دراسة نماذج التبرع بالأعضاء التجريبية لزراعة الرئة
Summary
تظهر الدراسة الحالية إنشاء ثلاثة نماذج مختلفة للتبرع بالرئة (التبرع بعد موت الدماغ ، والتبرع بموت ما بعد الدورة الدموية ، والتبرع بالصدمة بعد النزف). يقارن العمليات الالتهابية والاضطرابات المرضية المرتبطة بهذه الأحداث.
Abstract
النماذج التجريبية هي أدوات مهمة لفهم الظواهر المسببة التي تنطوي عليها مختلف الأحداث الفيزيولوجية المرضية. في هذا السياق ، يتم استخدام نماذج حيوانية مختلفة لدراسة العناصر التي تؤدي إلى الفيزيولوجيا المرضية لخلل الكسب غير المشروع الأولي بعد الزرع لتقييم العلاجات المحتملة. حاليا ، يمكننا تقسيم نماذج التبرع التجريبية إلى مجموعتين كبيرتين: التبرع بعد الموت الدماغي والتبرع بعد توقف الدورة الدموية. بالإضافة إلى ذلك ، ينبغي النظر في الآثار الضارة المرتبطة بالصدمة النزفية عند النظر في النماذج الحيوانية للتبرع بالأعضاء. هنا ، نصف إنشاء ثلاثة نماذج مختلفة للتبرع بالرئة (التبرع بعد موت الدماغ ، والتبرع بموت ما بعد الدورة الدموية ، والتبرع بالصدمة بعد النزف) ومقارنة العمليات الالتهابية والاضطرابات المرضية المرتبطة بهذه الأحداث. الهدف هو تزويد المجتمع العلمي بنماذج حيوانية موثوقة للتبرع بالرئة لدراسة الآليات المرضية المرتبطة والبحث عن أهداف علاجية جديدة لتحسين عدد الطعوم القابلة للحياة للزراعة.
Introduction
الأهمية السريرية
زرع الأعضاء هو خيار علاجي راسخ للعديد من الأمراض الخطيرة. في السنوات الأخيرة ، تم تحقيق العديد من التطورات في المجالات السريرية والتجريبية لزراعة الأعضاء ، مثل زيادة المعرفة بالفيزيولوجيا المرضية لخلل الكسب غير المشروع الأولي (PGD) والتقدم في مجالات العناية المركزة وعلم المناعة وعلم الأدوية1،2،3. على الرغم من الإنجازات والتحسينات في جودة الإجراءات الجراحية والدوائية ذات الصلة ، تظل العلاقة بين عدد الأعضاء المتاحة وعدد المتلقين في قائمة الانتظار واحدة من التحديات الرئيسية 2,4. في هذا الصدد ، اقترحت الأدبيات العلمية نماذج حيوانية لدراسة العلاجات التي يمكن تطبيقها على المتبرعين بالأعضاء لعلاج و / أو الحفاظ على الأعضاء حتى وقت الزرع5،6،7،8.
من خلال محاكاة الأحداث المختلفة التي لوحظت في الممارسة السريرية ، تسمح النماذج الحيوانية بدراسة الآليات المرضية المرتبطة بها والنهج العلاجية الخاصة بها. أدى الحث التجريبي لهذه الأحداث ، في معظم الحالات المعزولة ، إلى إنشاء نماذج تجريبية للتبرع بالأعضاء والأنسجة التي يتم التحقيق فيها على نطاق واسع في الأدبيات العلمية حول زرع الأعضاء6،7،8،9. تستخدم هذه الدراسات استراتيجيات منهجية مختلفة ، مثل تلك التي تحفز الموت الدماغي (BD) ، والصدمة النزفية (HS) ، وموت الدورة الدموية (CD) ، لأن هذه الأحداث ترتبط بعمليات ضارة مختلفة تضر بوظائف الأعضاء والأنسجة المتبرع بها.
الموت الدماغي (BD)
يرتبط BD بسلسلة من الأحداث التي تؤدي إلى التدهور التدريجي للأنظمة المختلفة. يحدث عادة عندما تحدث زيادة حادة أو تدريجية في الضغط داخل الجمجمة (ICP) بسبب صدمة الدماغ أو النزيف. هذه الزيادة في برنامج المقارنات الدولية تعزز زيادة في ضغط الدم في محاولة للحفاظ على تدفق الدم الدماغي المستقر في عملية تعرف باسم منعكس كوشينغ10,11. يمكن أن تؤدي هذه التغييرات الحادة إلى اختلالات في القلب والأوعية الدموية والغدد الصماء والعصبية التي تضر بكمية ونوعية الأعضاء المتبرع بها ، بالإضافة إلى التأثير على المراضة والوفيات بعد الزرع10،11،12،13.
الصدمة النزفية (HS)
HS ، بدوره ، غالبا ما يرتبط بالمتبرعين بالأعضاء ، لأن معظمهم ضحايا للصدمة مع فقدان كبير في حجم الدم. بعض الأعضاء ، مثل الرئتين والقلب ، معرضة بشكل خاص ل HS بسبب نقص حجم الدم وما يترتب على ذلك من نقص تروية الأنسجة14. يتسبب HS في إصابة الرئة من خلال زيادة نفاذية الشعيرات الدموية ، والوذمة ، وتسلل الخلايا الالتهابية ، وهي آليات تعرض معا تبادل الغازات للخطر وتؤدي إلى تدهور تدريجي للأعضاء ، وبالتالي إخراج عملية التبرع عن مسارها 6,14.
موت الدورة الدموية (CD)
يتزايد استخدام التبرع بعد CD بشكل كبير في المراكز العالمية الرئيسية ، مما يساهم في زيادة عدد الأعضاء التي تم جمعها. الأعضاء المستعادة من المتبرعين بعد CD عرضة لتأثيرات نقص التروية الدافئ ، والذي يحدث بعد فترة منخفضة (المرحلة الأغونية) أو عدم وجود إمدادات الدم (المرحلة الانقباضية)8,15. سيؤدي نقص التروية أو غياب تدفق الدم إلى نقص الأكسجة في الأنسجة المرتبط بفقدان مفاجئ ل ATP وتراكم السموم الأيضية في الأنسجة15. على الرغم من استخدامه الحالي للزرع في الممارسة السريرية ، لا تزال هناك شكوك كثيرة حول تأثير استخدام هذه الأعضاء على جودة الكسب غير المشروع بعد الزرع وعلى بقاء المريض15. وبالتالي ، فإن استخدام النماذج التجريبية لفهم أفضل للعوامل المسببة المرتبطة ب CD ينمو أيضا8،15،16،17.
النماذج التجريبية
هناك العديد من النماذج التجريبية للتبرع بالأعضاء (BD و HS و CD). ومع ذلك ، غالبا ما تركز الدراسات على استراتيجية واحدة فقط في كل مرة. هناك فجوة ملحوظة في الدراسات التي تجمع أو تقارن بين استراتيجيتين أو أكثر. هذه النماذج مفيدة جدا في تطوير العلاجات التي تسعى إلى زيادة عدد التبرعات وبالتالي تقليل قائمة انتظار المتلقين المحتملين. تختلف الأنواع الحيوانية المستخدمة لهذا الغرض من دراسة إلى أخرى ، حيث يتم اختيار نماذج الخنازير بشكل أكثر شيوعا عندما يكون الهدف هو ترجمة أكثر مباشرة مع فسيولوجيا مورفو البشرية وصعوبة تقنية أقل في الإجراء الجراحي بسبب حجم. على الرغم من الفوائد ، ترتبط الصعوبات اللوجستية والتكاليف المرتفعة بنموذج الخنازير. من ناحية أخرى ، فإن التكلفة المنخفضة وإمكانية التلاعب البيولوجي تفضل استخدام نماذج القوارض ، مما يسمح للباحث بالبدء من نموذج موثوق به لإعادة إنتاج الآفات وعلاجها ، وكذلك دمج المعرفة المكتسبة في مجال زراعة الأعضاء.
هنا ، نقدم نموذجا للقوارض لموت الدماغ ، وموت الدورة الدموية ، والتبرع بالصدمة النزفية. وصفنا العمليات الالتهابية والحالات المرضية المرتبطة بكل من هذه النماذج.
Protocol
Representative Results
Discussion
في السنوات الأخيرة ، أدى العدد المتزايد من تشخيصات الموت الدماغي إلى أن تصبح أكبر مزود للأعضاء والأنسجة المخصصة للزراعة. ومع ذلك ، فقد رافق هذا النمو زيادة لا تصدق في التبرعات بعد موت الدورة الدموية. على الرغم من طبيعتها متعددة العوامل ، فإن معظم الآليات المسببة لأسباب الوفاة تبدأ بعد أو ت…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Estado de São Paulo) على منح الدعم المالي.
Materials
| 14-gauge angiocath | DB | 38186714 | Orotracheal intubation |
| 2.0-silk | Brasuture | AA553 | Tracheal tube fixation |
| 24-gauge angiocath | DB | 38181214 | Arterial and venous access |
| 4.0-silk | Brasuture | AA551 | Fixation of arterial and venous cannulas |
| Alcoholic chlorhexidine digluconate solution (2%). | Vic Pharma | Y/N | Asepsis |
| Trichotomy apparatus | Oster | Y/N | Clipping device |
| Precision balance | Shimadzu | D314800051 | Analysis of the wet/dry weight ratio |
| Barbiturate (Thiopental) | Cristália | 18080003 | DC induction |
| Balloon catheter (Fogarty-4F) | Edwards Life Since | 120804 | BD induction |
| Neonatal extender | Embramed | 497267 | Used as catheters with the aid of the 24 G angiocath |
| FlexiVent | Scireq | 1142254 | Analysis of ventilatory parameters |
| Heparin | Blau Farmaceutica SA | 7000982-06 | Anticoagulant |
| Isoflurane | Cristália | 10,29,80,130 | Inhalation anesthesia |
| Micropipette (1000 µL) | Eppendorf | 347765Z | Handling of small- volume liquids |
| Micropipette (20 µL) | Eppendorf | H19385F | Handling of small- volume liquids |
| Microscope | Zeiss | 1601004545 | Assistance in the visualization of structures for the surgical procedure |
| Multiparameter monitor | Dixtal | 101503775 | MAP registration |
| Motorized drill | Midetronic | MCA0439 | Used to drill a 1 mm caliber borehole |
| Neubauer chamber | Kasvi | D15-BL | Cell count |
| Pediatric laryngoscope | Oxygel | Y/N | Assistance during tracheal intubation |
| Syringe (3 mL) | SR | 3330N4 | Hydration and exsanguination during HS protocol |
| Pressure transducer | Edwards Life Since | P23XL | MAP registration |
| Metallic tracheal tube | Biomedical | 006316/12 | Rigid cannula for analysis with the FlexiVent ventilator |
| Isoflurane vaporizer | Harvard Bioscience | 1,02,698 | Anesthesia system |
| Mechanical ventilator for small animals (683) | Harvard Apparatus | MA1 55-0000 | Mechanical ventilation |
| xMap methodology | Millipore | RECYTMAG-65K-04 | Analysis of inflammatory markers |
References
- Paterno, F., et al. Clinical implications of donor warm and cold ischemia time in donor after circulatory death liver transplantation. Liver Transplantation. 25 (9), 1342-1352 (2019).
- Yusen, R. D., et al. The registry of the International Society for heart and lung transplantation: thirty-third adult lung and heart-lung transplant report-2016; focus theme: primary diagnostic indications for transplant. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 35 (10), 1170-1184 (2016).
- Jung, H. Y., et al. Comparison of transplant outcomes for low-level and standard-level tacrolimus at different time points after kidney transplantation. Journal of Korean Medical Science. 34 (12), e103 (2019).
- Cypel, M., et al. The International Society for heart and lung transplantation donation after circulatory death registry report. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 34 (10), 1278-1282 (2015).
- Drake, M., Bernard, A., Hessel, E. Brain death. Surgical Clinics of North America. 97 (6), 1255-1273 (2017).
- Nepomuceno, N. A., et al. Effect of hypertonic saline in the pretreatment of lung donors with hemorrhagic shock. Journal of Surgical Research. 225, 181-188 (2018).
- Menegat, L., et al. Evidence of bone marrow downregulation in brain-dead rats. International Journal of Experimental Pathology. (3), 158-165 (2017).
- Iskender, I., et al. Effects of warm versus cold ischemic donor lung preservation on the underlying mechanisms of injuries during ischemia and reperfusion. Transplantation. (5), 760-768 (2018).
- Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo perfusion prevents lung injury compared to extended cold preservation for transplantation. American Journal of Transplantation. 9 (10), 2262-2269 (2009).
- Wauters, S., et al. Evaluating lung injury at increasing time intervals in a murine brain death model. Journal of Surgical Research. 183 (1), 419-426 (2013).
- Smith, M. Physiologic changes during brain stem death–lessons for management of the organ donor. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 23 (9), S217-S222 (2004).
- Belhaj, A., et al. Mechanical versus humoral determinants of brain death-induced lung injury. PLoS One. 12 (7), e0181899 (2017).
- Kolkert, J. L., et al. The gradual onset brain death model: a relevant model to study organ donation and its consequences on the outcome after transplantation. Laboratory Animals. 41 (3), 363-371 (2007).
- Rocha-E-Silva, M. Cardiovascular effects of shock and trauma in experimental models: A review. Revista Brasileira de Cirurgia Cardiovascular. 31 (1), 45-51 (2016).
- Manara, A. R., Murphy, P. G., O’Callaghan, G. Donation after circulatory death. British Journal of Anaesthesia. 108, i108-i121 (2012).
- Dhital, K. K., et al. Adult heart transplantation with distant procurement and ex-vivo preservation of donor hearts after circulatory death: a case series. The Lancet. 385 (9987), 2585-2591 (2015).
- Boucek, M. M., et al. Pediatric heart transplantation after declaration of cardiocirculatory death. The New England Journal of Medicine. 359 (7), 709-714 (2008).
- Kramer, A. H., Baht, R., Doig, C. J. Time trends in organ donation after neurologic determination of death: a cohort study. CMAJ Open. 5 (1), E19-E27 (2017).
- Reino, D. C., et al. Trauma hemorrhagic shock-induced lung injury involves a gut-lymph-induced TLR4 pathway in mice. PLoS One. 6 (8), e14829 (2011).
- Pascual, J. L., et al. Hypertonic saline resuscitation of hemorrhagic shock diminishes neutrophil rolling and adherence to endothelium and reduces in vivo vascular leakage. Annals of Surgery. 236 (5), 634-642 (2002).
- Van Zanden, J. E., et al. Rat donor lung quality deteriorates more after fast than slow brain death induction. PLoS One. 15 (11), e0242827 (2020).
- Shivalkar, B., et al. Variable effects of explosive or gradual increase of intracranial pressure on myocardial structure and function. Circulation. 87 (1), 230-239 (1993).
- López-Aguilar, J., et al. Massive brain injury enhances lung damage in an isolated lung model of ventilator-induced lung injury. Critical Care Medicine. 33 (5), 1077-1083 (2005).
- Catania, A., Lonati, C., Sordi, A., Gatti, S. Detrimental consequences of brain injury on peripheral cells. Brain, Behavior, and Immunity. 23 (7), 877-884 (2009).
- McKeating, E. G., Andrews, P. J., Mascia, L. Leukocyte adhesion molecule profiles and outcome after traumatic brain injury. Acta Neurochirurgica Supplement. 71, 200-202 (1998).
- Ott, L., McClain, C. J., Gillespie, M., Young, B. Cytokines and metabolic dysfunction after severe head injury. Journal of Neurotrauma. 11 (5), 447-472 (1994).
- Avlonitis, V. S., Wigfield, C. H., Kirby, J. A., Dark, J. H. The hemodynamic mechanisms of lung injury and systemic inflammatory response following brain death in the transplant donor. American Journal of Transplantation. 5 (4), 684-693 (2005).
- De Jesus Correia, C., et al. Hypertonic saline reduces cell infiltration into the lungs after brain death in rats. Pulmonary Pharmacology & Therapeutics. 61, 101901 (2020).
- Kalsotra, A., Zhao, J., Anakk, S., Dash, P. K., Strobel, H. W. Brain trauma leads to enhanced lung inflammation and injury: evidence for role of P4504Fs in resolution. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 27 (5), 963-974 (2007).
- Simas, R., Zanoni, F. L., Silva, R., Moreira, L. F. P. Brain death effects on lung microvasculature in an experimental model of lung donor. Journal Brasileiro de Pneumologia. 46 (2), e20180299 (2020).
- Moore, K. The physiological response to hemorrhagic shock. Journal of Emergency Nursing. 40 (6), 629-631 (2014).
- Fülöp, A., Turóczi, Z., Garbaisz, D., Harsányi, L., Szijártó, A. Experimental models of hemorrhagic shock: a review. European Surgical Research. 50 (2), 57-70 (2013).
- Hillen, G. P., Gaisford, W. D., Jensen, C. G. Pulmonary changes in treated and untreated hemorrhagic shock. I. Early functional and ultrastructural alterations after moderate shock. The American Journal of Surgery. 122 (5), 639-649 (1971).
- Sprung, J., Mackenzie, C. F., Green, M. D., O’Dwyer, J., Barnas, G. M. Chest wall and lung mechanics during acute hemorrhage in anesthetized dogs. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 11 (5), 608-612 (1997).
- Liu, X., et al. Inhibition of BTK protects lungs from trauma-hemorrhagic shock-induced injury in rats. Molecular Medicine Reports. 16 (1), 192-200 (2017).
- Maeshima, K., et al. Prevention of hemorrhagic shock-induced lung injury by heme arginate treatment in rats. Biochemical Pharmacology. 69 (11), 1667-1680 (2005).
- Gao, J., et al. Effects of different resuscitation fluids on acute lung injury in a rat model of uncontrolled hemorrhagic shock and infection. The Journal of Trauma. 67 (6), 1213-1219 (2009).
- Wohlauer, M., et al. Nebulized hypertonic saline attenuates acute lung injury following trauma and hemorrhagic shock via inhibition of matrix metalloproteinase-13. Critical Care Medicine. 40 (9), 2647-2653 (2012).
- Morrissey, P. E., Monaco, A. P. Donation after circulatory death: current practices, ongoing challenges, and potential improvements. Transplantation. 97 (3), 258-264 (2014).
- Snell, G. I., Levvey, B. J., Levin, K., Paraskeva, M., Westall, G. Donation after brain death versus donation after circulatory death: lung donor management issues. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine. 39 (2), 138-147 (2018).
- 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).
- Yamamoto, S., et al. Activations of mitogen-activated protein kinases and regulation of their downstream molecules after rat lung transplantation from donors after cardiac death. Transplantation Proceedings. 43 (10), 3628-3633 (2011).
- Kang, C. H., et al. Transcriptional signatures in donor lungs from donation after cardiac death vs after brain death: a functional pathway analysis. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 30 (3), 289-298 (2011).
