Ein porcines heterotopes Herztransplantationsprotokoll für die Abgabe von Therapeutika an ein kardiales Allotransplantat

Summary

Wir präsentieren ein Protokoll für die Verwendung eines normothermen ex vivo sanguinösen Perfusionssystems für die Abgabe von Therapeutika an ein ganzes kardiales Allotransplantat in einem porcinen heterotopen Herztransplantationsmodell.

Abstract

Die Herztransplantation ist die Goldstandardbehandlung für Herzinsuffizienz im Endstadium. Es bleibt jedoch durch die Anzahl der verfügbaren Spenderherzen und Komplikationen wie primäre Transplantatdysfunktion und Transplantatabstoßung begrenzt. Der jüngste klinische Einsatz eines Ex-vivo-Perfusionsgeräts bei der Herztransplantation bietet eine einzigartige Gelegenheit zur Behandlung von Herzallotransplantaten mit therapeutischen Interventionen, um die Funktion zu verbessern und schädliche Reaktionen der Empfänger zu vermeiden. Die Etablierung eines translationalen Großtiermodells für die therapeutische Verabreichung des gesamten Allotransplantats ist unerlässlich, um neuartige therapeutische Ansätze in der Herztransplantation zu testen. Das porcine, heterotope Herztransplantationsmodell in der intraabdominalen Position dient als hervorragendes Modell zur Beurteilung der Auswirkungen neuartiger Interventionen und der Immunpathologie der Transplantatabstoßung. Dieses Modell bietet dem Schwein zusätzlich ein langfristiges Überleben, da das Transplantat nicht erforderlich ist, um den Kreislauf des Empfängers aufrechtzuerhalten. Das Ziel dieses Protokolls ist es, einen reproduzierbaren und robusten Ansatz für die Ex-vivo-Abgabe eines Therapeutikums an das gesamte kardiale Allotransplantat vor der Transplantation bereitzustellen und technische Details für die Durchführung einer überlebensheterotopen Transplantation des ex vivo perfundierten Herzens bereitzustellen.

Introduction

Herzinsuffizienz ist eine Erkrankung, von der schätzungsweise 6 Millionen Erwachsene in den Vereinigten Staaten betroffen sind und die bis zum Jahr 2030 voraussichtlich auf 8 Millionen Erwachsene ansteigen wird¹. Die Herztransplantation ist die Goldstandardbehandlung für Herzinsuffizienz im Endstadium. Es ist jedoch nicht ohne Einschränkungen und Komplikationen. Es bleibt begrenzt durch die Anzahl der verfügbaren Spenderherzen, die primäre Transplantatdysfunktion, die Abstoßung des Herzens und die Nebenwirkungen der langfristigen Immunsuppression². Diese Einschränkungen sind besonders wichtig bei jungen Empfängern, bei denen ein Allotransplantatversagen auftreten kann und eine anschließende erneute Transplantation erforderlich ist, um eine normale Lebenserwartung zu erreichen.

Eine ideale Intervention zur Überwindung dieser Einschränkungen würde ganze Herzallotransplantate vor der Implantation in den Empfänger mit Therapeutika behandeln, die die Lebensfähigkeit des Allotransplantats verbessern und “Kardioprotektion” verleihen können. Solche Interventionen würden prophylaktisch verabreicht, um die Häufigkeit von ischämischen Beleidigungen, Allotransplantatabstoßung, kardialer Allotransplantatvaskulopathie zu minimieren und sogar marginale Allotransplantate zu reparieren. Translationale Studien zur Entwicklung dieser Art von Interventionen erfordern ein Großtiermodell der Herztransplantation, um die langfristige Überwachung des Herztransplantats zu ermöglichen. Das porcine, heterotope Herztransplantationsmodell in intraabdominaler Position hat sich für diesen Zweck als ideal erwiesen. Die Herztransplantation in dieser Position ermöglicht es, die Auswirkungen neuartiger Therapien zu testen und die Immunpathologie der Transplantatabstoßung zu beurteilen. Darüber hinaus ist das heterotope Modell gegenüber dem orthotopen Modell vorteilhaft, da das Gesamtüberleben des Empfängers, kein kardiopulmonaler Bypass erforderlich ist und das Transplantat nicht erforderlich ist, um den Kreislauf des Empfängers aufrechtzuerhalten³.

Die effektive Durchführung therapeutischer Interventionen am Herzen, wie Gen-, Zell- oder Immuntherapie, ist ein signifikantes Hindernis für die klinische Anwendung ^4,5. Die von Ex-vivo-Perfusionsgeräten eingeführte Technologie ermöglicht es, Transplantate kontinuierlich zu durchbluten und sie in einem nicht funktionierenden, aber metabolisch aktiven Zustand zu halten 6,7,8,9. Dies bietet eine einzigartige Gelegenheit, ein ganzes Herz mit fortschrittlichen Therapeutika zu behandeln und gleichzeitig die möglichen Nebenwirkungen der systemischen Verabreichung^{zu minimieren 10,11,12,13}. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Ex-vivo-Perfusionsgeräten für die therapeutische Verabreichung besteht darin, dass sie die Verabreichung von Medikamenten an den Koronarkreislauf über längere Zeiträume ermöglichen, die mit herkömmlichen statischen Kaltspeichermethoden nicht möglich sind. Dies ermöglicht eine globalere Abgabe der Therapeutika an das Transplantat¹⁴. Unter Verwendung des hier vorgestellten Protokolls haben wir das Glühwürmchen-Luciferase-Gen erfolgreich mit adenoviralen Vektoren¹⁵ an ein ganzes porcines Herztransplantat abgegeben. Das Ziel dieses Protokolls ist es, einen reproduzierbaren und robusten Ansatz für die Abgabe eines Therapeutikums an das gesamte kardiale Allotransplantat vor der Transplantation bereitzustellen.

Protocol

HINWEIS: Zwei weibliche Yucatan-Schweine werden ausgewählt, wobei eines als Herztransplantatspender und das andere als Empfänger bestimmt ist. Schweine im Alter von 6-8 Monaten, mit einem Gewicht von ca. 30 kg und kompatiblen Blutgruppen werden empfohlen. Die Übersicht über das Protokoll ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Unterbringung und die Behandlungsverfahren für die Schweine werden in Übereinstimmung mit den Richtlinien des Animal Care and Use Committee des Duke University Medic…

Representative Results

Diese Gruppe hat je nach Studiendesign 9 Schweine zwischen 5 und 35 Tagen nach dem hier vorgestellten Protokoll erfolgreich überlebt. Von 10 Schweinen, die dieses Protokoll durchlaufen haben, starb nur 1 vorzeitig an chirurgischen Komplikationen, was zu einer Überlebensrate von 90% führte. In Abbildung 2 ist ein Diagramm der Konfiguration eines heterotopen Herzens dargestellt, das in die intraabdominale Position eines Schweins transplantiert wurde. Wählen Sie bei der Bestimmung der Stell…

Discussion

Die Abgabe von Therapeutika während der Ex-vivo-Perfusion bei der Herztransplantation bietet eine Strategie zur Modifikation des Allotransplantats und zur potenziellen Verbesserung der Transplantationsergebnisse. Das hier vorgestellte Protokoll beinhaltet die hochmoderne normotherme ex vivo sanguinöse Perfusionslagerung und bietet vielversprechendes Potenzial, die isolierte Abgabe von Zell-, Gen- oder Immuntherapien an das Allotransplantat^{11,12,13</…}

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