Undersøgelse af eksperimentelle organdonationsmodeller til lungetransplantation

Summary

Denne undersøgelse viser etableringen af tre forskellige lungedonationsmodeller (post-hjernedød, post-kredsløbsdød donation og post-hæmoragisk chokdonation). Det sammenligner de inflammatoriske processer og patologiske lidelser forbundet med disse hændelser.

Abstract

Eksperimentelle modeller er vigtige værktøjer til forståelse af de etiologiske fænomener, der er involveret i forskellige patofysiologiske begivenheder. I denne sammenhæng bruges forskellige dyremodeller til at studere de elementer, der udløser patofysiologien af primær transplantatdysfunktion efter transplantation for at evaluere potentielle behandlinger. I øjeblikket kan vi opdele eksperimentelle donationsmodeller i to store grupper: donation efter hjernedød og donation efter kredsløbsstop. Desuden bør de skadelige virkninger forbundet med hæmoragisk shock overvejes, når man overvejer dyremodeller for organdonation. Her beskriver vi etableringen af tre forskellige lungedonationsmodeller (post-hjernedødsdonation, post-kredsløbsdød donation og post-hæmoragisk chokdonation) og sammenligner de inflammatoriske processer og patologiske lidelser forbundet med disse hændelser. Målet er at give det videnskabelige samfund pålidelige dyremodeller for lungedonation til at studere de tilknyttede patologiske mekanismer og søge efter nye terapeutiske mål for at optimere antallet af levedygtige transplantater til transplantation.

Introduction

Klinisk relevans
Organtransplantation er en veletableret terapeutisk mulighed for flere alvorlige patologier. I de senere år er der opnået mange fremskridt inden for de kliniske og eksperimentelle områder af organtransplantation, såsom større viden om patofysiologien ved primær transplantatdysfunktion (PGD) og fremskridt inden for intensivpleje, immunologi og farmakologi ^1,2,3. På trods af resultaterne og forbedringerne i kvaliteten af de relaterede kirurgiske og farmakologiske procedurer er forholdet mellem antallet af tilgængelige organer og antallet af modtagere på ventelisten fortsat en af de største udfordringer ^2,4. I denne henseende har den videnskabelige litteratur foreslået dyremodeller til undersøgelse af terapier, der kan anvendes på organdonorer til behandling og / eller bevarelse af organerne indtil transplantationstidspunktet 5,6,7,8.

Ved at efterligne de forskellige hændelser, der observeres i klinisk praksis, tillader dyremodeller undersøgelsen af de associerede patologiske mekanismer og deres respektive terapeutiske tilgange. Den eksperimentelle induktion af disse begivenheder har i de fleste isolerede tilfælde genereret eksperimentelle modeller for organ- og vævsdonation, der er bredt undersøgt i den videnskabelige litteratur om organtransplantation 6,7,8,9. Disse undersøgelser anvender forskellige metodologiske strategier, såsom dem, der inducerer hjernedød (BD), hæmoragisk chok (HS) og kredsløbsdød (CD), da disse begivenheder er forbundet med forskellige skadelige processer, der kompromitterer funktionaliteten af de donerede organer og væv.

Hjernedød (BD)
BD er forbundet med en række begivenheder, der fører til den progressive forringelse af forskellige systemer. Det sker normalt, når en akut eller gradvis stigning i intrakranielt tryk (ICP) sker på grund af hjernetraumer eller blødning. Denne stigning i ICP fremmer en stigning i blodtrykket i et forsøg på at opretholde en stabil cerebral blodgennemstrømning i en proces kendt som Cushings refleks^10,11. Disse akutte ændringer kan resultere i kardiovaskulære, endokrine, og neurologiske dysfunktioner, der kompromitterer mængden og kvaliteten af de donerede organer, ud over at påvirke post-transplantation sygelighed og dødelighed 10,11,12,13.

Hæmoragisk chok (HS)
HS er igen ofte forbundet med organdonorer, da de fleste af dem er ofre for traumer med betydeligt tab af blodvolumen. Nogle organer, såsom lunger og hjerte, er særligt sårbare over for HS på grund af hypovolæmi og deraf følgende vævshypoperfusion¹⁴. HS inducerer lungeskade gennem øget kapillærpermeabilitet, ødem og infiltration af inflammatoriske celler, mekanismer, der tilsammen kompromitterer gasudveksling og fører til progressiv organforringelse, hvilket følgelig afsporer donationsprocessen ^6,14.

Kredsløbsdød (CD)
Brugen af post-cd-donation er vokset eksponentielt i store verdenscentre og bidrager dermed til stigningen i antallet af indsamlede organer. Organer genvundet fra post-CD-donorer er sårbare over for virkningerne af varm iskæmi, som opstår efter et interval med lav (agonisk fase) eller ingen blodforsyning (asystolisk fase)^8,15. Hypoperfusion eller fravær af blodgennemstrømning vil føre til vævshypoxi forbundet med det pludselige tab af ATP og akkumulering af metaboliske toksiner i væv¹⁵. På trods af den nuværende anvendelse til transplantation i klinisk praksis hersker der fortsat stor tvivl om virkningen af anvendelsen af disse organer på kvaliteten af transplantatet efter transplantationen og på patienternes overlevelse¹⁵. Således vokser brugen af eksperimentelle modeller til en bedre forståelse af de etiologiske faktorer forbundet med CD også 8,15,16,17.

Eksperimentelle modeller
Der er forskellige eksperimentelle organdonationsmodeller (BD, HS og CD). Undersøgelser fokuserer dog ofte kun på én strategi ad gangen. Der er et mærkbart hul i undersøgelser, der kombinerer eller sammenligner to eller flere strategier. Disse modeller er meget nyttige i udviklingen af terapier, der søger at øge antallet af donationer og dermed mindske ventelisten over potentielle modtagere. De dyrearter, der anvendes til dette formål, varierer fra undersøgelse til undersøgelse, hvor svinemodeller vælges mere almindeligt, når målet er en mere direkte oversættelse med human morfofysiologi og mindre tekniske vanskeligheder i det kirurgiske indgreb på grund af dyrets størrelse. På trods af fordelene er logistiske vanskeligheder og høje omkostninger forbundet med svinemodellen. På den anden side favoriserer de lave omkostninger og muligheden for biologisk manipulation brugen af gnavermodeller, så forskeren kan starte fra en pålidelig model til at reproducere og behandle læsioner samt at integrere den viden, der er erhvervet inden for organtransplantation.

Her præsenterer vi en gnavermodel af hjernedød, kredsløbsdød og hæmoragisk chokdonation. Vi beskriver inflammatoriske processer og patologiske tilstande forbundet med hver af disse modeller.

Protocol

Dyreforsøg overholdt den etiske komité for brug og pleje af forsøgsdyr ved det medicinske fakultet ved universitetet i São Paulo (protokolnummer 112/16). 1. Gruppering af dyr Tildel tilfældigt tolv hanrotter fra Sprague Dawley (250-300 g) til en af tre forsøgsgrupper (n=4) for at analysere og sammenligne effekterne forbundet med dyremodellerne. Tildel dyr til hæmoragisk chokgruppe (HS, n = 4): dyr, der udsættes for vaskulær kateterisering …

Representative Results

Gennemsnitligt arterielt tryk (MAP)For at bestemme de hæmodynamiske konsekvenser af BD og HS blev MAP evalueret over protokollens 360 minutter. Baselinemålingen blev indsamlet efter hudfjernelse og kranieboring og før blodalikvote indsamling for dyr, der blev udsat for henholdsvis BD eller HS. Før BD- og HS-induktion var baseline MAP for de to grupper ens (BD: 110,5 ± 6,1 vs. HS: 105,8 ± 2,3 mmHg; p = 0,5; tovejs ANOVA). Efter kateterinsufflation oplevede BD-gruppen en pludselig stigning i blod…

Discussion

I de senere år har det stigende antal diagnoser af hjernedød ført til, at det er blevet den største udbyder af organer og væv beregnet til transplantation. Denne vækst har imidlertid været ledsaget af en utrolig stigning i donationer efter kredsløbsdød. På trods af sin multifaktorielle karakter begynder de fleste af de udløsende mekanismer for dødsårsagerne efter eller ledsager traumer med omfattende tab af blodindhold ^4,18.

<p class="jove_conten…

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