زرع قلب عنق الرحم غير المتجانس للفأر باستخدام الأصفاد الوعائية
Summary
تمثل نماذج زراعة قلب الفئران أدوات بحثية قيمة لدراسة مناعة الزرع. يفصل البروتوكول الحالي زراعة قلب عنق الرحم غير المتجانسة للفأر والتي تتضمن وضع أصفاد على الشريان السباتي المشترك للمتلقي وجذع الشريان الرئوي للمتبرع للسماح بتدفق الدم الصفحي.
Abstract
كثيرا ما تستخدم نماذج الفئران لزراعة القلب لدراسة إصابة نقص التروية ، والاستجابات المناعية الفطرية والتكيفية بعد الزرع ، وتأثير العلاجات المناعية على رفض الكسب غير المشروع. تم وصف زراعة قلب عنق الرحم غير المتجانس في الفئران لأول مرة في عام 1991 باستخدام مفاغرة مخيطة وتم تعديلها لاحقا لتشمل تقنيات الكفة. سمح هذا التعديل بتحسين معدلات النجاح ، ومنذ ذلك الحين ، كانت هناك تقارير متعددة اقترحت المزيد من التحسينات التقنية. ومع ذلك ، لا تزال الترجمة إلى استخدام أكثر انتشارا محدودة بسبب الصعوبة الفنية المرتبطة بمفاغرة الكسب غير المشروع ، والتي تتطلب الدقة لتحقيق الطول والعيار المناسبين للأصفاد لتجنب التواء مفاغرة الأوعية الدموية أو التوتر المفرط ، مما قد يؤدي إلى تلف الكسب غير المشروع. يصف البروتوكول الحالي تقنية معدلة لإجراء زرع قلب عنق الرحم غير المتجانس في الفئران والتي تنطوي على وضع الكفة على الشريان السباتي المشترك للمتلقي والشريان الرئوي للمتبرع بما يتماشى مع اتجاه تدفق الدم.
Introduction
نشر أبوت وآخرون1 أول وصف لزراعة قلب البطن غير المتجانس في الفئران في عام 1964. تم تنقيح هذه التقنيات الجراحية وتبسيطها بواسطة Ono et al. في عام 19692. وصف كوري وآخرون لأول مرة طريقة لزراعة قلب البطن غير المتجانس في الفئران في عام 1973. على غرار نماذج الفئران التي تم الإبلاغ عنها سابقا ، تضمن ذلك النقش في بطن المضيف مع إعادة التوعي عن طريق مفاغرة من طرف إلى جانب للشريان الرئوي للمتبرع والشريان الأورطي الصاعد إلى الوريد الأجوف السفلي للمتلقي والشريان الأورطي البطني ، على التوالي3. تم وصف زرع قلب عنق الرحم غير المتجانس في الفئران بواسطة Heron في عام 1971 باستخدام أصفاد تفلون مصنوعة من 16 جم (1.6 مم قطر خارجي) قسطرة في الوريد4. أبلغ Chen5 و Matsuura et al.6 لاحقا عن زرع قلب عنق الرحم غير المتجانس في الفئران في عام 1991 ، والتي اختلفت تقنياتها في المقام الأول في طريقة إعادة المفاغرة. تضمن نهج تشن مفاغرة خياطة الشريان الأورطي الصاعد للمتبرع إلى الشريان السباتي للمتلقي والشريان الرئوي للمتبرع إلى الوريد الوداجي الخارجي للمتلقي5. نظرا للمهارة التقنية المتقدمة المطلوبة لهذه المفاغرة الجراحية المجهرية ، كان هناك حاجة إلى قدر كبير من الوقت والخبرة لتحقيق معدل نجاح مرتفع. وصف ماتسورا وآخرون طريقة تستخدم تقنية الكفة غير المخيطة ، على غرار تلك المستخدمة من قبل هيرون ، والتي تضمنت مفاغرة من طرف إلى طرف باستخدام وضع الأصفاد خارج اللمعة. قام بتصميم أصفاد تفلون من القسطرة الوريدية 22 جم (القطر الخارجي 0.8 مم) و 24 جم (القطر الخارجي 0.67 مم) ووضعها فوق الوريد الوداجي الخارجي للمتلقي والشريان السباتي المشترك ، على التوالي6. ثم تم وضع هذه الأصفاد داخل الشريان الرئوي والشريان الأورطي للمتبرع وتأمينها عن طريق ربط رباط خياطة حول الوصلة. ترجم هذا النهج إلى معدل نجاح محسن. الأهم من ذلك ، أنه أدى إلى تقصير الوقت اللازم لإكمال كل من مفاغرة عنق الرحم ، وبالتالي تقليل الوقت الإقفاري الدافئ للكسب غير المشروع إلى أقل من ثلث ذلك باستخدام طريقة خياطة البطن. علاوة على ذلك ، نظرا لوضع الأصفاد حول السطح الخارجي للسفينة ، لا يوجد جسم غريب يتعرض لتجويف الوعاء ، مما يقلل إلى حد كبير من احتمال تجلط الدم بعد الجراحة7. وفي الوقت نفسه ، يوفر استخدام تقنية الكفة الدعم حول الأوعية في موقع المفاغرة دون الحاجة إلى أي خياطة ، مما يقلل من خطر النزيف بعد إعادة التوعي6.
تم اقتراح العديد من التنقيحات لهذه التقنية. لاستيعاب الطول القصير للشريان السباتي المشترك للفأر (حوالي 5 مم) ، طور Tomita et al.8 تعديلا لهذه التقنية مع صفعة شريانية أصغر (قطر خارجي 0.6 مم) مع حذف عقد الغرز وسحب الشريان مباشرة من خلال الكفة باستخدام ملقط دقيق بدلا من ذلك. قام وانغ وآخرون بتبسيط هذا النهج عن طريق وضع أصفاد 22 G و 24 G على الشريان الرئوي الأيمن للمتبرع والشريان السباتي المشترك الأيمن للمتلقي ، على التوالي9. وصفت تقارير مختلفة تعديلات على هذه الأساليب ، بما في ذلك استخدام الأصفاد المتخصصة ، والمشابك المجهرية ، وموسعات الأوعية الدموية ، وشلل القلب10،11،12. والجدير بالذكر أن كل هذه الطرق تنطوي على الدورة الدموية الرجعية عبر القلب ، حيث يتدفق الدم من الشريان السباتي المشترك المتلقي إلى الشريان الأورطي المتبرع ، والشرايين التاجية ، والجيب التاجي ، ثم يفرغ في الأذين الأيمن ويخرج من الشريان الرئوي إلى الوريد الوداجي الخارجي المتلقي.
بالمقارنة مع النقش في البطن ، فإن زراعة قلب عنق الرحم توفر مزايا متعددة. كما ذكرنا سابقا ، يسمح التعرض لعنق الرحم بإعادة التوعي بشكل أسرع وأوقات نقص تروية دافئة أقصر6. طريقة عنق الرحم هي أيضا أقل توغلا وترتبط بأوقات تعافي أقصر بعد العملية الجراحية لأنها تتجنب بضع البطن6. الأهم من ذلك ، يمكن إجراء مفاغرة من طرف إلى طرف مع الأصفاد بدلا من مفاغرة من طرف إلى آخر ، مما يقلل من خطر حدوث مضاعفات مثل نزيف مفاغرة. يشكل نهج البطن أيضا خطرا متزايدا للإصابة بمضاعفات خثارية في الشريان الأورطي البطني أو الوريد الأجوف السفلي، مما يؤدي إلى إقفار الحبل الشوكي وشلل الأطراف الخلفية. يسمح موقع عنق الرحم السطحي لعملية الزرع بالوصول السهل إلى تقييم جدوى الكسب غير المشروع عن طريق الجس وتخطيط القلب الكهربائي والتصوير الغازي أو غير الجراحي. على الرغم من أن الطعوم العنقية تستأنف نشاط القلب التلقائي بعد إعادة التروية ، إلا أنها لا تؤثر بشكل كبير على المعلمات الانقباضية والانبساطية للمتلقي. يوفر هذا النموذج رؤية قيمة لدراسة الاستجابات الخلوية بعد الزرع ، مثل إصابة نقص التروية ورفض الكسب غير المشروع. علاوة على ذلك ، يقدم هذا النموذج نهجا مثاليا للسماح بالتصوير بعد الزرع ، مثل الفحص المجهري ثنائي الفوتون داخل الجسم أو التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). تحقيقا لهذه الغاية ، أبلغ مختبرنا سابقا عن طرق لتصوير الأنسجة والأعضاء المتحركة في الفأر ، بما في ذلك ضربات قلوب الفئران وترقيع قوس الأبهر بعد زرع عنق الرحم غير المتجانس لتصور الاتجار بالكريات البيض أثناء إصابة نقص التروية وداخل لويحات تصلب الشرايين ، على التوالي13،14،15 . بالإضافة إلى ذلك ، نظرا لموقعه السطحي وسهولة التعرض ، فإن هذا النموذج مناسب لإعادة زرع القلب16.
يصف هذا التقرير تقنية تسمح بتدفق الدم الصفحي مع الوضع الخارجي للأصفاد الوعائية على الأوعية التي ينشأ منها تدفق الدم. هذا يسمح بالانتقال السلس لتدفق الدم من وعاء إلى آخر ، وتجنب تعرض حافة الوعاء البعيد في تجويف الأوعية الدموية. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم هذه التقنية صفعة أكبر 20 جراما ، بدلا من أصفاد 22 جراما المستخدمة سابقا ، للشريان الرئوي للمتبرع لضمان عودة تدفق الدم إلى المتلقي.
Protocol
Representative Results
Discussion
باستخدام هذه التقنية ، يمكن إجراء زراعة قلب عنق الرحم غير المتجانسة للفأر في أقل من 40 دقيقة بواسطة جراح دقيق متمرس وفي حوالي 60 دقيقة بواسطة جراح مجهري مبتدئ. بينما تمت دراسة زرع قلب عنق الرحم في العديد من النماذج الحيوانية ، يظل نموذج الفأر هو المعيار الذهبي بسبب السلالات الجينية المتعددة …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يتم دعم DK من قبل منح المعاهد الوطنية للصحة 1P01AI116501 و R01HL094601 و R01HL151078 ومنحة مراجعة استحقاق إدارة المحاربين القدامى 1I01BX002730 ومؤسسة مستشفى بارنز اليهودي.
Materials
| 6-0 braided silk ties | Henry Schein Inc | 7718729 | |
| 0.75% Providone iosine scrub | Priority Care Inc | NDC 57319-327-0 | |
| 10-0 nylon suture | Surgical Specialties Corporation | AK-0106 | |
| 655-nm nontargeted Q-dots | Invitrogen | Q21021MP | |
| 70% Ethanol | Pharmco Products Inc | 111000140 | |
| 8-0 braided silk ties | Henry Schein Inc | 1005597 | |
| Adson forceps | Fine Science Tools Inc | 91127-12 | |
| BALB/c and C57BL/6 mice (6-8 weeks) | Jackson Laboratories | ||
| Bipolar coagulator | Valleylab Inc | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| Carprofen (Rimadyl) injection | Transpharm | 35844 | |
| Carprofen (Rimadyl) oral chewable tablet | Transpharm | 38995/37919 | |
| Custom-built 2P microscope running ImageWarp acquisition software | A&B Software | ||
| Dumont no. 5 forceps | Fine Science Tools Inc | 11251-20 | |
| Fine vannas style spring scissors | Fine Science Tools Inc | 15000-03 | |
| GraphPad Prism 5.0 | Sun Microsystems Inc. | ||
| Halsey needle holder | Fine Science Tools Inc | 91201-13 | |
| Halsted-Mosquito clamp curved tip | Fine Science Tools Inc | 91309-12 | |
| Harvard Apparatus mouse ventilator model 687 | Harvard Apparatus | MA1 55-0001 | |
| Heparin solution (100 U/mL) | Abraxis Pharmaceutical Products | 504031 | |
| Imaris | Bitplane | ||
| Ketamine (50 mg/kg) | Wyeth | 206205-01 | |
| Microscope—Leica Wild M651 × 6–40 magnification | Leica Microsystems | ||
| Moria extra fine spring scissors | Fine Science Tools Inc | 15396-00 | |
| Ohio isoflurane vaporizer | Parkland Scientific | V3000i | |
| Qdots | ThermoFisher | 1604036 | |
| S&T SuperGrip Forceps angled tip | Fine Science Tools Inc | 00649-11 | |
| S&T SuperGrip Forceps straight tip | Fine Science Tools Inc | 00632-11 | |
| Sterile normal saline (0.9% (wt/vol) sodium chloride | Hospira Inc | NDC 0409-4888-20 | |
| Sterile Q-tips (tapered mini cotton tipped 3-inch applicators) | Puritan Medical Company LLC | 823-WC | |
| Surflow 20 gauge 1/4-inch Teflon angiocatheter | Terumo Medical Corporation | SR-OX2032CA | |
| Surflow 24 gauge 3/4-inch Teflon angiocatheter | Terumo Medical Corporation | R-OX2419CA | |
| ThermoCare Small Animal ICU System (recovery settings 3 L/min O2, 80 °C, 40% humidity) | Thermocare Inc | ||
| VetBond | Santa Cruz Biotechnology SC361931 | NC0846393 | |
| Xylazine (10 mg/kg) | Lloyd Laboratories | 139-236 |
References
- Abbott, C. P., Lindsey, E. S., Creech, O., Dewitt, C. W. A technique for heart transplantation in the rat. The Archives of Surgery. 89, 645-652 (1964).
- Ono, K., Lindsey, E. S. Improved technique of heart transplantation in rats. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 57 (2), 225-229 (1969).
- Corry, R. J., Winn, H. J., Russell, P. S. Heart transplantation in congenic strains of mice. Transplantation Proceedings. 5 (1), 733-735 (1973).
- Heron, I. A technique for accessory cervical heart transplantation in rabbits and rats. Acta Pathologica Microbiologica Scandinavica Section A Pathology. 79 (4), 366-372 (1971).
- Chen, Z. H. A technique of cervical heterotopic heart transplantation in mice. Transplantation. 52 (6), 1099-1101 (1991).
- Matsuura, A., Abe, T., Yasuura, K. Simplified mouse cervical heart transplantation using a cuff technique. Transplantation. 51 (4), 896-898 (1991).
- Yu, Y., et al. Cuff anastomosis of both renal artery and vein to minimize thrombosis: a novel method of kidney transplantation in mice. Journal of Investigative Surgery. 35 (1), 56-60 (2022).
- Tomita, Y., et al. Improved technique of heterotopic cervical heart transplantation in mice. Transplantation. 64 (11), 1598-1601 (1997).
- Wang, Q., Liu, Y., Li, X. K. Simplified technique for heterotopic vascularized cervical heart transplantation in mice. Microsurgery. 25 (1), 76-79 (2005).
- Oberhuber, R., et al. Murine cervical heart transplantation model using a modified cuff technique. Journal of Visualized Experiments. (92), e50753 (2014).
- Ratschiller, T., et al. Heterotopic cervical heart transplantation in mice. Journal of Visualized Experiments. (102), e52907 (2015).
- Mao, X., Xian, P., You, H., Huang, G., Li, J. A modified cuff technique for mouse cervical heterotopic heart transplantation model. Journal of Visualized Experiments. (180), e63504 (2022).
- Li, W., et al. Intravital 2-photon imaging of leukocyte trafficking in beating heart. Journal of Clinical Investigation. 122 (7), 2499-2508 (2012).
- Kreisel, D., et al. In vivo two-photon imaging reveals monocyte-dependent neutrophil extravasation during pulmonary inflammation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (42), 18073-18078 (2010).
- Li, W., et al. Visualization of monocytic cells in regressing atherosclerotic plaques by intravital 2-photon and positron emission tomography-based imaging-brief report. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 38 (5), 1030-1036 (2018).
- Li, W., et al. Lung transplant acceptance is facilitated by early events in the graft and is associated with lymphoid neogenesis. Mucosal Immunology. 5 (5), 544-554 (2012).
- Faust, N., Varas, F., Kelly, L. M., Heck, S., Graf, T. Insertion of enhanced green fluorescent protein into the lysozyme gene creates mice with green fluorescent granulocytes and macrophages. Blood. 96 (2), 719-726 (2000).
- Krupnick, A. S., et al. Orthotopic mouse lung transplantation as experimental methodology to study transplant and tumor biology. Nature Protocols. 4 (1), 86-93 (2009).
- Westhofen, S., et al. The heterotopic heart transplantation in mice as a small animal model to study mechanical unloading – Establishment of the procedure, perioperative management and postoperative scoring. PLoS One. 14 (4), 0214513 (2019).
- Ma, Y., et al. Optimization of the cuff technique for murine heart transplantation. Journal of Visualized Experiments. (160), e61103 (2020).
- Latchana, N., Peck, J. R., Whitson, B., Black, S. M. Preservation solutions for cardiac and pulmonary donor grafts: a review of the current literature. Journal of Thoracic Disease. 6 (8), 1143-1149 (2014).
- Hartley, C. J., et al. Doppler velocity measurements from large and small arteries of mice. American Journal of Physiology – Heart and Circulatory Physiology. 301 (2), 269-278 (2011).
- Bovenkamp, P. R., et al. Velocity mapping of the aortic flow at 9.4 T in healthy mice and mice with induced heart failure using time-resolved three-dimensional phase-contrast MRI (4D PC MRI). MAGMA. 28 (4), 315-327 (2015).
- Wang, H. Small animal models of xenotransplantation. Methods in Molecular Biology. 885, 125-153 (2012).
- Martins, P. N. Assessment of graft function in rodent models of heart transplantation. Microsurgery. 28 (7), 565-570 (2008).
