מודל בעלי חיים קטנים של זלוף הכבד Normothermic Vivo לשעבר
Summary
שיש מחסור משמעותי לתורם כבד, הקריטריונים עבור התורמים הכבד שהורחבו. Normothermic ex-vivo הכבד זלוף (NEVLP) פותחה כדי להעריך ולשנות את תפקוד האיבר. מחקר זה מדגים מודל עכברוש של NEVLP, בדיקות היכולת של pegylated-קטלאז, להקל על פגיעה בכבד שימור.
Abstract
קיים מחסור משמעותי של allografts הכבד זמין עבור השתלת, בתגובה שהורחבו הקריטריונים התורם. כתוצאה מכך, normothermic ex-vivo הכבד זלוף (NEVLP) כבר הציג כשיטה להעריך ולשנות את תפקוד האיבר. NEVLP יתרונות רבים בהשוואה בהיפותרמיה ו subnormothermic כולל זלוף מופחת פגיעה שימור, שיקום תפקוד האיברים נורמלי בתנאים הפיזיולוגיות, הערכה של ביצועי איברים, כפלטפורמה לתיקון איברים , שיפוצים ושינויים. מודלים NEVLP מאתר והן חזירי תוארו. אנו מדגימים מודל עכברוש של NEVLP ולהשתמש מודל זה להראות אחד מהיישומים החשובים שלה – השימוש של מולקולה טיפולית נוספו perfusate הכבד. קטלאז נבלות מינים (ROS) חמצן תגובתי אנדוגני, הוכח כדי להקטין איסכמיה-פגיעה reperfusion בתוך העין, מוח, ריאות. Pegylation הוכח למטרה קטלאז אנדותל. כאן, הוספנו pegylated-קטלאז (פג-חתול) הבסיס perfusate הדגימו את יכולתה לצמצם פגיעה בכבד שימור. יתרון של המודל NEVLP מכרסם שלנו היא שזה זול לעומת דגמים בעלי חיים גדולים. מגבלה של מחקר זה היא כי היא אינה כיום כוללת זלוף שלאחר השתלת כבד. לכן, אין אפשרות לבצע חיזוי של הפונקציה של השתלת איברים שלאחר בוודאות. עם זאת, הדגם השתלת הכבד עכברוש מבוססת היטב, בהחלט יכול לשמש בשילוב עם מודל זה. לסיכום, הראו מודל NEVLP זול, פשוט, בקלות ניתן לשכפול באמצעות חולדות. יישומים של מודל זה יכול לכלול בדיקות perfusates הרומן תוספים perfusate, בדיקות תוכנה שתוכננה עבור איברים הערכה ואני ניסויים שנועדו לתקן את האיברים.
Introduction
ישנם חולים 14,578 ברשימת ההמתנה עבור השתלת כבד, כ 7,000 השתלות מתבצעות לכל השנה1,2. בתגובה פירוש הדבר תורם משמעותית, הרחיבו הקריטריונים עבור התורמים כבד; אלה מכונים לעתים קרובות שולי איברים או קריטריונים המורחבת תורמים, צפויים לבצע פחות טוב לאחר ההשתלה מאשר allografts הקריטריונים הסטנדרטיים, עם שיעור גבוה יותר של תפקוד שתל ראשי ושתל עיכוב הפונקציה3, 4,5,6. כתוצאה מכך, NEVLP כבר הציג כשיטה להעריך ולשנות איברים פונקציה6,7. יש מעוצב דגם עכברוש של NEVLP ואנו בשימוש מודל זה כדי להדגים אחד שלה יישומים פוטנציאליים חשובים – בדיקה של מולקולה הרומן תוספות כדי perfusate הכבד.
NEVLP יוערכו מאתר (עכברים) והן מודלים חזירי, כמו גם איברי אדם שהושלך6,8,9. התוצאות של הניסויים האנושי הראשון של NEVLP היו גם לאחרונה פורסם10. למרות מכונת בהיפותרמיה זלוף הפך בבירור התקן לשימור הכליה, הטמפרטורה במכונת הכבד אשר זלוף צריכה להתרחש הוא עדיין שנוי במחלוקת. NEVLP יתרונות רבים המוצע לעומת בהיפותרמיה זלוף subnormothermic. אלה כוללים פגיעה השימור מופחתים, שיקום תפקוד האיברים נורמלי בתנאים הפיזיולוגיות, היכולת להעריך את ביצועי איברים, ולא כפלטפורמה איברים תיקון, שיפוץ של השינוי7,11, 12,13,14,15,16,17.
מספר רב של מחקרים הושלמו באמצעות מודלים NEVLP חזירי. למרות מודלים אלה הם זולים יחסית, כאשר דגמי שקילת שימוש שנמחקו איברי אדם או ניסויים קליניים בבני, הם מאוד יקר בהשוואה שלנו דגם NEVLP בעלי חיים קטנים. מרכיב משמעותי של לכל ניסוי העלות היא perfusate. אנחנו יכולים להשלים זלוף 4 שעות עם 300 מ של perfusate במחיר נמוך יחסית. בנוסף, העלות של חיות קטנות כולל חולדות הוא נמוך מאוד לעומת העלות של חזירים.
לעומת דגמים אחרים של NEVLP בחולדה, המודל המוצג כאן הוא פשוט יחסית ליישום ובעל מגוון רחב של יישומים. המעגל זלוף ניתן לראות באיור1. Perfusate מתחיל במאגר perfusate (1), אשר הוא מיכל מים המעטפת. Perfusate הוא שלף מתוך המאגר על ידי משאבה רולר (2), דחף לתוך windkessel (3), ולאחר מכן את oxygenator (4). Oxygenator מוגדרת עבור גז countercurrent perfusate זרימה לספק חילוף הגזים המרבי. Perfusate ואז מההכנסות כדי חימום סליל (5) בתוך התא זלוף כדי להבטיח זאת היא בטמפרטורה הפיזיולוגיות, מלכודת בועות (6) כדי למנוע זלוף של בועות אוויר שם הם איברים מראש (7) ו עוגב שלאחר (8) מדגם יציאות, אשר מאפשרים את perfusate. לטעום. Perfusate ואז נכנס דרך הצינורית וריד שער הכבד. הצינורית וריד שער הכבד מחובר צג לחץ תרשימים הערכים על התוכנה אוסף נתונים. לאחר מכן, perfusate היציאות הכבד דרך הצינורית IVC, זורם לתוך הרחוב אקולייזר לחץ (9). לבסוף, perfusate משך מהגוש לחץ בחזרה דרך המשאבה רולר, רוקן לתוך המאגר. מודל זה כולל זלוף רציפה כדי וריד שער הכבד, משאיר בחוץ זרימה פועמת עורק הכבד, דיאליזה בשימוש גם דגמים אחרים, שכל אחד מהם דורש מעגל נוסף ונפרד, אך בעבר הוכחו לא להיות נדרש9,13.
על מנת לחקור התוספת של מולקולה טיפוליים חדשניים כדי perfusate, בחרנו את האנזים קטלאז. קטלאז הוא נבלות ROS אנדוגני, המהווה חלק של מנגנון ההגנה הפנימית תאים כדי. לרכך את ההשפעות של רוס18. הביטוי קטלאז הוא גדל איסכמיה הכבד פגיעה reperfusion פציעה19. תוספת ניסיוני של קטלאז הוכח כדי להקטין איסכמיה-פגיעה reperfusion, עיניים, המוח, ואת ריאות20,21,22,23,24. Pegylation הוכח למטרה קטלאז אנדותל, סיוע קטלאז ספיגת לתוך תאי אנדותל25. פג-חתול מנוהל מערכתית עם יעילות מוגבלת בהפחתת פגיעה כבדית איסכמיה-פגיעה reperfusion; עם זאת, שיערנו כי הוספת שפג-החתול מעגל זלוף מטלטלים יוביל ל שיפור תוצאות26,27,28. כאן, אנו מוסיפים פג-חתול perfusate הבסיס שלנו להדגים את יכולתו לצמצם פגיעה בכבד שימור.
Protocol
Representative Results
Discussion
קיים מחסור משמעותי של allografts הכבד זמין עבור השתלת, בתגובה קריטריונים התורם היה מורחב1,2,3,4,5. בשל המחסור התורם, NEVLP כבר הציג כשיטה להעריך ולשנות איברים פונקציה6,7. עיצבנו עכ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי NIH T32AI 106704-01A1, קרן פלש טי השתלת איברים, זלוף, הנדסה, התחדשות ב אוניברסיטת אוהיו.
Materials
| Perfusate | |||
| 8% Albumin | CLS Behring, King of Prussia, PA | 0053-7680-32 | |
| Williams Media | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | W1878 | |
| Penicillin/Streptomycin | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | P4333 | |
| Insulin | Eli Lilly, Indianapolis, IL | 0002-8215-91 | |
| Heparin | Fresnius Lab, Lake Zurich, IL | C504701 | |
| L-glutamine | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | G3126 | |
| Hydrocortisone | Sigma Aldrich, St. Louis, MO | H0888 | |
| THAM | Hospira, Inc, | 0409-1593-04 | |
| Polyethylene Glycol – Catalase | Sigma Aldrich | S9549 SIGMA | |
| Personal Protective Equipment | |||
| Surgical Mask | Generic | N/A | |
| Protective Gown | Generic | N/A | |
| Surgical Gloves | Generic | N/A | |
| Liver Procurement | |||
| Sprague-Dawley Rat | Harlan Sprague Dawley Inc. | 250 -350 grams | |
| Surgical Microscope | Leica | M500-N w/ OHS | |
| Charcoal Canisters | Kent Scientific | SOMNO-2001-8 | |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | N/A | |
| Pressure-Lok Precision Analytical Syringe | Valco Instruments Co, Inc. | SOMNO-10ML | |
| Electrosurgical Unit | Macan | MV-7A | |
| Warming Pad | Braintree Scientific | HHP2 | |
| SomnoSuite Small Animal Anesthesia System | Kent Scientific | SS-MVG-Module | |
| PhysioSuite | Kent Scientific | PS-MSTAT-RT | |
| Isoflurane chamber | Kent Scientific | SOMNO-0530LG | |
| SurgiVet | Isotec | CDS 9000 Tabletop | |
| Oxygen | Praxair | 98015 | |
| Rib retractors | Kent Scientific | INS600240 | |
| GenieTouch | Kent Scientific | GenieTouch | |
| Normal Saline | Baxter | NDC 0338-0048-04 | |
| 4×4 Non-Woven Sponges | Criterion | 104-2411 | |
| Sterile Q-Tips | Henry Schein Animal Health | 1009175 | |
| U-100 27 Gauge Insulin Syringe | Terumo | 22-272328 | |
| 5mL Syringe | BD | REF 309603 | |
| 4-0 Braided Silk Suture | Deknatel, Inc. | 198737LP | |
| 7-0 Braided Silk Suture | Teleflex Medical | REF 103-S | |
| 16 gauge Catheters | BBraun Introcan Safety | 4252586-02 | |
| 14 gauge Catheters | BBraun Introcan Safety | 4251717-02 | |
| Bile Duct Cannular Tubing | Altec | 01-96-1727 | |
| Liver Perfusion Circuit Components | |||
| Water Bath Warmer | Lauda Ecoline Staredition | E103 | |
| Data Collection Software | ADInstruments | Labchart 7 | |
| Liver Perfusion Circuit | Harvard Apparatus | 73-2901 | |
| Membrane Oxygenator | Mediac SPA | M03069 | |
| Roller Pump | Ismatec | ISM827B | |
| Gas (95% oxygen and 5% carbon dioxide) | Praxair | 98015 | |
| Organ Chamber | Harvard Apparatus | ILP-2 | |
| 1.8 mL Arcticle Cryogenic Tube | USA Scientific | 1418-7410 | |
| Mucasol | Sigma-Aldrich | Z637181 | |
| Microsurgical Instruments | |||
| Small Scissors | Roboz | RS-5610 | |
| Large Scissors | S&T | SAA-15 | |
| Forceps – Large Angled | S&T | JFCL-7 | |
| Forceps – Small Angled | S&T | FRAS-15 RM-8 | |
| Clip Applier | ROBOZ | RS-5440 | |
| Scissors – non micro | FST 14958-11 | 14958-11 | |
| Forceps – Straight Tip | S&T | FRS-15 RM8TC | |
| Large Microsurgical Clip | Fine Scientific Tools | 18055-01 | |
| Small Microsurgical Clip | Fine Scientific Tools | 18055-01 | |
| Small Microsurgical Clip | Fine Scientific Tools | 18055-02 | |
| Small Microsurgical Clip | Fine Scientific Tools | 18055-03 | |
| Small Mosquito Clamps | Generic | N/A | |
| Post-Experiment Analysis | |||
| Alanine Aminotransferase (ALT) Activity Colorimetric/Fluorometric Assay Kit | BioVision | K752 | |
| Adenosine Triphosphate (ATP) Colorimetric/Fluorometric Assay Kit | BioVision | K354 | |
| Glutathione Assay Kit | Cayman Chemical | 703002 | |
| Lipid Peroxidation (MDA) Assay Kit | Abcam | ab118970 | |
| Caspase-Glo 3/7 Assay Systems | Promega | G8090 | |
| POLARstar OMEGA Microplate Reader | BMG LABTECH | N/A |
References
- . National Data. Overall by Organ. Current U.S. Waiting List. Based on OPTN data as of October 19, 2017 Available from: https://optn.transplant.hrsa.gov/data/view-data-reports/national-data/ (2017)
- . National Data, Transplants by Donor Type, U.S. Transplants Performed January 1, 1988 – December 31, 2016, For Organ = Liver Available from: https://optn.transplant.hrsa.gov/data/view-data-reports/national-data/ (2017)
- Nemes, B., et al. Extended criteria donors in liver transplantation Part I: reviewing the impact of determining factors. Expert Rev Gastroenterol Hepatol. 10 (7), 827-839 (2016).
- Nemes, B., et al. Extended-criteria donors in liver transplantation Part II: reviewing the impact of extended-criteria donors on the complications and outcomes of liver transplantation. Expert Rev Gastroenterol Hepatol. 10 (7), 841-859 (2016).
- Pezzati, D., Ghinolfi, D., De Simone, P., Balzano, E., Filipponi, F. Strategies to optimize the use of marginal donors in liver transplantation. World J Hepatol. 7 (26), 2636-2647 (2015).
- Marecki, H., et al. Liver ex situ machine perfusion preservation: A review of the methodology and results of large animal studies and clinical trials. Liver Transpl. 23 (5), 679-695 (2017).
- Barbas, A. S., Knechtle, S. J. Expanding the Donor Pool With Normothermic Ex Vivo Liver Perfusion: The Future Is Now. Am J Transplant. 16 (11), 3075-3076 (2016).
- Dries, S., et al. Ex vivo normothermic machine perfusion and viability testing of discarded human donor livers. Am J Transplant. 13 (5), 1327-1335 (2013).
- Westerkamp, A. C., et al. End-ischemic machine perfusion reduces bile duct injury in donation after circulatory death rat donor livers independent of the machine perfusion temperature. Liver Transpl. 21 (10), 1300-1311 (2015).
- Selzner, M., et al. Normothermic ex vivo liver perfusion using steen solution as perfusate for human liver transplantation: First North American results. Liver Transpl. 22 (11), 1501-1508 (2016).
- Whitson, B. A., Black, S. M. Organ assessment and repair centers: The future of transplantation is near. World J Transplant. 4 (2), 40-42 (2014).
- Tolboom, H., et al. Subnormothermic machine perfusion at both 20°C and 30°C recovers ischemic rat livers for successful transplantation. J Surg Res. 175 (1), 149-156 (2012).
- Nagrath, D., et al. Metabolic preconditioning of donor organs: defatting fatty livers by normothermic perfusion ex vivo. Metab Eng. 11 (4-5), 274-283 (2009).
- Boehnert, M. U., et al. Normothermic acellular ex vivo liver perfusion reduces liver and bile duct injury of pig livers retrieved after cardiac death. Am J Transplant. 13 (6), 1441-1449 (2013).
- Schön, M. R., et al. Liver transplantation after organ preservation with normothermic extracorporeal perfusion. Ann Surg. 233 (1), 114-123 (2001).
- Reddy, S., et al. Non-heart-beating donor porcine livers: the adverse effect of cooling. Liver Transpl. 11 (1), 35-38 (2005).
- Banan, B., et al. Novel strategy to decrease reperfusion injuries and improve function of cold-preserved livers using normothermic ex vivo liver perfusion machine. Liver Transpl. 22 (3), 333-343 (2016).
- Held, P. . An Introduction to Reactive Oxygen Species: Measurement of ROS in Cells. , 1-14 (2012).
- Chen, C. F., et al. Reperfusion liver injury-induced superoxide dismutase and catalase expressions and the protective effects of N-acetyl cysteine. Transplant Proc. 39 (4), 858-860 (2007).
- Chen, B., Tang, L. Protective effects of catalase on retinal ischemia/reperfusion injury in rats. Exp Eye Res. 93 (5), 599-606 (2011).
- He, Y. Y., Hsu, C. Y., Ezrin, A. M., Miller, M. S. Polyethylene glycol-conjugated superoxide dismutase in focal cerebral ischemia-reperfusion. Am J Physiol. 265 (1 Pt 2), H252-H256 (1993).
- Işlekel, S., Işlekel, H., Güner, G., Ozdamar, N. Alterations in superoxide dismutase, glutathione peroxidase and catalase activities in experimental cerebral ischemia-reperfusion. Res Exp Med (Berl). 199 (3), 167-176 (1999).
- Li, G., Chen, Y., Saari, J. T., Kang, Y. J. Catalase-overexpressing transgenic mouse heart is resistant to ischemia-reperfusion injury. Am J Physiol. 273 (3 Pt 2), H1090-H1095 (1997).
- Nowak, K., et al. Immunotargeting of catalase to lung endothelium via anti-angiotensin-converting enzyme antibodies attenuates ischemia-reperfusion injury of the lung in vivo. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 293 (1), L162-L169 (2007).
- Beckman, J. S., et al. Superoxide dismutase and catalase conjugated to polyethylene glycol increases endothelial enzyme activity and oxidant resistance. J Biol Chem. 263 (14), 6884-6892 (1988).
- Yabe, Y., Nishikawa, M., Tamada, A., Takakura, Y., Hashida, M. Targeted delivery and improved therapeutic potential of catalase by chemical modification: combination with superoxide dismutase derivatives. J Pharmacol Exp Ther. 289 (2), 1176-1184 (1999).
- Yabe, Y., et al. Prevention of neutrophil-mediated hepatic ischemia/reperfusion injury by superoxide dismutase and catalase derivatives. J Pharmacol Exp Ther. 298 (3), 894-899 (2001).
- Ushitora, M., et al. Prevention of hepatic ischemia-reperfusion injury by pre-administration of catalase-expressing adenovirus vectors. J Control Release. 142 (3), 431-437 (2010).
- Kakizaki, Y., et al. The Effects of Short-Term Subnormothermic Perfusion after Cold Preservation on Liver Grafts from Donors after Cardiac Death: An Ex Vivo Rat Model. Transplantation. , (2018).
- Kumar, R., Chung, W. Y., Dennison, A. R., Garcea, G. Ex Vivo Porcine Organ Perfusion Models as a Suitable Platform for Translational Transplant Research. Artif Organs. , (2017).
- Nativ, N. I., et al. Liver defatting: an alternative approach to enable steatotic liver transplantation. Am J Transplant. 12 (12), 3176-3183 (2012).
- Yeung, J. C., et al. Ex vivo adenoviral vector gene delivery results in decreased vector-associated inflammation pre- and post-lung transplantation in the pig. Mol Ther. 20 (6), 1204-1211 (2012).
- Goldaracena, N., et al. Inducing Hepatitis C Virus Resistance After Pig Liver Transplantation-A Proof of Concept of Liver Graft Modification Using Warm Ex Vivo Perfusion. Am J Transplant. 17 (4), 970-978 (2017).
- Van Raemdonck, D., Neyrinck, A., Rega, F., Devos, T., Pirenne, J. Machine perfusion in organ transplantation: a tool for ex vivo graft conditioning with mesenchymal stem cells?. Curr Opin Organ Transplant. 18 (1), 24-33 (2013).
- Pratschke, S., et al. Results of the TOP Study: Prospectively Randomized Multicenter Trial of an Ex Vivo Tacrolimus Rinse Before Transplantation in EDC Livers. Transplant Direct. 2 (6), e76 (2016).
- Pratschke, S., et al. Protocol TOP-Study (tacrolimus organ perfusion): a prospective randomized multicenter trial to reduce ischemia reperfusion injury in transplantation of marginal liver grafts with an ex vivo tacrolimus perfusion. Transplant Res. 2 (1), 3 (2013).
- Nativ, N. I., et al. Elevated sensitivity of macrosteatotic hepatocytes to hypoxia/reoxygenation stress is reversed by a novel defatting protocol. Liver Transpl. 20 (8), 1000-1011 (2014).
- Lonze, B. E., et al. In vitro and ex vivo delivery of short hairpin RNAs for control of hepatitis C viral transcript expression. Arch Surg. 147 (4), 384-387 (2012).
