Svinelevertransplantation uden veno-venøs bypass som en udvidet kriteriedonormodel
Summary
I denne protokol beskrives en model af ortopisk levertransplantation efter statisk kold opbevaring af donororganer i 20 timer uden brug af en veno-venøs bypass under engraftment. Fremgangsmåden bruger en forenklet kirurgisk teknik med minimering af den anhepatiske fase og sofistikeret volumen- og vasopressorstyring.
Abstract
Levertransplantation betragtes som guldstandarden til behandling af en række dødelige leversygdomme. Uløste problemer med kronisk transplantatsvigt, igangværende mangel på organdonorer og øget brug af marginale transplantater kræver imidlertid forbedring af nuværende koncepter, såsom implementering af organmaskineperfusion. For at evaluere nye metoder til transplantatrekonditionering og modulering kræves translationelle modeller. Med hensyn til anatomiske og fysiologiske ligheder med mennesker og nylige fremskridt inden for xenotransplantation er svin blevet de vigtigste store dyrearter, der anvendes i transplantationsmodeller. Efter den første introduktion af en svineortopisk levertransplantationsmodel af Garnier et al. i 1965 er der blevet offentliggjort flere ændringer i løbet af de sidste 60 år.
På grund af specifikke anatomiske træk betragtes en veno-venøs bypass i den anhepatiske fase som en nødvendighed for at reducere tarmbelastning og iskæmi, hvilket resulterer i hæmodynamisk ustabilitet og perioperativ dødelighed. Gennemførelsen af en bypass øger imidlertid procedurens tekniske og logistiske kompleksitet. Desuden er tilknyttede komplikationer som luftemboli, blødning og behovet for samtidig splenektomi blevet rapporteret tidligere.
I denne protokol beskriver vi en model af svineortopisk levertransplantation uden brug af en veno-venøs bypass. Engraftment af donorlever efter statisk kold opbevaring på 20 timer – simulering af udvidede kriterier donorbetingelser – viser, at denne forenklede tilgang kan udføres uden signifikante hæmodynamiske ændringer eller intraoperativ dødelighed og med regelmæssig optagelse af leverfunktionen (som defineret ved galdeproduktion og leverspecifik CYP1A2-metabolisme). Succesen med denne tilgang sikres ved en optimeret kirurgisk teknik og en sofistikeret anæstesiologisk volumen og vasopressorstyring.
Denne model bør være af særlig interesse for arbejdsgrupper, der fokuserer på det umiddelbare postoperative forløb, iskæmi-reperfusionsskade, tilknyttede immunologiske mekanismer og rekonditionering af udvidede kriterier donororganer.
Introduction
Levertransplantation er fortsat den eneste chance for at overleve i en række forskellige sygdomme, der fører til akut eller kronisk leversvigt. Siden den første vellykkede anvendelse i menneskeheden i 1963 af Thomas E. Starzl har begrebet levertransplantation udviklet sig til en pålidelig behandlingsmulighed, der anvendes over hele verden, hovedsageligt som følge af fremskridt i forståelsen af immunsystemet, udviklingen af moderne immunsuppression og optimering af perioperativ pleje og kirurgiske teknikker 1,2 . Imidlertid har aldrende befolkninger og en højere efterspørgsel efter organer resulteret i donormangel med øget brug af marginale transplantater fra donorer med udvidede kriterier og fremkomsten af nye udfordringer i de seneste årtier. Indførelsen og den udbredte implementering af organmaskineperfusion menes at åbne en række muligheder med hensyn til podning og modulering og at hjælpe med at afbøde organmangel og reducere ventelistedødeligheden 3,4,5,6.
For at kunne evaluere disse begreber og deres virkninger in vivo er translationelle transplantationsmodeller nødvendige7. I 1983 introducerede Kamada et al. en effektiv ortopisk levertransplantationsmodel hos rotter, der siden er blevet omfattende modificeret og anvendt af arbejdsgrupper over hele kloden 8,9,10,11. Den ortopiske levertransplantationsmodel hos mus er teknisk mere krævende, men også mere værdifuld med hensyn til immunologisk overførbarhed og blev først rapporteret i 1991 af Qian et al.12. På trods af fordele med hensyn til tilgængelighed, dyrevelfærd og omkostninger er gnavermodeller begrænsede i deres anvendelighed i kliniske indstillinger7. Derfor kræves store dyremodeller.
I de senere år er svin blevet den vigtigste dyreart, der anvendes til translationel forskning på grund af deres anatomiske og fysiologiske ligheder med mennesker. Desuden kan de nuværende fremskridt inden for xenotransplantation yderligere øge betydningen af svin som forskningsobjekter13,14.
Garnier et al. beskrev en levertransplantationsmodel hos svin allerede i 196515. Flere forfattere, herunder Calne et al. i 1967 og Chalstrey et al. i 1971, rapporterede efterfølgende ændringer, hvilket i sidste ende førte til et sikkert og gennemførligt koncept for eksperimentel svinelevertransplantation i årtierne til at følge 16,17,18,19,20,21.
For nylig har forskellige arbejdsgrupper leveret data med hensyn til aktuelle problemer i levertransplantation ved hjælp af en teknik til ortopisk levertransplantation, næsten altid inklusive en aktiv eller passiv veno-venøs, dvs. porto-caval, bypass19,22. Årsagen til dette er en artsspecifik intolerance over for fastspænding af vena cava inferior og portalvenen i den anhepatiske fase på grund af en forholdsvis større tarm og færre porto-kaval eller cavo-caval shunts (f.eks. mangel på en vena azygos), hvilket resulterer i øget perioperativ sygelighed og dødelighed23. Vena cava inferior-sparing transplantationsteknikker anvendt hos menneskelige modtagere som et alternativ er ikke mulige, da porcine vena cava inferior er indkapslet af levervæv23.
Brugen af en veno-venøs bypass øger imidlertid yderligere den tekniske og logistiske kompleksitet i et allerede krævende kirurgisk indgreb, hvilket muligvis forhindrer arbejdsgrupper i at forsøge implementering af modellen helt. Bortset fra de direkte fysiologiske og immunologiske virkninger af en bypass har nogle forfattere påpeget den betydelige sygelighed såsom blodtab eller luftemboli under shuntplacering og behovet for en samtidig splenektomi, der potentielt påvirker kort- og langsigtede resultater efter engraftment24,25.
Følgende protokol beskriver en simpel teknik til ortopisk levertransplantation efter statisk koldopbevaring af donororganer i 20 timer, der repræsenterer udvidede kriterier donorbetingelser uden brug af en veno-venøs bypass under engraftment, herunder donorleverudtagning, back-table forberedelse, modtager hepatektomi og anæstesiologisk præ- og intraoperativ styring.
Denne model bør være af særlig interesse for kirurgiske arbejdsgrupper med fokus på det umiddelbare postoperative forløb, iskæmi-reperfusionsskade, rekonditionering af udvidede kriterier donororganer og tilhørende immunologiske mekanismer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den seneste tekniske udvikling såsom indførelsen af maskinperfusion har potentiale til at revolutionere levertransplantationsområdet. For at oversætte graftrekonditionerings- eller modifikationskoncepter til kliniske indstillinger er reproducerbare transplantationsmodeller hos store dyr uundgåelige.
Efter den første introduktion af svineortopisk levertransplantation har flere forfattere arbejdet på forbedringen af disse teknikker i løbet af de sidste fem årtier. Forskelle inden for de…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Britta Trautewig, Corinna Löbbert, Astrid Dinkel og Ingrid Meder for deres flid og engagement. Desuden takker forfatterne Tom Figiel for at have produceret billedmaterialet.
Materials
| Abdominal retractor | No Company Name available | No Catalog Number available | |
| Aortic clamp, straight | Firma Martin | No Catalog Number available | |
| Arterial Blood Sampler Aspirator (safePICOAspirator) 1.5 mL | Radiometer Medical ApS | 956-622 | |
| Atropine (Atropinsulfat 0.5 mg/1 mL) | B.Braun | 648037 | |
| Backhaus clamp | Bernshausen | BF432 | |
| Bipolar forceps, 23 cm | SUTTER | 780222 SG | |
| Bowl 5 L, 6 L, 9 L | Chiru-Instrumente | 35-114327 | |
| Braunol Braunoderm | B.Braun | 3881059 | |
| Bulldog clamp | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Button canula | Krauth + Timmermann GmbH | 1464LL1B | |
| Calcium gluconate (2.25 mmol/10 mL (10%)) | B.Braun | 2353745 | |
| Cell Saver (Autotransfusion Reservoir) | Fresenius Kabi AG | 9108471 | |
| Central venous catheter 7Fr., 3 Lumina, 30 cm 0.81 mm | Arrow | AD-24703 | |
| Clamp | INOX | B-17845 / BH110 / B-481 | |
| Clamp | Aesculap | AN909R | |
| Clamp, 260 mm | Fehling Instruments GMbH &Co.KG | ZAU-2 | |
| Clip Forceps, medium | Ethicon | LC207 | |
| Clip forceps, small | Ethicon | LC107 | |
| CPDA-1 solution | Fresenius Kabi AG | 41SD09AA00 | |
| Custodiol (Histidin-Tryptophan-Ketogluterat-Solution) | Dr.Franz Köhler Chemie GmbH | 2125921 | |
| Dissecting scissors | LAWTON 05-0641 | No Catalog Number available | |
| Dissecting scissors, 180 mm | Metzenbaum | BC606R | |
| Endotracheal tube 8.0 mm | Covetrus | 800764 | |
| Epinephrine (Adrenalin 1:1000) | InfectoPharm | 9508734 | |
| Falcon Tubes 50ml | Greiner | 227 261 L | |
| Femoralis clamp | Ulrich | No Catalog Number available | |
| Fentanyl 0.1mg | PanPharma | 00483 | |
| Forceps, anatomical | Martin | 12-100-20 | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD052R | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD032R | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD240R | |
| Forceps, surgical | Bernshausen | BD 671 | |
| Forceps, surgical | INOX | B-1357 | |
| G40 solution | Serag Wiessner | 10755AAF | |
| Gelafundin ISO solution 40 mg/mL | B. Braun | 210257641 | |
| Guidewire with marker | Arrow | 14F21E0236 | |
| Haemostatic gauze ("Tabotamp" 5 x 7.5 cm) | Ethicon | 474273 | |
| Heparin sodium 25,000IE | Ratiopharm | W08208A | |
| Hico-Aquatherm 60 | Hospitalwerk | No Catalog Number available | |
| Infusion Set Intrafix | B.Braun | 4062981 L | |
| Intrafix SafeSet 180 cm | B.Braun | 4063000 | |
| Introcan Safety, 18 G | B.Braun | 4251679-01 | |
| Isofluran CP | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| Large-bore venous catheter, 7Fr. | Edwards Lifesciences | I301F7 | |
| Ligaclip, medium | Ethicon | LT200 | |
| Ligaclip, small | Ethicon | LT100 | |
| Material scissors | Martin | 11-285-23 | |
| Methylprednisolone (Urbason solubile forte 250 mg) | Sanofi | 7823704 | |
| Monopolar ERBE ICC 300 | Fa. Erbe | No Catalog Number available | |
| NaCl solution (0.9%) | Baxter | 1533 | |
| Needle holder | Aesculap | BM36 | |
| Needle holder | Aesculap | BM035R | |
| Needle holder | Aesculap | BM 67 | |
| Neutral electrode | Erbe Elektromedizin GmbH Tübingen | 21191 – 060 | |
| Norepinephrine (Sinora) | Sintetica GmbH | 04150124745717 | |
| Omniflush Sterile Filed 10 mL | B.Braun | 3133335 | |
| Original Perfusorline 300 cm | B.Braun | 21E26E8SM3 | |
| Overhold clamp | INOX | BH 959 | |
| Overhold clamp | Ulrich | CL 2911 | |
| Pentobarbital sodium(Release 500 mg/mL) | WDT, Garbsen | 21217 | |
| Perfusers | B.Braun | 49-020-031 | |
| Perfusor Syringe 50 mL | B.Braun | 8728810F | |
| Petri dishes 92 x 17 mm | Nunc | 150350 | |
| Poole Suction Instrument Argyle flexibel | Covidien, Mansfield USA | 20C150FHX | |
| Potassium chloride (7.45%) | B.Braun | 4030539078276 | |
| Pressure measurement set | Codan pvb Medical GmbH | 957179 | |
| Propofol (1%) | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| S-Monovette 2.6 mL K3E | Sarstedt | 04.1901 | |
| S-Monovette 2.9 mL 9NC | Sarstedt | 04.1902 | |
| S-Monovette 7.5 mL Z-Gel | Sarstedt | 11602 | |
| Sartinski clamp | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Scalpel No.11 | Feather Safety Razor Co.LTD | 02.001.40.011 | |
| Scissors | INOX | BC 746 | |
| Seldinger Arterial catheter | Arrow | SAC-00520 | |
| Sodium bicarbonate (8.4%) | B.Braun | 212768082 | |
| Sterilization Set ("ProSet Preparation Kit CVC") | B.Braun | 4899719 | |
| Sterofundin ISO solution | B.Braun | No Catalog Number available | |
| Suction | Dahlhausen | 07.068.25.301 | |
| Suction Aesculap Securat 80 | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Suction catheter | ConvaTec | 5365049 | |
| Sultamicillin (Unacid: 2000 mg Ampicillin/1000 mg Sulbactam) | Pfizer | DL253102 | |
| Suprapubic urinary catheter, "bronchialis", 50 cm | ConvaTec | UK 1F02772 | |
| Suprasorb ("Toptex lite RK") | Lohmann & Rauscher | 31654 | |
| Suture Vicryl 3-0 | Ethicon | VCP 1218 H | |
| Suture Vicryl 4-0 | Ethicon | V392H | |
| Suture, Prolene 4-0 | Ethicon | 7588 H | |
| Suture, Prolene 5-0, double armed | Ethicon | 8890 H | |
| Suture, Prolene 5-0, single armed | Ethicon | 8720 H | |
| Suture, Prolene 6-0, double armed | Ethicon | 7230 H | |
| Suture, Prolene 6-0, single armed | Ethicon | EH 7406 H | |
| Suture, Prolene: blau 3-0 | Ethicon | EH 7499H | |
| Suture, Safil 2/0 | Aesculap | C 1038446 | |
| Suture, Terylene 0 | Serag Wiessner | 353784 | |
| Syringe 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL | B.Braun | 4606027V | |
| TransferSet "1D/X-double" steril 330 cm | Fresenius Kabi AG | 2877101 | |
| Ultrasound Butterfly IQ+ | Butterfly Network Inc. | 850-20014 | |
| Ventilator "Oxylog Dräger Fl" | Dräger Medical AG | No Catalog Number available | |
| Yankauer Suction | Medline | RA19GMD | |
| Zoletil 100 mg/mL (50 mg Zolazepam, 50 mg tiletamin) | Virbac | 794-861794861 |
Referências
- Zarrinpar, A., Busuttil, R. W. Liver transplantation: Past, present and future. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 10 (7), 434-440 (2013).
- Song, A. T., et al. Liver transplantation: Fifty years of experience. World Journal of Gastroenterology. 20 (18), 5363-5374 (2014).
- Jakubauskas, M., et al. Machine perfusion in liver transplantation: A systematic review and meta-analysis. Visceral Medicine. , (2021).
- Serifis, N., et al. Machine perfusion of the liver: A review of clinical trials. Frontiers in Surgery. 8, 625394 (2021).
- Ceresa, C. D. L., Nasralla, D., Pollok, J. -. M., Friend, P. J. Machine perfusion of the liver: Applications in transplantation and beyond. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 19 (3), 199-209 (2022).
- Schlegel, A., Muller, X., Dutkowski, P. Machine perfusion strategies in liver transplantation. Hepatobiliary Surgery and Nutrition. 8 (5), 490-501 (2019).
- Wenzel, N., Blasczyk, R., Figueiredo, C. Animal models in allogenic solid organ transplantation. Transplantology. 2 (4), 412-424 (2021).
- Kamada, N., Calne, R. Y. A surgical experience with five hundred thirty liver transplants in the rat. Surgery. 93 (1), 64-69 (1983).
- Oldani, G., Lacotte, S., Morel, P., Mentha, G., Toso, C. Orthotopic liver transplantation in rats. Journal of Visualized Experiments. (65), e4143 (2012).
- Yang, L., et al. A rat model of orthotopic liver transplantation using a novel magnetic anastomosis technique for suprahepatic vena cava reconstruction. Journal of Visualized Experiments. (133), e56933 (2018).
- Chen, X. -. C., et al. Reduced complications after arterial reconnection in a rat model of orthotopic liver transplantation. Journal of Visualized Experiments. (165), e60628 (2020).
- Qian, S. G., Fung, J. J., Demetris, A. V., Ildstad, S. T., Starzl, T. E. Orthotopic liver transplantation in the mouse. Transplantation. 52 (3), 562-564 (1991).
- Li, X., Wang, Y., Yang, H., Dai, Y. Liver and hepatocyte transplantation: What can pigs contribute. Frontiers in Immunology. 12, 802692 (2022).
- Reardon, S. First pig-to-human heart transplant: what can scientists learn. Nature. 601 (7893), 305-306 (2022).
- Garnier, H., et al. Liver transplantation in the pig: Surgical approach. Comptes Rendus Hebdomadaires des Seances de l’Academie des Sciences. Serie d: Sciences Naturelles. 260 (21), 5621-5623 (1965).
- Calne, R. Y., et al. Observations of orthotopic liver transplantation in the pig. British Medical Journal. 2 (5550), 478-480 (1967).
- Chalstrey, L. J., et al. Technique of orthotopic liver transplantation in the pig. The British Journal of Surgery. 58 (8), 585-588 (1971).
- Filipponi, F., Falcini, F., Benassai, C., Martini, E. Orthotopic liver transplant in pigs: Several variations of the surgical technic. Il Giornale di Chirurgia. 10 (7-8), 374-378 (1989).
- Spetzler, V. N., et al. Technique of porcine liver procurement and orthotopic transplantation using an active porto-caval shunt. Journal of Visualized Experiments. (99), e52055 (2015).
- Oldhafer, K. J., Hauss, J., Gubernatis, G., Pichlmayr, R., Spiegel, H. U. Liver transplantation in pigs: A model for studying reperfusion injury. Journal of Investigative Surgery. 6 (5), 439-450 (1993).
- Oldhafer, K. J., et al. Analysis of liver hemodynamics in severe ischemia and reperfusion injury after liver transplantation. Zentralblatt fur Chirurgie. 119 (5), 317-321 (1994).
- Vogel, T., et al. Successful transplantation of porcine liver grafts following 48-hour normothermic preservation. PLoS One. 12 (11), 0188494 (2017).
- Leal, A. J., et al. A simplified experimental model of large-for-size liver transplantation in pigs. Clinics. 68 (8), 1152-1156 (2013).
- Schiefer, J., et al. Regulation of histamine and diamine oxidase in patients undergoing orthotopic liver transplantation. Scientific Reports. 10 (1), 822 (2020).
- Esmaeilzadeh, M., et al. Technical guidelines for porcine liver allo-transplantation: A review of literature. Annals of Transplantation. 17 (2), 101-110 (2012).
- Oldhafer, F., et al. Supportive hepatocyte transplantation after partial hepatectomy enhances liver regeneration in a preclinical pig model. European Surgical Research. 62 (4), 238-247 (2021).
- Stockmann, M., et al. The LiMAx test: A new liver function test for predicting postoperative outcome in liver surgery. HPB. 12 (2), 139-146 (2010).
- Lapisatepun, W., Lapisatepun, W., Agopian, V., Xia, V. W. Venovenous bypass during liver transplantation: A new look at an old technique. Transplantation Proceedings. 52 (3), 905-909 (2020).
- Falcini, F., et al. Veno-venous bypass in experimental liver transplantation: portal-jugular versus caval-portal-jugular. Il Giornale di Chirurgia. 11 (4), 206-210 (1990).
- Copca, N., et al. Experimental liver transplantation on pigs — Technical considerations. Chirurgia. 108 (4), 542-546 (2013).
- Torres, O. J., et al. Hemodynamic alterations during orthotopic liver experimental transplantation in pigs. Acta Cirurgica Brasileria. 23 (2), 135-139 (2008).
- Canedo, B. F., et al. Liver autotransplantation in pigs without venovenous bypass: A simplified model using a supraceliac aorta cross-clamping maneuver. Annals of Transplantation. 20, 320-326 (2015).
- Battersby, C., Hickman, R., Saunders, S. J., Terblanche, J. Liver function in the pig. 1. The effects of 30 minutes’ normothermic ischaemia. The British Journal of Surgery. 61 (1), 27-32 (1974).
- Kaiser, G. M., Heuer, M. M., Frühauf, N. R., Kühne, C. A., Broelsch, C. E. General handling and anesthesia for experimental surgery in pigs. Journal of Surgical Research. 130 (1), 73-79 (2006).
- Oike, F., et al. Simplified technique of orthotopic liver transplantation in pigs. Transplantation. 71 (2), 328-331 (2001).
- Heuer, M., et al. Liver transplantation in swine without venovenous bypass. European Surgical Research. 45 (1), 20-25 (2010).
- Fondevila, C., et al. Step-by-step guide for a simplified model of porcine orthotopic liver transplant. The Journal of Surgical Research. 167 (1), 39-45 (2011).
