מודל השתלת ריאה של חולדה של איסכמיה חמה / פגיעה ברפרפוזיה: אופטימיזציות לשיפור התוצאות
Summary
כאן, אנו מציגים אופטימיזציות למודל השתלת ריאות של חולדות המשמשות לשיפור התוצאות. אנו מספקים מדריך מידות לאזיקים המבוסס על משקל הגוף, אסטרטגיית מדידה לבירור החלל הבין-קוסטליהרביעי , ושיטות לסגירת פצעים ואיסוף נוזלים ורקמות BAL (שטיפת סימפונות).
Abstract
מניסיוננו עם השתלת ריאות בחולדות, מצאנו מספר תחומים לשיפור. המידע בספרות הקיימת לגבי שיטות לבחירת גדלי שרוול מתאימים לווריד הריאה (PV), לעורק הריאה (PA) או לסימפונות (Br) הוא מגוון, ולכן קביעת גודל השרוול הנכון במהלך השתלת ריאה של חולדה היא תרגיל של ניסוי וטעייה. על ידי סטנדרטיזציה של טכניקת השרוול לשימוש בשרוול היעיל הקטן ביותר המתאים לגודל כלי הדם או הסימפונות, ניתן להפוך את הליך ההשתלה לבטוח, מהיר ומוצלח יותר. מכיוון שהקטרים של PV, PA ו-Br קשורים למשקל הגוף של החולדה, אנו מציגים אסטרטגיה לבחירת גודל מתאים באמצעות מדריך מבוסס משקל. מכיוון שנפח הריאות קשור גם למשקל הגוף, אנו ממליצים לשקול קשר זה גם בעת בחירת נפח האוויר המתאים לניפוח ריאות תורם במהלך איסכמיה חמה, כמו גם לנפח הנכון של PBS שיוחדר במהלך איסוף נוזל שטיפה ברונכואלבאולרי (BAL). אנו מתארים גם שיטות לדיסקציה בין-קוסטלית4 , סגירת פצע ואיסוף דגימות הן מהאונות הילידיות והן מהאונות המושתלות.
Introduction
במשך יותר משלושה עשורים, חוקרים שינו ושיפרו מודלים להשתלות ריאה של חולדות, כך שהנתונים שנוצרו יהיו עקביים יותר וישקפו יותר את המצב הקליני בפועל. בזמן ביצוע מודל זה במעבדה שלנו, קבענו ארבעה תחומי שיפור: טכניקות איזוק לאנסטומוזות, זיהוי החלל הבין-קוסטליהרביעי של הנמען, ניפוח ריאות וסגירת פצעים במהלך ההליך של הנמען, וקצירת דגימות לניתוח.
שינויים בטכניקת השרוול עבור אנסטומוזות יכולים לשפר את הליך ההשתלה כולו על ידי קיצור זמן הטיפול של הריאה התורמת 1,2,3,4,5,6 והפיכת הליך האנסטומוזה למהיר וקל יותר מבחינה טכנית עבור המיקרוכירורג. בעוד שחיוני להשתמש באזיקים בגודל המתאים כדי לספק את זרימת הדם והאוויר הדרושים לריאה המושתלת, קיימת הדרכה מוגבלת לגבי האופן שבו יש לבחור את גודל האזיקים עבור וריד הריאה (PV), עורק הריאה (PA) או הסימפונות (Br)5,7,8,9. מכיוון שהקטרים של PV, PA ו- Br קשורים למשקל הגוף של החולדות התורמות והמקבלות, אנו מציעים שגודל השרוול יתבסס על משקל הגוף. דו”ח זה מספק מדריך גודל לאזיקים המבוסס על משקל הגוף של חולדה (180 גרם עד יותר מ-270 גרם) המשמש לייעול אספקת הדם והאוויר לריאה המושתלת (טבלה 1).
בעוד מיקרוכירורג חדש יותר יכול בהצלחה ובקלות לרכוש ריאה תורם במהלך הליך התורם, השתלת הריאה במהלך ההליך של המקבל היא מסובכת יותר ותלויה בניסיון של המיקרוכירורג. ניסיונות למצוא את החלל הבין-קוסטלי הרביעי כדי לגשת לריאה השמאלית שלהמקבל הוא אחד השלבים הקשים יותר שמחזיק סובייקטיביות מסוימת ויכול להאריך את זמן ההליך. לכן, אנו מציגים שיטה פשוטה ואובייקטיבית לסייע בזיהוי מיקוםהחלל הבין-קוסטלי הרביעי באמצעות מדידות חזה ודפיקות לב כדי למצוא את האזור הנכון קיר החזה לנתח4,5,6,10,11,12.
אנו מציעים גם שיפור בניפוח הריאות של התורם, שהוא מקור פוטנציאלי לפגיעה באיבר. הריאה התורמת מנופחת עד לתחילת הרפרפוזיה. בעת תפירת החלל הבין-קוסטליהרביעי, הריאה התורמת מנופחת בדרך כלל על ידי הגדלת PEEP מ 2 cmH 2 O ל 6cmH2O. על מנת למזער את הפגיעה הריאתית כתוצאה מניפוח יתר, אנו מציעים טכניקה בה שלושה תפרי ניילון 6-0 ממוקמיםסביב הצלע הרביעית נחותהמהצלע החמישית עם קשרים כפולים פשוטים. כאשר מגיע הזמן לסגירת הפצע, הקצוות של שלושת התפרים מוחזקים עם המוסטטים בשתי הידיים, הפצע נסגר בבת אחת על ידי משיכה למעלה מכל צד, ו- PEEP מצטמצם מיד ל 2 ס”מ H2O. בדרך זו, הריאה מותר להרחיב לזמן הקצר ביותר האפשרי10.
בסיום ניסוי, החוקר רוצה לעתים קרובות לאסוף סוגים רבים של דגימות עבור סוגים רבים של ניתוח מכל השתלה. לדוגמה, ניתן להשתמש ברקמה קפואה מצמידה, רקמה קבועה פורמלין, רקמה ביחס משקל רטוב ליבש כדי לקבוע בצקת ריאות, ונוזל שטיפה ברונכואלוולרית (BAL) כדי להעריך כמה טוב עברה ההשתלה. השיטה המסורתית לאיסוף נוזל BAL מאפשרת דגימה מעורבת הן מהאונות הטבעיות של המקבל והן מהאונה המושתלת של התורם13,14,15. כדי להתגבר על כך, אנו מציגים שיטה להידוק האזורים ההילאריים שיכולה להניב תובנה מדויקת יותר לגבי מצב הריאות המושתלות והילידיות. בנוסף, חשוב לקחת בחשבון את נפח PBS המשמש לאיסוף נוזל BAL מכל צד של הריאות מכיוון שנוזל BAL מכיל גורמים מסיסים רבים כגון ציטוקינים וכימוקינים הנמדדים על ידי ריכוז. נרמול נפח הנוזל המוחדר לנפח המשוער של קיבולת הריאות יכול לעזור בהשוואה. עם ארבע אונות בצד ימין ואונה אחת בצד שמאל, לכל אחת מחמש האונות של החולדה יש נפח שונה ושטח פנים שונה16. על פי מחקר קודם על מדידת נפח של אונות ריאה על ידי בקר ואחרים, מתוך הנפח הכולל של הריאה כולה נפח האונות הימניות הוא 63% (4400 מ”מ 3) והאונה השמאלית היא 37% (2500 מ”מ3). לכן, אנו ממליצים כי נפח PBS המשמש לאיסוף נוזל BAL יחושב ככפול נפח הגאות (7.2 מ”ל / ק”ג) כפול 63% עבור הריאה הימנית ו -37% עבור הריאה השמאלית. על ידי שימוש בגישה זו, ניתן לשלוט טוב יותר במשתנים כמו משקל גוף ותזמון10,16.
בסך הכל, בדו”ח זה נדגים כמה שינויים במודל הניסויי הסטנדרטי של השתלת ריאות בחולדות שיכולים לייעל את ההליך ולהגדיל את היכולת להפיק נתונים מדויקים ושופעים יותר מכל ניסוי.
Protocol
Representative Results
Discussion
בדו”ח זה, התערבנו במספר שלבים קריטיים בפרוטוקול השתלת ריאות של חולדות כדי לייעל את ההליך. בעוד שטכניקות אזיק שונות להשתלת ריאות של חולדות דווחו 1,2,3,4,5,6,7,8,9,15…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ללא.
Materials
| 12 Gauge angio-catheter | BD | 382277 | |
| 14 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4251717-02 | |
| 16 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4252586-02 | |
| 18 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4251679-02 | |
| 20 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4252527-02 | |
| 4-0 silk suture | Surgical Specialties Corp. | SP116 | |
| 6-0 nylon suture | AD Surgical | S-N618R13 | |
| 7-0 nylon suture | AD Surgical | S-N718SP13 | |
| 8-0 nylon suture | AD Surgical | XXS-N807T6 | |
| Betadine Spray | Avrio Health L.P | UPC 367618160039 | |
| Clippers | VWR | MSPP-023326 | |
| Castroviejo micro dissecting spring scissors | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5668 | |
| Dumont #5 – Fine Forceps | Fine Science Tools | 11254-20 | |
| Electrocautery | Macan | MV-7A | |
| Endotracheal intubation kit | Kent Scientific | ETI-MSE | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11027-12 | |
| Halsted-mosquito hemostat | Roboz Surgical Instrument Co | RS-7112 | |
| Heparin | Fresnius Medical Care | C504701 | |
| Insulin syringe | Life Technologies | B328446 | |
| Isoflurane | Piramal Critical Care | NDC 66794-017-25 | |
| Isopropyl Alcohol Swabs | BD | 326895 | |
| Ketamine | Hikma Pharmaceuticals PLC | NDC 0413-9505-10 | |
| Dieffenbach Bulldog Clamp | World Precision Instruments | WPI14117 | |
| Needle holder/Forceps, Curved | Micrins | MI1542 | |
| Needle holder/Forceps, Straight | Micrins | MI1540 | |
| Perfadex Plus (Organ Preservation Solution) | XVIVO Perfusion AB | REF# 19950 | |
| PhysioSuite | Kent Scientific | PS-MSTAT-RT | Used to check SpO2 and heartbeat |
| Retractor | Roboz Surgical Instrument Co | RS-6560 | |
| Saline | PP Pharmaceuticals LLC | NDC 63323-186-10 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
| SomnoSuite Small Animal Anesthesia System | Kent Scientific | SS-MVG-Module | |
| Sterile Cotton Gauze Pad | Fisherbrand | 22-415-469 | |
| Surgical Microscope | Leica | M500-N w/ OHS | |
| Syringe 5mL | BD | 309646 | |
| Vannas-Tubingen Spring Scissors | Fine Science Tools | 15008-08 | |
| Xylazine | Korn Pharmaceuticals Corp | NDC 59399-110-20 | |
| Yasargil Clamp | Aesculap, Inc | FT351T | Used to clamp bronchus |
| Yasargil Clamp | Aesculap, Inc | FT261T | Used to clamp hilum |
| Yasargil Clamp Applicator | Aesculap, Inc | FT484T |
References
- Mizuta, T., Kawaguchi, A., Nakahara, K., Kawashima, Y. Simplified rat lung transplantation using a cuff technique. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 97 (4), 578-581 (1989).
- Zhai, W., et al. Simplified rat lung transplantation by using a modified cuff technique. Journal of Investigative Surgery. 21 (1), 33-37 (2008).
- Goto, T., et al. Simplified rat lung transplantation using a new cuff technique. Annals of Thoracic Surgery. 93 (6), 2078-2080 (2012).
- Guo, H., et al. Improvements of surgical techniques in a rat model of an orthotopic single lung transplant. European Journal of Medical Research. 18, 1 (2013).
- Tian, D., Shiiya, H., Sato, M., Nakajima, J. Rat lung transplantation model: modifications of the cuff technique. Annals of Translational Medicine. 8 (6), 407 (2020).
- Rajab, T. K. Anastomotic techniques for rat lung transplantation. World Journal of Transplantation. 8 (2), 38-43 (2018).
- Reis, A., Giaid, A., Serrick, C., Shennib, H. Improved outcome of rat lung transplantation with modification of the nonsuture external cuff technique. Journal of Heart and Lung Transplantation. 14 (2), 274-279 (1995).
- Sugimoto, R., et al. Experimental orthotopic lung transplantation model in rats with cold storage. Surgery Today. 39 (7), 641-645 (2009).
- Santana Rodriguez, N., et al. Technical modifications of the orthotopic lung transplantation model in rats with brain-dead donors. Archivos de Bronconeumología. 47 (10), 488-494 (2011).
- Gielis, J. F., et al. A murine model of lung ischemia and reperfusion injury: tricks of the trade. Journal of Surgical Research. 194 (2), 659-666 (2015).
- Rajab, T. K. Techniques for lung transplantation in the rat. Experimental Lung Research. 45 (9-10), 267-274 (2019).
- Iskender, I., et al. Effects of Warm Versus Cold Ischemic Donor Lung Preservation on the Underlying Mechanisms of Injuries During Ischemia and Reperfusion. Transplantation. 102 (5), 760-768 (2018).
- Lin, X., et al. Five-year update on the mouse model of orthotopic lung transplantation: Scientific uses, tricks of the trade, and tips for success. Journal of Thoracic Disease. 4 (3), 247-258 (2012).
- Song, J. A., et al. Standardization of bronchoalveolar lavage method based on suction frequency number and lavage fraction number using rats. Toxicological Research. 26 (3), 203-208 (2010).
- Chang, J. E., Kim, H. J., Yi, E., Jheon, S., Kim, K. Reduction of ischemia-reperfusion injury in a rat lung transplantation model by low-concentration GV1001. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 50 (5), 972-979 (2016).
- De Backer, J. W., et al. Study of the variability in upper and lower airway morphology in Sprague-Dawley rats using modern micro-CT scan-based segmentation techniques. Anatomical Record. 292 (5), 720-727 (2009).
- Nelson, K., et al. Method of isolated ex vivo lung perfusion in a rat model: lessons learned from developing a rat EVLP program. Journal of Visualized Experiments. (96), e52309 (2015).
- Suzuki, H., Fan, L., Wilkes, D. S. Development of obliterative bronchiolitis in a murine model of orthotopic lung transplantation. Journal of Visualized Experiments. (65), e3947 (2012).
- Jia, Y., et al. Treatment of acute lung injury by targeting MG53-mediated cell membrane repair. Nature Communications. 5, 4387 (2014).
- Kim, J. L., et al. Pegylated-Catalase Is Protective in Lung Ischemic Injury and Oxidative Stress. Annals of Thoracic Surgery. , (2020).
- Beal, E. W., et al. D-Ala(2), D-Leu(5)] Enkephalin Improves Liver Preservation During Normothermic Ex Vivo Perfusion. Journal of Surgical Research. 241 (2), 323-335 (2019).
- Akateh, C., et al. Intrahepatic Delivery of Pegylated Catalase Is Protective in a Rat Ischemia/Reperfusion Injury Model. Journal of Surgical Research. 238, 152-163 (2019).
