OrganIschemia-Reperfusion Verletzung durch Simulation hämodynamischer Veränderungen im Lebertransplantationsmodell der Ratte
Summary
Dieses Papier enthält eine detaillierte Beschreibung, wie man ein Tiermodell der anhepatischen Phase (Leberischämie) bei Ratten baut, um die Grundlagenforschung zur Ischämie-Reperfusionsverletzung nach einer Lebertransplantation zu erleichtern.
Abstract
Orthotopische Lebertransplantation (OLT) bei Ratten ist ein bewährtes Tiermodell, das für präoperative, intraoperative und postoperative Studien verwendet wird, einschließlich Ischämie-Reperfusionsverletzungen (IRI) von extrahepatischen Organen. Dieses Modell erfordert zahlreiche Experimente und Geräte. Die Dauer der anhepatischen Phase hängt eng mit der Zeit zusammen, iri nach der Transplantation zu entwickeln. In diesem Experiment verwendeten wir hämodynamische Veränderungen, um extrahepatische Organschäden bei Ratten zu induzieren und die maximale Toleranzzeit zu bestimmen. Die Zeit bis zur schwersten Organverletzung variierte für verschiedene Organe. Diese Methode kann leicht repliziert werden und kann auch verwendet werden, um IRI der extrahepatischen Organe nach lebertransplantation zu studieren.
Introduction
Ischämie-Reperfusionsverletzung (IRI) ist eine häufige Komplikation nach Lebertransplantation. Hepatische IRI ist ein pathologischer Prozess mit Ischämie-vermittelten Zellschäden und abnormale Verschlechterung der Leberreperfusion. Leber-IRI und die lokale angeborene Immunantwort können in heiße und kalte IRI unterteilt werden, je nach Unterschieden in der klinischen Umgebung1. Hot IRI wird durch Stammzellverletzungen induziert, in der Regel als Folge von Lebertransplantation, Schock und Trauma2. Cold IRI ist eine Komplikation der Lebertransplantation, die durch Endothelzellen und periphere Zirkulation verursacht wird3. Klinische Berichte haben gezeigt, dass Leber IRI mit 10% der frühen Organversagen verbunden ist und kann die Inzidenz von akuter und chronischer Abstoßung erhöhen4,5. Darüber hinaus kann Leber IRI auch mehrere Organdysfunktionssyndrome oder systemische Entzündliche Reaktionssyndrom induzieren, mit hoher Mortalität6. Patienten mit extrahepatischer Organbeteiligung neigen dazu, länger im Krankenhaus zu bleiben, mehr Geld auszugeben und eine schlechtere Prognose7zu haben. Die Entwicklung von Komplikationen ist eng mit der Länge der anhepatischen Phase der Lebertransplantation8verbunden.
Orthotopische Lebertransplantation (OLT) bei Ratten wurde erstmals 1973 vom amerikanischen Professor Lee berichtet. Die experimentelle Operation simulierte die Schritte der klinischen Lebertransplantation und die Anastomose der Blutgefäße und den gemeinsamen Gallengang (CBD) mit der Nahtmethode. Das Verfahren ist schwierig und zeitaufwändig mit einer geringen Erfolgsrate9. 1979 verbesserten Kamada et al. olT bei Ratten deutlich, indem sie kreativ die “Zwei-Manschetten-Methode” für anastomose der Portalvene nutzten, um die anhepatische Phase innerhalb von 26 Minuten10zu kontrollieren. Im selben Jahr schlug Zimmermann die “Single Biliary Stent-Methode” vor. Auf der Grundlage von Lees Arbeit verwendete Zimmermann Polyethylenrohre, um das CBD des Spenders und Empfängers direkt zu anastomose, vereinfachte die Rekonstruktion von CBD und bewahrte die Funktion des Schließmuskels, und diese Methode wurde zum Standard für die Gallenrekonstruktion der OLT-Modelle11. 1980 schlugen Miyata et al. die “Drei-Manschetten-Methode” vor, bei der die Portalvene (PV), die suprahepatische Vena cava (SVC) und die intrahepatische Vena cava (IVC) durch die Manschettenmethode anastomosed wurden. Es besteht jedoch die Gefahr einer Verzerrung der Kanüle mit dieser Methode, die zur Obstruktion eines minderwertigen Vena-Cava-Refluxs12führen kann. 1983 wurde die “Zwei-Manschetten-Methode” mit der Manschettenmethode für die Anastomose der PV und IVC vorgeschlagen, aber die Nahtmethode für den SVC13übernommen. Diese Methode wurde von Wissenschaftlern weltweit angenommen, um OLT-Modelle zu etablieren. Seitdem wurden die Anastomoseschritte der Manschette verbessert, um die anhepatische Phase zu verkürzen und die Überlebensrate der Ratten14zu verbessern. In ähnlicher Weise werden verbesserte Methoden in der klinischen Praxis verwendet, um die anhepatische Phase15zu verkürzen. Die Grundlagenforschung zu IRI nach einer Lebertransplantation hat jedoch gezeigt, dass die Überlebensrate umgekehrt mit dem Grad der Verletzung von extrahepatischen Organen zusammenhängt. Daher ist weitere Forschung erforderlich, und ein einfaches und reproduzierbares Tiermodell ist erforderlich, um IRI nach einer Lebertransplantation zu simulieren.
Basierend auf der Definition der anhepatischen Phase simulierten wir die hämodynamischen Veränderungen in der Lebertransplantation, die zu IRI von extrahepatischen Organen bei Ratten führten. Hierin bieten wir eine detaillierte Beschreibung, wie man ein Tiermodell der anhepatischen Phase (Leberischämie) bei Ratten baut, um die Grundlagenforschung zu IRI nach einer Lebertransplantation zu erleichtern.
Protocol
Representative Results
Discussion
OLT bei Ratten ist ein ideales Modell für die Untersuchung der Organkonservierung bei Lebertransplantation, IRI, Transplantationsabstoßung, Immuntoleranz, Transplantationspathologie und Pharmakologie, Homotransplantation und Xenotransplantation. Derzeit ist es weit verbreitet in der experimentellen Forschung der Lebertransplantation verwendet.
Während Pilotstudien verabreichten wir zunächst pentobarbitales Natriumintraperitonealanästhesie und fanden heraus, dass dies zu einer hohen postop…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir möchten die nützlichen Vorschläge von Dr. Wen-tao Li und Dr. Ji-hua Wu vom Second Affiliated Hospital der Guangxi Medical University würdigen. Die Autoren danken unseren Teamkollegen für nützliche Kommentare und Diskussionen. Die Autoren bedanken sich auch bei den anonymen Rezensenten und Redakteuren von JoVE für ihre Kommentare. Ein besonderer Dank gilt den Eltern von Dr. Yuan für ihre kontinuierliche Unterstützung und Ermutigung. Die Arbeit wurde von der Ningbo Natural Science Foundation (2014A610248) unterstützt.
Materials
| 4% paraformaldehyde solution | Shanghai Macklin Biochemical Co.,Ltd | P804536 | |
| air drying oven | Shanghai Binglin Electronic Technology Co., Ltd. | BPG | |
| Alanine aminotransferase (ALT)Kit | Elabscience Biotechnology Co.,Ltd | E-BC-K235-S | |
| ammonia | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 10002118 | |
| amylase Kit | Elabscience Biotechnology Co.,Ltd | E-BC-K005-M | |
| anhydrous ethanol | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 100092183 | |
| Animal anesthesia machine | Shenzhen Ruiwode Life Technology Co. Ltd | R640 | |
| aspartate aminotransferase (AST)kit | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | S03040 | |
| automatic biochemical analyzer. | SIEMENS AG FWB:SIE, NYSE:SI Co., Ltd. | 2400 | |
| Biosystems (when nessary) | Chengdu Taimeng Electronics Co., Ltd. | BL-420F | |
| Centrifuge | Baiyang Medical Instrument Co., Ltd. | BY-600A | |
| cover glass | Jiangsu Shitai Experimental Equipment Co. Ltd | 10212432C | |
| creatinine Kit | Rayto Life and Analytical Sciences Co., Ltd. | S03076 | |
| dewatering machine | Hungary 3DHISTECH Co.,Ltd | Donatello Series 2 | |
| embedding machine | Hubei Xiaogan Kuohai Medical Technology Co., Ltd. | KH-BL1 | |
| frozen machine | Wuhan Junjie Electronics Co., Ltd | JB-L5 | |
| hematoxylin-eosin dye solution | Wuhan Saiwell Biotechnology Co., Ltd | G1005 | |
| high-efficiency paraffin wax | Shanghai huayong paraffin wax co., Ltd | Q/YSQN40-91 | |
| hydrochloric acid | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 10011018 | |
| intraocular lens (IOL)forceps | Guangzhou Guangmei Medical Equipment Co., Ltd. | JTZRN | |
| Isoflurane | Shenzhen Ruiwode Life Technology Co. Ltd | — | |
| micro Scissors(when nessary) | Shanghai Surgical Instrument Factory | WA1010 | |
| needle holders | Shanghai Surgical Instrument Factory | J32010 | |
| neutral gum | Shanghai Huashen Healing Equipment Co.,Ltd. | — | |
| normal optical microscope | Nikon Instrument Shanghai Co., Ltd | Nikon Eclipse CI | |
| ophthalmic forceps | Shanghai Surgical Instrument Factory | J3CO30 | straight |
| ophthalmic forceps | Shanghai Surgical Instrument Factory | JD1060 | bending |
| ophthalmic Scissors | Shanghai Surgical Instrument Factory | J1E0 | |
| pathological slicer | Shanghai Leica Instrument Co., Ltd | RM2016 | |
| pipettes | Dragon Laboratory Instruments Co., Ltd. | 7010101008 | |
| retractors | Beijing Jinuotai Technology Development Co.,Ltd. | JNT-KXQ | |
| scanner | Hungary 3DHISTECH Co.,Ltd | Pannoramic 250 | |
| slide | Wuhan Saiwell Biotechnology Co., Ltd | G6004 | |
| xylene | Sinopharm Chemical Reagents Co. Ltd | 1330-20-7 |
References
- Dar, W. A., Sullivan, E., Byon, J. S., Eltzschig, H., Ju, C. Ischaemia reperfusion injury in liver transplantation: Cellular and molecular mechanisms. Liver International. 39 (5), 788-801 (2019).
- Qiao, P. F., Yao, L., Zhang, X. C., Li, G. D., Wu, D. Q. Heat shock pretreatment improves stem cell repair following ischemia-reperfusion injury via autophagy. World Journal of Gastroenterology. 21 (45), 12822-12834 (2015).
- Liu, Y., et al. Activation of YAP attenuates hepatic damage and fibrosis in liver ischemia-reperfusion injury. Journal of Hepatology. 71 (4), 719-730 (2019).
- Hirao, H., Dery, K. J., Kageyama, S., Nakamura, K., Kupiec-Weglinski, J. W. Heme Oxygenase-1 in liver transplant ischemia-reperfusion injury: From bench-to-bedside. Free Radical Biology and Medicine. 157, 75-82 (2020).
- Motiño, O., et al. Protective role of hepatocyte cyclooxygenase-2 expression against liver ischemia-reperfusion injury in mice. Hepatology. 70 (2), 650-665 (2019).
- Guo, W. A. The search for a magic bullet to fight multiple organ failure secondary to ischemia/reperfusion injury and abdominal compartment syndrome. Journal of Surgical Research. 184 (2), 792-793 (2013).
- Elham, M., Mahmoudi, M., Nassiri-Toosi, M., Baghfalaki, T., Zeraati, H. Post liver transplantation survival and related prognostic factors among adult recipients in tehran liver transplant center; 2002-2019. Archives of Iranian Medicine. 1 (23), 326-334 (2020).
- Kim, E. H., Ko, J. S., Gwak, M. S., Lee, S. K., Kim, G. S. Incidence and clinical significance of hyperfibrinolysis during living donor liver transplantation. Blood Coagulation and Fibrinolysis. 29 (3), 322-326 (2018).
- Czigány, Z. Improving research practice in rat orthotopic and partial orthotopic liver transplantation: a review, recommendation, and publication guide. European Surgical Research. 55 (1-2), 119-138 (2015).
- Kamada, N., Calne, R. Y. Orthotopic liver transplantation in the rat. Technique using cuff for portal vein anastomosis and biliary drainage. Transplantation. 28 (1), 47-50 (1979).
- Zimmermann, F. A., et al. Techniques for orthotopic liver transplantation in the rat and some studies of the immunologic responses to fully allogeneic liver grafts. Transplantation Proceedings. 11 (1), 571-577 (1979).
- Miyata, M., Fischer, J. H., Fuhs, M., Isselhard, W., Kasai, Y. A simple method for orthotopic liver transplantation in the rat. Cuff technique for three vascular anastomoses. Transplantation. 30 (5), 335-338 (1980).
- Kamada, N. A., Calne, R. Y. Surgical experience with five hundred thirty liver transplants in the rat. Surgery. 93 (1), 64-69 (1983).
- Yang, L. F., et al. A rat model of orthotopic liver transplantation using a novel magnetic anastomosis technique for suprahepatic vena cava reconstruction. Journal of Visualized Experiments. 19 (133), e56933 (2018).
- Liu, L. X., He, C., Huang, T., Gu, J. Development of a new technique for reconstruction of hepatic artery during liver transplantation in sprague-dawley rat. PLoS One. 10 (12), 0145662 (2015).
- Paller, M. S., Hoidal, J. R., Ferris, T. F. Oxygen free radicals in ischemic acute renal failure In the rat. Journal of Clinical Investigation. 74 (4), 1156-1164 (1984).
- Schmidt, J., Lewandrowsi, K., Warshaw, A. L., Compton, C. C., Rattner, D. W. Morphometric characteristics and homogeneity of a new model of acute pancreatitis in the rat. International Journal of Pancreatology. 12 (1), 41-51 (1992).
- Chui, C. J., McArdle, A. H., Brown, R., Scott, H. J., Gurd, F. N. Intestinal mucosal lesion in low-flow states. I. A morphological, hemodynamic, and metabolic reappraisal. Archives of Surgery. 101 (4), 478-483 (1970).
- Kozian, A., et al. One-lung ventilation induces hyperfusion and alveolar damage in the ventilated lung:an experimental study. British Journal of Anaesthesia. 100 (4), 549-559 (2008).
- Shimada, S., et al. Heavy water (D2O) containing preservation solution reduces hepatic cold preservation and reperfusion injury in an isolated perfused rat liver (IPRL) model. Journal of Clinical Medicine. 8 (11), 1818 (2019).
- Nakamura, K. Sirtuin 1 attenuates inflammation and hepatocellular damage in liver transplant ischemia/reperfusion: from mouse to human. Liver Transplantation. 23 (10), 1282-1293 (2017).
- Blaire, A., et al. Surgical Considerations of Hilar Cholangiocarcinoma. Surgical Oncology Clinics of North America. 28 (4), 601-617 (2019).
