Estudio de modelos experimentales de donación de órganos para trasplante pulmonar

Summary

El presente estudio muestra el establecimiento de tres modelos diferentes de donación pulmonar (donación post-muerte encefálica, donación post-muerte circulatoria y donación post-shock hemorrágico). Compara los procesos inflamatorios y los trastornos patológicos asociados a estos eventos.

Abstract

Los modelos experimentales son herramientas importantes para comprender los fenómenos etiológicos implicados en diversos eventos fisiopatológicos. En este contexto, se utilizan diferentes modelos animales para estudiar los elementos desencadenantes de la fisiopatología de la disfunción primaria del injerto después del trasplante para evaluar posibles tratamientos. Actualmente, podemos dividir los modelos experimentales de donación en dos grandes grupos: donación tras muerte encefálica y donación tras parada circulatoria. Además, los efectos nocivos asociados con el shock hemorrágico deben tenerse en cuenta al considerar modelos animales de donación de órganos. En este trabajo se describe el establecimiento de tres modelos diferentes de donación pulmonar (donación post-muerte encefálica, donación post-muerte circulatoria y donación post-shock hemorrágico) y se comparan los procesos inflamatorios y trastornos patológicos asociados a estos eventos. El objetivo es proporcionar a la comunidad científica modelos animales fiables de donación pulmonar para el estudio de los mecanismos patológicos asociados y la búsqueda de nuevas dianas terapéuticas para optimizar el número de injertos viables para trasplante.

Introduction

Relevancia clínica
El trasplante de órganos es una opción terapéutica bien establecida para varias patologías graves. En los últimos años, se han logrado muchos avances en los campos clínicos y experimentales del trasplante de órganos, como un mayor conocimiento de la fisiopatología de la disfunción primaria del injerto (DGP) y avances en las áreas de cuidados intensivos, inmunología y farmacología ^1,2,3. A pesar de los logros y mejoras en la calidad de los procedimientos quirúrgicos y farmacológicos relacionados, la relación entre el número de órganos disponibles y el número de receptores en lista de espera sigue siendo uno de los principales desafíos ^2,4. En este sentido, la literatura científica ha propuesto modelos animales para el estudio de terapias que puedan ser aplicadas a donantes de órganos para tratar y/o preservar los órganos hasta el momento del trasplante 5,6,7,8.

Al imitar los diferentes eventos observados en la práctica clínica, los modelos animales permiten el estudio de los mecanismos patológicos asociados y sus respectivos abordajes terapéuticos. La inducción experimental de estos eventos, en la mayoría de los casos aislados, ha generado modelos experimentales de donación de órganos y tejidos que son ampliamente investigados en la literatura científica sobre trasplante de órganos 6,7,8,9. Estos estudios emplean diferentes estrategias metodológicas, como las que inducen la muerte encefálica (TB), el shock hemorrágico (HS) y la muerte circulatoria (EC), ya que estos eventos se asocian a diferentes procesos deletéreos que comprometen la funcionalidad de los órganos y tejidos donados.

Muerte encefálica (BD)
La BD se asocia a una serie de eventos que conducen al deterioro progresivo de diferentes sistemas. Por lo general, ocurre cuando se produce un aumento agudo o gradual de la presión intracraneal (PIC) debido a un traumatismo cerebral o una hemorragia. Este aumento de la PIC promueve un aumento de la presión arterial en un intento de mantener un flujo sanguíneo cerebral estable en un proceso conocido como reflejo de Cushing^10,11. Estos cambios agudos pueden resultar en disfunciones cardiovasculares, endocrinas y neurológicas que comprometen la cantidad y calidad de los órganos donados, además de impactar en la morbimortalidad postrasplante 10,11,12,13.

Shock hemorrágico (HS)
La HS, a su vez, a menudo se asocia con donantes de órganos, ya que la mayoría de ellos son víctimas de traumatismos con pérdida significativa de volumen sanguíneo. Algunos órganos, como los pulmones y el corazón, son particularmente vulnerables a la HS debido a la hipovolemia y la consiguiente hipoperfusión tisular¹⁴. La HS induce lesión pulmonar a través del aumento de la permeabilidad capilar, edema e infiltración de células inflamatorias, mecanismos que en conjunto comprometen el intercambio gaseoso y conducen al deterioro progresivo de los órganos, descarrilando consecuentemente el proceso de donación ^6,14.

Muerte circulatoria (EC)
El uso de la donación post-EC ha ido creciendo exponencialmente en los principales centros del mundo, contribuyendo así al aumento del número de órganos recogidos. Los órganos recuperados de donantes post-EC son vulnerables a los efectos de la isquemia caliente, que ocurre después de un intervalo de baja (fase agónica) o nula irrigación sanguínea (fase asistólica)^8,15. La hipoperfusión o ausencia de flujo sanguíneo conducirá a la hipoxia tisular asociada a la pérdida brusca de ATP y a la acumulación de toxinas metabólicas en los tejidos¹⁵. A pesar de su uso actual para trasplante en la práctica clínica, persisten muchas dudas sobre el impacto del uso de estos órganos en la calidad del injerto post-trasplante y en la supervivencia del paciente¹⁵. Así, el uso de modelos experimentales para una mejor comprensión de los factores etiológicos asociados a la EC también está creciendo 8,15,16,17.

Modelos experimentales
Existen varios modelos experimentales de donación de órganos (BD, HS y CD). Sin embargo, los estudios a menudo se centran en una sola estrategia a la vez. Existe una brecha notable en los estudios que combinan o comparan dos o más estrategias. Estos modelos son muy útiles en el desarrollo de terapias que buscan aumentar el número de donaciones y en consecuencia disminuir la lista de espera de potenciales receptores. Las especies animales utilizadas para este fin varían de un estudio a otro, siendo más comúnmente seleccionados los modelos porcinos cuando el objetivo es una traslación más directa con la morfofisiología humana y una menor dificultad técnica en el procedimiento quirúrgico debido al tamaño del animal. A pesar de los beneficios, las dificultades logísticas y los altos costos están asociados con el modelo porcino. Por otro lado, el bajo coste y la posibilidad de manipulación biológica favorecen el uso de modelos de roedores, permitiendo al investigador partir de un modelo fiable para reproducir y tratar lesiones, así como integrar los conocimientos adquiridos en el campo del trasplante de órganos.

Aquí, presentamos un modelo de roedores de muerte encefálica, muerte circulatoria y donación por shock hemorrágico. Describimos los procesos inflamatorios y las condiciones patológicas asociadas a cada uno de estos modelos.

Protocol

Los experimentos con animales cumplieron con el Comité de Ética para el Uso y Cuidado de Animales de Experimentación de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (protocolo número 112/16). 1. Agrupación de animales Asigne aleatoriamente doce ratas macho Sprague Dawley (250-300 g) a uno de los tres grupos experimentales (n = 4) para analizar y comparar los efectos asociados con los modelos animales. Asignar animales al grupo de sh…

Representative Results

Presión arterial media (PAM)Para determinar las repercusiones hemodinámicas de BD y HS, se evaluó la PAM a lo largo de los 360 min del protocolo. La medición basal se recogió después de la extracción de la piel y la perforación del cráneo y antes de la recolección de alícuotas de sangre para los animales sometidos a BD o HS, respectivamente. Antes de la inducción de BD y HS, la PAM basal de los dos grupos fue similar (BD: 110,5 ± 6,1 vs. HS: 105,8 ± 2,3 mmHg; p=0,5; ANOVA de dos vías)….

Discussion

En los últimos años, el creciente número de diagnósticos de muerte encefálica le ha llevado a convertirse en el mayor proveedor de órganos y tejidos destinados a trasplantes. Este crecimiento, sin embargo, ha ido acompañado de un increíble aumento de las donaciones después de la muerte circulatoria. A pesar de su naturaleza multifactorial, la mayoría de los mecanismos desencadenantes de las causas de muerte comienzan después o acompañan a un traumatismo con una pérdida extensa del contenido sanguíneo<sup cl…

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