En heterotopisk musmodell för att studera larynxtransplantation
Summary
Syftet med detta manuskript är att beskriva de mikrokirurgiska steg som krävs för att utföra en heterotopisk larynxtransplantation hos möss. Fördelarna med denna musmodell jämfört med andra djurmodeller av larynxtransplantation är dess kostnadseffektivitet och tillgången till immunologiska analyser och data.
Abstract
Larynx heterotopisk transplantation, även om det är ett tekniskt utmanande förfarande, erbjuder mer vetenskaplig analys och kostnadsfördelar jämfört med andra djurmodeller. Även om den först beskrevs av Shipchandler et al. 2009, används denna teknik inte i stor utsträckning, möjligen på grund av svårigheterna att lära sig den mikrokirurgiska tekniken och den tid som krävs för att behärska den. Detta dokument beskriver de kirurgiska stegen i detalj, liksom potentiella fallgropar att undvika, för att uppmuntra effektiv användning av denna teknik.
I denna modell anastomoseras de bilaterala halspulsådrorna i donatorstruphuvudet till mottagarens halspulsåder och yttre halsven, vilket möjliggör blodflöde genom transplantatet. Blodflödet kan bekräftas intraoperativt genom visualisering av blodfyllning i transplantatets bilaterala halspulsåder, rodnad av sköldkörteln i transplantatet och blödning från mikrokärl i transplantatet. De avgörande elementen för framgång inkluderar känslig bevarande av transplantatkärlen, vilket gör rätt storlek arteriotomi och venotomi och använder lämpligt antal suturer på arteriella-arteriella och arteriella-venösa anastomoser för att säkra kärl utan läckage och förhindra ocklusion.
Vem som helst kan bli skicklig i denna modell med tillräcklig träning och utföra proceduren på cirka 3 timmar. Om den utförs framgångsrikt möjliggör denna modell att immunologiska studier utförs med lätthet och till låg kostnad.
Introduction
För patienter som lider av irreparabel larynxskada eller larynxcancer är en total laryngektomi ofta det enda alternativet1. Total laryngektomi lämnar patienter utan förmåga att andas och tala på egen hand, förutom att uppleva social och psykisk nöd2. Patienter med larynxcancer som behöver en total laryngektomi är utmärkta potentiella kandidater för larynxtransplantation. Medan human larynxtransplantation vid inställning av irreparabel larynxskada har utförts, undviks allotransplantation av struphuvudet för närvarande hos dessa patienter på grund av rädslan för tumöråterfall, möjligheten till kronisk avstötning och donator-härledda infektioner3. Immunsuppression är den främsta orsaken till dessa problem. Den dramatiska förlusten av den första partiella larynxtransplanterade patienten på grund av tumöråterfall efter konventionell immunsuppressiv behandling är bevis på att en lämplig immunsuppressiv regim bör utformas innan ytterligare försök görs för transplantation hos larynxcancerpatienter 4,5.
För att bättre förstå värdens immunsvar mot ett transplanterat struphuvud utvecklades den första larynxtransplantationsmodellen hos råttor 1992 av Strome, och förbättringar av den kirurgiska tekniken gjordes 2002 6,7. Även om denna modell är effektiv för att studera larynxtransplantation, ledde bristen på råttspecifika immunologiska medel och de högre kostnaderna för råttmodeller till utvecklingen av en ny musmodell för att studera larynxtransplantation 20098.
Huvudtillämpningen av den beskrivna tekniken är att studera olika immunsuppressiva läkemedelsregimer vid larynxtransplantation. Förbättring av nuvarande immunsuppressiva behandlingar kan bredda kandidatpoolen och leda till säker transplantation hos cancerpatienter. Fördelarna med denna musmodell är dess kostnadseffektivitet och den breda tillgängligheten av immunologiska data och reagenser.
Team som arbetar med immunsuppressiva behandlingsregimer för larynxtransplantation kan använda denna metod för att samla in en stor mängd immunologiska data, och olika läkemedelsregimer kan snabbt testas och jämföras. Andra potentiella behandlingsmetoder som kan modulera immunsvaret mot transplantationen, såsom stamcellsinjektioner, kan också testas med denna modell. Slutligen kan experiment utformas för att observera långsiktiga systemiska effekter av larynxtransplantation genom att förlänga uppföljningsperioden.
Tekniken som beskrivs här använder end-to-side anastomoser för att ge arteriellt och venöst flöde till ett heterotopiskt struphuvudtransplantat. Transplantatet är ett laryngotracheoesofageal (LTE) komplex som består av struphuvudet, sköldkörteln, bisköldkörtlarna, luftstrupen och matstrupen hos givaren, med bilaterala halspulsåder och pediklar intakta. En donator halspulsåder anastomoseras till mottagaren halspulsåder och ger arteriellt blodflöde, medan den andra givarhalspulsådern anastomoseras till mottagarens yttre halsven och ger venöst blodflöde (figur 1).
Flera modifieringar gjordes av råttmodellens kirurgiska teknik för att säkerställa framgång i musmodellen. Till exempel användes ett inhalerat bedövningsmedel istället för ett injicerbart medel för att öka kontrollen över anestesidjupet och minska komplikationerna. Kontinuerlig suturering används i arteriell-arteriell anastomos hos råttor; På grund av den mindre storleken på muskärl är detta dock tekniskt svårt och kan orsaka förträngning av fartyget Lumen7. Som ett resultat används avbrutna suturer i musmodellen och resulterar i förbättrad kärlpatency. Dessutom, i råttmodellen, dissekeras den överlägsna sköldkörtelartären (STA) pedikeln ut och visualiseras. Med tanke på den mindre storleken på STA hos möss kan denna dissektion leda till skador på och till och med transsektion av STA. Som ett resultat dissekeras det inte i musmodellen. Istället bevaras närliggande fascia för att säkerställa att STA hålls intakt.
De viktigaste potentiella fallgroparna med denna teknik inkluderar att skada donatorns LTE-komplexa pediklar, göra en felaktigt stor arteriotomi eller venotomi, kärlocklusion vid anastomosplatserna eller lämna luckor vid anastomosplatserna som kan orsaka blödning. För att undvika dessa felsteg måste man vara försiktig när man skaffar donatortransplantatet genom att lämna en manschett av vävnad runt STA-pedikeln. Artariotomi och venotomi bör vara tillräckligt stor för att tillåta blodflöde men tillräckligt liten för att förhindra läckage. Ett lämpligt antal suturer bör användas för anastomoserna för att stänga eventuella luckor, men inte för många för att ockludera kärlen.
Om förtrogenhet med de mikrokirurgiska teknikerna erhålls kan denna procedur utföras på cirka 3 timmar. Denna larynxtransplantationsmodell kan utföras tillförlitligt hos möss och användas för att studera värdens immunsvar efter vaskulariserad sammansatt allotransplantation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Förekomsten och prevalensen av larynxcancer har ökat med 12% respektive 24% under de senaste tre decennierna, och många av dessa patienter genomgår en laryngektomi för behandling10. Denna procedur försämrar en persons livskvalitet avsevärt, och därför önskas en alternativ behandling. Vaskulariserad sammansatt allotransplantation av struphuvudet kan förbättra patientens förmåga att andas och tala; Emellertid, forskning krävs fortfarande innan denna teknik kan användas kliniskt för…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vill tacka Randall Raish för hans utmärkta videografi och redigeringshjälp.
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).
