实验动物研究在临床移植技术的发展中起着至关重要的作用。猪原位肝移植模型(OLTx)与人类生理条件高度相似,常用于临床导向的研究。以下方案包含了使用主动门腔静脉-颈静脉分流建立稳定猪 OLTx 模型的全部信息。
实验动物研究在临床移植技术的发展中起着至关重要的作用。猪原位肝移植模型(OLTx)与人类生理条件高度相似,常用于临床导向的研究。以下方案包含了使用主动门腔静脉-颈静脉分流建立稳定猪 OLTx 模型的全部信息。
肝移植的成功导致了严重的器官短缺。每年,都有相当数量的肝移植等待名单上的患者因未能接受器官移植而死亡,或因病情进展而被移除名单。即使成功进行了移植,排斥反应和免疫抑制治疗的副作用仍然是影响移植物存活和患者并发症的主要问题。
实验动物研究对肝移植的成功至关重要,并且在临床移植实践的发展中仍发挥着关键作用。特别是,猪原位肝移植模型(OLTx)由于在体型、解剖结构和生理特征上与人类高度相似,是面向临床研究的理想模型。
在猪同种异体肝移植(OLTx)的无肝期,缓解肠道淤血对确保动物可靠存活至关重要。采用主动门腔-颈静脉分流系统可实现优异的肠道减压效果。该系统既可用于短期也可用于长期存活实验。以下方案包含了猪肝移植模型中稳定且可重复的所有技术细节,包括术后动物护理。
原位肝移植(OLTx)是治疗终末期肝病或晚期肝细胞癌患者的唯一治疗选择。在过去25年中,等待移植的患者人数逐渐增加, 目前已远远超过可用移植物的数量。在大多数移植地区,20%至30%的肝移植等待名单上的患者因未能接受器官移植而死亡,或因疾病进展被移出名单。迫切需要采取策略扩大供体来源,从而增加可用移植物的数量。扩大标准器官分配、延长移植物保存时间以及诱导免疫耐受仍是主要的临床挑战1-3。因此,实验性OLTx研究对于优化临床OLTx实践至关重要。
猪的原位肝移植(OLTx)是一种成熟的实验模型,在肝脏大小、解剖结构和生理学等多个方面与人类的原位肝移植相似4-6。因此,它已成为外科技术、生理学、免疫学、器官保存以及缺血-再灌注损伤等研究领域的标准实验方法。文献中已报道了多种移植物获取、受体肝切除以及特别是血管重建的技术5。适宜技术的选择取决于研究者的偏好和技术能力。
与人类情况不同,内脏淤血在猪OLTx的无肝期是一个重要问题。随后发生的肠缺血和淤血性血管损伤可导致严重的血流动力学不稳定,危及猪的存活,从而影响实验的成功7-9。因此,充分的肠道减压是必需的,尤其是在技术条件不够完善的实验环境中。
在无肝期使用主动的门腔静脉-颈静脉分流是一种避免肠道充血的可靠方法。该系统既可用于早期再灌注实验,也可用于长期存活研究。以下方案包含了猪肝移植模型中稳定且可重复的所有相关信息,包括供体肝脏的切取、受体手术(含肝切除和端对端血管重建技术)以及术后护理。
所有动物均按照加拿大安大略省国家医学研究协会制定的《实验动物护理原则》以及美国国立卫生研究院发布的《实验动物护理指南》接受人道护理。多伦多综合研究所动物护理委员会批准了所有研究。
1. 器官获取
2. 受体肝切除术
3. 血管重建
4. 术后阶段
在首次移植研究中,将心脏跳动供体模型(HBD,n = 5)与经历45分钟热缺血的DCD模型(n = 10)进行了比较 原位两组移植物在获取后均在冰上保存10小时。
在HBD组中,所有受体猪在移植后第5天随访结束时均存活。在DCD组中,由于术后肝功能下降导致的凝血问题或代谢失代偿,仅50%的受体猪存活了5天。
所有血样均从中心静脉导管采集。离心后获取血清样本,并检测肝细胞损伤指标(天冬氨酸氨基转移酶,AST)、胆道功能(总胆红素和碱性磷酸酶)以及肝功能(国际标准化比值,INR)。各指标的时间变化曲线见图2 - 5。
AST 水平在 24 小时后达到峰值(HBD 组为 1414 ± 538 U/L,DCD 组为 2296 ± 1313 U/L,p = 0.13),5 天后恢复至接近正常水平。同样,与 HBD 组(162 ± 54 U/L,p = 0.27)相比,DCD 组在 36 小时后碱性磷酸酶水平显著升高(224 ± 111 U/L)。总胆红素在 HBD 组中保持稳定(全程 ≤ 10 µmol/L),而在 DCD 组中则逐渐升高,直至第 5 天(23 ± 31 µmol/L,p = 0.43)。DCD 组胆红素值较大的标准差表明该组存在特殊的胆道损伤异质性。作为肝功能指标的国际标准化比值(INR)表现出与 AST 值相似的趋势:在 24 小时达到峰值,5 天后恢复至接近正常水平。HBD 组的峰值较低,为 1.47 ± 0.34,而 DCD 组峰值为 1.70 ± 0.36(p = 0.32)。

图1. 门腔-颈静脉分流示意图。 旁路系统先用乳酸林格液充满,随后用管夹夹闭腔静脉段,颈静脉段和脾静脉段连接至预置的导管,打开旁路,并在门静脉阻断后启动离心泵。肝脏切除术后,将旁路的腔静脉段插入并固定于肾静脉头侧的肝下腔静脉残端。松开管夹,以实现腔静脉减压,同时完成门静脉减压。

图 2. 天冬氨酸氨基转移酶(AST)(HBD n = 5,DCD n = 10)。 AST 是肝细胞损伤的敏感标志物。HBD 组在术后 24 小时的峰值低于 DCD 组,提示肝再灌注损伤较轻;较小的标准差表明 HBD 组的结果更为均一。

图3. 总胆红素(HBD n = 5,DCD n = 10)。 总胆红素作为胆道清除功能和胆管完整性的指标,在HBD组中呈现稳定且均一的趋势,数值均低于10 µmol/L。DCD组的胆红素曲线随时间逐渐升高,且标准差较大,提示仅在部分实验组动物中出现胆道损伤。

图4. 碱性磷酸酶(HBD n = 5,DCD n = 10)。 碱性磷酸酶是胆道损伤的指标。HBD组的数值低于DCD组,提示胆道损伤较轻。

图5. 国际标准化比值(INR)(HBD组 n = 5,DCD组 n = 10)。 INR值升高提示肝细胞功能下降,原因是凝血因子释放减少。在HBD组和DCD组中,移植后5天INR值均恢复至正常水平,表明肝功能得到恢复。HBD组的数值似乎更低。
在缺乏临床环境重症监护资源的研究条件下,实验性猪肝移植术(OLTx)是一项具有挑战性的操作。可能的并发症包括血流动力学不稳定、出血、器官缺血、低体温以及代谢和呼吸功能失代偿。对于任何研究团队而言,必须充分培训手术技术5和猪的麻醉管理14,15,以获得具有代表性且可重复的实验结果。
文献中已描述了许多技术细节,特别是关于血管重建阶段5。上述所描述的OLTx方案提供了与人类OLTx相似的腔静脉置换模型所需的信息。所提供的结果表明,在HBD和DCD模型中,动物存活和移植物功能恢复均具有可靠性。该方案适用于移植物再灌注实验等短期存活情况,也可用于耐受性研究等长期存活模型。
猪肝移植(OLTx)的一大难题在于下腔静脉和门静脉阻断的耐受性相对较差。无肝期的内脏淤血可导致静脉高压和毛细血管损伤,可能引发严重的肠道缺血以及血流动力学不稳定,甚至在器官再灌注后仍可能发展为不可逆的休克7。由于下腔静脉完全包埋于肝实质内,无法实施保留下腔静脉的“背驮式”手术。在下腔静脉重建阶段完全阻断下腔静脉会损害猪的血流动力学稳定性。尽管有少数报道显示,猪肝移植可在下腔静脉和门静脉总阻断时间少于25分钟的条件下完成16,17,但在血管重建期间采用门腔-颈静脉转流技术更为安全且更具实用性7-9,18。根据作者的经验,在无肝期采用被动门-颈静脉转流并不能有效维持猪的血流动力学稳定。而包含主动减压肝下下腔静脉和门静脉的转流模型,即使因意外并发症导致阻断时间延长,也能实现平静的肝上下腔静脉和门静脉吻合重建。与早期报道7相反,在移除门静脉转流导管时,并不强制要求行脾切除术。脾动脉和脾静脉可在脾脏长度约一半处结扎,使近端半脾仍保持充分灌注。通过仔细放置并妥善固定转流管路,可避免因转流管脱开导致的出血或空气栓塞等并发症。
在长期存活的肝移植(OLTx)实验中,胆管吻合口被认为是薄弱环节,因其并发症发生率较高19。胆道组织非常脆弱,在操作时需要特别小心。已有多种不同的吻合技术被报道5,19。端对端吻合在技术上较为简便,且并发症最少19。使用无切割针进行连续缝合,并包含较大范围的胆管周围结缔组织,其效果优于间断缝合。间断缝合在打结时会使胆管承受不必要的张力,可能导致组织撕裂及继发性胆漏。缝合材料——可吸收或不可吸收——通常并不重要,因为实验猪的存活时间有限。但对于持续数月以上的长期存活模型,应优先选用可吸收缝线,如同人类肝移植(OLTx)中的做法。
术后随访必须格外注意。充足的营养和液体供应、可靠的镇痛方案以及适当的免疫抑制方案是必需的。对于长期实验,免疫抑制尤其重要。与其他哺乳动物相比,猪在肝移植(OLTx)后表现出出人意料的低免疫排斥率20,21。圆细胞浸润在移植后第二周达到高峰,即使不使用免疫抑制剂也会自行消退。排斥反应很少是猪肝移植后死亡的原因22。然而,即使采用此处提到的静脉注射类固醇和口服钙调神经磷酸酶抑制剂的免疫抑制方案,移植物排斥仍表现为OLTx后约第4天开始出现转氨酶轻度升高,并通过门脉区明显的圆细胞浸润得以确认。钙调神经磷酸酶抑制剂可口服23,24或静脉给药25,26;两种方法均存在缺点。即使使用口服辅助剂,实际到达胃肠道的药量仍难以确定。另一方面,在饲养环境中对活跃的猪进行持续静脉输注也十分困难。因此,静脉给药必须以推注方式进行,这会导致药物浓度峰值升高,并可能产生毒性作用。尽管如此,这两种给药方式似乎均能支持长期存活。
与临床情况类似,建议进行术后应激性溃疡预防。术后消化性溃疡出血是一个常见问题,可能与肝功能受损有关27。在两组肝移植受者中均出现数例胃肠道出血后,作者开始常规使用泮托拉唑进行预防,自此之后再未发生任何胃肠道出血 。
术中严格维持无菌条件,达到临床手术室的同等标准,并采取相应的抗生素预防措施,可降低感染并发症的风险。
总之,本文为在科研环境中建立猪的原位肝移植(OLTx)项目提供了实用信息。充分的投入、实践和团队合作对于缩短学习周期、获得可靠结果以及降低成本和减少实验动物使用数量至关重要。
作者无任何利益冲突需要披露。
本研究得到了罗氏器官移植研究基金会(ROTRF)和安斯泰来公司的研究资助。Markus Selzner 获得了美国移植外科协会(ASTS)职业发展奖的支持。Matthias Knaack 获得了安斯泰来研究奖学金的支持。我们感谢 Uwe Mummenhoff 和伯明翰家族的慷慨支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 硫酸阿托品 15 mg/30ml | Rafter 8 产品 | 238481 | |
| 布托啡诺 0.3 mg/ml | RB Pharmaceuticals LDT | N/A | |
| 头孢唑林 1 g | 加拿大制药合作伙伴公司 | 2237138 | |
| 环孢素口服溶液 5,000 mg/50 ml | 诺华制药加拿大公司 | 2150697 | |
| 枸橼酸芬太尼 0.25 mg/5 ml | Sandoz Canada Inc. | 2240434 | |
| 肝素 10,000 iU/10 ml | Leo Pharma A/S | 453811 | |
| 异氟烷 99.9%,250 ml | 加拿大制药合作伙伴公司 | 2231929 | |
| 盐酸氯胺酮 5000 mg/50 ml | Bimeda-MTC Animal Health Inc. | 612316 | |
| 乳酸林格液’s + 5% 葡萄糖,0.5 L | 百特公司 | 61131 | |
| 乳酸林格液’秒,1 升 | Baxter Corporation | 61085 | |
| 甲硝唑 500 mg/100 ml | 百特公司 | 870420 | |
| 咪达唑仑 50 mg/10 ml | 加拿大制药合作伙伴公司 | 2242905 | |
| 泮托拉唑 40 mg | Sandoz Canada Inc. | 2306727 | |
| 氯化钾 40 mEq/20 ml | Hospira Healthcare Corporation | 37869 | |
| 丙泊酚 1,000 mg/100 ml | Pharmascience 公司 | 2244379 | |
| 硫酸鱼精蛋白 50 mg/5 ml | 加拿大制药合作伙伴公司 | 2139537 | |
| 0.9% 氯化钠溶液,1 L | Baxter Corporation | 60208 | |
| 碳酸氢钠 50 mEq/50 ml | Hospira Healthcare Corporation | 261998 | |
| Solu-Medrol 500 mg | 辉瑞加拿大公司 | 2367963 | |
| 氨甲环酸 1,000 mg/10 ml | 辉瑞加拿大公司 | 2064413 | |
| 威斯康星大学溶液,SPS-1 | 器官回收系统 | SPS-1 | |
| Xylocaine 气管内用 10 mg/50 ml | 阿斯利康 | 2003767 | |
| 对接 ULC 35 W 皮肤缝合器 | Covidien Canada | 803712 | |
| Maxon, 1 | Covidien Canada | 606173 | |
| Sofsilk, 0 | Covidien Canada | S606 | |
| Sofsilk,2-0 | Covidien Canada | S405 | |
| Sofsilk,3-0 | Covidien Canada | S404 | |
| Surgipro II,4-0 | Covidien Canada | VP581X | |
| Surgipro II,5-0 | Covidien Canada | VP725X | |
| Surgipro II,6-0 | Covidien Canada | VP733X | |
| 静脉导管,18 G | BD Canada | 381147 | |
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