Een porcine heterotopisch harttransplantatieprotocol voor de levering van therapeutica aan een cardiale allograft
Summary
We presenteren een protocol voor het gebruik van een normotherme ex vivo sanguineuze perfusiesysteem voor de levering van therapeutica aan een volledig cardiaal allograft in een varkens heterotopisch harttransplantatiemodel.
Abstract
Harttransplantatie is de gouden standaardbehandeling voor hartfalen in het eindstadium. Het blijft echter beperkt door het aantal beschikbare donorharten en complicaties zoals primaire transplantaatdisfunctie en transplantaatafstoting. Het recente klinische gebruik van een ex vivo perfusieapparaat bij harttransplantatie introduceert een unieke kans voor de behandeling van cardiale allografts met therapeutische interventies om de functie te verbeteren en schadelijke reacties van ontvangers te voorkomen. Het opzetten van een translationeel model met grote dieren voor therapeutische toediening aan het gehele allograft is essentieel voor het testen van nieuwe therapeutische benaderingen bij harttransplantatie. Het varkens-, heterotopische harttransplantatiemodel in de intraabdominale positie dient als een uitstekend model voor het beoordelen van de effecten van nieuwe interventies en de immunopathologie van transplantaatafstoting. Dit model biedt bovendien overleving op lange termijn voor het varken, aangezien het transplantaat niet nodig is om de circulatie van de ontvanger te behouden. Het doel van dit protocol is om een reproduceerbare en robuuste aanpak te bieden voor het bereiken van ex vivo toediening van een therapeutisch middel aan het gehele cardiale allograft voorafgaand aan transplantatie en technische details te verstrekken om een overleving heterotope transplantatie van het ex vivo geperfundeerde hart uit te voeren.
Introduction
Hartfalen is een aandoening die naar schatting 6 miljoen volwassenen in de Verenigde Staten treft en naar verwachting zal toenemen tot 8 miljoen volwassenen in het jaar 20301. Harttransplantatie is de gouden standaardbehandeling voor hartfalen in het eindstadium. Het is echter niet zonder beperkingen en complicaties. Het blijft beperkt door het aantal beschikbare donorharten, primaire transplantaatdisfunctie, afstoting van het hart en de bijwerkingen van langdurige immunosuppressie2. Deze beperkingen zijn vooral belangrijk bij jonge ontvangers die allograftfalen kunnen ervaren en daaropvolgende hertransplantatie nodig hebben om een normale levensverwachting te bereiken.
Een ideale interventie om deze beperkingen te overwinnen, zou volledige cardiale allografts behandelen met therapeutica voorafgaand aan implantatie in de ontvanger die de levensvatbaarheid van het allograft kunnen verbeteren en “cardioprotectie” kunnen verlenen. Dergelijke interventies zouden profylactisch worden gegeven om de incidentie van ischemische beledigingen, allograftafstoting, cardiale allograft vasculopathie te minimaliseren en zelfs marginale allografts te repareren. Translationele studies voor het ontwikkelen van dit soort interventies vereisen een groot diermodel van harttransplantatie om de langdurige bewaking van het harttransplantaat mogelijk te maken. Het varkens-, heterotope harttransplantatiemodel in de intraabdominale positie is hiervoor ideaal gebleken. Harttransplantatie in deze positie maakt het mogelijk om de effecten van nieuwe therapieën te testen en de immunopathologie van transplantaatafstoting te beoordelen. Bovendien is het heterotope model voordelig ten opzichte van het orthotopische model vanwege een betere algehele overleving van de ontvanger, geen vereiste voor cardiopulmonale bypass en geen vereiste van het transplantaat om de bloedsomloop van de ontvanger te behouden3.
Effectieve toediening van therapeutische interventies aan het hart, zoals gen-, cel- of immunotherapie, is een belangrijke barrière voor klinische toepassing 4,5. De technologie die door ex vivo perfusie-apparaten wordt geïntroduceerd, maakt het mogelijk om grafts voortdurend te doordrenken, waardoor ze in een niet-werkende maar metabolisch actieve toestandblijven 6,7,8,9. Dit biedt een unieke kans om een heel hart te behandelen met geavanceerde therapieën en tegelijkertijd de potentiële bijwerkingen van systemische bevalling te minimaliseren 10,11,12,13. Een ander voordeel van het gebruik van ex vivo perfusie-apparaten voor therapeutische toediening is dat ze de toediening van medicijnen aan de coronaire circulatie gedurende langere perioden mogelijk maken die niet haalbaar zijn met behulp van traditionele koude statische opslagmethoden. Dit zorgt voor een meer globale levering van de therapeutica aan het transplantaat14. Met behulp van het hier gepresenteerde protocol hebben we met succes het firefly luciferase-gen afgeleverd aan een heel varkensharttransplantaat met behulp van adenovirale vectoren15. Het doel van dit protocol is om een reproduceerbare en robuuste aanpak te bieden voor het bereiken van de levering van een therapeutisch geneesmiddel aan het gehele cardiale allograft voorafgaand aan de transplantatie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Levering van therapeutica tijdens ex vivo perfusie bij harttransplantatie biedt een strategie om het allograft te wijzigen en mogelijk de transplantatieresultaten te verbeteren. Het hier gepresenteerde protocol bevat de state-of-the-art normotherme ex vivo sanguineuze perfusieopslag en biedt veelbelovend potentieel om geïsoleerde afgifte van cel-, gen- of immunotherapieën aan het allograft 11,12,13 te testen.…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen Duke Large Animal Surgical Core en Duke Perfusion Services bedanken voor hun hulp tijdens deze procedures. We willen ook Paul Lezberg en TransMedics, Inc. bedanken voor hun steun.
Materials
| 0 Looped Maxon suture | Covidien | GMM-341L | Used to close fascia of the laparotomy incision |
| 0 Silk ties | Medtronic, Inc | S346 | |
| 18 G Angiocath | BD | 381144 | Used to de-air the left ventricle of the donor heart after implantation |
| 20 Fr LV vent | Medtronic, Inc | 12002 | |
| 2-0 Silk sutures | Ethicon, Inc. | SA11G | |
| 2-0 Silk ties | Ethicon, Inc. | SA65H | |
| 2-0 Vicryl suture | Ethicon, Inc. | J259H | |
| 24 Fr venous cannula | Medtronic, Inc | 68124 | |
| 3-0 Prolene sutures | Ethicon, Inc. | 8522 | |
| 4-0 Monocryl suture | Ethicon, Inc. | Y469G | |
| 4-0 Prolene sutures | Ethicon, Inc. | 8521 | |
| Animal hair cutting clipper | Wahl | 8786-452 | |
| Aortic clamp | V. Mueller | CH6201 | |
| Army Navy retractor | V. Mueller | SU3660 | |
| ATF 40, Cell saver disposable set | Fresenius Kabi | 9108494 | Cell saver device insert |
| Balfour retractor | V. Mueller | SU3042 | Used as an abdominal wall retractor |
| C.A.T.S cell saver | Fresenius Kabi | ES0019 | Cell saver device used to wash donor blood |
| Cardiac defibrillator | Zoll | M Series | Cardiac defibrillator |
| Castro needle holder | V. Mueller | CH8589 | |
| CG4 iStat cartridges | Abbott | 03P85-25 | POC testing |
| CG8 iStat cartridges | Abbott | 03P88-25 | POC testing |
| DeBakey forceps | V. Mueller | CH5902 | |
| Electrocautery disposable pencil | Covidien | E2450H | |
| Gerald forceps | V. Mueller | NL1451 | |
| Hemotherm 400CE Dual Reservoir Cooler/Heater | Cincinnati Sub-Zero | 86022 | Heater cooler used to regulate perfusion temperature on the ex vivo perfusion device |
| iSTAT 1 | Abbott | 04P75-03 | POC testing device |
| Kocher clamp | V. Mueller | SU2790 | |
| Large clip applier | Sklar | 50-4300 | |
| Large clips | Teleflex | 4200 | |
| Large soft pledgets | Covidien | 8886867901 | |
| Medium clip applier | Sklar | 50-4335 | |
| Medium clips | Teleflex | 2200 | |
| Metzenbaum scissor | V. Mueller | CH2006-001 | |
| No. 10 scalpel blade | Swann-Mortan | 301 | Used for skin incision |
| No. 11 scalpel blade | Kiato Plus | 18111 | Used for vascular incision |
| OCS device with base | TransMedics, Inc. | Ex vivo perfusion device | |
| OCS disposable | TransMedics, Inc. | Ex vivo perfusion device insert with perfusion kits | |
| Pacing cable | Remington Medical | FL-601-97 | |
| Pediatric cardioplegia catheter (4Fr) | Medtronic, Inc | 10218 | Used to deliver cardioplegia to the donor aortic root |
| Pediatric Foley catheter | Teleflex | RSH170003080 | Placed pre-op to decompress the recipient's bladder |
| Potts scissors | V. Mueller | CH13038 | |
| Pressure bag x2 (1,000 mL) | Novaplus | V4010H | Used to deliver cardioplegia at a set pressure |
| Satinsky clamp | V. Mueller | CH7305 | Vascular clamp used for creating anastomoses between donor heart and recipient vessels |
| Scissors | Felco | FELCO 200A-50 | Used to perform sternotomy |
| Small hard pledgets | Covidien | 8886867701 | |
| Sternal retractor | V. Mueller | CH6950-007 | |
| Temporary cardiac pacing wires | Ethicon, Inc. | TPW32 | |
| Temporary dual chamber pacemaker | Medtronic, Inc | 5388 | Cardiac pacing device |
| Tourniquet kit | Medtronic, Inc | 79005 | Rummel tourniquets |
| Umbilical tape | Covidien | 8886861903 | |
| Vessel loops | Covidien | 31145686 |
Referências
- Virani, S. S., et al. Heart disease and stroke statistics-2021 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 143 (8), 254 (2021).
- Stehlik, J., Kobashigawa, J., Hunt, S. A., Reichenspurner, H., Kirklin, J. K. Honoring 50 years of clinical heart transplantation in circulation: in-depth state-of-the-art review. Circulation. 137 (1), 71-87 (2018).
- Kadner, A., Chen, R. H., Adams, D. H. Heterotopic heart transplantation: experimental development and clinical experience. European Journal of Cardiothorac Surgery. 17 (4), 474-481 (2000).
- Hastings, C. L., et al. Drug and cell delivery for cardiac regeneration. Advanced Drug Delivery Reviews. 84, 85-106 (2015).
- Sahoo, S., Kariya, T., Ishikawa, K. Targeted delivery of therapeutic agents to the heart. Nature Reviews. Cardiology. 18 (6), 389-399 (2021).
- Stamp, N. L., et al. Successful heart transplant after ten hours out-of-body time using the TransMedics Organ Care System. Heart, Lung & Circulation. 24 (6), 611-613 (2015).
- Ragalie, W. S., Ardehali, A. Current status of normothermic ex-vivo perfusion of cardiac allografts. Current Opinion in Organ Transplantation. 25 (3), 237-240 (2020).
- Koerner, M. M., et al. Normothermic ex vivo allograft blood perfusion in clinical heart transplantation. Heart Surgery Forum. 17 (3), 141-145 (2014).
- Rosenbaum, D. H., et al. Perfusion preservation versus static preservation for cardiac transplantation: effects on myocardial function and metabolism. Journal of Heart and Lung Transplantation. 27 (1), 93-99 (2008).
- Cullen, P. P., Tsui, S. S., Caplice, N. M., Hinchion, J. A. A state-of-the-art review of the current role of cardioprotective techniques in cardiac transplantation. Interactive Cardiovascular and Thoracic Surgery. 32 (5), 683-694 (2021).
- Rurik, J. G., Aghajanian, H., Epstein, J. A. Immune cells and immunotherapy for cardiac injury and repair. Circulation Research. 128 (11), 1766-1779 (2021).
- Rincon, M. Y., VandenDriessche, T., Chuah, M. K. Gene therapy for cardiovascular disease: advances in vector development, targeting, and delivery for clinical translation. Cardiovascular Research. 108 (1), 4-20 (2015).
- Kieserman, J. M., Myers, V. D., Dubey, P., Cheung, J. Y., Feldman, A. M. Current landscape of heart failure gene therapy. Journal of the American Heart Association. 8 (10), 012239 (2019).
- Perin, E. C., Perin, E. C., Miller, L. W., Taylor, D. A., Wilkerson, J. T. . Stem cell and gene therapy for cardiovascular disease. , 279-287 (2016).
- Bishawi, M., et al. A normothermic ex vivo organ perfusion delivery method for cardiac transplantation gene therapy. Scientific Reports. 9 (1), 8029 (2019).
- Hulot, J. S., Ishikawa, K., Hajjar, R. J. Gene therapy for the treatment of heart failure: promise postponed. European Heart Journal. 37 (21), 1651-1658 (2016).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class I genes in outbred pig populations. Animal Genetics. 40 (4), 468-478 (2009).
- Ho, C. S., et al. Molecular characterization of swine leucocyte antigen class II genes in outbred pig populations. Animal Genetics. 41 (4), 428-432 (2010).
