Un protocollo di trapianto di cuore eterotopico suino per la somministrazione di terapie a un allotrapianto cardiaco

Summary

Presentiamo un protocollo per l’utilizzo di un sistema di perfusione sanguigna normotermica ex vivo per la somministrazione di terapie a un intero allotrapianto cardiaco in un modello di trapianto di cuore eterotopico suino.

Abstract

Il trapianto cardiaco è il trattamento gold standard per l’insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Tuttavia, rimane limitato dal numero di cuori donatori disponibili e complicazioni come la disfunzione primaria dell’innesto e il rigetto dell’innesto. Il recente uso clinico di un dispositivo di perfusione ex vivo nel trapianto cardiaco introduce un’opportunità unica per il trattamento di alloinnesti cardiaci con interventi terapeutici per migliorare la funzione ed evitare risposte deleterie del ricevente. Stabilire un modello traslazionale di grandi animali per la somministrazione terapeutica all’intero allotrapianto è essenziale per testare nuovi approcci terapeutici nel trapianto cardiaco. Il modello di trapianto di cuore sucino ed eterotopico in posizione intraaddominale funge da modello eccellente per valutare gli effetti di nuovi interventi e l’immunopatologia del rigetto del trapianto. Questo modello offre inoltre una sopravvivenza a lungo termine per il maiale, dato che l’innesto non è necessario per mantenere la circolazione del ricevente. Lo scopo di questo protocollo è quello di fornire un approccio riproducibile e robusto per ottenere la consegna ex vivo di un allotrapianto terapeutico all’intero allotrapianto cardiaco prima del trapianto e fornire dettagli tecnici per eseguire un trapianto eterotopico di sopravvivenza del cuore perfuso ex vivo .

Introduction

L’insufficienza cardiaca è una condizione che colpisce circa 6 milioni di adulti negli Stati Uniti e si prevede che aumenterà a 8 milioni di adulti entro l’anno 2030¹. Il trapianto cardiaco è il trattamento gold standard per l’insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Tuttavia, non è privo di limiti e complicazioni. Rimane limitato dal numero di cuori donatori disponibili, dalla disfunzione primaria dell’innesto, dal rigetto del cuore e dagli effetti collaterali dell’immunosoppressione a lungo termine². Queste limitazioni sono particolarmente importanti nei giovani riceventi che possono sperimentare il fallimento dell’allotrapianto e richiedono un successivo ripropianto per raggiungere la normale aspettativa di vita.

Un intervento ideale per superare queste limitazioni tratterebbe interi alloinnesti cardiaci con terapie prima dell’impianto nel ricevente che possono migliorare la vitalità dell’alloinnesto e conferire “cardioprotezione”. Tali interventi sarebbero somministrati in modo profilattico per ridurre al minimo l’incidenza di insulti ischemici, rigetto dell’allotrapianto, vasculopatia dell’allotrapianto cardiaco e persino riparare alloinnesti marginali. Gli studi traslazionali per lo sviluppo di questi tipi di interventi richiedono un modello animale di trapianto cardiaco di grandi dimensioni per consentire la sorveglianza a lungo termine dell’innesto cardiaco. Il modello di trapianto di cuore sucino ed eterotopico in posizione intraaddominale si è dimostrato ideale per questo scopo. Il trapianto di cuore in questa posizione consente di testare gli effetti di nuove terapie e valutare l’immunopatologia del rigetto del trapianto. Inoltre, il modello eterotopico è vantaggioso rispetto al modello ortotopico a causa della migliore sopravvivenza globale del ricevente, nessun requisito per il bypass cardiopolmonare e nessun requisito dell’innesto per mantenere la circolazione del ricevente³.

L’erogazione efficace di interventi terapeutici al cuore, come la terapia genica, cellulare o immuno-terapeutica, è una barriera significativa all’applicazione clinica ^4,5. La tecnologia introdotta dai dispositivi di perfusione ex vivo consente di perfusare continuamente gli innesti, mantenendoli in uno stato non funzionante ma metabolicamente attivo 6,7,8,9. Ciò offre un’opportunità unica per trattare un intero cuore con terapie avanzate riducendo al minimo i potenziali effetti collaterali del parto sistemico 10,11,12,13. Un altro vantaggio dell’utilizzo di dispositivi di perfusione ex vivo per la somministrazione terapeutica è che consentono la somministrazione di farmaci alla circolazione coronarica per periodi prolungati che non sono fattibili utilizzando i tradizionali metodi di conservazione statica a freddo. Ciò consente una consegna più globale delle terapie all’innesto¹⁴. Utilizzando il protocollo qui presentato, abbiamo consegnato con successo il gene della lucciola luciferasi a un intero innesto cardiaco suino utilizzando vettori adenovirali¹⁵. Lo scopo di questo protocollo è quello di fornire un approccio riproducibile e robusto per ottenere la consegna di un impianto terapeutico all’intero allotrapianto cardiaco prima del trapianto.

Protocol

NOTA: Vengono selezionate due femmine di suini dello Yucatan, con uno designato come donatore di innesto cardiaco e l’altro come ricevente. Si raccomandano suini di età compresa tra 6 e 8 mesi, di peso di circa 30 kg e con gruppi sanguigni compatibili. La panoramica del protocollo è illustrata nella Figura 1. L’alloggiamento e le procedure di trattamento per i suini vengono eseguiti in conformità con le linee guida del Comitato per la cura e l’uso degli animali del Duke University Medical…

Representative Results

Questo gruppo è sopravvissuto con successo a 9 maiali tra 5 e 35 giorni dopo il protocollo presentato qui, a seconda del disegno dello studio. Su 10 suini che hanno subito questo protocollo, solo 1 è morto prematuramente per complicazioni chirurgiche, producendo un tasso di sopravvivenza del 90%. Dimostrato nella Figura 2 è un diagramma della configurazione di un cuore eterotopico trapiantato in posizione intraaddominale in un maiale. Quando si determina il sito per l’anastomosi dell’allo…

Discussion

La somministrazione di terapie durante la perfusione ex vivo nel trapianto cardiaco offre una strategia per modificare l’allotrapianto e potenzialmente migliorare i risultati del trapianto. Il protocollo qui presentato incorpora lo stoccaggio di perfusione sanguigna normotermica ex vivo all’avanguardia e offre un potenziale promettente per testare la consegna isolata di cellule, geni o immunoterapie all’allotrapianto 11,12,13.<sup cla…

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