Levertransplantation av svin utan veno-venös bypass som en utökad kriteriedonatormodell
Summary
I detta protokoll beskrivs en modell av ortotopisk levertransplantation hos svin efter statisk kylförvaring av donatororgan i 20 timmar utan användning av en veno-venös bypass under engraftment. Tillvägagångssättet använder en förenklad kirurgisk teknik med minimering av den anhepatiska fasen och sofistikerad volym- och vasopressorhantering.
Abstract
Levertransplantation betraktas som guldstandarden för behandling av en mängd dödliga leversjukdomar. Olösta problem med kronisk transplantatsvikt, pågående brist på organdonatorer och ökad användning av marginella transplantat kräver dock en förbättring av nuvarande koncept, såsom implementering av organmaskinperfusion. För att utvärdera nya metoder för transplantatrekonditionering och modulering krävs translationella modeller. När det gäller anatomiska och fysiologiska likheter med människor och de senaste framstegen inom xenotransplantation har grisar blivit de viktigaste stora djurarterna som används i transplantationsmodeller. Efter den första introduktionen av en ortotopisk levertransplantationsmodell för svin av Garnier et al. 1965 har flera modifieringar publicerats under de senaste 60 åren.
På grund av specifika anatomiska egenskaper betraktas en veno-venös bypass under den anhepatiska fasen som en nödvändighet för att minska tarmstockning och ischemi vilket resulterar i hemodynamisk instabilitet och perioperativ dödlighet. Genomförandet av en förbikoppling ökar emellertid procedurens tekniska och logistiska komplexitet. Dessutom har associerade komplikationer som luftemboli, blödning och behovet av samtidig splenektomi rapporterats tidigare.
I detta protokoll beskriver vi en modell av ortotopisk levertransplantation hos svin utan användning av en veno-venös bypass. Engraftment av donatorlever efter statisk kylförvaring på 20 timmar – simulering av utökade kriterier givarförhållanden – visar att detta förenklade tillvägagångssätt kan utföras utan signifikanta hemodynamiska förändringar eller intraoperativ dödlighet och med regelbundet upptag av leverfunktionen (enligt definitionen av gallproduktion och leverspecifik CYP1A2-metabolism). Framgången med detta tillvägagångssätt säkerställs genom en optimerad kirurgisk teknik och en sofistikerad anestesiologisk volym och vasopressorhantering.
Denna modell bör vara av särskilt intresse för arbetsgrupper som fokuserar på det omedelbara postoperativa förloppet, ischemi-reperfusionsskada, associerade immunologiska mekanismer och rekonditionering av donatororgan med utökade kriterier.
Introduction
Levertransplantation är fortfarande den enda chansen att överleva i en mängd olika sjukdomar som leder till akut eller kronisk leversvikt. Sedan dess första framgångsrika tillämpning i mänskligheten 1963 av Thomas E. Starzl har begreppet levertransplantation utvecklats till ett pålitligt behandlingsalternativ som tillämpas över hela världen, främst som ett resultat av framsteg i förståelsen av immunsystemet, utvecklingen av modern immunsuppression och optimering av perioperativ vård och kirurgiska tekniker 1,2 . Åldrande befolkningar och en högre efterfrågan på organ har dock resulterat i donatorbrist, med ökad användning av marginella transplantat från donatorer med utökade kriterier och framväxten av nya utmaningar under de senaste decennierna. Införandet och den utbredda implementeringen av organmaskinperfusion tros öppna en rad möjligheter när det gäller rekonditionering och modulering av transplantat och bidra till att mildra organbrist och minska dödligheten i väntelistor 3,4,5,6.
För att utvärdera dessa begrepp och deras effekter in vivo är translationella transplantationsmodeller nödvändiga7. introducerade 1983 en effektiv ortotopisk levertransplantationsmodell hos råttor som sedan dess har modifierats och tillämpats i stor utsträckning av arbetsgrupper runt om i världen 8,9,10,11. Den ortotopiska levertransplantationsmodellen hos möss är tekniskt mer krävande, men också mer värdefull när det gäller immunologisk överförbarhet, och rapporterades först 1991 av Qian et al.12. Trots fördelar när det gäller tillgänglighet, djurskydd och kostnader är gnagarmodeller begränsade i sin tillämplighet i kliniska miljöer7. Därför krävs stora djurmodeller.
Under de senaste åren har grisar blivit de viktigaste djurarterna som används för translationell forskning på grund av deras anatomiska och fysiologiska likheter med människor. Dessutom kan nuvarande framsteg på området xenotransplantation ytterligare öka svinens betydelse som forskningsobjekt13,14.
beskrev en levertransplantationsmodell hos grisar redan 196515. Flera författare, inklusive Calne et al. 1967 och Chalstrey et al. 1971, rapporterade därefter modifieringar, vilket i slutändan ledde till ett säkert och genomförbart koncept för experimentell levertransplantation av svin under årtiondena som följde 16,17,18,19,20,21.
På senare tid har olika arbetsgrupper tillhandahållit data om aktuella frågor vid levertransplantation med hjälp av en teknik för ortotopisk levertransplantation hos svin, nästan undantagslöst inklusive en aktiv eller passiv veno-venös, dvs porto-kaval, bypass19,22. Anledningen till detta är en artspecifik intolerans mot klämning av vena cava inferior och portalvenen under den anhepatiska fasen på grund av en jämförelsevis större tarm och färre porto-caval eller cavo-caval shunts (t.ex. brist på vena azygos), vilket resulterar i ökad perioperativ sjuklighet och dödlighet23. Vena cava sämre sparsamma transplantationstekniker som tillämpas på mänskliga mottagare som ett alternativ är inte genomförbara eftersom svin vena cava inferior är innesluten av levervävnad23.
Användningen av en veno-venös bypass ökar emellertid ytterligare den tekniska och logistiska komplexiteten i ett redan krävande kirurgiskt ingrepp, vilket möjligen hindrar arbetsgrupper från att försöka implementera modellen helt och hållet. Bortsett från de direkta fysiologiska och immunologiska effekterna av en bypass, har vissa författare påpekat den signifikanta sjukligheten såsom blodförlust eller luftemboli under shuntplacering och behovet av en samtidig splenektomi, vilket potentiellt påverkar kort- och långsiktiga resultat efter engraftment24,25.
Följande protokoll beskriver en enkel teknik för ortotopisk levertransplantation hos svin efter statisk kylförvaring av donatororgan i 20 timmar, vilket representerar utökade kriterier donatorförhållanden utan användning av en veno-venös bypass under engraftment, inklusive donatorleverupphandling, bakbordsberedning, mottagarhepatektomi och anestesiologisk pre- och intraoperativ hantering.
Denna modell bör vara av särskilt intresse för kirurgiska arbetsgrupper med fokus på det omedelbara postoperativa förloppet, ischemi-reperfusionsskada, rekonditionering av donatororgan med utökade kriterier och tillhörande immunologiska mekanismer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den senaste tekniska utvecklingen som införandet av maskinperfusion har potential att revolutionera området levertransplantation. För att översätta transplantatrekonditionerings- eller modifieringskoncept till kliniska miljöer är reproducerbara transplantationsmodeller hos stora djur oundvikliga.
Efter den första introduktionen av ortotopisk levertransplantation hos svin har flera författare arbetat med att förbättra dessa tekniker under de senaste fem decennierna. Skillnader inom d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar Britta Trautewig, Corinna Löbbert, Astrid Dinkel och Ingrid Meder för deras flit och engagemang. Dessutom tackar författarna Tom Figiel för att han producerat bildmaterialet.
Materials
| Abdominal retractor | No Company Name available | No Catalog Number available | |
| Aortic clamp, straight | Firma Martin | No Catalog Number available | |
| Arterial Blood Sampler Aspirator (safePICOAspirator) 1.5 mL | Radiometer Medical ApS | 956-622 | |
| Atropine (Atropinsulfat 0.5 mg/1 mL) | B.Braun | 648037 | |
| Backhaus clamp | Bernshausen | BF432 | |
| Bipolar forceps, 23 cm | SUTTER | 780222 SG | |
| Bowl 5 L, 6 L, 9 L | Chiru-Instrumente | 35-114327 | |
| Braunol Braunoderm | B.Braun | 3881059 | |
| Bulldog clamp | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Button canula | Krauth + Timmermann GmbH | 1464LL1B | |
| Calcium gluconate (2.25 mmol/10 mL (10%)) | B.Braun | 2353745 | |
| Cell Saver (Autotransfusion Reservoir) | Fresenius Kabi AG | 9108471 | |
| Central venous catheter 7Fr., 3 Lumina, 30 cm 0.81 mm | Arrow | AD-24703 | |
| Clamp | INOX | B-17845 / BH110 / B-481 | |
| Clamp | Aesculap | AN909R | |
| Clamp, 260 mm | Fehling Instruments GMbH &Co.KG | ZAU-2 | |
| Clip Forceps, medium | Ethicon | LC207 | |
| Clip forceps, small | Ethicon | LC107 | |
| CPDA-1 solution | Fresenius Kabi AG | 41SD09AA00 | |
| Custodiol (Histidin-Tryptophan-Ketogluterat-Solution) | Dr.Franz Köhler Chemie GmbH | 2125921 | |
| Dissecting scissors | LAWTON 05-0641 | No Catalog Number available | |
| Dissecting scissors, 180 mm | Metzenbaum | BC606R | |
| Endotracheal tube 8.0 mm | Covetrus | 800764 | |
| Epinephrine (Adrenalin 1:1000) | InfectoPharm | 9508734 | |
| Falcon Tubes 50ml | Greiner | 227 261 L | |
| Femoralis clamp | Ulrich | No Catalog Number available | |
| Fentanyl 0.1mg | PanPharma | 00483 | |
| Forceps, anatomical | Martin | 12-100-20 | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD052R | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD032R | |
| Forceps, anatomical, 250 mm | Aesculap | BD240R | |
| Forceps, surgical | Bernshausen | BD 671 | |
| Forceps, surgical | INOX | B-1357 | |
| G40 solution | Serag Wiessner | 10755AAF | |
| Gelafundin ISO solution 40 mg/mL | B. Braun | 210257641 | |
| Guidewire with marker | Arrow | 14F21E0236 | |
| Haemostatic gauze ("Tabotamp" 5 x 7.5 cm) | Ethicon | 474273 | |
| Heparin sodium 25,000IE | Ratiopharm | W08208A | |
| Hico-Aquatherm 60 | Hospitalwerk | No Catalog Number available | |
| Infusion Set Intrafix | B.Braun | 4062981 L | |
| Intrafix SafeSet 180 cm | B.Braun | 4063000 | |
| Introcan Safety, 18 G | B.Braun | 4251679-01 | |
| Isofluran CP | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| Large-bore venous catheter, 7Fr. | Edwards Lifesciences | I301F7 | |
| Ligaclip, medium | Ethicon | LT200 | |
| Ligaclip, small | Ethicon | LT100 | |
| Material scissors | Martin | 11-285-23 | |
| Methylprednisolone (Urbason solubile forte 250 mg) | Sanofi | 7823704 | |
| Monopolar ERBE ICC 300 | Fa. Erbe | No Catalog Number available | |
| NaCl solution (0.9%) | Baxter | 1533 | |
| Needle holder | Aesculap | BM36 | |
| Needle holder | Aesculap | BM035R | |
| Needle holder | Aesculap | BM 67 | |
| Neutral electrode | Erbe Elektromedizin GmbH Tübingen | 21191 – 060 | |
| Norepinephrine (Sinora) | Sintetica GmbH | 04150124745717 | |
| Omniflush Sterile Filed 10 mL | B.Braun | 3133335 | |
| Original Perfusorline 300 cm | B.Braun | 21E26E8SM3 | |
| Overhold clamp | INOX | BH 959 | |
| Overhold clamp | Ulrich | CL 2911 | |
| Pentobarbital sodium(Release 500 mg/mL) | WDT, Garbsen | 21217 | |
| Perfusers | B.Braun | 49-020-031 | |
| Perfusor Syringe 50 mL | B.Braun | 8728810F | |
| Petri dishes 92 x 17 mm | Nunc | 150350 | |
| Poole Suction Instrument Argyle flexibel | Covidien, Mansfield USA | 20C150FHX | |
| Potassium chloride (7.45%) | B.Braun | 4030539078276 | |
| Pressure measurement set | Codan pvb Medical GmbH | 957179 | |
| Propofol (1%) | CP-Pharma | No Catalog Number available | |
| S-Monovette 2.6 mL K3E | Sarstedt | 04.1901 | |
| S-Monovette 2.9 mL 9NC | Sarstedt | 04.1902 | |
| S-Monovette 7.5 mL Z-Gel | Sarstedt | 11602 | |
| Sartinski clamp | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Scalpel No.11 | Feather Safety Razor Co.LTD | 02.001.40.011 | |
| Scissors | INOX | BC 746 | |
| Seldinger Arterial catheter | Arrow | SAC-00520 | |
| Sodium bicarbonate (8.4%) | B.Braun | 212768082 | |
| Sterilization Set ("ProSet Preparation Kit CVC") | B.Braun | 4899719 | |
| Sterofundin ISO solution | B.Braun | No Catalog Number available | |
| Suction | Dahlhausen | 07.068.25.301 | |
| Suction Aesculap Securat 80 | Aesculap | No Catalog Number available | |
| Suction catheter | ConvaTec | 5365049 | |
| Sultamicillin (Unacid: 2000 mg Ampicillin/1000 mg Sulbactam) | Pfizer | DL253102 | |
| Suprapubic urinary catheter, "bronchialis", 50 cm | ConvaTec | UK 1F02772 | |
| Suprasorb ("Toptex lite RK") | Lohmann & Rauscher | 31654 | |
| Suture Vicryl 3-0 | Ethicon | VCP 1218 H | |
| Suture Vicryl 4-0 | Ethicon | V392H | |
| Suture, Prolene 4-0 | Ethicon | 7588 H | |
| Suture, Prolene 5-0, double armed | Ethicon | 8890 H | |
| Suture, Prolene 5-0, single armed | Ethicon | 8720 H | |
| Suture, Prolene 6-0, double armed | Ethicon | 7230 H | |
| Suture, Prolene 6-0, single armed | Ethicon | EH 7406 H | |
| Suture, Prolene: blau 3-0 | Ethicon | EH 7499H | |
| Suture, Safil 2/0 | Aesculap | C 1038446 | |
| Suture, Terylene 0 | Serag Wiessner | 353784 | |
| Syringe 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL | B.Braun | 4606027V | |
| TransferSet "1D/X-double" steril 330 cm | Fresenius Kabi AG | 2877101 | |
| Ultrasound Butterfly IQ+ | Butterfly Network Inc. | 850-20014 | |
| Ventilator "Oxylog Dräger Fl" | Dräger Medical AG | No Catalog Number available | |
| Yankauer Suction | Medline | RA19GMD | |
| Zoletil 100 mg/mL (50 mg Zolazepam, 50 mg tiletamin) | Virbac | 794-861794861 |
References
- Zarrinpar, A., Busuttil, R. W. Liver transplantation: Past, present and future. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 10 (7), 434-440 (2013).
- Song, A. T., et al. Liver transplantation: Fifty years of experience. World Journal of Gastroenterology. 20 (18), 5363-5374 (2014).
- Jakubauskas, M., et al. Machine perfusion in liver transplantation: A systematic review and meta-analysis. Visceral Medicine. , (2021).
- Serifis, N., et al. Machine perfusion of the liver: A review of clinical trials. Frontiers in Surgery. 8, 625394 (2021).
- Ceresa, C. D. L., Nasralla, D., Pollok, J. -. M., Friend, P. J. Machine perfusion of the liver: Applications in transplantation and beyond. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 19 (3), 199-209 (2022).
- Schlegel, A., Muller, X., Dutkowski, P. Machine perfusion strategies in liver transplantation. Hepatobiliary Surgery and Nutrition. 8 (5), 490-501 (2019).
- Wenzel, N., Blasczyk, R., Figueiredo, C. Animal models in allogenic solid organ transplantation. Transplantology. 2 (4), 412-424 (2021).
- Kamada, N., Calne, R. Y. A surgical experience with five hundred thirty liver transplants in the rat. Surgery. 93 (1), 64-69 (1983).
- Oldani, G., Lacotte, S., Morel, P., Mentha, G., Toso, C. Orthotopic liver transplantation in rats. Journal of Visualized Experiments. (65), e4143 (2012).
- Yang, L., et al. A rat model of orthotopic liver transplantation using a novel magnetic anastomosis technique for suprahepatic vena cava reconstruction. Journal of Visualized Experiments. (133), e56933 (2018).
- Chen, X. -. C., et al. Reduced complications after arterial reconnection in a rat model of orthotopic liver transplantation. Journal of Visualized Experiments. (165), e60628 (2020).
- Qian, S. G., Fung, J. J., Demetris, A. V., Ildstad, S. T., Starzl, T. E. Orthotopic liver transplantation in the mouse. Transplantation. 52 (3), 562-564 (1991).
- Li, X., Wang, Y., Yang, H., Dai, Y. Liver and hepatocyte transplantation: What can pigs contribute. Frontiers in Immunology. 12, 802692 (2022).
- Reardon, S. First pig-to-human heart transplant: what can scientists learn. Nature. 601 (7893), 305-306 (2022).
- Garnier, H., et al. Liver transplantation in the pig: Surgical approach. Comptes Rendus Hebdomadaires des Seances de l’Academie des Sciences. Serie d: Sciences Naturelles. 260 (21), 5621-5623 (1965).
- Calne, R. Y., et al. Observations of orthotopic liver transplantation in the pig. British Medical Journal. 2 (5550), 478-480 (1967).
- Chalstrey, L. J., et al. Technique of orthotopic liver transplantation in the pig. The British Journal of Surgery. 58 (8), 585-588 (1971).
- Filipponi, F., Falcini, F., Benassai, C., Martini, E. Orthotopic liver transplant in pigs: Several variations of the surgical technic. Il Giornale di Chirurgia. 10 (7-8), 374-378 (1989).
- Spetzler, V. N., et al. Technique of porcine liver procurement and orthotopic transplantation using an active porto-caval shunt. Journal of Visualized Experiments. (99), e52055 (2015).
- Oldhafer, K. J., Hauss, J., Gubernatis, G., Pichlmayr, R., Spiegel, H. U. Liver transplantation in pigs: A model for studying reperfusion injury. Journal of Investigative Surgery. 6 (5), 439-450 (1993).
- Oldhafer, K. J., et al. Analysis of liver hemodynamics in severe ischemia and reperfusion injury after liver transplantation. Zentralblatt fur Chirurgie. 119 (5), 317-321 (1994).
- Vogel, T., et al. Successful transplantation of porcine liver grafts following 48-hour normothermic preservation. PLoS One. 12 (11), 0188494 (2017).
- Leal, A. J., et al. A simplified experimental model of large-for-size liver transplantation in pigs. Clinics. 68 (8), 1152-1156 (2013).
- Schiefer, J., et al. Regulation of histamine and diamine oxidase in patients undergoing orthotopic liver transplantation. Scientific Reports. 10 (1), 822 (2020).
- Esmaeilzadeh, M., et al. Technical guidelines for porcine liver allo-transplantation: A review of literature. Annals of Transplantation. 17 (2), 101-110 (2012).
- Oldhafer, F., et al. Supportive hepatocyte transplantation after partial hepatectomy enhances liver regeneration in a preclinical pig model. European Surgical Research. 62 (4), 238-247 (2021).
- Stockmann, M., et al. The LiMAx test: A new liver function test for predicting postoperative outcome in liver surgery. HPB. 12 (2), 139-146 (2010).
- Lapisatepun, W., Lapisatepun, W., Agopian, V., Xia, V. W. Venovenous bypass during liver transplantation: A new look at an old technique. Transplantation Proceedings. 52 (3), 905-909 (2020).
- Falcini, F., et al. Veno-venous bypass in experimental liver transplantation: portal-jugular versus caval-portal-jugular. Il Giornale di Chirurgia. 11 (4), 206-210 (1990).
- Copca, N., et al. Experimental liver transplantation on pigs — Technical considerations. Chirurgia. 108 (4), 542-546 (2013).
- Torres, O. J., et al. Hemodynamic alterations during orthotopic liver experimental transplantation in pigs. Acta Cirurgica Brasileria. 23 (2), 135-139 (2008).
- Canedo, B. F., et al. Liver autotransplantation in pigs without venovenous bypass: A simplified model using a supraceliac aorta cross-clamping maneuver. Annals of Transplantation. 20, 320-326 (2015).
- Battersby, C., Hickman, R., Saunders, S. J., Terblanche, J. Liver function in the pig. 1. The effects of 30 minutes’ normothermic ischaemia. The British Journal of Surgery. 61 (1), 27-32 (1974).
- Kaiser, G. M., Heuer, M. M., Frühauf, N. R., Kühne, C. A., Broelsch, C. E. General handling and anesthesia for experimental surgery in pigs. Journal of Surgical Research. 130 (1), 73-79 (2006).
- Oike, F., et al. Simplified technique of orthotopic liver transplantation in pigs. Transplantation. 71 (2), 328-331 (2001).
- Heuer, M., et al. Liver transplantation in swine without venovenous bypass. European Surgical Research. 45 (1), 20-25 (2010).
- Fondevila, C., et al. Step-by-step guide for a simplified model of porcine orthotopic liver transplant. The Journal of Surgical Research. 167 (1), 39-45 (2011).
