Studie av experimentella organdonationsmodeller för lungtransplantation

Summary

Den aktuella studien visar etableringen av tre olika modeller för lungdonation (donation efter hjärndöd, donation efter cirkulationsdöd och donation efter hemorragisk chock). Den jämför de inflammatoriska processer och patologiska störningar som är förknippade med dessa händelser.

Abstract

Experimentella modeller är viktiga verktyg för att förstå de etiologiska fenomen som är involverade i olika patofysiologiska händelser. I detta sammanhang används olika djurmodeller för att studera de faktorer som utlöser patofysiologin vid primär transplantatdysfunktion efter transplantation för att utvärdera potentiella behandlingar. För närvarande kan vi dela in experimentella donationsmodeller i två stora grupper: donation efter hjärndöd och donation efter cirkulationsstopp. Dessutom bör de skadliga effekter som är förknippade med hemorragisk chock beaktas när man överväger djurmodeller för organdonation. Här beskriver vi etableringen av tre olika lungdonationsmodeller (donation efter hjärndöd, donation efter cirkulationsdöd och donation efter hemorragisk chock) och jämför de inflammatoriska processer och patologiska störningar som är förknippade med dessa händelser. Målet är att förse det vetenskapliga samfundet med tillförlitliga djurmodeller för lungdonation för att studera de associerade patologiska mekanismerna och söka efter nya terapeutiska mål för att optimera antalet livskraftiga transplantat för transplantation.

Introduction

Klinisk relevans
Organtransplantation är ett väletablerat behandlingsalternativ för flera allvarliga patologier. Under de senaste åren har många framsteg gjorts inom de kliniska och experimentella områdena organtransplantation, såsom ökad kunskap om patofysiologin vid primär transplantatdysfunktion (PGD) och framsteg inom områdena intensivvård, immunologi och farmakologi ^1,2,3. Trots de framsteg som gjorts och förbättringarna av kvaliteten på de kirurgiska och farmakologiska ingreppen är förhållandet mellan antalet tillgängliga organ och antalet mottagare på väntelistan fortfarande en av de största utmaningarna ^2,4. I detta avseende har den vetenskapliga litteraturen föreslagit djurmodeller för att studera terapier som kan tillämpas på organdonatorer för att behandla och/eller bevara organen fram till tidpunkten för transplantation 5,6,7,8.

Genom att efterlikna de olika händelser som observerats i klinisk praxis gör djurmodeller det möjligt att studera de associerade patologiska mekanismerna och deras respektive terapeutiska metoder. Den experimentella induktionen av dessa händelser har, i de flesta isolerade fall, genererat experimentella modeller för organ- och vävnadsdonation som är allmänt undersökta i den vetenskapliga litteraturen om organtransplantation 6,7,8,9. Dessa studier använder olika metodologiska strategier, såsom de som inducerar hjärndöd (BD), hemorragisk chock (HS) och cirkulationsdöd (CD), eftersom dessa händelser är förknippade med olika skadliga processer som äventyrar funktionaliteten hos de donerade organen och vävnaderna.

Hjärndöd (BD)
BD är förknippat med en serie händelser som leder till en gradvis försämring av olika system. Det inträffar vanligtvis när en akut eller gradvis ökning av intrakraniellt tryck (ICP) inträffar på grund av hjärntrauma eller blödning. Denna ökning av ICP främjar en ökning av blodtrycket i ett försök att upprätthålla ett stabilt cerebralt blodflöde i en process som kallas Cushings reflex^10,11. Dessa akuta förändringar kan leda till kardiovaskulära, endokrina och neurologiska dysfunktioner som äventyrar kvantiteten och kvaliteten på de donerade organen, förutom att de påverkar morbiditeten och mortaliteten efter transplantation 10,11,12,13.

Hemorragisk chock (HS)
HS förknippas i sin tur ofta med organdonatorer, eftersom de flesta av dem är offer för trauma med betydande förlust av blodvolym. Vissa organ, såsom lungor och hjärta, är särskilt sårbara för HS på grund av hypovolemi och därav följande vävnadshypoperfusion¹⁴. HS inducerar lungskada genom ökad kapillärpermeabilitet, ödem och infiltration av inflammatoriska celler, mekanismer som tillsammans äventyrar gasutbytet och leder till progressiv organförsämring, vilket följaktligen får donationsprocessen att spåra ur ^6,14.

Cirkulationsdöd (CD)
Användningen av post-CD-donation har ökat exponentiellt i stora världscentra, vilket har bidragit till ökningen av antalet insamlade organ. Organ som tillvaratagits från post-CD-donatorer är sårbara för effekterna av varm ischemi, som inträffar efter ett intervall med låg (agonisk fas) eller ingen blodtillförsel (asystolisk fas)^8,15. Hypoperfusion eller frånvaro av blodflöde kommer att leda till vävnadshypoxi i samband med plötslig förlust av ATP och ackumulering av metaboliska toxiner i vävnader¹⁵. Trots att dessa organ för närvarande används för transplantation i klinisk praxis kvarstår många tvivel om hur användningen av dessa organ påverkar kvaliteten på transplantatet efter transplantationen och patienternas överlevnad¹⁵. Således ökar också användningen av experimentella modeller för en bättre förståelse av de etiologiska faktorer som är associerade med CD 8,15,16,17.

Experimentella modeller
Det finns olika experimentella modeller för organdonation (BD, HS och CD). Studier fokuserar dock ofta på endast en strategi i taget. Det finns en märkbar lucka i studier som kombinerar eller jämför två eller flera strategier. Dessa modeller är mycket användbara vid utveckling av behandlingar som syftar till att öka antalet donationer och därmed minska väntelistan för potentiella mottagare. De djurarter som används för detta ändamål varierar från studie till studie, där svinmodeller oftare väljs när målet är en mer direkt översättning med mänsklig morfofysiologi och mindre tekniska svårigheter vid det kirurgiska ingreppet på grund av djurets storlek. Trots fördelarna är det förknippat med svinmodellen logistiska svårigheter och höga kostnader. Å andra sidan gynnar den låga kostnaden och möjligheten till biologisk manipulation användningen av gnagarmodeller, vilket gör det möjligt för forskaren att utgå från en tillförlitlig modell för att reproducera och behandla lesioner, samt att integrera den kunskap som förvärvats inom området organtransplantation.

Här presenterar vi en gnagarmodell för hjärndöd, cirkulationsdöd och hemorragisk chockdonation. Vi beskriver inflammatoriska processer och patologiska tillstånd som är förknippade med var och en av dessa modeller.

Protocol

Djurförsöken uppfyllde kraven i den etiska kommittén för användning och skötsel av försöksdjur vid medicinska fakulteten vid universitetet i São Paulo (protokollnummer 112/16). 1. Gruppering av djur Tilldela slumpmässigt tolv hanråttor av Sprague Dawley (250-300 g) till en av tre experimentgrupper (n=4) för att analysera och jämföra effekterna i samband med djurmodellerna. Klassificera djuren i hemorragisk chockgrupp (HS, n=4): djur s…

Representative Results

Genomsnittligt artärtryck (MAP)För att bestämma de hemodynamiska konsekvenserna av BD och HS utvärderades MAP under de 360 minuter som protokollet pågick. Baslinjemätningen samlades in efter avlägsnande av hud och borrning av skallen och före insamling av alikvot av blod för djur som utsatts för BD respektive HS. Före BD- och HS-induktion var baslinje-MAP för de två grupperna liknande (BD: 110,5 ± 6,1 jämfört med HS: 105,8 ± 2,3 mmHg; p=0,5; tvåvägs ANOVA). Efter kateterinsufflatio…

Discussion

Under de senaste åren har det ökande antalet diagnoser av hjärndöd lett till att man blivit den största leverantören av organ och vävnader avsedda för transplantation. Denna tillväxt har dock åtföljts av en otrolig ökning av donationer efter cirkulationsdöd. Trots sin multifaktoriella natur börjar de flesta av de utlösande mekanismerna för dödsorsaker efter eller åtföljer trauma med omfattande förlust av blodinnehåll ^4,18.

<p class="jove_…

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