Uitgebreide hepatectomie van 78% in een chirurgisch muismodel
Summary
Het muismodel van gedeeltelijke 2/3 (66%) hepatectomie is goed beschreven in de literatuur, maar meer uitgebreide hepatectomieën die het klein-voor-grootte-syndroom na levertransplantatie nabootsen, zijn zelden gebruikt. We beschrijven een uitgebreide hepatectomieprocedure van 78% in een muismodel die resulteert in ongeveer 50% postoperatieve letaliteit bij gezonde muizen.
Abstract
Gedeeltelijke 2/3 hepatectomie bij muizen wordt gebruikt in onderzoek om het regeneratieve vermogen van de lever te bestuderen en de resultaten van leverresectie in een aantal ziektemodellen te onderzoeken. Bij de klassieke gedeeltelijke 2/3 hepatectomie bij muizen worden twee van de vijf leverkwabben, namelijk de linker- en mediane kwabben die ongeveer 66% van de levermassa vertegenwoordigen, en bloc verwijderd met een verwachte postoperatieve overleving van 100%. Agressievere gedeeltelijke hepatectomieën zijn technisch uitdagender en zijn daarom zelden bij muizen gebruikt. Onze groep heeft een muismodel ontwikkeld van een uitgebreide hepatectomietechniek waarbij drie van de vijf leverkwabben, waaronder de linker, mediane en rechter bovenkwabben, afzonderlijk worden verwijderd om ongeveer 78% van de totale levermassa te verwijderen. Deze uitgebreide resectie, bij verder gezonde muizen, laat een restlever achter die niet altijd een adequate en tijdige regeneratie kan ondersteunen. Het niet regenereren resulteert uiteindelijk in 50% postoperatieve letaliteit binnen 1 week als gevolg van fulminant leverfalen. Deze procedure van uitgebreide 78% hepatectomie bij muizen vertegenwoordigt een uniek chirurgisch model voor de studie van het small-for-size-syndroom en de evaluatie van therapeutische strategieën om leverregeneratie en resultaten te verbeteren in de setting van levertransplantatie of uitgebreide leverresectie voor kanker.
Introduction
Chirurgische leverresectiemodellen van muizen en ratten, voor het eerst beschreven in 1931, zijn de meest voorkomende experimentele modellen die worden gebruikt om de moleculaire basis van leverregeneratie te bestuderen. Ze kunnen ook nuttig zijn in translationeel wetenschappelijk onderzoek om strategieën te testen en te ontwikkelen om de resultaten te verbeteren na uitgebreide leverresectie of transplantatie van suboptimale levertransplantaten 1,2,3,4. Gedeeltelijke hepatectomieën (PH) bij muizen omvatten de verwijdering van ongeveer 2/3 (66%) van de totale levermassa (TLM), die, wanneer uitgevoerd bij gezonde dieren, uitzonderlijke resultaten opleveren5. De procedure is van korte duur, gemakkelijk reproduceerbaar vanwege weinig variatie in de anatomie van de lever van muizen, en de postoperatieve overleving nadert doorgaans 100%1.
Gedeeltelijke 2/3 hepatectomie die de resectie van de linkerkwab (LL) en mediane kwab (ML) omvat, zorgt ervoor dat de resterende lobben relatief ongehinderd kunnen regenereren door lobaire ontsteking of beperking van de in- en uitstroom van de lever. Integendeel, een verhoogde portale veneuze stroom en vervolgens schuifspanning op sinusoïdale endotheelcellen in de lever na PH resulteren in een aanhoudende opregulatie van de expressie van endotheliale stikstofmonoxidesynthase (eNOS) en de daaropvolgende afgifte van stikstofmonoxide (NO), die bijdragen aan de voorbereiding van hepatocyten op proliferatie en leverregeneratie3. Resultaten die vaak worden bestudeerd na 2/3 PH in ziektemodellen zoals niet-alcoholische leververvetting of in specifieke genetische achtergronden, zijn onder meer het risico op acuut leverfalen, kwalitatieve en kwantitatieve metingen van het regeneratieve vermogen van de lever en andere biologische reacties op stress of traumatisch letsel 1,3.
Een muismodel dat functioneel of anatomisch klein-voor-grootte-syndroom nabootst, zoals het optreedt na uitgebreide leverresectie voor kanker of transplantatie van marginale (steatose of verlengde ischemische tijd) of gedeeltelijke (gespleten of van levende donorlever) levertransplantaten, moet echter nog goed ingeburgerd zijn. Om aan deze behoefte te voldoen, zijn modellen van uitgebreidere leverresecties nodig die verder gaan dan het behoud van een minimale (en functionele) levermassa om het klein-voor-grootte leversyndroom en de verhoogde mortaliteit die met dit syndroom gepaard gaat te modelleren 6,7.
De anatomie van de lever van muizen vertoont minimale variatie. De lever van muizen bestaat uit vijf lobben, die elk het volgende percentage van de totale levermassa vertegenwoordigen: linkerkwab (LL; 34,4 ± 1,9%), mediane kwab (ML; 26,2 ± 1,9%), rechter bovenste (ook wel rechter superieur genoemd) kwab (RUL; 16,6 ± 1,4%), rechter onderste (ook wel rechter inferieur genoemd) kwab (RLL; 14,7 ± 1,4%) en caudatus kwab (CL, 8,1 ± 1,0%)1, 5. okt. Elke lob wordt gevoed door een portale triade, waaronder een tak van de leverslagader, een tak van de poortader en een galweg5. Historisch gezien werden verschillende technieken beschreven om een 2/3 PH uit te voeren door de LL en de ML te resectieren. Deze omvatten 1) de klassieke techniek die bestaat uit een enkele ligatuur en bloc aan de basis van elk van de gereseceerde lobben; 2) de hemostatische cliptechniek, met behulp van titanium clips die aan de basis van de gereseceerde lobben worden aangebracht; 3) een vatgeoriënteerde parenchymconserverende techniek, waarbij gebruik wordt gemaakt van doordringende hechtingen proximaal van de klem; en 4) een vatgeoriënteerde microchirurgische techniek, waarbij de takken van de poortader en de leverslagader worden afgebonden voorafgaand aan lobresectie1. Hoewel elke techniek relatieve sterke en zwakke punten heeft, levert geen enkele een hogere dodelijkheid op 1,8,9.
In deze studie presenteren we een nieuwe methode voor een verlengde PH van 78% bij muizen. In dit model worden drie van de vijf leverkwabben, waaronder de LL, ML en RUL, afzonderlijk verwijderd met behulp van een ligatuurtechniek (Figuur 1). Deze procedure resulteert in de resectie van ongeveer 78% (77,2 ± 5,2%) van de totale levermassa. Onze keuze om de LL en ML afzonderlijk te verwijderen, en niet “en bloc” zoals in de klassieke PH-techniek, minimaliseert complicaties die gepaard gaan met en bloc resectie van deze twee lobben, zoals suprahepatische vena cava-stenose en verhoogd risico op necrose van de resterende lobben wanneer de enkele ligatuur te dicht bij de vena cavawordt aangebracht 1, 10,11,12,13,14. Dit is van cruciaal belang voordat u overgaat naar de laatste stap van deze procedure om de RUL te verwijderen. Deze uitgebreide hepatectomie bij 8-12 weken oude, wildtype C57BL/6 muizen veroorzaakt 50% dodelijkheid binnen 1 week na de operatie als gevolg van mislukte leverregeneratie die fulminant leverfalen veroorzaakt 15,16. Dit muismodel van verhoogde letaliteit na uitgebreide hepatectomie van 78% recapituleert op passende wijze de pathofysiologie van het small-for-size-syndroom en maakt de ontwikkeling en het testen van nieuwe strategieën mogelijk om de resultaten te verbeteren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Om met succes een uitgebreide hepatectomie van 78% uit te voeren die 50% dodelijkheid bij muizen veroorzaakt, is het van cruciaal belang dat elke leverkwab nauwkeurig wordt verwijderd. Dit niveau van competentie en precisie kan alleen worden bereikt als de procedure herhaaldelijk wordt uitgevoerd. De trainingscurve varieert tussen operators, maar vereist doorgaans 3-6 maanden oefening. Een leverresectie die minder dan 78% van de TLM verwijdert, zou resulteren in hogere overlevingskansen, terwijl een leverresectie die mee…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door NIH R01-beurzen DK063275 en HL086741 aan CF. PB en TA ontvangen een NRSA-fellowship van de NHLBI T32-trainingsbeurs HL007734.
Materials
| 2 x 2 Gauze | Covidien | 2146 | Surgery: dissection |
| 5-O Nylon Monofilament Suture | Oasis | 50-118-0631 | Surgery: Skin closure |
| 5-O Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-50 | Surgery: liver lobe ligation |
| 5-O Vicryl Suture | Ethicon | NC9335902 | Surgery: Abdominal wall closure |
| Addson Forceps | Braintree Scientific | FC028 | Surgery: dissection |
| Alcohol Swabs (2) | BD | 326895 | Disinfectant |
| Buprenorphine Extended Release Formulation | Zoopharm | N/A | Analgesia |
| Cordless Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9868-14 | Shaving |
| Curved Forceps | Braintree Scientific | FC0038 | Surgery: dissection |
| Hemostat | Braintree Scientific | FC79-1 | Surgery: dissection |
| Isoflurane Inhalant Anesthetic | Patterson Veterinary | RXISO-250 | General Anesthesia |
| Magnet Fixator (2-slot) (2) | Braintree Scientific | ACD-001 | Surgery: to hold small retractors |
| Magnet Fixator (4-slot) | Braintree Scientific | ACD-002 | Surgery: to hold small retractors |
| Microscissors | Braintree Scientific | SC-MI 151 | Surgery: dissection |
| Operating tray | Braintree Scientific | ACD-0014 | Surgery: for establishment of surgical field |
| Povidone Iodine 10% Swabstick (2) | Medline | MDS093901ZZ | Disinfectant |
| Scalpel (15-blade) | Aspen Surgical Products | 371615 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Curved) | Braintree Scientific | SC-T-406 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Straight) | Braintree Scientific | SC-T-405 | Surgery: dissection |
| Small Cotton-Tipped Applicators | Fisher Scientific | 23-400-118 | Surgery: dissection |
| Tissue Forceps (Straight x2) | Braintree Scientific | FC1001 | Surgery: dissection |
| Warming Pad (18" x 26") | Stryker | TP 700 | Warming |
| Warming Pad Pump | Stryker | TP 700 | Warming |
| Wire Handle Retractor (2) | Braintree Scientific | ACD-005 | Surgery: to facilitate exposure of peritoneal cavity |
| Xenotec Isoflurane Small Animal Anesthesia System | Braintree Scientific | EZ-108SA | General Anesthesia: Contains Isoflurane vaborizer & console, Induction chamber, Regulator/Hose, Facemask (M) |
Referências
- Martins, P. N., Theruvath, T. P., Neuhaus, P. Rodent models of partial hepatectomies. Liver Int. 28 (1), 3-11 (2008).
- Higgins, G., Anderson, R. Experimental pathology of the liver I. Restoration of the liver of the white rat following partial surgical removal. Arch Pathol. 12, 186-202 (1931).
- Koniaris, L. G., McKillop, I. H., Schwartz, S. I., Zimmers, T. A. Liver regeneration. J Am Coll Surg. 197 (4), 634-659 (2003).
- Fausto, N., Campbell, J. S., Riehle, K. J. Liver regeneration. Hepatology. 43 (2), S45-S53 (2006).
- Inderbitzin, D., et al. Magnetic resonance imaging provides accurate and precise volume determination of the regenerating mouse liver. J Gastrointest Surg. 8 (7), 806-811 (2004).
- Clavien, P. A., et al. What is critical for liver surgery and partial liver transplantation: size or quality. Hepatology. 52 (2), 715-729 (2010).
- Dahm, F., Georgiev, P., Clavien, P. A. Small-for-size syndrome after partial liver transplantation: definition, mechanisms of disease and clinical implications. Am J Transplant. 5 (11), 2605-2610 (2005).
- Hori, T., et al. Simple and reproducible hepatectomy in the mouse using the clip technique. World J Gastroenterol. 18 (22), 2767-2774 (2012).
- Kamali, C., et al. Extended liver resection in mice: state of the art and pitfalls-a systematic review. Eur J Med Res. 26 (1), 6 (2021).
- Mitchell, C., Willenbring, H. A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 3 (7), 1167-1170 (2008).
- Borowiak, M., et al. Met provides essential signals for liver regeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (29), 10608-10613 (2004).
- Boyce, S., Harrison, D. A detailed methodology of partial hepatectomy in the mouse. Lab Anim (NY). 37 (11), 529-532 (2008).
- Greene, A. K., Puder, M. Partial hepatectomy in the mouse: technique and perioperative management. J Invest Surg. 16 (2), 99-102 (2003).
- Mitchell, C., Willenbring, H. Erratum: A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 9 (6), 1532 (2014).
- Studer, P., et al. Significant lethality following liver resection in A20 heterozygous knockout mice uncovers a key role for A20 in liver regeneration. Cell Death Differ. 22 (12), 2068-2077 (2015).
- Longo, C. R., et al. A20 protects mice from lethal radical hepatectomy by promoting hepatocyte proliferation via a p21waf1-dependent mechanism. Hepatology. 42 (1), 156-164 (2005).
- Michalopoulos, G. K., DeFrances, M. C. Liver regeneration. Science. 276 (5309), 60-66 (1997).
- Diehl, A. M., Rai, R. M. Liver regeneration. 3. Regulation of signal transduction during liver regeneration. FASEB J. 10 (2), 215-227 (1996).
- . A comparison of selected organ weights and clinical pathology parameters in male and female CD-1 and CByB6F1 hybrid mice 12-14 weeks in age Available from: https://www.criver.com/sites/default/files/resources/doc_a/AComparisonofSelectedOrganWeightsandClinicalPathologyParametersinMaleandFemaleCD-1andCByB6F1HybridMice12-14WeeksinAge.pdf (2023)
- CD-1® IGS mouse. Charles River Laboratories Available from: https://www.criver.com/products-services/find-model/cd-1r-igs-mouse?region=3611 (2023)
- C57BL/6J mouse organ weight. The Jackson Laboratory Available from: https://www.jax.org/de/-/media/jaxweb/files/jax-mice-and-services/b6j-data-summary.xlsx (2023)
- Inderbitzin, D., et al. Regenerative capacity of individual liver lobes in the microsurgical mouse model. Microsurgery. 26 (6), 465-469 (2006).
- Zhou, X., et al. L-carnitine promotes liver regeneration after hepatectomy by enhancing lipid metabolism. J Transl Med. 21 (1), 487 (2023).
- Linecker, M., et al. Omega-3 fatty acids protect fatty and lean mouse livers after major hepatectomy. Ann Surg. 266 (2), 324-332 (2017).
- Haber, B. A., et al. High levels of glucose-6-phosphatase gene and protein expression reflect an adaptive response in proliferating liver and diabetes. J Clin Invest. 95 (2), 832-841 (1995).
- Rickenbacher, A., et al. Arguments against toxic effects of chemotherapy on liver injury and regeneration in an experimental model of partial hepatectomy. Liver Int. 31 (3), 313-321 (2011).
- Aravinthan, A. D., et al. The impact of preexisting and post-transplant diabetes mellitus on outcomes following liver transplantation. Transplantation. 103 (12), 2523-2530 (2019).
- Gonzalez, H. D., Liu, Z. W., Cashman, S., Fusai, G. K. Small for size syndrome following living donor and split liver transplantation. World J Gastrointest Surg. 2 (12), 389-394 (2010).
- Mahmud, N., et al. Risk prediction models for post-operative mortality in patients with cirrhosis. Hepatology. 73 (1), 204-218 (2021).
- Kooby, D. A., et al. Impact of steatosis on perioperative outcome following hepatic resection. J Gastrointest Surg. 7 (8), 1034-1044 (2003).
- Ma, K., et al. A mesenchymal-epithelial transition factor-agonistic antibody accelerates cirrhotic liver regeneration and improves mouse survival following partial hepatectomy. Liver Transpl. 28 (5), 782-793 (2022).
- Hori, T., et al. Simple and sure methodology for massive hepatectomy in the mouse. Ann Gastroenterol. 24 (4), 307-318 (2011).
- Ramsey, H. E., et al. A20 protects mice from lethal liver ischemia/reperfusion injury by increasing peroxisome proliferator-activated receptor-alpha expression. Liver Transpl. 15 (11), 1613-1621 (2009).
- Arvelo, M. B., et al. A20 protects mice from D-galactosamine/lipopolysaccharide acute toxic lethal hepatitis. Hepatology. 35 (3), 535-543 (2002).
