Utökad 78 % hepatektomi i en muskirurgisk modell
Summary
Musmodellen av partiell 2/3 (66%) hepatektomi är väl beskriven i litteraturen, men mer utökade hepatektomier som efterliknar small-for-size-syndrom efter levertransplantation har sällan använts. Vi beskriver en utökad 78% hepatektomiprocedur i en musmodell som resulterar i cirka 50% postoperativ dödlighet hos friska möss.
Abstract
Partiell 2/3 hepatektomi hos möss används i forskning för att studera leverns regenerativa kapacitet och utforska resultaten av leverresektion i ett antal sjukdomsmodeller. I den klassiska partiella 2/3 hepatektomin hos möss avlägsnas två av de fem leverloberna, nämligen vänster och medianloben som representerar cirka 66 % av levermassan, i klump med en förväntad postoperativ överlevnad på 100 %. Mer aggressiva partiella hepatektomier är tekniskt mer utmanande och har därför sällan använts på möss. Vår grupp har utvecklat en musmodell av en teknik för utökad hepatektomi där tre av de fem leverloberna, inklusive den vänstra, median- och högra övre loben, avlägsnas separat för att avlägsna cirka 78 % av den totala levermassan. Denna förlängda resektion, hos i övrigt friska möss, lämnar en kvarvarande lever som inte alltid kan upprätthålla tillräcklig och snabb regenerering. Misslyckande med att regenerera resulterar i slutändan i 50 % postoperativ dödlighet inom 1 vecka på grund av fulminant leversvikt. Denna procedur med förlängd 78% hepatektomi hos möss representerar en unik kirurgisk modell för studier av small-for-size syndrom och utvärdering av terapeutiska strategier för att förbättra leverregenerering och resultat i samband med levertransplantation eller förlängd leverresektion för cancer.
Introduction
Kirurgiska leverresektionsmodeller för mus och råtta, som först beskrevs 1931, är de vanligaste experimentella modellerna som används för att studera den molekylära grunden för leverregenerering. De kan också vara användbara inom translationell vetenskaplig forskning för att testa och utveckla strategier för att förbättra resultaten efter förlängd leverresektion eller transplantation av suboptimala levertransplantat 1,2,3,4. Partiell hepatektomi (PH) hos möss innebär avlägsnande av cirka 2/3 (66%) av den totala levermassan (TLM), vilket när det utförs på friska djur har exceptionella resultat5. Proceduren är kortvarig, lätt reproducerbar på grund av liten variation i musleverns anatomi, och den postoperativa överlevnaden närmar sig vanligtvis 100 %1.
Partiell 2/3 hepatektomi som omfattar resektionen av vänster lob (LL) och medianloben (ML) gör det möjligt för de kvarvarande loberna att regenerera relativt obehindrat av lobinflammation eller begränsning av leverinflöde och utflöde. Snarare resulterar ökat portalvenöst flöde och därefter skjuvstress på leverns sinusformade endotelceller efter PH i ihållande uppreglering av endotelial kväveoxidsyntas (eNOS) uttryck och efterföljande frisättning av kväveoxid (NO), vilket bidrar till att hepatocyter primas för proliferation och leverregenerering3. Resultat som vanligtvis studeras efter 2/3 PH i sjukdomsmodeller såsom icke-alkoholisk fettlever eller i specifika genetiska bakgrunder inkluderar risk för akut leversvikt, kvalitativa och kvantitativa mått på leverns regenerativa kapacitet och andra biologiska svar på stress eller traumatisk skada 1,3.
En musmodell som efterliknar funktionellt eller anatomiskt small-for-size-syndrom, eftersom den inträffar efter förlängd leverresektion för cancer eller transplantation av marginella (steatos eller förlängd ischemisk tid) eller partiella (delade eller från levande donerade lever) levertransplantat, är dock fortfarande inte väletablerad. För att tillgodose detta behov krävs modeller av mer omfattande leverresektioner som sträcker sig bortom upprätthållandet av en minimal (och funktionell) levermassa för att modellera small-for-size leversyndrom och den ökade dödlighet som är förknippad med detta syndrom 6,7.
Leverns anatomi hos möss uppvisar minimal variation. Muslevern består av fem lober som var och en står för följande procentandel av den totala levermassan: vänster lob (LL; 34,4 ± 1,9 %), medianlob (ML; 26,2 ± 1,9 %), höger övre (även kallad höger överlägsen) lob (RUL; 16,6 ± 1,4 %), höger nedre (även kallad höger inferior) lob (RLL; 14,7 ± 1,4 %) och svanslob (CL, 8,1 ± 1,0 %)1, 5. veckor Varje lob försörjs av en portaltriad, inklusive en gren av leverartären, en gren av portvenen och en gallgång5. Historiskt sett har flera tekniker beskrivits för att utföra en 2/3 PH genom att resekera LL och ML. Dessa inkluderar: 1) den klassiska tekniken som består av en enda ligatur en bloc vid basen av var och en av de resekerade loberna; 2) den hemostatiska klipptekniken, med användning av titanklämmor applicerade vid basen av de resekerade loberna; 3) en kärlorienterad parenkymbevarande teknik, med användning av genomträngande suturer proximalt om klämman; och 4) en kärlorienterad mikrokirurgisk teknik, där portalvenen och leverartärgrenarna ligeras före lobresektion1. Även om varje teknik har relativa styrkor och svagheter, ger ingen högre dödlighet 1,8,9.
I denna studie presenterar vi en ny metod för förlängt pH på 78% hos möss. I denna modell avlägsnas tre av fem leverlober, inklusive LL, ML och RUL, separat med hjälp av en ligaturteknik (Figur 1). Denna procedur resulterar i resektion av cirka 78 % (77,2 ± 5,2 %) av den totala levermassan. Vårt val att ta bort LL och ML separat, och inte “en bloc” som i den klassiska PH-tekniken, minimerar komplikationer som är förknippade med en bloc-resektion av dessa två lober, såsom suprahepatisk vena cava-stenos och ökad risk för nekros i de återstående loberna när den enkla ligaturen appliceras för nära vena cava1, 10,11,12,13,14. Detta är avgörande innan du går vidare till det sista steget i denna procedur för att ta bort RUL. Denna omfattande hepatektomi hos 8-12 veckor gamla C57BL/6-möss av vildtyp orsakar 50 % dödlighet inom 1 vecka efter operationen på grund av misslyckad leverregenerering som orsakar fulminant leversvikt15,16. Denna musmodell med ökad dödlighet efter förlängd 78 % hepatektomi rekapitulerar på ett lämpligt sätt patofysiologin för small-for-size-syndrom och möjliggör utveckling och testning av nya strategier för att förbättra resultaten.
Protocol
Representative Results
Discussion
För att framgångsrikt utföra en förlängd 78 % hepatektomi som orsakar 50 % dödlighet hos möss, är det viktigt att varje leverlob avlägsnas exakt. Denna nivå av kompetens och precision kan endast uppnås om proceduren utförs upprepade gånger. Träningskurvan varierar mellan operatörer men kräver vanligtvis 3-6 månaders träning. En leverresektion som tar bort mindre än 78 % av TLM skulle resultera i högre överlevnadsgrad, medan en leverresektion som tar bort mer än 78 % av TLM skulle resultera i större…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av NIH R01-anslag DK063275 och HL086741 till CF. PB och TA är mottagare av ett NRSA-stipendium från NHLBI T32 utbildningsbidrag HL007734.
Materials
| 2 x 2 Gauze | Covidien | 2146 | Surgery: dissection |
| 5-O Nylon Monofilament Suture | Oasis | 50-118-0631 | Surgery: Skin closure |
| 5-O Silk Suture | Fine Science Tools | 18020-50 | Surgery: liver lobe ligation |
| 5-O Vicryl Suture | Ethicon | NC9335902 | Surgery: Abdominal wall closure |
| Addson Forceps | Braintree Scientific | FC028 | Surgery: dissection |
| Alcohol Swabs (2) | BD | 326895 | Disinfectant |
| Buprenorphine Extended Release Formulation | Zoopharm | N/A | Analgesia |
| Cordless Trimmer | Braintree Scientific | CLP-9868-14 | Shaving |
| Curved Forceps | Braintree Scientific | FC0038 | Surgery: dissection |
| Hemostat | Braintree Scientific | FC79-1 | Surgery: dissection |
| Isoflurane Inhalant Anesthetic | Patterson Veterinary | RXISO-250 | General Anesthesia |
| Magnet Fixator (2-slot) (2) | Braintree Scientific | ACD-001 | Surgery: to hold small retractors |
| Magnet Fixator (4-slot) | Braintree Scientific | ACD-002 | Surgery: to hold small retractors |
| Microscissors | Braintree Scientific | SC-MI 151 | Surgery: dissection |
| Operating tray | Braintree Scientific | ACD-0014 | Surgery: for establishment of surgical field |
| Povidone Iodine 10% Swabstick (2) | Medline | MDS093901ZZ | Disinfectant |
| Scalpel (15-blade) | Aspen Surgical Products | 371615 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Curved) | Braintree Scientific | SC-T-406 | Surgery: dissection |
| Sharp Scissors (Straight) | Braintree Scientific | SC-T-405 | Surgery: dissection |
| Small Cotton-Tipped Applicators | Fisher Scientific | 23-400-118 | Surgery: dissection |
| Tissue Forceps (Straight x2) | Braintree Scientific | FC1001 | Surgery: dissection |
| Warming Pad (18" x 26") | Stryker | TP 700 | Warming |
| Warming Pad Pump | Stryker | TP 700 | Warming |
| Wire Handle Retractor (2) | Braintree Scientific | ACD-005 | Surgery: to facilitate exposure of peritoneal cavity |
| Xenotec Isoflurane Small Animal Anesthesia System | Braintree Scientific | EZ-108SA | General Anesthesia: Contains Isoflurane vaborizer & console, Induction chamber, Regulator/Hose, Facemask (M) |
References
- Martins, P. N., Theruvath, T. P., Neuhaus, P. Rodent models of partial hepatectomies. Liver Int. 28 (1), 3-11 (2008).
- Higgins, G., Anderson, R. Experimental pathology of the liver I. Restoration of the liver of the white rat following partial surgical removal. Arch Pathol. 12, 186-202 (1931).
- Koniaris, L. G., McKillop, I. H., Schwartz, S. I., Zimmers, T. A. Liver regeneration. J Am Coll Surg. 197 (4), 634-659 (2003).
- Fausto, N., Campbell, J. S., Riehle, K. J. Liver regeneration. Hepatology. 43 (2), S45-S53 (2006).
- Inderbitzin, D., et al. Magnetic resonance imaging provides accurate and precise volume determination of the regenerating mouse liver. J Gastrointest Surg. 8 (7), 806-811 (2004).
- Clavien, P. A., et al. What is critical for liver surgery and partial liver transplantation: size or quality. Hepatology. 52 (2), 715-729 (2010).
- Dahm, F., Georgiev, P., Clavien, P. A. Small-for-size syndrome after partial liver transplantation: definition, mechanisms of disease and clinical implications. Am J Transplant. 5 (11), 2605-2610 (2005).
- Hori, T., et al. Simple and reproducible hepatectomy in the mouse using the clip technique. World J Gastroenterol. 18 (22), 2767-2774 (2012).
- Kamali, C., et al. Extended liver resection in mice: state of the art and pitfalls-a systematic review. Eur J Med Res. 26 (1), 6 (2021).
- Mitchell, C., Willenbring, H. A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 3 (7), 1167-1170 (2008).
- Borowiak, M., et al. Met provides essential signals for liver regeneration. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 (29), 10608-10613 (2004).
- Boyce, S., Harrison, D. A detailed methodology of partial hepatectomy in the mouse. Lab Anim (NY). 37 (11), 529-532 (2008).
- Greene, A. K., Puder, M. Partial hepatectomy in the mouse: technique and perioperative management. J Invest Surg. 16 (2), 99-102 (2003).
- Mitchell, C., Willenbring, H. Erratum: A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nat Protoc. 9 (6), 1532 (2014).
- Studer, P., et al. Significant lethality following liver resection in A20 heterozygous knockout mice uncovers a key role for A20 in liver regeneration. Cell Death Differ. 22 (12), 2068-2077 (2015).
- Longo, C. R., et al. A20 protects mice from lethal radical hepatectomy by promoting hepatocyte proliferation via a p21waf1-dependent mechanism. Hepatology. 42 (1), 156-164 (2005).
- Michalopoulos, G. K., DeFrances, M. C. Liver regeneration. Science. 276 (5309), 60-66 (1997).
- Diehl, A. M., Rai, R. M. Liver regeneration. 3. Regulation of signal transduction during liver regeneration. FASEB J. 10 (2), 215-227 (1996).
- . A comparison of selected organ weights and clinical pathology parameters in male and female CD-1 and CByB6F1 hybrid mice 12-14 weeks in age Available from: https://www.criver.com/sites/default/files/resources/doc_a/AComparisonofSelectedOrganWeightsandClinicalPathologyParametersinMaleandFemaleCD-1andCByB6F1HybridMice12-14WeeksinAge.pdf (2023)
- CD-1® IGS mouse. Charles River Laboratories Available from: https://www.criver.com/products-services/find-model/cd-1r-igs-mouse?region=3611 (2023)
- C57BL/6J mouse organ weight. The Jackson Laboratory Available from: https://www.jax.org/de/-/media/jaxweb/files/jax-mice-and-services/b6j-data-summary.xlsx (2023)
- Inderbitzin, D., et al. Regenerative capacity of individual liver lobes in the microsurgical mouse model. Microsurgery. 26 (6), 465-469 (2006).
- Zhou, X., et al. L-carnitine promotes liver regeneration after hepatectomy by enhancing lipid metabolism. J Transl Med. 21 (1), 487 (2023).
- Linecker, M., et al. Omega-3 fatty acids protect fatty and lean mouse livers after major hepatectomy. Ann Surg. 266 (2), 324-332 (2017).
- Haber, B. A., et al. High levels of glucose-6-phosphatase gene and protein expression reflect an adaptive response in proliferating liver and diabetes. J Clin Invest. 95 (2), 832-841 (1995).
- Rickenbacher, A., et al. Arguments against toxic effects of chemotherapy on liver injury and regeneration in an experimental model of partial hepatectomy. Liver Int. 31 (3), 313-321 (2011).
- Aravinthan, A. D., et al. The impact of preexisting and post-transplant diabetes mellitus on outcomes following liver transplantation. Transplantation. 103 (12), 2523-2530 (2019).
- Gonzalez, H. D., Liu, Z. W., Cashman, S., Fusai, G. K. Small for size syndrome following living donor and split liver transplantation. World J Gastrointest Surg. 2 (12), 389-394 (2010).
- Mahmud, N., et al. Risk prediction models for post-operative mortality in patients with cirrhosis. Hepatology. 73 (1), 204-218 (2021).
- Kooby, D. A., et al. Impact of steatosis on perioperative outcome following hepatic resection. J Gastrointest Surg. 7 (8), 1034-1044 (2003).
- Ma, K., et al. A mesenchymal-epithelial transition factor-agonistic antibody accelerates cirrhotic liver regeneration and improves mouse survival following partial hepatectomy. Liver Transpl. 28 (5), 782-793 (2022).
- Hori, T., et al. Simple and sure methodology for massive hepatectomy in the mouse. Ann Gastroenterol. 24 (4), 307-318 (2011).
- Ramsey, H. E., et al. A20 protects mice from lethal liver ischemia/reperfusion injury by increasing peroxisome proliferator-activated receptor-alpha expression. Liver Transpl. 15 (11), 1613-1621 (2009).
- Arvelo, M. B., et al. A20 protects mice from D-galactosamine/lipopolysaccharide acute toxic lethal hepatitis. Hepatology. 35 (3), 535-543 (2002).
