Крысиная модель нормальной перфузионной гетеротопической трансплантации сердца ex-situ
Summary
В данной работе представлен протокол оценки гетеротопически имплантированного сердца после нормотермической консервации ex situ на модели крысы.
Abstract
Трансплантация сердца является наиболее эффективным методом лечения терминальной стадии сердечной недостаточности. Несмотря на совершенствование терапевтических подходов и вмешательств, число пациентов с сердечной недостаточностью, ожидающих трансплантации, продолжает расти. Нормотермический метод консервации ex situ был признан методом, сопоставимым с традиционным методом статического холодного хранения. Основное преимущество этой методики заключается в том, что донорские сердца могут сохраняться до 12 часов в физиологическом состоянии. Кроме того, эта методика позволяет реанимировать донорские сердца после циркуляторной смерти и применяет необходимые фармакологические вмешательства для улучшения донорской функции после имплантации. Было создано множество моделей на животных для улучшения нормотермических методов сохранения ex situ и устранения осложнений, связанных с сохранением. Несмотря на то, что с моделями крупных животных легко обращаться по сравнению с моделями мелких животных, это дорого и сложно. Представлена модель нормотермического сохранения донорского сердца ex situ на крысах с последующей гетеротопической абдоминальной трансплантацией. Эта модель относительно дешева и может быть выполнена одним экспериментатором.
Introduction
Трансплантация сердца остается единственным эффективным методом лечения рефрактерной сердечной недостаточности 1,2,3,4. Несмотря на неуклонный рост числа пациентов, нуждающихся в трансплантации сердца, пропорционального увеличения доступности донорских органовне наблюдается5. Для решения этой проблемы были разработаны новые подходы к сохранению донорских сердец с целью решения проблем и увеличения доступности доноров 6,7,8,9.
Нормомемическая перфузия сердца ex situ (NESHP) с использованием аппаратов системы ухода за органами (OCS) стала клиническим вмешательством 1,3. Этот метод был признан подходящей альтернативой традиционному методу статического холодного хранения (SCS) 2,9. НЭШП эффективно сокращает продолжительность холодовой ишемии, снижает метаболическую потребность и способствует оптимальному снабжению питательными веществами и насыщению кислородом во время транспортировки донорских органов10,11. Несмотря на очевидный потенциал этого метода для улучшения сохранности донорских органов, его клиническое применение и дальнейшие исследования были ограничены высокой стоимостью. Таким образом, доклинические модели NESHP на животных имеют решающее значение для выявления ключевых технических проблем, связанных с этим методом12,13. Свиньи и крысы являются предпочтительными животными моделями для доклинических исследований из-за их ишемической толерантности9. Несмотря на то, что модель свиньи идеально подходит для фундаментальных и трансляционных исследований, она ограничена своей высокой стоимостью и интенсивными трудозатратами, необходимыми для ухода и обслуживания. В отличие от них, модели крыс дешевле ипроще в обращении.
В этом исследовании мы представляем упрощенную модель NESHP на крысах с последующей гетеротопической трансплантацией сердца, чтобы оценить влияние метода консервации на состояние трансплантата после имплантации. Эта модель проста, экономична и может быть реализована одним экспериментатором. На рисунке 1 показана схема процедуры.
Protocol
Representative Results
Discussion
При создании этой модели мы сосредоточились на воспроизведении нормотермической трансплантации человеческого сердца. Невыбрасывающие модели являются наиболее предпочтительным методом сохранения донорского сердца в условиях ex situ 16. Несмотря на то, что выталкивающи…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом B2021-0991 от Института биомедицинских исследований больницы Чоннам и NRF-2020R1F1A1073921 от Национального исследовательского фонда Кореи
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).
