Ett porcint heterotopiskt hjärttransplantationsprotokoll för leverans av terapi till en hjärtalograft
Summary
Vi presenterar ett protokoll för att använda ett normotermt ex vivo sanguinöst perfusionssystem för leverans av terapier till en hel hjärtalograft i en svin heterotopisk hjärttransplantationsmodell.
Abstract
Hjärttransplantation är guldstandardbehandlingen för hjärtsvikt i slutstadiet. Det är dock fortfarande begränsat av antalet tillgängliga donatorhjärtan och komplikationer som primär transplantatdysfunktion och transplantatavstötning. Den senaste kliniska användningen av en ex vivo-perfusionsanordning vid hjärttransplantation introducerar en unik möjlighet att behandla hjärtalografter med terapeutiska ingrepp för att förbättra funktionen och undvika skadliga mottagarsvar. Att etablera en translationell, stordjursmodell för terapeutisk leverans till hela allograften är avgörande för att testa nya terapeutiska metoder vid hjärttransplantation. Den svin, heterotopiska hjärttransplantationsmodellen i intraabdominal position fungerar som en utmärkt modell för att bedöma effekterna av nya ingrepp och immunopatologin för transplantatavstötning. Denna modell erbjuder dessutom långsiktig överlevnad för grisen, eftersom transplantatet inte krävs för att upprätthålla mottagarens cirkulation. Syftet med detta protokoll är att tillhandahålla ett reproducerbart och robust tillvägagångssätt för att uppnå ex vivo-leverans av en terapeutisk till hela hjärtalograften före transplantation och tillhandahålla tekniska detaljer för att utföra en överlevnad heterotopisk transplantation av ex vivo perfuserat hjärta.
Introduction
Hjärtsvikt är ett tillstånd som drabbar uppskattningsvis 6 miljoner vuxna i USA och beräknas öka till 8 miljoner vuxna år 20301. Hjärttransplantation är guldstandardbehandlingen för hjärtsvikt i slutstadiet. Det är dock inte utan dess begränsningar och komplikationer. Det förblir begränsat av antalet tillgängliga donatorhjärtan, primär transplantatdysfunktion, avstötning av hjärtat och biverkningarna av långvarig immunsuppression2. Dessa begränsningar är särskilt viktiga för unga mottagare som kan uppleva allograft misslyckande och kräva efterföljande omtransplantation för att uppnå normal livslängd.
Ett idealiskt ingripande för att övervinna dessa begränsningar skulle behandla hela hjärtalografter med terapier före implantation i mottagaren som kan förbättra allograftens livskraft och ge “hjärtskydd”. Sådana ingrepp skulle ges profylaktiskt för att minimera förekomsten av ischemiska förolämpningar, allograftavstötning, hjärt-allograft vaskulopati och till och med reparera marginella allografter. Translationella studier för att utveckla dessa typer av interventioner kräver en stordjursmodell för hjärttransplantation för att möjliggöra långsiktig övervakning av hjärttransplantatet. Den sviniska, heterotopiska hjärttransplantationsmodellen i intraabdominal position har visat sig vara idealisk för detta ändamål. Hjärttransplantation i denna position möjliggör testning av effekterna av nya terapier och bedömning av immunopatologin för transplantatavstötning. Dessutom är den heterotopiska modellen fördelaktig jämfört med den ortotopiska modellen på grund av bättre total överlevnad hos mottagaren, inget krav på kardiopulmonell bypass och inget krav på transplantatet för att upprätthålla mottagarens cirkulation3.
Effektiv leverans av terapeutiska ingrepp till hjärtat, såsom gen-, cell- eller immunterapi, är ett betydande hinder för klinisk tillämpning 4,5. Tekniken som introduceras av ex vivo-perfusionsanordningar gör att transplantat kontinuerligt kan perfuseras och bibehålla dem i ett icke-fungerande men metaboliskt aktivt tillstånd 6,7,8,9. Detta ger en unik möjlighet att behandla ett helt hjärta med avancerade terapier samtidigt som de potentiella biverkningarna av systemisk leverans 10,11,12,13 minimeras. En annan fördel med att använda ex vivo-perfusionsanordningar för terapeutisk leverans är att de möjliggör administrering av läkemedel till kranskärlscirkulationen under längre perioder som inte är möjliga med traditionella kalla statiska lagringsmetoder. Detta möjliggör mer global leverans av terapierna till transplantatet14. Med hjälp av protokollet som presenteras här levererade vi framgångsrikt firefly luciferas-genen till ett helt svinhjärttransplantat med adenovirala vektorer15. Syftet med detta protokoll är att tillhandahålla ett reproducerbart och robust tillvägagångssätt för att uppnå leverans av en terapeutisk till hela hjärtalograften före transplantation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Leverans av terapier under ex vivo-perfusion vid hjärttransplantation erbjuder en strategi för att modifiera allograften och potentiellt förbättra transplantationsresultaten. Protokollet som presenteras här innehåller den senaste normotermiska ex vivo sanguinous perfusionslagringen och erbjuder lovande potential att testa isolerad leverans av cell-, gen- eller immunterapier till allograft 11,12,13. Hittil…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Duke Large Animal Surgical Core och Duke Perfusion Services för deras hjälp under dessa procedurer. Vi vill också tacka Paul Lezberg och TransMedics, Inc.
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).
