Rottemodel af normamymisk ex-situ perfuseret heterotopisk hjertetransplantation
Summary
Her præsenterer vi en vurderingsprotokol for et heterotopisk implanteret hjerte efter normoterm ex situ-konservering i rottemodellen.
Abstract
Hjertetransplantation er den mest effektive terapi til hjertesvigt i slutstadiet. På trods af forbedringerne i terapeutiske tilgange og interventioner stiger antallet af hjertesvigtpatienter, der venter på transplantation, stadig. Den normotermiske ex situ-konserveringsteknik er etableret som en metode, der kan sammenlignes med den konventionelle statiske kølelagringsteknik. Den største fordel ved denne teknik er, at donorhjerter kan bevares i op til 12 timer i en fysiologisk tilstand. Desuden tillader denne teknik genoplivning af donorhjerterne efter kredsløbsdød og anvender nødvendige farmakologiske indgreb for at forbedre donorfunktionen efter implantation. Talrige dyremodeller er blevet etableret for at forbedre normotermiske ex situ-konserveringsteknikker og eliminere bevaringsrelaterede komplikationer. Selvom store dyremodeller er nemme at håndtere sammenlignet med små dyremodeller, er det dyrt og udfordrende. Vi præsenterer en rottemodel af normoterm ex situ donorhjertekonservering efterfulgt af heterotopisk abdominal transplantation. Denne model er relativt billig og kan opnås af en enkelt eksperimentator.
Introduction
Hjertetransplantation er fortsat den eneste levedygtige behandling for ildfast hjertesvigt 1,2,3,4. På trods af en støt stigning i antallet af patienter, der har behov for hjertetransplantation, er der ikke observeret en forholdsmæssig stigning i tilgængeligheden af donororganer5. For at løse dette problem er der udviklet nye tilgange til bevarelse af donorhjerter med det formål at forbedre udfordringerne og øge tilgængeligheden af donorer 6,7,8,9.
Normothermic ex situ hjerteperfusion (NESHP) ved hjælp af organplejesystem (OCS) maskiner er opstået som en klinisk intervention 1,3. Denne teknik er blevet anset for at være et egnet alternativ til den konventionelle metode 2,9 med statisk kold opbevaring (SCS). NESHP reducerer effektivt varigheden af kold iskæmi, mindsker metabolisk efterspørgsel og letter optimal ernæringsforsyning og iltning under transport af donororganer10,11. På trods af denne metodes klare potentiale til at forbedre donororganets bevaring har dens kliniske anvendelse og yderligere undersøgelse været begrænset af høje omkostninger. Derfor er prækliniske dyremodeller af NESHP afgørende for at identificere vigtige tekniske udfordringer forbundet med denne teknik12,13. Svin og rotter er de foretrukne dyremodeller til prækliniske undersøgelser på grund af deres iskæmiske tolerance9. Selvom svinemodellen er ideel til grundlæggende og translationel forskning, er den begrænset af dens høje omkostninger og det intensive arbejde, der kræves til pleje og vedligeholdelse. I modsætning hertil er rottemodeller billigere og lettere at håndtere14.
I denne undersøgelse introducerer vi en forenklet rottemodel af NESHP, efterfulgt af heterotopisk hjertetransplantation, for at evaluere virkningen af konserveringsteknikken på transplantatets tilstand efter implantation. Denne model er ligetil, omkostningseffektiv og kan udføres af en enkelt eksperimentator. Figur 1 viser skemaerne for proceduren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vores fokus i etableringen af denne model var at replikere normoterm human hjertetransplantation. Ikke-udstødende modeller er den almindeligt foretrukne teknik til bevarelse af donorhjertet i et ex situ-miljø 16. Mens udstødningsmodeller giver mange fordele ved vurdering af hjertefunktion under ex situ perfusion17, er de ikke egnede til heterotopiske transplantationsmodeller. Ved heterotopisk transplantation skal det implanterede donorhjerte overvinde s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af et tilskud B2021-0991 fra Chonnam National University Hospital Biomedical Research Institute og NRF-2020R1F1A1073921 fra National Research Foundation of Korea
Materials
| AES active evacuation system | Smiths medical | PC-6769-51A | Utilize CO2 and excess isoflurane |
| Anesthesia machine | Smiths medical | PC-8801-01A | Mixes isoflurane and oxyegn and delivers to animal |
| B20 patient monitor | GE medical systems | B20 | to observe mean aortic pressure and temperature |
| Homeothermic Monitoring System | Harvard apparatus | 55-7020 | To monitor and maintain animal's temperature |
| Micro-1 Rat oxygenator | Dongguan Kewei medical instruments | Micro-MO | For gas exchange in the langendorff circuit |
| Micropuncture introducer Set | COOK medical | G48007 | for delivering cardioplegic solution to the arch through the abdominal aorta |
| Microscope | Amscope | MU1403 | For zooming surgical field (Recipient) |
| Surgical loupe | SurgiTel | L2S09 | For zooming surgical field (Donor) |
| Syringe pump | AMP all | SP-8800 | To deliver cardioplegic solution |
| Transonic flow sensor | Transonic | ME3PXL-M5 | Perfusion circuit flow sensor |
| Transonic tubing flow module | Transonic | TS410 | flow acquiring system |
| Watson – Marlow pumps | Harvard apparatus | 010.6131.DAO | Peristaltic pump used for recirculate perfusate |
| WBC-1510A | JEIO TECH | E03056D | Heating bath |
| Sprague-Dawley rats | Samtako Bio Korea Co., Ltd., Osan City Korea | ||
| Medications | |||
| BioHAnce Gel Eye Drops | SENTRIX Animal care | wet ointments for eye | |
| Cefazolin | JW pharmaceutical | For prophilaxis | |
| Custodiol | DR, FRANZ KOHLER CHEMIE GMBH | For heart harvesting | |
| Diclofenac | Myungmoon Pharm. Co. Ltd | For pain control | |
| Heparin | JW pharmaceutical | Anticoagulant | |
| Insulin | JW pharmaceutical | hormon therapy | |
| Saline | JW pharmaceutical | For hydration therapy |
References
- Langmuur, S. J. J., et al. Normothermic ex-situ heart perfusion with the organ care system for cardiac transplantation: A meta-analysis. Transplantation. 106 (9), 1745-1753 (2022).
- Ardehali, A., et al. Ex-vivo perfusion of donor hearts for human heart transplantation (PROCEED II): a prospective, open-label, multicentre, randomized non-inferiority trial. Lancet. 385 (9987), 2577-2584 (2015).
- Dang Van, S., et al. Ex vivo perfusion of the donor heart: Preliminary experience in high-risk transplantations. Archives of Cardiovascular Diseases. 114 (11), 715-726 (2021).
- Zhou, P., et al. Donor heart preservation with hypoxic-conditioned medium-derived from bone marrow mesenchymal stem cells improves cardiac function in a heart transplantation model. Stem Cell Research and Therapy. 12 (1), 5f6 (2021).
- Messer, S., Large, S. Resuscitating heart transplantation: the donation after circulatory determined death donor.European. Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 49 (1), 1-4 (2016).
- Trahanas, J. M., et al. Achieving 12 hour normothermic ex situ heart perfusion: an experience of 40 porcine hearts. ASAIO Journal. 62 (4), 470-476 (2016).
- Yang, Y., et al. Keeping donor hearts in completely beating status with normothermicblood perfusion for transplants. The Annals of Thoracic Surgery. 95 (6), 2028-2034 (2013).
- Van Caenegem, O., et al. Hypothermic continuous machine perfusion enables preservation of energy charge and functional recovery of heart grafts in an ex vivo model of donation following circulatory death. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 49 (5), 1348-1353 (2016).
- Lu, J., et al. Normothermic ex vivo heart perfusion combined with melatonin enhances myocardial protection in rat donation after circulatory death hearts via inhibiting NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 733183 (2021).
- Pinnelas, R., Kobashigawa, J. A. Ex vivo normothermic perfusion in heart transplantation: a review of the TransMedics Organ Care System. Future Cardiology. 18 (1), 5-15 (2022).
- Fuchs, M., et al. Does the heart transplant have a future. European Journal of Cardiothoracic Surgery. 55, i38-i48 (2019).
- Pahuja, M., Case, B. C., Molina, E. J., Waksman, R. Overview of the FDA’s circulatory system devices panel virtual meeting on the TransMedics Organ Care System (OCS) Heart – portable extracorporeal heart perfusion and monitoring system. American Heart Journal. 247, 90-99 (2022).
- Jawitz, O. K., Devore, A. D., Patel, C. B., Bryner, B. S., Schroder, J. N. Expanding the donor pool: quantifying the potential impact of a portable organ-care system for expanded criteria heart donation. Journal of Cardiac Failure. 27 (12), 1462-1465 (2021).
- van Suylen, V., et al. Ex situ perfusion of hearts donated after euthanasia: a promising contribution to heart transplantation. Transplantation Direct. 7 (3), e676 (2021).
- 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).
- Qin, G., Jernryd, T., Sjoberg, S., Steen, S., Nilsson, J. Machine perfusion for human heart preservation: A systematic review. Transplant International. 35, 10258 (2022).
- Dang Van, S., Brunet, D., Akamkam, A., Decante, B., Guihaire, J. Functional assessment of the donor heart during ex situ perfusion: insights from pressure-volume loops and surface echocardiography. Journal of Visual Experiments. (188), e63945 (2022).
- Fu, X., Segiser, A., Carrel, T. P., Tevaearai Stahel, H. T., Most, H. Rat heterotopic heart transplantation model to investigate unloading-induced myocardial remodeling. Frontiers in Cardiovascular Medicine. 3, 34 (2016).
- Niimi, M. The technique for heterotopic cardiac transplantation in mice: experience of 3000 operations by one surgeon. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 20 (10), 1123-1128 (2001).
- Qi, X., et al. The evaluation of constant coronary artery flow versus constant coronary perfusion pressure during normothermic ex-situ heart perfusion. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 41 (12), 1738-1750 (2022).
- Okahara, S., et al. A novel blood viscosity estimation method based on pressure-flow characteristics of an oxygenator during cardiopulmonary bypass. Artificial Organs. 41 (3), 262-266 (2017).
- Quader, M., Torrado, J. F., Mangino, M. J., Toldo, S. Temperature and flow rate limit the optimal ex-vivo perfusion of the heart – an experimental study. Journal of Cardiothoracic Surgery. 15 (1), 180 (2020).
