Marginella transplantat, till exempel fet lever, transplantat från äldre donatorer, eller levrar hämtas efter hjärtdöd (DCD) tolererar konventionell, kalla statisk lagring endast dåligt. Vi utvecklade en ny modell av subnormothermic ex vivo leverperfusion för konservering, bedömning och reparation av marginella levertransplantat före transplantation.
Framgången för levertransplantation har lett till en dramatisk organbrist. I de flesta transplantationsområden 20-30% av patienter på väntelistan för levertransplantation dö utan att få en organtransplantation eller avnoteras för sjukdomsutveckling. En strategi för att öka donatorpoolen är användningen av marginella transplantat, till exempel fet lever, transplantat från äldre donatorer, eller donation efter hjärtdöd (DCD). Den nuvarande bevara tekniken med kall statisk lagring endast dåligt tolereras av marginella levrar som resulterar i betydande organskada. Dessutom tar kallt statisk organförvaring inte tillåta bedömning eller reparation före transplantation transplantat.
Dessa brister i kallt statiska konservering har utlöst ett intresse för varmt perfusion organpreservation att minska kall ischemisk skada, bedöma levertransplantat under konservering, och utforska möjligheten att reparera marginella levrar före transplantation. De optimala pressäker och flödesförhållanden, perfusion temperatur, sammansättning perfusionslösningen och behovet av en syrebärare har varit kontroversiell i det förflutna.
Trots lovande resultat i flera djurstudier har komplexiteten och kostnaderna förhindrat en bredare klinisk tillämpning hittills. Nyligen, med förbättrad teknik och en bättre förståelse av lever fysiologi under ex vivo perfusion resultatet av varma leverperfusion har förbättrats och genomgående goda resultat kan uppnås.
Denna uppsats kommer att ge information om lever hämtning, lagringsteknik, och isolerade leverperfusion hos grisar. Vi kommer att illustrera a) kraven för att säkerställa tillräcklig syretillförsel till organet, b) tekniska överväganden om perfusion maskin och perfusionslösningen, och c) biokemiska aspekter av isolerade organ.
Levertransplantation är den enda behandlingsalternativ för patienter med terminal leversvikt eller avancerad levercellscancer. För de senaste 25 åren har antalet väntande listkandidater successivt ökat och överstiger antalet tillgängliga transplantat. Antalet hjärtat slår donatorer har minskat under det senaste decenniet. Samtidigt har antalet marginella transplantat, såsom donation efter hjärtdöd (DCD), samt gamla och fet lever ökade 1,2.
Marginal transplantat ofta minskade för levertransplantation på grund av den högre risken för primär transplantat icke eller fördröjd funktion. I DCD transplantat, ett särskilt problem utveckling av ischemisk typ gallan strikturer (ITBS). Med den konventionella statiska kall konservering teknik ITBS uppträder hos omkring 10-40% av DCD transplantat. Hos majoriteten av patienter, leder ITBS att re-transplantation eller patientens död. Speciellt långa varma och kalla ischemiska tider är riskenfaktorer för ITBS 3-7. Donator ålder, genetiska anlag (såsom CCR5 delta 32), och valet av bevarandet lösning har också diskuterats som extra riskfaktorer 7-10. Partiell microthrombosis av peribiliary fartyg har föreslagits som potentiell mekanism för ITBS efter levertransplantation med DCD transplantat 11.
Före klinisk introduktion av levertransplantation, har ex vivo lever perfusioner använts för att studera metabolism i levern och fysiologi 12,13. Efter levertransplantation funnit sin väg in i klinisk miljö på 1960-talet har otaliga försök gjorts att använda ex vivo leverperfusion som en konserveringsmetod genom att härma fysiologiska nutrition och syresättningsförhållanden. Dess användbarhet för bevarandet av marginella transplantat har undersökts under det senaste decenniet, men det nådde inte standard klinisk vård. Vi beskrev nyligen en minskning av gallgången skada i DCD levertransplantation genom ex vivo perfusion konservering 14. Olika synsätt angående perfusionslösningen gjordes. Urvalet sträcker sig från cellulära lösningar som helblod från donatordjuret eller packade röda blodkroppar i kombination med human plasma, till acellulära metoder såsom maskin University of Wisconsin-lösning, IGL lösning eller Steen lösning 14-19.
Temperaturen varierar från 4 till 37 ° C 20. Nomenklaturen i hypotermi, subnormothermic och normotermisk är mycket varierande och inkonsekvent. Alla olika tekniker, lösningar och temperaturinställningar syftar till 1) stabila perfusion, 2) tillräcklig syresättning och 3) återupprättande av organfunktion. En kapacitet förbättrad bevarande samt förmåga bedömning och behandling orgel under normotermisk och subnormothermic perfusion ansikten högre teknisk komplexitet och kostnader jämfört med hypotermi perfusion 20,21.
Vi har utvecklat en subnormothermic ex vivo leverperfusion systemet under de senaste 4 åren. Systemet kan användas för att 1) "ladda" leverns energiinnehåll, 2) att bedöma transplantatet kvalitet, samt 3) reparera marginella levrar före transplantation. Följande protokoll innehåller all information för en stabil lever perfusion.
I en gris modell som efterliknar DCD levertransplantation visade vi att subnormothermic leverperfusion med cellulära perfusion lösning resulterar i stabila perfusion parametrar, minimal hepatocyte skador och aktiv metabolism i levern. Vår subnormothermic perfusion inrättades har visat att återvinna en hepatocellulär homeostas och metabolism. Glykogen lagring är återställd och metaboliter kasseras.
Ex vivo leverperfusion som konservering teknik ger för första gången möjlighet att bedöma markörer för transplantatfunktion och skada under organsparande och före transplantation. Bredvid makroskopisk utvärdering av transplantat perfusion homogenitet, flödesvärden ger en bra indikator på transplantatet lönsamhet och omfattningen av den ischemisk skada den lidit tidigare 29. Syreförbrukning och galla produktion är markörer för metabolisk funktion. Nivåer av leverenzymer som ASAT kan användas till såSess graden och dynamik hepatocellulär skada 30. Denna ingående bedömning transplantat kan tillåta en pålitlig diskriminering mellan transplanterbara och icke-transplanterbara marginella organ.
Vi valde en subnormothermic temperatur av 33 ° C i våra perfusionssystemet eftersom temperaturen är tillräcklig för att tillåta metabolismen samt ATP och glykogensyntes. Samtidigt ger det en minskad syre jämfört med normoterma perfusion inställningar som ger extra säkerhet mot ischemisk skada. I allmänhet har perfusion temperaturer över 30 ° C visar att minimera kalla ischemisk skada och ger tillräcklig metabolisk aktivitet 31.
I motsats till andra grupper, vi använde helblod som perfusat, men ett Normo-osmotisk albuminlösning (Steen) med tvättade och filtrerade röda blodkroppar. Genom att utesluta plasmakomponenter samt trombocyter och leukocyter, är de perfusionslösningenundertecknad för att minimera pro-inflammatorisk signalering under ex vivo perfusion.
Utöver bedömningen transplantat, stabila perfusion under flera timmar tillåta behandling transplantat. Många molekyler har visat sig minska reperfusionsskada under experimentella förhållanden 32. Däremot har nästan ingen behandlingsregim gjort sin väg in i klinisk praxis, men ändå. En orsak tycks vara bristen på möjligheter att tillämpa dessa behandlingar under frysningen. En metaboliskt aktiva lever på en ex vivo perfusion systemet är optimalt för att tillämpa någon form av behandling. I detta avseende, för att inte bara behandlingar lindrar reperfusion villkor som dämpning av Kupffer cellsaktivitet eller sophantering av reaktiva syreradikaler är tänkbara utan även behandlingar som genterapi för att påverka transplantat, t.ex. mot hepatit C återfall. Andra potentiella strategier kan omfatta minskning på steatos under ex vivo perfusionperioden 33.
Sammanfattningsvis är ex vivo leverperfusion en ny strategi för att minimera kalla ischemisk skada och att bedöma marginella levertransplantat före levertransplantation. Den ex vivo perfusion inställning ger unik möjlighet att reparera och konditions transplantat före transplantation.
The authors have nothing to disclose.
Studien har finansierats genom forskningsanslag från Roche Organ Transplant Research Foundation (ROTRF) och Astellas. Markus Selzner stöddes av en ASTS Career Development Award. Matthias Knaak stöddes av Astellas Research stipendium. Vi tackar Uwe Mummenhoff och Birmingham familj för deras generösa stöd.
circuit | Maquet (Hirrlingen, GER) | custom made | main reservoir (3L, 3/8" outflow) |
– | portal reservoir (1.5L, 1/4", outflow) | ||
– | centrifugal pump | ||
– | oxygenator | ||
– | leukocyte filter | ||
tubing (1/4" x 1/16") | Raumedic (Helmbrechts, GER) | MED7506 | |
tubing (3/8" x 3/32") | Raumedic (Helmbrechts, GER) | MED7536 | |
tubing connectors | Raumedic (Helmbrechts, GER) | various sizes | |
dialysis filter, Optiflux F160NR | Fresenius Medical Care (Waltham, MA) | F160NR | |
STEEN solution | XVIVO (Göteborg, SWE) | 19004 | 2L |
dialysis acid concentrate A | Baxter (Mississauga, ON) | D12188M | 45ml |
amino acid, Travasol 10% | Baxter (Mississauga, ON) | JB6760 | 100ml |
Sodium Pyruvate | Sigma-Aldrich (St. Louis, MO) | P2256 | 1.1g |
Heparin | Sandoz Canada Inc (Toronto, ON) | 10750 | 40000 iU |
Calcium Gluconate | Pharmaceutical Partners of Canada (Richmond Hill, ON) | C31110 | 10mg |
fast acting Insulin | various vendors | 1000 iU | |
Cefazoline | various vendors | 1g | |
Metronidazole | Baxter (Mississauga, ON) | JB3401 | 500mg |