השתלת לב צוואר הרחם הטרוטופית בעכבר תוך שימוש באזיקי כלי דם
Summary
מודלים להשתלת לב עכברים מייצגים כלי מחקר חשובים לחקר אימונולוגיה של השתלות. הפרוטוקול הנוכחי מפרט השתלת לב צווארית הטרוטופית של עכברים הכוללת מיקום של אזיקים על עורק הצוואר המשותף של המושתל ועל גזע עורק הריאה של התורם כדי לאפשר זרימת דם למינרית.
Abstract
מודלים של השתלת לב משמשים לעתים קרובות לחקר פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה, תגובות חיסוניות מולדות ונרכשות לאחר ההשתלה, וההשפעה של טיפולים אימונומודולטוריים על דחיית השתל. השתלת לב צווארי הטרוטופי בעכברים תוארה לראשונה בשנת 1991 באמצעות אנסטומוזות תפורות ולאחר מכן שונתה כך שתכלול טכניקות חפתים. שינוי זה איפשר שיפור בשיעורי ההצלחה, ומאז, היו דיווחים רבים שהציעו שיפורים טכניים נוספים. עם זאת, התרגום לשימוש נרחב יותר נותר מוגבל בשל הקושי הטכני הקשור לאנסטומוזות השתל, הדורשות דיוק כדי להשיג אורך וקליבר נאותים של האזיקים כדי למנוע פיתול אנסטומוטי וסקולרי או מתח מוגזם, מה שעלול לגרום נזק לשתל. הפרוטוקול הנוכחי מתאר טכניקה מותאמת לביצוע השתלת לב צווארית הטרוטופית בעכברים הכוללת מיקום האזיקים על עורק הצוואר המשותף של המושתל ועל עורק הריאה של התורם בהתאמה לכיוון זרימת הדם.
Introduction
Abbott et al. פרסמו1 את התיאור הראשון של השתלת לב בטן הטרוטופית בחולדות בשנת 1964. טכניקות כירורגיות אלה שוכללו ופשטו על ידי Ono et al. בשנת 19692. Corry et al. תיארו לראשונה שיטה להשתלת לב בטני הטרוטופית בעכברים בשנת 1973; בדומה למודלים של חולדות שדווחו בעבר, זה כלל חריטה לתוך הבטן של הפונדקאי עם revascularization על ידי anastomoses מקצה לצד של עורק הריאה של התורם ועלייה אבי העורקים אל הווריד הנבוב נחות של המקבל ואבי העורקים הבטן, בהתאמה3. השתלת לב צווארי הטרוטופי בחולדות תוארה על ידי הרון בשנת 1971 באמצעות חפתים מסוג טפלון העשויים מ-16 גרם (קוטר חיצוני של 1.6 מ”מ) קטטרים תוך ורידיים4. Chen5 ו- Matsuura et al.6 דיווחו מאוחר יותר על השתלת לב צווארי הטרוטופי בעכברים בשנת 1991, שהטכניקות שלהם היו שונות בעיקר בשיטה שלהם של אנסטומוזיס מחדש. גישתו של צ’ן כללה אנסטומוזות תפורות של אבי העורקים העולה של התורם לעורק הצוואר של המקבל ועורק הריאה של התורם לווריד הג’וגולרי החיצוני של המקבל5. בשל המיומנות הטכנית המתקדמת הנדרשת עבור אנסטומוזות תפורות מיקרו-כירורגיות אלה, היה צורך בכמות משמעותית של זמן וניסיון כדי להשיג אחוזי הצלחה גבוהים. Matsuura et al. תיארו שיטה המשתמשת בטכניקת חפתים ללא תפרים, בדומה לזו המשמשת את הרון, שכללה אנסטומוזות מקצה לקצה תוך שימוש במיקום חוץ-זוהר של אזיקים. הוא עיצב חפתים מסוג טפלון מ-22 גרם (קוטר חיצוני של 0.8 מ”מ) ו-24 גרם (קוטר חיצוני של 0.67 מ”מ) וצנתרים תוך ורידיים והניח אותם על הווריד הג’וגולרי החיצוני של המושתל ועל עורק הצוואר המשותף,בהתאמה 6. אזיקים אלה הונחו לאחר מכן בתוך עורק הריאה ואבי העורקים של התורם ואובטחו על ידי קשירת ליגטורה של תפר סביב החיבור. גישה זו תורגמה לשיפור בשיעור ההצלחה. והכי חשוב, זה הביא לקיצור הזמן הדרוש להשלמת שתי האנסטומוזות של צוואר הרחם, ובכך הפחית את הזמן האיסכמי החם של השתל לפחות משליש מזה תוך שימוש בשיטת תפירת הבטן. יתר על כן, מכיוון שהאזיקים ממוקמים סביב פני השטח החיצוניים של כלי השיט, אין גוף זר שנחשף לומן כלי הדם, מה שמקטין במידה רבה את האפשרות של פקקת לאחר ניתוח7. בינתיים, שימוש בטכניקת השרוול מספק תמיכה סביב כלי הדם באתר האנסטומוזיס ללא צורך בתפירה כלשהי, מה שמפחית את הסיכון לדימום לאחר רה-וסקולריזציה6.
תיקונים רבים של טכניקה זו הוצעו. כדי להתאים לאורך הקצר של עורק הצוואר המשותף של העכבר (כ-5 מ”מ), Tomita et al.8 פיתחו שינוי בטכניקה זו עם שרוול עורקי קטן יותר (קוטר חיצוני של 0.6 מ”מ) תוך השמטת החזקת תפרים ומשיכת העורק ישירות דרך השרוול עם מלקחיים עדינים במקום זאת. Wang et al. פישטו עוד יותר את הגישה הזו על ידי הצבת 22 G ו-24 G אזיקים על עורק הריאה הימני של התורם ועורק הצוואר המשותף הימני של המקבל,בהתאמה 9. דיווחים שונים תיארו שינויים בגישות אלה, כולל שימוש באזיקים מיוחדים, מלחציים מיקרו-כירורגיים, מרחיבי כלי דם וקרדיופלגיה10,11,12. יש לציין כי כל השיטות הללו כרוכות במחזור הדם המדרדר דרך הלב, כאשר הדם זורם מעורק הצוואר המשותף של המקבל לאבי העורקים התורם, העורקים הכליליים, הסינוס הכלילי, ואז מתרוקן לאטריום הימני ויוצא מעורק הריאה אל תוך הווריד הג’וגולרי החיצוני של המקבל.
בהשוואה לחריטה בבטן, השתלת לב צוואר הרחם מציעה יתרונות רבים. כאמור, חשיפה לצוואר הרחם מאפשרת רה-וסקולריזציה מהירה יותר וזמנים איסכמיים חמים קצריםיותר 6. השיטה הצווארית היא גם פחות פולשנית והיא קשורה לזמני החלמה קצרים יותר לאחר הניתוח מכיוון שהיא נמנעת מלפרוטומיה6. חשוב לציין, ניתן לבצע אנסטומוזות מקצה לקצה עם אזיקים במקום אנסטומוזות מקצה לצד, מה שמקטין את הסיכון לסיבוכים כגון דימום אנסטומוטי. הגישה הבטנית מהווה גם סיכון מוגבר לפתח סיבוכים טרומבוטיים באבי העורקים הבטני או בווריד הנבוב התחתון, מה שמוביל לאיסכמיה של חוט השדרה ולשיתוק אחורי. המיקום השטחי של צוואר הרחם של ההשתלה מאפשר גישה נוחה להערכת כדאיות השתל על ידי מישוש, אלקטרוקרדיוגרפיה והדמיה פולשנית או לא פולשנית. למרות שהשתלים בצוואר הרחם מחדשים את פעילות הלב הספונטנית לאחר רפרפוזיה, הם אינם משפיעים באופן משמעותי על הפרמטרים הסיסטוליים והדיאסטוליים של המקבל. מודל זה מספק תובנות חשובות לחקר תגובות תאיות לאחר השתלה, כגון פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה ודחיית השתל. יתר על כן, מודל זה מציע גישה אידיאלית המאפשרת הדמיה לאחר ההשתלה, כגון מיקרוסקופיה תוך-ויטלית של שני פוטונים או הדמיה טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET). לשם כך, המעבדה שלנו דיווחה בעבר על שיטות להדמיה של רקמות ואיברים נעים בעכבר, כולל לבבות מורין פועמים והשתלות קשת אבי העורקים לאחר השתלת צוואר הרחם הטרוטופית כדי לדמיין סחר בלוקוציטים במהלך פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה ובתוך פלאקים טרשת עורקים,בהתאמה 13,14,15 . בנוסף, בשל מיקומו השטחי וקלות החשיפה, מודל זה מתאים להשתלת לב מחדש16.
דו”ח זה מתאר טכניקה המאפשרת זרימת דם למינרית עם מיקום חיצוני של אזיקי כלי הדם על כלי הדם שמהם נובעת זרימת הדם. זה מאפשר מעבר חלק של זרימת הדם מכלי אחד למשנהו, הימנעות מחשיפה של קצה כלי הדם הדיסטלי לתוך לומן כלי הדם. בנוסף, הטכניקה משתמשת בשרוול גדול יותר של 20 גרם, במקום אזיקים של 22 גרם ששימשו בעבר, עבור עורק הריאה התורם כדי להבטיח חזרה מספקת של זרימת הדם למקבל.
Protocol
Representative Results
Discussion
באמצעות טכניקה זו, השתלת לב צוואר הרחם הטרוטופית של עכבר יכולה להתבצע תוך פחות מ -40 דקות על ידי מיקרוכירורג מנוסה ותוך כ -60 דקות על ידי מיקרוכירורג ברמת הכניסה. בעוד שהשתלת לב צווארי נחקרה במודלים רבים של בעלי חיים, מודל עכבר נותר תקן הזהב בשל זנים גנטיים רבים ומוגדרים היטב, יכולות שינוי גנט?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
DK נתמך על ידי מענקי המכונים הלאומיים לבריאות 1P01AI116501, R01HL094601, R01HL151078, מענק סקירת הצטיינות של מינהל הוותיקים 1I01BX002730, והקרן לבית החולים היהודי בארנס.
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).
