Transplantation av pulmonell ventil med hjälp av en musmodell av Heterotopisk hjärttransplantation

Summary

För att förstå de cellulära och molekylära mekanismer som ligger bakom neotissue bildning och stenos utveckling inom vävnadstekniska hjärtklaffar, var en murin modell av heterotopisk hjärtklaffen transplantation utvecklas. En pulmonell hjärtklaff transplanterades till mottagare med hjälp av heterotopisk hjärttransplantation teknik.

Abstract

Vävnadstekniska hjärtklaffar, speciellt decellularized ventiler, börjar ta fart i klinisk användning av rekonstruktiv kirurgi med blandade resultat. Men de cellulära och molekylära mekanismerna i neotissue utveckling, ventil förtjockning, och stenos utveckling inte forskat utförligt. För att besvara ovanstående frågor, vi utvecklat en mus heterotop hjärtklaff transplantation modell. En hjärtklaff skördades från en ventil donator mus och transplanteras till en hjärt donator mus. Hjärtat med en ny ventil transplanterades heterotopiskt till en mottagare mus. Den transplanterade hjärta visade sin egna hjärtslag, oberoende av mottagarens hjärtslag. Blodflödet kvantifierades med hjälp av högfrekvent ultraljudssystem med en pulsad doppler. Flödet genom implanterade lungventilen visade fram flöde med minimal uppstötningar och toppflödet till nära 100 mm / sek. Denna musmodell av hjärtklaff transplantation är highly mångsidiga, så att den kan modifieras och anpassas för att ge olika hemodynamiska miljöer och / eller kan användas med olika transgena möss för att studera neotissue utveckling i en vävnadsteknisk hjärtklaff.

Introduction

Medfödda kardiovaskulära defekter är en av de främsta orsakerna till barnadödligheten i västvärlden ^1,2. Bland dem, lungklaffen stenos och bicuspid aortaklaffdefekter är en ofta förekommande form ^3. Hjärtklaff ersätta kirurgi är ett rutin val av rekonstruktiv kirurgi; Men komplikationer inklusive stenos och förkalkning av hjärtklaffen, och livslångt beroende av antikoagulantia är en betydande källa till kronisk ohälsa och död ^4-7. Dessutom är bristen på tillväxtpotentialen kräver översyn operationer, vilket ytterligare ökar dödligheten för dessa unga patienter ^4,8,9.

I ett försök att utveckla en funktionell ersättning hjärtklaff med tillväxtpotential, Shinoka et al. Ympade autologa celler på en bionedbrytbar syntetisk hjärtklaff ^8. Den syntetiska ventil omvandlas till en infödd hjärtklaff liknande struktur med tillväxt potentioal. Preliminära stora djurstudier visat att det är möjligt att använda denna metod för att skapa en fungerande hjärtklaff ^10. Men långtids implantation studier visade dålig hållbarhet på grund av progressiv förtjockning av ventil neotissue vilket resulterar i förträngning av hjärtklaffen. Arbeta från Sodian et al. Använde Shinoka metoden, men till slut ersatte matrisen PGA med en biologiskt nedbrytbar elastomer, som gav de biomekaniska egenskaperna hos vävnadstekniska ventil konstruera en mer fysiologisk profil ^9,11,12. I in vivo-studie, trots en framgångsrik implantation, ett sammanflytande endotelcell foder bildades inte som skulle kunna begränsa den långsiktiga framgången för denna byggnadsställning ^12.

För att rationellt utforma en förbättrad andra generationens syntetiska hjärtklaff, var en musmodell av hjärtklaff transplantation skapats för att undersöka de cellulära och molekylära mekanismer underlying neotissue bildning, ventil förtjockning, och stenos utveckling. Murina modeller erbjuder ett brett spektrum av molekylära reagenser, inklusive transgena, vilket inte är lätt tillgängliga i annan art ^7. I detta hjärtklaff transplantation modell, var en ex vivo syngena pulmonell hjärtklaff ersättning utförs först; och sedan hjärtat med den implanterade hjärtklaffen implanterades heterotopiskt in en syngent värd med hjälp av en mikrokirurgisk teknik. Modellen gör det möjligt att byta ut klaffen hjärta utan behov av hjärt-bypass.

I detta papper, en detaljerad förklaring av en hjärtklaff skörd, är donator hjärtpreparat, hjärtklaffstransplantation och heterotop hjärttransplantation beskriven. Resultaten visade en kontinuerlig hjärtslag från donatorn hjärtat, som var oberoende av mottagarens hjärtslag. Blodflödet genom den implanterade lungventilen mättes med användning av en högfrekvent ultraljudssystem med en pulsad våg Görppler.

Protocol

OBS: Alla animaliska förfaranden godkändes av Nationwide barnsjukhuset Institutional Animal Care och användning kommittén. 1. Lung hjärtklaff Harvest från en hjärtklaff Donator Mouse Autoklavera alla kirurgiska verktyg innan operationen: 1x fina saxar, 3x mikro pincett, 2x mikrokärlklämmor, 1x klämma tillämpar pincett, 1x micro nål, 1x våren sax, 1x upprullningsdon. En 6-8 veckor gamla C57BL / 6 mus används som ett lunghjärtklaffdonator. Ta bort musen frå…

Representative Results

Figur 1 illustrerar schemabild av ventilen transplantationsmodell hjärtat med hjälp av heterotopisk hjärttransplantation. Den hjärtklaff skördades från en donator hjärta och implanteras på ett hjärta från en andra donator mus. Då hjärtat med den nya hjärtklaff implanterades på buken av en mottagare mus. Figur 2 visar en illustration av det implanterade hjärtat på bukhålan (A), direkt efter hjärttransplantation (B), och 5 min efter tran…

Discussion

Dödligheten i denna procedur är nära 20%, vilket till största delen berodde på blödning vid transplantation platsen PV och anastomos på givarens aorta till mottagaren bukaorta. I de flesta fall minskar dödligheten signifikant 48 h efter kirurgi. Överlevnads möss visade kraftiga hjärtslag och blodflödet genom implanterade PV. Hela processen tar fyra timmar för en erfaren mikro kirurg. Det kommer att ta ungefär 250 möss för att behärska tekniken. Den heterotopisk hjärttransplantation är relativt enkelt …

Materials

DPBS	gibco	14190-144
Microscope	Leica	M80
C57BL/6J (H-2b), Female	Jackson Laboratories	664	8-12 weeks
Ketamine Hydrochloride Injection	Hospira Inc.	NDC 0409-2053
Xylazine Sterile Solution	Akorn Inc.	NADA# 139-236
ketoprofen	Fort Dodge Animal Health	NDC 0856-4396-01
Ibuprofen	PrecisionDose	NDC 68094-494-59
Heparin Sodium	Sagent Pharmaceticals	NDC 25021-400
Saline solution (Sterile 0.9% Sodium Chloride)	Hospira Inc.	NDC 0409-0138-22
0.9% Sodium Chloride Injection	Hospira Inc.	NDC 0409-4888-10
Petrolatum Ophthalmic Ointment	Dechra Veterinary Products	NDC 17033-211-38
Iodine Prep Pads	Triad Disposables, Inc.	NDC 50730-3201-1
Alcohol Prep Pads	McKesson Corp.	NDC 68599-5805-1
Cotton tipped applicators	Fisher Sientific	23-400-118
Fine Scissor	FST	14028-10
Micro-Adson Forcep	FST	11018-12
Clamp Applying Forcep	FST	00072-14
S&T Vascular Clamp	FST	00396-01
Spring Scissors	FST	15008-08
Colibri Retractors	FST	17000-04
Dumont #5 Forcep	FST	11251-20
Dumont #7 – Fine Forceps	FST	11274-20
Dumont #5/45 Forceps	FST	11251-35
Tish Needle Holder/Forceps	Micrins	MI1540
Black Polyamide Monofilament Suture, 10-0	AROSurgical Instruments Corporation	TI638402	For sutureing the graft
Black Polyamide Monofilament Suture, 6-0	AROSurgical Instruments	SN-1956	For musculature and skin closure
Non-Woven Songes	McKesson Corp.	94442000
Absorbable hemostat	Ethicon	1961
1 ml Syringe	BD	309659
3 ml Syringe	BD	309657
10 ml Syringe	BD	309604
18G 1 1/2 in, Needle	BD	305190
25G 1 in., Needle	BD	305125
30G 1 in., Needle	BD	305106
Warm Water Recircultor	Gaymar	TP-700
Warming Pad	Gaymar	TP-22G
Trimmer	Wahl	9854-500
VEVO2100 HIGH-FREQUENCY ULTRASOUND	VisualSonics	http://www.visualsonics.com/vevo2100	The catalog number and pricing can be acquired from the sales representatives.
Ultrasound transmission gel	PARKER LABORATORIES,  INC.	01-02
Table Top Laboratory Animal Anesthesia System	VetEquip, INC.	901806
Isoflurane	Baxter	1001936060