Untersuchung experimenteller Organspendemodelle für die Lungentransplantation

Summary

Die vorliegende Studie zeigt die Etablierung von drei verschiedenen Lungenspendemodellen (Post-Hirntod-Spende, Post-Kreislauftod-Spende und Post-Hämorrhagische Schockspende). Sie vergleicht die mit diesen Ereignissen verbundenen entzündlichen Prozesse und pathologischen Störungen.

Abstract

Experimentelle Modelle sind wichtige Werkzeuge, um die ätiologischen Phänomene zu verstehen, die an verschiedenen pathophysiologischen Ereignissen beteiligt sind. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Tiermodelle verwendet, um die Elemente zu untersuchen, die die Pathophysiologie der primären Transplantatdysfunktion nach Transplantation auslösen, um mögliche Behandlungen zu bewerten. Derzeit können wir experimentelle Spendemodelle in zwei große Gruppen einteilen: Spende nach Hirntod und Spende nach Kreislaufstillstand. Darüber hinaus sollten die schädlichen Auswirkungen eines hämorrhagischen Schocks berücksichtigt werden, wenn Tiermodelle für Organspenden in Betracht gezogen werden. Hier beschreiben wir die Etablierung von drei verschiedenen Lungenspendemodellen (Post-Hirntod-Spende, Post-Kreislauf-Todesspende und Post-Hämorrhagische Schockspende) und vergleichen die mit diesen Ereignissen verbundenen entzündlichen Prozesse und pathologischen Störungen. Ziel ist es, der wissenschaftlichen Gemeinschaft zuverlässige Tiermodelle der Lungenspende zur Verfügung zu stellen, um die damit verbundenen pathologischen Mechanismen zu untersuchen und nach neuen therapeutischen Zielen zu suchen, um die Anzahl der lebensfähigen Transplantate für die Transplantation zu optimieren.

Introduction

Klinische Relevanz
Die Organtransplantation ist eine etablierte therapeutische Option für verschiedene schwere Erkrankungen. In den letzten Jahren wurden viele Fortschritte auf dem klinischen und experimentellen Gebiet der Organtransplantation erzielt, wie z. B. ein besseres Wissen über die Pathophysiologie der primären Transplantatdysfunktion (PID) und Fortschritte in den Bereichen Intensivmedizin, Immunologie und Pharmakologie ^1,2,3. Trotz der Errungenschaften und Verbesserungen bei der Qualität der damit verbundenen chirurgischen und pharmakologischen Verfahren bleibt das Verhältnis zwischen der Anzahl der verfügbaren Organe und der Anzahl der Empfänger auf der Warteliste eine der größten Herausforderungen ^2,4. In diesem Zusammenhang wurden in der wissenschaftlichen Literatur Tiermodelle für die Untersuchung von Therapien vorgeschlagen, die bei Organspendern angewendet werden können, um die Organe bis zum Zeitpunkt der Transplantation zu behandeln und/oder zu erhalten 5,6,7,8.

Durch die Nachahmung der verschiedenen in der klinischen Praxis beobachteten Ereignisse ermöglichen Tiermodelle die Untersuchung der damit verbundenen pathologischen Mechanismen und ihrer jeweiligen therapeutischen Ansätze. Die experimentelle Induktion dieser Ereignisse hat in den meisten Einzelfällen experimentelle Modelle der Organ- und Gewebespende hervorgebracht, die in der wissenschaftlichen Literatur zur Organtransplantation umfassend untersucht werden 6,7,8,9. Diese Studien verwenden unterschiedliche methodische Strategien, wie z. B. die Induktion des Hirntods (BD), des hämorrhagischen Schocks (HS) und des Kreislauftodes (CD), da diese Ereignisse mit verschiedenen schädlichen Prozessen verbunden sind, die die Funktionalität der gespendeten Organe und Gewebe beeinträchtigen.

Hirntod (BD)
BD ist mit einer Reihe von Ereignissen verbunden, die zu einer fortschreitenden Verschlechterung verschiedener Systeme führen. Sie tritt in der Regel auf, wenn ein akuter oder allmählicher Anstieg des Hirndrucks (ICP) aufgrund eines Hirntraumas oder einer Blutung auftritt. Dieser Anstieg des ICP fördert einen Anstieg des Blutdrucks, um einen stabilen zerebralen Blutfluss aufrechtzuerhalten, ein Prozess, der als Cushing-Reflex bekannt ist^10,11. Diese akuten Veränderungen können zu kardiovaskulären, endokrinen und neurologischen Funktionsstörungen führen, die die Quantität und Qualität der gespendeten Organe beeinträchtigen und sich auf die Morbidität und Mortalität nach der Transplantation auswirken 10,11,12,13.

Hämorrhagischer Schock (HS)
HS wiederum wird oft mit Organspendern in Verbindung gebracht, da die meisten von ihnen Opfer eines Traumas mit erheblichem Verlust des Blutvolumens sind. Einige Organe, wie die Lunge und das Herz, sind aufgrund von Hypovolämie und daraus resultierender Gewebehypoperfusion besonders anfällig für HS¹⁴. HS induziert Lungenschäden durch erhöhte Kapillarpermeabilität, Ödeme und Infiltration von Entzündungszellen, Mechanismen, die zusammen den Gasaustausch beeinträchtigen und zu einer fortschreitenden Verschlechterung der Organe führen, wodurch der Spendeprozess entgleist ^6,14.

Kreislauftod (CD)
Die Verwendung von Post-CD-Spenden hat in den großen Zentren der Welt exponentiell zugenommen und trägt so zur Zunahme der Anzahl der gesammelten Organe bei. Organe, die von Post-CD-Spendern gewonnen wurden, sind anfällig für die Auswirkungen einer warmen Ischämie, die nach einem Intervall niedriger (agonische Phase) oder keiner Blutversorgung (asystostolische Phase) ^auftritt8,15. Eine Hypoperfusion oder das Fehlen eines Blutflusses führt zu einer Gewebehypoxie, die mit dem abrupten Verlust von ATP und der Ansammlung von Stoffwechseltoxinen im Gewebe einhergeht¹⁵. Trotz der derzeitigen Verwendung für die Transplantation in der klinischen Praxis bestehen nach wie vor viele Zweifel an den Auswirkungen der Verwendung dieser Organe auf die Qualität des Transplantats nach der Transplantation und auf das Überleben der Patienten¹⁵. So^{nimmt auch} die Verwendung von experimentellen Modellen für ein besseres Verständnis der ätiologischen Faktoren, die mit Zöliakie assoziiert sind, zu 8,15,16,17 zu.

Experimentelle Modelle
Es gibt verschiedene experimentelle Organspendemodelle (BD, HS und CD). Studien konzentrieren sich jedoch oft nur auf jeweils eine Strategie. Es gibt eine auffällige Lücke bei Studien, die zwei oder mehr Strategien kombinieren oder vergleichen. Diese Modelle sind sehr nützlich bei der Entwicklung von Therapien, die darauf abzielen, die Anzahl der Spenden zu erhöhen und damit die Warteliste potenzieller Empfänger zu verkürzen. Die Tierarten, die für diesen Zweck verwendet werden, variieren von Studie zu Studie, wobei Schweinemodelle häufiger ausgewählt werden, wenn das Ziel eine direktere Translation mit der menschlichen Morphophysiologie und weniger technische Schwierigkeiten beim chirurgischen Eingriff aufgrund der Größe des Tieres ist. Trotz der Vorteile sind mit dem Schweinemodell logistische Schwierigkeiten und hohe Kosten verbunden. Auf der anderen Seite begünstigen die niedrigen Kosten und die Möglichkeit der biologischen Manipulation die Verwendung von Nagetiermodellen, die es dem Forscher ermöglichen, von einem zuverlässigen Modell auszugehen, um Läsionen zu reproduzieren und zu behandeln sowie das im Bereich der Organtransplantation erworbene Wissen zu integrieren.

Hier stellen wir ein Nagetiermodell für Hirntod, Kreislauftod und hämorrhagische Schockspende vor. Wir beschreiben Entzündungsprozesse und pathologische Zustände, die mit jedem dieser Modelle verbunden sind.

Protocol

Die Tierversuche entsprachen der Ethikkommission für die Verwendung und Pflege von Versuchstieren der Medizinischen Fakultät der Universität von São Paulo (Protokollnummer 112/16). 1. Gruppierung von Tieren Zwölf männliche Sprague-Dawley-Ratten (250-300 g) wurden nach dem Zufallsprinzip einer von drei Versuchsgruppen (n=4) zugeteilt, um die mit den Tiermodellen verbundenen Effekte zu analysieren und zu vergleichen. Zuordnung der Tiere zur hä…

Representative Results

Mittlerer arterieller Blutdruck (MAP)Um die hämodynamischen Auswirkungen von BD und HS zu bestimmen, wurde MAP über die 360 Minuten des Protokolls ausgewertet. Die Baseline-Messung wurde nach Hautentfernung und Schädelbohrung sowie vor der Blutaliquotentnahme bei Tieren erhoben, die einer BD bzw. HS unterzogen wurden. Vor der BD- und HS-Induktion war die Baseline-MAP der beiden Gruppen ähnlich (BD: 110,5 ± 6,1 vs. HS: 105,8 ± 2,3 mmHg; p=0,5; Zwei-Wege-ANOVA). Nach Katheterinsufflation kam es i…

Discussion

In den letzten Jahren hat die steigende Zahl von Hirntoddiagnosen dazu geführt, dass es zum größten Anbieter von Organen und Geweben für Transplantationen geworden ist. Dieses Wachstum ging jedoch mit einem unglaublichen Anstieg der Spenden nach dem Kreislauftod einher. Trotz seiner multifaktoriellen Natur beginnen die meisten Auslösemechanismen der Todesursachen nach einem Trauma oder begleiten es mit einem ausgedehnten Verlust des Blutgehalts ^4,18.

<p …

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