life Since	P23XL	MAP registration
Metallic tracheal tube	Biomedical	006316/12	Rigid cannula for analysis with the FlexiVent ventilator
Isoflurane vaporizer	Harvard Bioscience	1,02,698	Anesthesia system
Mechanical ventilator for small animals (683)	Harvard Apparatus	MA1 55-0000	Mechanical ventilation
xMap methodology	Millipore	RECYTMAG-65K-04	Analysis of inflammatory markers