Een betrouwbaar porcine fascio-cutaan flapmodel voor gevasculariseerde composiet allografts bio-engineering studies
Summary
Het huidige protocol beschrijft het porcine fascio-cutane flap model en het potentiële gebruik ervan in gevasculariseerd samengesteld weefselonderzoek.
Abstract
Vascularized Composite Allografts (VCA) zoals hand-, gezichts- of penistransplantatie vertegenwoordigen de geavanceerde behandeling voor verwoestende huiddefecten, mislukt door de eerste stappen van de reconstructieve ladder. Ondanks veelbelovende esthetische en functionele resultaten, blijft de belangrijkste beperkende factor de noodzaak van een drastisch toegepaste levenslange immunosuppressie en de bekende medische risico’s ervan, waardoor bredere indicaties worden voorkomen. Daarom is het opheffen van de immuunbarrière in VCA essentieel om de ethische schaal te kantelen en de kwaliteit van leven van patiënten te verbeteren met behulp van de meest geavanceerde chirurgische technieken. De novo creatie van een patiëntspecifiek transplantaat is de aanstaande doorbraak in reconstructieve transplantatie. Met behulp van tissue engineering-technieken kunnen VCA’s worden bevrijd van donorcellen en worden aangepast voor de ontvanger door perfusie-decellularisatie-recellularisatie. Om deze nieuwe technologieën te ontwikkelen is een grootschalig dierlijk VCA-model nodig. Vandaar dat varkens fascio-cutane flappen, samengesteld uit huid, vet, fascia en bloedvaten, een ideaal model vormen voor voorbereidende studies in VCA. Niettemin omvatten de meeste VCA-modellen die in de literatuur worden beschreven spieren en botten. Dit werk rapporteert een betrouwbare en reproduceerbare techniek voor saphenous fascio-cutane flap harvest bij varkens, een praktisch hulpmiddel voor verschillende onderzoeksgebieden, met name gevasculariseerde composiet weefseltechnologie.
Introduction
Gevasculariseerde composiet allografts (VCA) hebben een revolutie teweeggebracht in de behandeling van moeilijk te repareren lichaamsdelenverliezen, zoals handen, gezicht en penis 1,2,3. Helaas hebben de eerste langetermijnresultaten4 aangetoond dat levenslange toediening van hooggedoseerde immunosuppressiva kan leiden tot ernstige bijkomende medische aandoeningen, waaronder diabetes, infecties, neoplasie en reno-vasculaire disfunctie5. De laatste tijd hebben deskundige VCA-teams het risico op chronische afstoting die leidt tot transplantaatverlies moeten beheersen en de eerste gezichtshertransplantatiegevallen moeten uitvoeren 6,7. Er zijn verschillende strategieën beschreven om de beperkingen van immunosuppressie bij VCA te overwinnen. De eerste is gebaseerd op het vaststellen van langetermijntransplantaattolerantie door een immuun gemengd chimerisme te induceren bij de allograft-ontvanger 8,9. De tweede betreft de novo creatie van een patiëntspecifiek transplantaat via tissue engineering.
Onlangs heeft perfusie-decellularisatie van biologische weefsels inheemse extracellulaire matrix (ECM) scaffolds gegenereerd, waardoor het behoud van het vasculaire netwerk en de weefselarchitectuur van hele organenmogelijk is 10. Vandaar dat de recellularisatie van deze ECM met ontvangerspecifieke cellen een aangepast transplantaat zou creëren dat vrij is van immuunbeperkingen. In onderzoek naar VCA-bio-engineering hebben meerdere teams dergelijke ECM gedecellulariseerd en verkregen met behoud van de gehele architectuur 11,12,13. Het hercellulisatieproces blijft echter uitdagend en is niet succesvol geweest in grote diermodellen14,15. De ontwikkeling van deze baanbrekende technologieën creëert een behoefte aan betrouwbare en reproduceerbare grote dierlijke samengestelde weefselmodellen. Varkensmodellen vertegenwoordigen de grootste keuze in de ontwikkelingspijplijn van bio-engineering, omdat varkenshuid de anatomische en fysiologische kenmerken vertoont die het dichtst bij de menselijke huidliggen 16. Het gebruik van fascio-cutane flaps (FCF) is ideaal tijdens de eerste stappen naar het creëren van ‘op maat gemaakte’ gevasculariseerde composiet weefseltransplantaten. FCF is inderdaad een elementair VCA-model dat huid-, vet-, fascia- en endotheelcellen bevat. Een beschrijving van varkens myocutane flappen17 en osteomyocutane flappen18 is te vinden in de literatuur. Toch is er een gebrek aan focus op fascio-cutane flaps oogsttechnieken.
Daarom is deze studie bedoeld om onderzoekers een gedetailleerde beschrijving te geven van een varkenssabophenous FCF-verkrijgingstechniek en alle kenmerken van de flap weer te geven voor gebruik in vele onderzoeksgebieden, vooral in gevasculariseerde composiet weefseltechnologie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit artikel beschrijft een betrouwbare en reproduceerbare fasciocutane flap geoogst op varkensachterpoten. Het volgen van dit stapsgewijze chirurgische protocol maakt het mogelijk om in minder dan 2 uur twee flappen op slechts één dier te verkrijgen. De meest kritieke stap van de operatie is de skeletisatie van de vasculaire pedikel in de gracilis-spiervezels, die een grondige dissectie door een bekwame chirurg vereist. Het vastzetten van de huid aan de fascia met behulp van cutane hechtingen is een cruciale tip om te …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door Shriners Hospitals for Children subsidies # 85127 (BEU en CLC) en # 84702 (AA). De auteurs willen de stichting “Gueules Cassées” bedanken voor de salarisondersteuning aan de fellows die bij dat project betrokken zijn.
Materials
| 18 G angiocatheter | BD Insyte Autoguard | 381409 | |
| 20 G angiocatheter | BD Insyte Autoguard | 381411 | |
| Adson Tissue Forceps, 11 cm, 1 x 2 Teeth with Tying Platform | ASSI | ASSI.ATK26426 | |
| Atropine Sulfate | AdvaCare | 212-868 | |
| Bipolar cords | ASSI | 228000C | |
| Buprenorphine HCl | Pharmaceutical, Inc | 42023-179-01 | |
| Dilating Forceps | Fine science tools (FST) | 18131-12 | |
| Endotrachel tube | Jorgensen Labs | JO615X | size from 6 to 15mm depending on the pig weight |
| Ethilon 3-0 16 mm 3/8 | Ethicon | MPVCP683H | |
| Euthasol | Virbac AH | 200-071 | |
| Heparin Lock Flush Solution, USP, 100 units/mL | BD PosiFlush | 306424 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 14043-704-06 | |
| Jewelers Bipolar Forceps Non Stick 11 cm, straight pointed tip, 0.25 mm tip diameter | ASSI | ASSI.BPNS11223 | |
| Metzenbaum scissors 180 mm | B Braun | BC606R | |
| Microfil blue | Flow tech | LMV-120 | |
| Microfil dilution | Flow tech | LMV-112 | colored filing solution |
| Monopolar knife | ASSI | 221230C | |
| N°15 scalpel blade | Swann Morton | NS11 | |
| Omnipaque | General Electric | 4080358 | contrast product |
| Perma-Hand Silk 3-0 | Ethicon | A184H | |
| Small Ligaclip | Ethicon | MCM20 | |
| Stevens scissors 115 mm | B Braun | BC008R | |
| Telazol | Zoetis | 106-111 | |
| Xylamed (xylazine) | Bimeda | 200-529 |
References
- Dubernard, J. M., et al. Human hand allograft: Report on first 6 months. The Lancet. 353 (9161), 1315-1320 (1999).
- Meningaud, J. P., et al. Procurement of total human face graft for allotransplantation: A preclinical study and the first clinical case. Plastic and Reconstructive Surgery. 126 (4), 1181-1190 (2010).
- Cetrulo, C. L., et al. Penis transplantation: First US experience. Annals of Surgery. 267 (5), 983-988 (2018).
- Lantieri, L., et al. Face transplant: Long-term follow-up and results of a prospective open study. Lancet. 388 (10052), 1398-1407 (2016).
- Derek, E., Dhanireddy, K. Immunosuppression. Current Opinion in Organ Transplantation. 17 (6), 616-618 (2012).
- Lantieri, L., et al. First human facial retransplantation: 30-month follow-up. Lancet. 396 (10264), 1758-1765 (2020).
- Kauke, M., et al. Full facial retransplantation in a female patient-Technical, immunologic, and clinical considerations. American Journal of Transplantation. 21 (10), 3472-3480 (2021).
- Leonard, D. A., et al. Vascularized composite allograft tolerance across MHC barriers in a large animal model. American Journal of Transplantation. 14 (2), 343-355 (2014).
- Kawai, T., et al. HLA-mismatched renal transplantation without maintenance immunosuppression. The New England Journal of Medicine. 368 (19), 1850-1852 (2013).
- Badylak, S. F., Taylor, D., Uygun, K. Whole-organ tissue engineering: Decellularization and recellularization of three-dimensional matrix scaffolds. Annual Review of Biomedical Engineering. 13, 27-53 (2011).
- Jank, B. J., et al. Creation of a bioengineered skin flap scaffold with a perfusable vascular pedicle. Tissue Engineering Part A. 23 (13-14), 696-707 (2017).
- Jank, B. J., et al. Engineered composite tissue as a bioartificial limb graft. Biomaterials. 61, 246-256 (2015).
- Duisit, J., et al. Decellularization of the porcine ear generates a biocompatible, nonimmunogenic extracellular matrix platform for face subunit bioengineering. Annals of Surgery. 267 (6), 1191-1201 (2018).
- Lupon, E., et al. Engineering Vascularized composite allografts using natural scaffolds: A systematic review. Tissue Engineering Part B: Reviews. , (2021).
- Duisit, J., Maistriaux, L., Bertheuil, N., Lellouch, A. G. Engineering vascularized composite tissues by perfusion decellularization/recellularization: Review. Current Transplantation Reports. 8, 44-56 (2021).
- Sullivan, T. P., Eaglstein, W. H., Davis, S. C., Mertz, P. The pig as a model for human wound healing. Wound Repair and Regeneration: Official Publication of the Wound Healing Society [and] the European Tissue Repair Society. 9 (2), 66-76 (2001).
- Haughey, B. H., Panje, W. R. A porcine model for multiple musculocutaneous flaps. The Laryngoscope. 99 (2), 204-212 (1989).
- Ibrahim, Z., et al. A modified heterotopic swine hind limb transplant model for translational vascularized composite allotransplantation (VCA) research. Journal of Visualized Experiments. (80), e50475 (2013).
- Rosh, E. H., Vistnes, L. M., Ksander, G. A. The panniculus carnosus in the domestic pic. Plastic and Reconstructive Surgery. 59 (1), 94-97 (1977).
- Alessa, M. A., et al. Porcine as a training module for head and neck microvascular reconstruction. Journal of Visualized Experiments. (139), e58104 (2018).
- Minqiang, X., Jie, L., Dali, M., Lanhua, M. Transmidline abdominal skin flap model in pig: Refinements and advancements. Journal of Reconstructive Microsurgery. 28 (02), 111-118 (2012).
- Bodin, F., et al. Porcine model for free-flap breast reconstruction training. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 68 (10), 1402-1409 (2015).
- Kadono, K., Gruszynski, M., Azari, K., Kupiec-Weglinski, J. W. Vascularized composite allotransplantation versus solid organ transplantation: Innate-adaptive immune interphase. Current Opinion in Organ Transplantation. 24 (6), 714-720 (2019).
- Kruit, A. S., et al. Rectus Abdominis flap replantation after 18 h hypothermic extracorporeal perfusion-A Porcine Model. Journal of Clinical Medicine. 10 (17), 3858 (2021).
