在本实验方案中,我们探讨了在小鼠中成功实施原位肝移植(OLT)模型的方法。此外,还讨论了在小鼠成功进行OLT后,用于进一步分析同种异体移植物通畅性的辅助技术,特别是利用微型计算机断层扫描(microCT)成像的方法。
在本实验方案中,我们探讨了在小鼠中成功实施原位肝移植(OLT)模型的方法。此外,还讨论了在小鼠成功进行OLT后,用于进一步分析同种异体移植物通畅性的辅助技术,特别是利用微型计算机断层扫描(microCT)成像的方法。
微型计算机断层扫描(microCT)血管造影技术为研究人员提供了宝贵的资源。该技术的最新进展使得能够获得高质量的微血管系统图像,已成为器官移植领域中高保真度的研究工具。在小鼠原位肝移植(OLT)模型中,microCT 可实现实时评估移植物吻合情况,并且额外优势在于无需处死实验动物。通过选择合适的对比剂以及优化图像采集参数,可以获得高清晰度的图像,为研究人员提供极为重要的信息。这不仅有助于评估手术操作的技术细节,还可用于长期观察不同治疗手段的效果。在本方案中,我们逐步详细描述了小鼠 OLT 模型的建立过程,并最终介绍了一种可获得高质量图像的 microCT 检测方案,以协助研究人员对实体器官移植进行深入分析。我们提供了小鼠肝移植的分步操作指南,并简要讨论了通过 microCT 血管造影评估移植物通畅性的相关实验方案。
移植是治疗终末期肝病的唯一有效疗法。不可否认,肝移植的疗效非常显著,中位生存期为11.6年,而等待移植名单上的患者中位生存期仅为3.1年1。然而,肝移植的广泛应用仍面临诸多限制,其中最重要的是缺乏合适且高质量的供体器官。因此,要扩大供体器官来源,就必须采用创新策略,使目前被认为不适合使用的同种移植物得以利用,从而提高移植的安全性。为此,开展小动物的临床前研究至关重要。
在移植研究中,体内移植模型尤为重要。小鼠原位肝移植(OLT)已有近30年的历史2,对研究移植的多个方面至关重要,包括免疫反应的特征、缺血-再灌注损伤、急性排斥反应、新型药物的治疗效果以及长期存活率3,4,5,6,7。利用小鼠进行移植研究至关重要,因为它允许使用转基因小鼠品系,以研究特定分子通路对移植结局的影响。小鼠肝移植的既定方案此前已有详尽描述8,9。
对于肝上和肝下下腔静脉(IVC)、门静脉(PV)以及胆总管(CBD),存在多种吻合方法。这些方法通常采用手工吻合,或类似于小鼠肺移植的改良血管套管技术10,11,12。在受体小鼠的长期研究和存活观察中,以及在建立稳定的鼠类肝移植项目过程中,评估这些关键吻合口的能力是一个重要环节。临床上用于评估肝脏移植物通畅性的影像学手段通常依赖超声和计算机断层扫描(CT)13,14。相较于超声,CT具有明显优势,因其可提供包含所有吻合口在内的全腹部视图,而超声在小型动物中获取此类图像尤为困难。目前已有大量研究和资源投入于开发精确的微型CT(microCT),以增强动物实验研究能力,并提高从这些损伤与疾病模型中获取的信息质量15,16。本文描述了一种小鼠原位肝移植的实验方案(图1),并简要介绍了一种用于评估移植物通畅性及吻合口耐久性的microCT检查方案。
雄性C57BL/6J小鼠(体重30 g)饲养于全美儿童医院动物设施的无病原体环境中。所有操作均依照美国国立卫生研究院(NIH)和国家研究委员会《实验动物人道照护与使用指南》的规定进行,并经全美儿童医院机构动物照护与使用委员会(IACUC方案编号AR17-00045)批准。有关本实验方案中使用的所有材料、仪器和设备的详细信息,请参见材料表。
1. 移植手术的初始准备
2. 供体小鼠的获取
3. 肝同种异体移植物的修肝准备
4. 受体操作
注意:由于这是无菌操作,需佩戴手套并使用适当的个人防护装备,同时给予抗生素。在手术时,以0.1 mg/kg剂量皮下注射布托啡诺作为术前镇痛。
5. 小鼠显微CT血管成像
对于非外科专业、不熟悉解剖学或难以准确解读影像学结果的研究人员,应由经过适当培训的人员进行正确的图像分析。本方案已展示了小鼠原位肝移植(OLT)成功的操作过程。此外,为了提高研究指标的准确性,实时评估移植手术的成功情况,并避免进行尸检,可采用微型计算机断层血管造影(microCT angiography)扫描,以获得精确且清晰的图像。本文中已包含代表性图像。图11)。代表性图像 体内 吻合失败可见于 图12.
熟悉肝脏解剖结构和血管系统的人员可观察到下腔静脉(IVC)通畅的静脉吻合口。在某些情况下,也可观察到门静脉,由于本模型采用了门静脉套环技术,门静脉更易于识别。开放吻合口的观察表明手术操作技术成功。此外,对这些图像进行三维重建可为研究人员提供额外信息,并更详细地展示血管解剖结构。采用上述模型时,OLT小鼠队列的死亡率约为40-45%。

图1:原位肝移植概述。(A)示意图显示四种不同的吻合部位:i)肝上段下腔静脉吻合,ii)肝下段下腔静脉吻合,iii)门静脉吻合,iv)胆总管吻合。每个箭头指示相应血管或胆管的切割相对位置——肝上段下腔静脉(方案步骤2.13)、肝下段下腔静脉(方案步骤2.11)、门静脉(方案步骤2.10)和胆总管(方案步骤2.7)。(B)吻合部位的体内示意图。比例尺 = 2 mm。缩写:IVC = 下腔静脉。请点击此处查看此图的放大版本。

图2:手术中使用的外科器械。(A)45°精细镊子,(B-E)精细镊子,(F)弯头持针器/镊子,(G)直头镊子,(H)血管夹施加器,(I)止血钳,(J)持针器,(K)电凝设备,(L)#11刀片,(M)腹部拉钩,(N,O)显微剪刀,(P)精细剪刀,(Q)手术剪刀,(R,S)Yasargil夹子,(T) bulldog静脉夹,(U)显微血管夹。请点击此处查看此图的放大版本。

图3门静脉套管和胆管支架 离体 使用前的支架和袖带图像。比例尺 = 3.5 mm。 请点击此处以查看此图的放大版本。

图 4:供体手术期间的胆总管支架置入。(A)胆管支架正在插入胆总管。(B)胆管支架已固定于胆管内。比例尺 = 2 mm。请点击此处查看该图的放大版本。

图 5:肝脏同种异体移植物修整过程中放置门静脉套管。 (A)将门静脉穿过静脉套管。 (B)静脉外翻覆盖在套管上。比例尺 = 2 mm。 请点击此处查看该图的放大版本。

图6:受体手术期间的门静脉吻合。(A)将静脉袖套插入受体门静脉。(B)用缝线固定门静脉吻合口。比例尺 = 2 mm。请点击此处查看该图的放大版本。

图 7:受体手术期间的肝上腔静脉吻合。(A)吻合口后壁已缝合完成。(B)已完成的肝上腔静脉(SHIVC)吻合。比例尺 = 2 mm。缩写:IVC = 下腔静脉;SHIVC = 肝上腔静脉。请点击此处查看该图的放大版本。

图8:受体手术期间的肝下腔静脉吻合。(A)吻合口后壁已缝合完毕。(B)已完成的肝下腔静脉吻合。比例尺 = 2 mm。缩写:IVC = 下腔静脉;IHIVC = 肝下腔静脉。请点击此处查看该图的放大版本。

图9:受体手术期间的胆总管吻合。(A)在受体胆总管内放置胆管支架。(B)固定胆管吻合口。比例尺 = 1 mm。请点击此处查看该图的放大版本。

图10:小鼠微计算机断层扫描(microCT)血管造影的动物准备。(A)通过小鼠尾静脉注射给予造影剂。(B)将小鼠送入microCT仪器中。缩写:microCT = 微计算机断层扫描。 请点击此处查看该图的放大版本。

图11:显示同种异体移植血管通畅性的显微CT血管造影代表性图像。(A,B)可见对比剂充盈整个下腔静脉(IVC),表明肝上和肝下吻合口通畅。(C)门静脉内的对比剂显影,再次显示吻合口通畅。(D)血管系统的三维重建。缩写:microCT = 显微计算机断层扫描;IVC = 下腔静脉;PV = 门静脉。请点击此处查看该图的放大版本。

图12:显示失败的代表性图像 体内 吻合口 (A) 由于静脉扭曲导致血流缺失,门静脉吻合失败。B) 由于大量出血导致肝上腔静脉吻合失败。比例尺 = 2 mm。 请点击此处以查看此图的放大版本。
啮齿类动物的肝移植(OLT)在文献中已有充分描述2,8。由于该手术技术要求高,通常需要数年的显微外科(或普通外科)经验才能掌握,因其涉及对解剖结构的深入理解以及熟练的手术操作能力。在建立该模型的过程中,我们遇到了多个技术难题,主要集中在吻合步骤上。尤其是门静脉(PV)吻合时,静脉常难以稳定以进行吻合。我们发现,放置一至两根固定缝线(由术者根据偏好决定)有助于套管的安置。需要注意的是,增加固定缝线的数量会延长手术时间。
此外,SHIVC 位于腹腔深部,难以使用血管夹进行充分暴露。我们发现,如果小鼠在固定时尽可能放松,将有助于增加静脉的灵活性。最终,手术医生需要通过练习来确定合适的操作位置。另外,在进行胆总管吻合时,胆管本身非常脆弱,放置固定缝线以稳定胆管可能较为困难,此时可考虑将胆管置于一小块纱布上,以辅助其稳定。最后,由于所有小型哺乳动物对麻醉时间均较为敏感,因此应尽可能快速完成手术。理想的手术时间如下:1)供体手术,45–60 分钟;2)台下准备,15 分钟;3)受体手术,60–80 分钟。通过练习可减少不必要的操作动作。
随着动物模型的发展,评估研究干预效果的能力也不断进步。微型计算机断层扫描(microCT)最早于20世纪90年代末被用于大鼠血管系统的研究17。在啮齿类动物中开展准确且清晰的microCT血管造影研究面临诸多挑战,其中大多数挑战源于这些哺乳动物较短的心动和呼吸周期。通过采用短时间曝光以减少运动伪影,并结合更高的光子通量率,可克服这一问题18。总体而言,我们发现使用心电门控技术,并调整异氟烷浓度以降低呼吸频率,能够获得最清晰的图像。我们还发现,针对特定时期(如肝动脉期、门静脉期和延迟期)采用针对啮齿类动物优化的对比剂显影时间,也能改善成像可视化效果19。使用ExiTron nano 12000对比剂具有多项优势,可提升整体图像质量。该对比剂在肝脏20和血液21中均能提供最强的对比增强效果。另一项优势在于,初次注射后对比剂在肝脏中可存留长达120小时,若需重复扫描,则可减少对比剂使用量,从而降低相关的肝毒性风险20。
此外,由于扫描是在小鼠经异氟烷麻醉的状态下进行的,因此这种生理状态的改变不会影响对比增强效果。20通过采用这些成像技术及ExiTron造影剂,可对OLT中吻合术的成功情况进行清晰评估。MicroCT能够实现无创性评估 体内 在较长时间内对同种异体移植物进行观察。该方案减少了为评估血管吻合所需牺牲的动物数量,并提供了在数周内研究治疗手段及其对血管系统影响的机会。
局限性
需要注意的是,尽管OLT模型已历经多次改进以完善其技术,但利用显微CT对吻合结构进行可视化仍处于持续探索阶段。此外,小鼠OLT模型为移植医学提供了独特的研究视角。然而,该模型并非全面适用,因为这些小鼠术后存活超过1周仍存在较大困难。因此,还应结合其他移植模型,以进一步验证临床前实验的结果。
结论
在过去十年中,显微CT技术迅速发展,为动物模型和移植领域的研究人员提供了宝贵的新型工具。未来,更精细的3D成像将为科研与发现提供更深入的见解。
作者声明无任何利益冲突。
SMB 由美国国家糖尿病与消化和肾脏疾病研究所(NIDDK)资助项目 R01DK1234750 支持。BAW 由美国国立卫生研究院国家心脏、肺和血液研究所资助项目 R01HL143000 支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| #11 刀片 | 费舍尔科学公司 | 3120030 | |
| 4-0 丝线缝合线 | 外科专科公司 | SP116 | |
| 6-0 尼龙缝合线 | AD 外科公司 | S-N618R13 | |
| 7-0 尼龙缝合线 | AD 外科公司 | S-N718SP13 | |
| 8-0 尼龙缝合线 | AD 外科公司 | XXS-N807T6 | |
| 10-0 尼龙缝合线 | AD 外科公司 | M-N510R19-B | |
| 20 G Angiocath | Boundtree | 602032D | |
| 30 G 针头 | Med Needles | BD-305106 | |
| 拜耳灵(恩诺沙星)抗菌片剂 | 伊莱科公司 | NA | |
| Bovie Chang-A-Tip 高温电灼器 | USA 医疗与外科用品公司 | BM-DEL1 | |
| Bulldog 静脉夹 1 1/8 | Ambler 外科美国公司 | 18-181 | |
| C57BL/6J 小鼠 | Jackson 实验室 | ||
| Castroviejo 微型解剖弹簧剪 | Roboz 外科器械商店 | RS-5668 | |
| Dumont #5 - 精细镊子 | 精细科学工具公司 | 11254-20 | |
| Dumont #5 镊子 | 精细科学工具公司 | 11252-50 | |
| Dumont 医用 #5/45 镊子 - 45° 角度 | 精细科学工具公司 | 11253-25 | |
| ExiTron nano 12000 | Miltenyi Biotec | 130 - 095 - 698 | CT 对比剂 |
| 镊子 | 精细科学工具公司 | 11027-12 | |
| Halsted-蚊式止血钳 | Roboz 外科公司 | RS-7112 | |
| 肝素 | Fresnius 实验室,伊利诺伊州莱克祖里奇 | C504701 | |
| 组氨酸-色氨酸-酮戊二酸盐 | 大学药房 | NA | |
| 绝缘容器 | YETI | ROADIE 24 硬质冷藏箱 | https://www.yeti.com/coolers/hard-coolers/roadie/10022350000.html |
| 异氟烷 | Piramal 危重症护理公司 | NDC 66794-017-25 | |
| 氯胺酮 | Hikma 制药公司 PLC | NDC 0413-9505-10 | |
| 微型持针器 | 精细科学工具公司 | 18055-05 | |
| 小鼠直肠温度探头 | WPI 公司 | NA | |
| 持针器/镊子 直型 | Micrins | MI1540 | |
| PE10 管路 | 费舍尔科学公司 | BD 427400 | |
| Perfadex | XVIVO Perfusion AB | REF99450 | |
| PhysioSuite | Kent 科学公司 | PS-MSTAT-RT | |
| Puralube 眼科软膏 | Dechra | NA | |
| 生理盐水 | PP 制药有限责任公司 | NDC 63323-186-10 | |
| 剪刀 | 精细科学工具公司 | 14090-11 | |
| 小型小鼠固定器 – 1” 内径 | Pro Lab 公司 | MH-100 | |
| SomnoSuite 小动物麻醉系统 | Kent 科学公司 | SS-MVG-Module | |
| 手术显微镜 | 徕卡 | M500-N w/ OHS | |
| U-CTHR | MI Labs | NA | CT 扫描仪软件 |
| Vannas-Tubingen 弹簧剪 | 精细科学工具公司 | 15008-08 | |
| 赛拉嗪 | Korn 制药公司 | NDC 59399-110-20 | |
| Yasagil 夹 | Aesculap | FT351T | |
| Yasagil 夹 | Aesculap | FT261T | |
| Yasagil 夹施加器 | Aesculap | FT484T |