Muis heterotopische cervicale harttransplantatie met behulp van vasculaire manchetten
Summary
Harttransplantatiemodellen bij muizen vertegenwoordigen waardevolle onderzoeksinstrumenten voor het bestuderen van de immunologie van transplantaties. Het huidige protocol beschrijft muis heterotopische cervicale harttransplantatie waarbij manchetten op de gemeenschappelijke halsslagader van de ontvanger en de longslagaderstam van de donor worden geplaatst om laminaire bloedstroom mogelijk te maken.
Abstract
Muizenmodellen van harttransplantatie worden vaak gebruikt om ischemie-reperfusieletsel, aangeboren en adaptieve immuunresponsen na transplantatie en de impact van immunomodulerende therapieën op transplantaatafstoting te bestuderen. Heterotope cervicale harttransplantatie bij muizen werd voor het eerst beschreven in 1991 met behulp van gehechte anastomosen en vervolgens aangepast om manchettechnieken op te nemen. Deze wijziging zorgde voor verbeterde slagingspercentages en sindsdien zijn er meerdere rapporten geweest die verdere technische verbeteringen hebben voorgesteld. De vertaling naar een breder gebruik blijft echter beperkt vanwege de technische moeilijkheid die gepaard gaat met graft anastomosen, die precisie vereist om voldoende lengte en kaliber van de manchetten te bereiken om vasculaire anastomotische verdraaiing of overmatige spanning te voorkomen, wat kan leiden tot schade aan het transplantaat. Het huidige protocol beschrijft een aangepaste techniek voor het uitvoeren van heterotope cervicale harttransplantatie bij muizen, waarbij de manchet wordt geplaatst op de gemeenschappelijke halsslagader van de ontvanger en de longslagader van de donor in overeenstemming met de richting van de bloedstroom.
Introduction
Abbott et al. publiceerden1 de eerste beschrijving van heterotopische abdominale harttransplantatie bij ratten in 1964. Deze chirurgische technieken werden verfijnd en vereenvoudigd door Ono et al. in 19692. Corry et al. beschreven voor het eerst een methode voor heterotopische abdominale harttransplantatie bij muizen in 1973; vergelijkbaar met de eerder gerapporteerde rattenmodellen, omvatte dit engraftment in de buik van de gastheer met revascularisatie door end-to-side anastomosen van de longslagader van de donor en oplopende aorta naar de inferieure vena cava en abdominale aorta van de ontvanger, respectievelijk3. Heterotopische cervicale harttransplantatie bij ratten werd in 1971 door Heron beschreven met behulp van teflonmanchetten gemaakt van intraveneuze katheters van 16 G (1,6 mm buitendiameter)4. Chen5 en Matsuura et al.6 rapporteerden later heterotope cervicale harttransplantatie bij muizen in 1991, waarvan de technieken voornamelijk verschilden in hun methode van re-anastomose. Chen’s benadering omvatte gehechte anastomosen van de opgaande aorta van de donor aan de halsslagader van de ontvanger en de longslagader van de donor aan de externe halsader van de ontvanger5. Vanwege de geavanceerde technische vaardigheden die vereist zijn voor deze microchirurgische gehechte anastomosen, was een aanzienlijke hoeveelheid tijd en ervaring nodig om een hoog slagingspercentage te bereiken. Matsuura et al. beschreven een methode met behulp van een niet-hechtbare manchettechniek, vergelijkbaar met die van Heron, waarbij end-to-end anastomosen werden gebruikt met behulp van de extra-luminale plaatsing van manchetten. Hij maakte teflonmanchetten van 22 G (0,8 mm buitendiameter) en 24 G (0,67 mm buitendiameter) intraveneuze katheters en plaatste ze over de externe halsslagader van de ontvanger en de gemeenschappelijke halsslagader, respectievelijk6. Deze manchetten werden vervolgens in de longslagader en aorta van de donor geplaatst en beveiligd door een hechtingsligatuur rond de verbinding te binden. Deze aanpak vertaalde zich in een verbeterd slagingspercentage. Het belangrijkste was dat het resulteerde in een verkorting van de tijd die nodig is om beide cervicale anastomosen te voltooien, waardoor de warme ischemische tijd van het transplantaat werd teruggebracht tot minder dan een derde van die met behulp van de abdominale hechtmethode. Bovendien, omdat de manchetten rond het buitenoppervlak van het vat worden geplaatst, is er geen vreemd lichaam blootgesteld aan het vaatlumen, wat de kans op trombose na operatie grotendeels vermindert7. Ondertussen biedt het gebruik van de manchettechniek ondersteuning rond de bloedvaten op de plaats van de anastomose zonder dat er gehechtheid nodig is, wat het risico op bloedingen na revascularisatie vermindert6.
Er zijn talloze herzieningen van deze techniek voorgesteld. Om de korte lengte van de gewone halsslagader van de muis (ongeveer 5 mm) op te vangen, ontwikkelden Tomita et al.8 een modificatie van deze techniek met een kleinere arteriële manchet (0,6 mm buitendiameter), terwijl ze hechtingen weglieten en de slagader in plaats daarvan rechtstreeks door de manchet met een fijne tang trokken. Wang et al. vereenvoudigden deze aanpak verder door respectievelijk 22 G- en 24 G-manchetten op de rechter longslagader van de donor en de rechter gemeenschappelijke halsslagader van de ontvanger te plaatsen9. Verschillende rapporten hebben wijzigingen in deze benaderingen beschreven, waaronder het gebruik van gespecialiseerde manchetten, microchirurgische klemmen, vaatdilatators en cardioplegie 10,11,12. Met name al deze methoden omvatten de retrograde circulatie van bloed door het hart, waarbij bloed stroomt van de ontvangende gemeenschappelijke halsslagader naar de donoraorta, de kransslagaders, de kransslagaders, vervolgens leeglopen in het rechteratrium en uit de longslagader naar de ontvangende externe halsader.
In vergelijking met engraftment in de buik biedt cervicale harttransplantatie meerdere voordelen. Zoals eerder vermeld, zorgt cervicale blootstelling voor snellere revascularisatie en kortere warme ischemische tijden6. De cervicale methode is ook minder invasief en wordt geassocieerd met kortere postoperatieve hersteltijden omdat het een laparotomie vermijdt6. Belangrijk is dat end-to-end anastomosen met manchetten kunnen worden uitgevoerd in plaats van end-to-side anastomosen, wat het risico op complicaties zoals anastomotische bloedingen vermindert. De abdominale benadering vormt ook een verhoogd risico op het ontwikkelen van trombotische complicaties in de abdominale aorta of inferieure vena cava, wat leidt tot ischemie van het ruggenmerg en achterste verlamming. De oppervlakkige cervicale locatie van de transplantatie biedt gemakkelijke toegang tot beoordeling van de levensvatbaarheid van het transplantaat door palpatie, elektrocardiografie en invasieve of niet-invasieve beeldvorming. Hoewel de cervicale transplantaten spontane cardiale activiteit hervatten na reperfusie, hebben ze geen significante invloed op de systolische en diastolische parameters van de ontvanger. Dit model biedt waardevolle inzichten voor het bestuderen van cellulaire reacties na transplantatie, zoals ischemie-reperfusieletsel en transplantaatafstoting. Bovendien biedt dit model een ideale aanpak om posttransplantatie beeldvorming mogelijk te maken, zoals intravitale twee-fotonenmicroscopie of positronemissietomografie (PET) beeldvorming. Hiertoe heeft ons laboratorium eerder methoden gerapporteerd om bewegende weefsels en organen in de muis in beeld te brengen, waaronder kloppende muizenharten en aortaboogtransplantaten na heterotopische cervicale transplantatie om leukocytenhandel te visualiseren tijdens ischemie-reperfusieletsel en binnen atherosclerotische plaques, respectievelijk 13,14,15 . Bovendien is dit model vanwege de oppervlakkige locatie en het gemak van blootstelling geschikt voor harthertransplantatie16.
Dit rapport beschrijft een techniek die laminaire bloedstroom mogelijk maakt met de externe plaatsing van de vasculaire manchetten op de bloedvaten waaruit de bloedstroom afkomstig is. Dit zorgt voor een soepele overgang van de bloedstroom van het ene vat naar het andere, waardoor de blootstelling van de distale vaatrand in het vasculaire lumen wordt vermeden. Bovendien maakt de techniek gebruik van een grotere manchet van 20 G, in plaats van eerder gebruikte manchetten van 22 G, voor de pulmonale slagader van de donor om te zorgen voor een ruime terugkeer van de bloedtoevoer naar de ontvanger.
Protocol
Representative Results
Discussion
Met behulp van deze techniek kan muis heterotope cervicale harttransplantatie worden uitgevoerd in minder dan 40 minuten door een ervaren microchirurg en in ongeveer 60 minuten door een instapmicrochirurg. Hoewel cervicale harttransplantatie in tal van diermodellen is bestudeerd, blijft een muismodel de gouden standaard vanwege meerdere goed gedefinieerde genetische stammen, genetische veranderingsmogelijkheden en de beschikbaarheid van talrijke reagentia, waaronder monoklonale antilichamen24. De …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
DK wordt ondersteund door National Institutes of Health-subsidies 1P01AI116501, R01HL094601, R01HL151078, Veterans Administration Merit Review grant 1I01BX002730 en The Foundation for Barnes-Jewish Hospital.
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., Jr., 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), e0214513 (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), H269-278 (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).
