Een heterotopisch muismodel voor het bestuderen van larynxtransplantatie
Summary
Het doel van dit manuscript is om de microchirurgische stappen te beschrijven die nodig zijn om een heterotope larynxtransplantatie bij muizen uit te voeren. De voordelen van dit muismodel ten opzichte van andere diermodellen van larynxtransplantatie zijn de kosteneffectiviteit en de beschikbaarheid van immunologische testen en gegevens.
Abstract
Larynx heterotopische transplantatie, hoewel een technisch uitdagende procedure, biedt meer wetenschappelijke analyse en kostenvoordelen in vergelijking met andere diermodellen. Hoewel voor het eerst beschreven door Shipchandler et al. in 2009, wordt deze techniek niet veel gebruikt, mogelijk vanwege de moeilijkheden bij het leren van de microchirurgische techniek en de tijd die nodig is om het onder de knie te krijgen. Dit artikel beschrijft de chirurgische stappen in detail, evenals mogelijke valkuilen om te vermijden, om effectief gebruik van deze techniek aan te moedigen.
In dit model worden de bilaterale halsslagaders van het strottenhoofd van de donor geanastomoseerd naar de ontvangende halsslagader en de externe halsader, waardoor bloed door het transplantaat kan stromen. De bloedstroom kan intraoperatief worden bevestigd door de visualisatie van bloed dat de bilaterale halsslagaders van het transplantaat vult, roodheid van de schildklieren van het transplantaat en bloedingen uit microvaten in het transplantaat. De cruciale elementen voor succes omvatten delicate conservering van de transplantaatvaten, het maken van de juiste grootte arteriotomie en venotomie, en het gebruik van het juiste aantal hechtingen op de arteriële-arteriële en arteriële-veneuze anastomosen om bloedvaten te beveiligen zonder lekkage en occlusie te voorkomen.
Iedereen kan zich met voldoende training bekwamen in dit model en de procedure in ongeveer 3 uur uitvoeren. Indien met succes uitgevoerd, maakt dit model het mogelijk om immunologische studies gemakkelijk en tegen lage kosten uit te voeren.
Introduction
Voor patiënten die lijden aan onherstelbare larynxschade of strottenhoofdkanker is een totale laryngectomie vaak de enige optie1. Totale laryngectomie laat patiënten achter zonder het vermogen om zelfstandig te ademen en te spreken, naast het ervaren van sociale en psychologische nood2. Patiënten met strottenhoofdkanker die een totale laryngectomie nodig hebben, zijn uitstekende potentiële kandidaten voor larynxtransplantatie. Terwijl menselijke larynxtransplantatie in de setting van onherstelbare larynxschade is uitgevoerd, wordt allotransplantatie van het strottenhoofd momenteel vermeden bij deze patiënten vanwege de angst voor tumorrecidief, de mogelijkheid van chronische afstoting en van donoren afgeleide infecties3. Immunosuppressie is de primaire oorzaak van deze zorgen. Het dramatische verlies van de eerste gedeeltelijke larynxtransplantatiepatiënt als gevolg van tumorrecidief na conventionele immunosuppressieve behandeling is het bewijs dat een geschikt immunosuppressief regime moet worden bedacht voordat verdere pogingen tot transplantatie bij larynxkankerpatiënten worden gedaan 4,5.
Om de immuunrespons van de gastheer op een getransplanteerd strottenhoofd beter te begrijpen, werd het eerste larynxtransplantatiemodel bij ratten in 1992 ontwikkeld door Strome en werden in 2002 verbeteringen aan de chirurgische techniek aangebracht 6,7. Hoewel dit model effectief is voor het bestuderen van larynxtransplantatie, leidde het gebrek aan ratspecifieke immunologische middelen en de hogere kosten in verband met rattenmodellen tot de ontwikkeling van een nieuw muismodel voor het bestuderen van larynxtransplantatie in 20098.
De belangrijkste toepassing van de beschreven techniek is het bestuderen van verschillende immunosuppressieve medicijnregimes bij larynxtransplantatie. Het verbeteren van de huidige immunosuppressieve therapieën kan de kandidatenpool verbreden en leiden tot veilige transplantatie bij kankerpatiënten. De voordelen van dit muismodel zijn de kosteneffectiviteit en de brede beschikbaarheid van immunologische gegevens en reagentia.
Teams die werken aan immunosuppressieve behandelingsregimes voor larynxtransplantatie kunnen deze methode gebruiken om een groot volume immunologische gegevens te verzamelen en verschillende medicijnregimes kunnen snel worden getest en vergeleken. Andere potentiële behandelingsmodaliteiten die de immuunrespons op de transplantatie kunnen moduleren, zoals stamcelinjecties, kunnen ook worden getest met behulp van dit model. Ten slotte kunnen experimenten worden bedacht om systemische langetermijneffecten van larynxtransplantatie te observeren door de follow-upperiode te verlengen.
De hier beschreven techniek maakt gebruik van end-to-side anastomosen om arteriële en veneuze stroom naar een heterotopisch strottenhoofdtransplantaat te bieden. Het transplantaat is een laryngotracheoesophageal (LTE) complex bestaande uit het strottenhoofd, de schildklier, de bijschildklieren, de luchtpijp en de slokdarm van de donor, met bilaterale halsslagaders en pedikels intact. Eén donorcarotisslagader wordt geanostomoseerd naar de ontvangende halsslagader en zorgt voor arteriële bloedstroom, terwijl de andere donorcarotisslagader wordt geanostomoseerd naar de ontvangende externe halsader en zorgt voor veneuze bloedstroom (figuur 1).
Verschillende wijzigingen werden aangebracht in de chirurgische techniek van het rattenmodel om succes in het muismodel te garanderen. Er werd bijvoorbeeld een geïnhaleerd anestheticum gebruikt in plaats van een injecteerbaar middel om de controle over de diepte van de anesthesie te vergroten en complicaties te verminderen. Continue hechting wordt gebruikt bij de arteriële-arteriële anastomose bij ratten; vanwege de kleinere omvang van muisvaten is dit echter technisch moeilijk en kan dit leiden tot vernauwing van het vaatlumen7. Als gevolg hiervan worden onderbroken hechtingen gebruikt in het muismodel en resulteren in een verbeterde doorgankelijkheid van het vat. Bovendien wordt in het rattenmodel de superieure schildklierslagader (STA) pedikel ontleed en gevisualiseerd. Gezien de kleinere omvang van de STA bij muizen, kan deze dissectie leiden tot schade aan en zelfs transsectie van de STA. Als gevolg hiervan wordt het niet ontleed in het muismodel. In plaats daarvan wordt de nabijgelegen fascia bewaard om ervoor te zorgen dat de STA intact blijft.
De belangrijkste potentiële valkuilen van deze techniek zijn het beschadigen van de cellulaire pedikels van het donor LTE-complex, het maken van een arteriotomie of venotomie van een verkeerde grootte, vaatocclusie op de anastomoseplaatsen of het achterlaten van gaten op de anastomoseplaatsen die bloedingen kunnen veroorzaken. Om deze misstappen te voorkomen, moet voorzichtigheid worden betracht bij het verkrijgen van het donortransplantaat door een manchet van weefsel rond de STA-pedikel achter te laten. De arteriotomie en venotomie moeten groot genoeg zijn om de bloedstroom mogelijk te maken, maar klein genoeg om lekkage te voorkomen. Een passend aantal hechtingen moet worden gebruikt voor de anastomosen om eventuele openingen te dichten, maar niet te veel om de vaten af te sluiten.
Als bekendheid met de microchirurgische technieken wordt verkregen, kan deze procedure in ongeveer 3 uur worden uitgevoerd. Dit larynxtransplantatiemodel kan betrouwbaar worden uitgevoerd bij muizen en worden gebruikt om de immuunrespons van de gastheer te bestuderen na gevasculariseerde samengestelde allotransplantatie.
Protocol
Representative Results
Discussion
De incidentie en prevalentie van strottenhoofdkanker zijn de afgelopen drie decennia met respectievelijk 12% en 24% toegenomen en veel van deze patiënten ondergaan een laryngectomie voor behandeling10. Deze procedure verslechtert de kwaliteit van leven van een persoon aanzienlijk en daarom is een alternatieve behandeling gewenst. Gevasculariseerde composiet allotransplantatie van het strottenhoofd kan het vermogen van een patiënt om te ademen en te spreken verbeteren; er is echter nog onderzoek …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen Randall Raish bedanken voor zijn uitstekende hulp bij videografie en bewerking.
Materials
| #1 Paperclips | Staples | OP-7404 | Clips are shaped manually to be used as retractors |
| 1 cc Insulin Syringes | BD | 329412 | 27 G 5/8 |
| 10-0 Ethilon Nylon Suture | Ethicon | 2870G | |
| 25 G Precision Glide Needle | BD | 305125 | 1 in |
| 3 mL Luer-Lok Tip Syringe | BD | 309657 | |
| 30 G Sterile Standard Blunt Needles | Cellink | NZ5300505001 | |
| 5-0 Monocryl Suture | Ethicon | Y822G | |
| 8-0 Ethilon Nylon Suture | Ethicon | 2815G | |
| Adson Forceps | Fine Science Tools | 11027-12 | Straight, 1 x 2 teeth |
| Adventitia scissors | S&T | SAS-10 | 19 mm, 10 cm, straight |
| Angled Forceps | Fine Science Tools | 00109-11 | 45/11 cm |
| Artifical Tears Lubricant Opthalmic Ointment | Akorn Animal Health | 59399-162-35 | |
| Bandaid Fabric Fingertip | Cardinal Healthcare | 299399 | |
| Betadine Solution Swabsticks | Purdue Products | 67618-153-01 | |
| Buprenex Injection | CIII | 12495-0757-1 | 0.3 mg/mL |
| Clamp applying forceps without lock | Accurate Surgical & Scientific Instruments | ASSI.CAF5 | 14 cm |
| Cotton Swabs | Puritan | 10806-001-PK | |
| DeBakey forceps | |||
| Dermabond Mini | Cardinal Healthcare | 315999 | |
| Dissecting Boards | Mopec | 22-444-314 | |
| Falcon Sterile Disposable Petri Dish | Corning | 25373-041 | 35 mm |
| Fine Scisssors | Fine Science Tools | 14029-10 | Curved Sharp-Blunt 10 cm |
| Golden A5 2-Speed Blade Clipper | Oster | 008OST-78005-140 | #10 |
| Hair Remover Sensitive Formula | Nair | 2260000033 | |
| Heparin | Meitheal Pharmaceuticals | 71288-4O2-10 | 10,000 USP units per 10 mL |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | 66794-013-25 | |
| Low-Temp Micro Fine Tip Cautery | Bovie Medical | AA90 | |
| Mercian Visibility Background Material | Synovis Micro Companies | VB3 | Green |
| Microvascular Approximator Clamp without Frame | Accurate Surgical & Scientific Instruments | ASSI.ABB11V | 0.4-1 mm Vessel Diameter |
| Mouse face mask kit | Xenotec | XRK-S | Small |
| Needle holder | S&T | C-14 W | 5.5", 8 mm, 0.4 mm |
| Press n' Seal | Glad | 70441 | |
| Scalpel | Braun | BA210 | 10 blade |
| Single Mini Vessel Clamp | Accurate Surgical & Scientific Instruments | ASSI.ABB11M | .31 (8 mm), 3 x 1 mm Rnd. Bl., Black Pair |
| Stereomicroscope | Olympus | SZ61 | |
| Sterile Alcohol Prep Pads | Fisherbrand | 06-669-62 | |
| Sterile Disposable Drape Sheets | Dynarex | DYN4410-CASE | |
| Sterile Gauze Pads | Dukal | 1212 | |
| Sterile Saline | Hospira | 236173 | NaCl 0.9% |
| Sterile Surgical Gloves | Gammex | 851_A | |
| Straight Forceps | Fine Science Tools | 00108-11 | 11 cm |
| Tissue forceps | Accurate Surgical & Scientific Instruments | ASSI.JFLP3 | 13.5 cm, 8 mm, 0.3 mm |
| Vannas Pattern Scissors | Accurate Surgical & Scientific Instruments | ASSI.SDC15RV | 15 cm, 8 mm, curved 7mm blade |
| Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-10 | 3 mm cutting edge, curved |
| Vessel Dilator Tip | Fine Science Tools | 00126-11 | Diameter 0.1 mm/Angled 10/11 cm |
| Vessel Dilator, Classic line | S&T | D-5a.3 W | 9 mm, 0.3 mm, angled 10 |
References
- Strome, M., et al. Laryngeal transplantation and 40-month follow-up. The New England Journal of Medicine. 344 (22), 1676-1679 (2001).
- Hilgers, F. J. M., Ackerstaff, A. H., Aaronson, N. K., Schouwenburg, P. F., Zandwijk, N. Physical and psychosocial consequences of total laryngectomy. Clinical Otolaryngology. 15 (5), 421-425 (1990).
- Heyes, R., Iarocci, A., Tchoukalova, Y., Lott, D. G. Immunomodulatory role of mesenchymal stem cell therapy in vascularized composite allotransplantation. Journal of Transplantation. 2016, (2016).
- Kluyskens, P., Ringoir, S. Follow-up of a human larynx transplantation. Laryngoscope. 80 (8), 1244-1250 (1970).
- Krishnan, G., et al. The current status of human laryngeal transplantation in 2017: A state of the field review. Laryngoscope. 127 (8), 1861-1868 (2017).
- Strome, S., Sloman-Moll, E., Wu, J., Samonte, B. R., Strome, M. Rat model for a vascularized laryngeal allograft. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 101 (11), 950-953 (1992).
- Lorenz, R. R., Dan, O., Nelson, M., Fritz, M. A., Strome, M. Rat laryngeal transplant model: technical advancements and a redefined rejection grading system. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 111 (12), 1120-1127 (2002).
- Shipchandler, T. Z., et al. New mouse model for studying laryngeal transplantation. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 118 (6), 465-468 (2009).
- Strome, M., Wu, J., Strome, S., Brodsky, G. A comparison of preservation techniques in a vascularized rat laryngeal transplant model. The Laryngoscope. 104 (6), 666-668 (1994).
- Nocini, R., Molteni, G., Mattiuzzi, C., Lippi, G. Updates on larynx cancer epidemiology. Chinese Journal of Cancer Research. 32 (1), 18-25 (2020).
- Strome, S., Sloman-Moll, E., Wu, J., Samonte, B. R., Strome, M. Rat model for a vascularized laryngeal allograft. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 101 (11), (1992).
- Work, W. P., Boles, R. Larynx: Replantation in the dog. Archives of Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 82 (4), 401-402 (1965).
- Birchall, M. A., et al. Model for experimental revascularized laryngeal allotransplantation. British Journal of Surgery. 89 (11), 1470-1475 (2002).
- Nakai, K., et al. Rat model of laryngeal transplantation with normal circulation maintained by combination with the tongue. Microsurgery. 23 (2), 135-140 (2003).
- Lott, D. G., Dan, O., Lu, L., Strome, M. Long-term laryngeal allograft survival using low-dose everolimus. Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 142 (1), 72-78 (2010).
- Lott, D. G., Russell, J. O., Khariwala, S. S., Dan, O., Strome, M. Ten-month laryngeal allograft survival with use of pulsed everolimus and anti-αβ T-cell receptor antibody immunosuppression. Annals of Otology, Rhinology & Laryngology. 120 (2), 131-136 (2011).
- Lott, D. G., Dan, O., Lu, L., Strome, M. Decoy NF-κB fortified immature dendritic cells maintain laryngeal allograft integrity and provide enhancement of regulatory T cells. The Laryngoscope. 120 (1), 44-52 (2010).
