本方案介绍了一种无需使用套管、基于缝合的鼠类颈部异位心脏移植技术,旨在通过生理条件下最小化异物材料干扰,可靠地植入第二个异位心脏移植物,以评估供体特异性免疫耐受。
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本方案介绍了一种无需使用套管、基于缝合的鼠类颈部异位心脏移植技术,旨在通过生理条件下最小化异物材料干扰,可靠地植入第二个异位心脏移植物,以评估供体特异性免疫耐受。
小鼠异位心脏移植是研究同种异体移植物排斥反应和免疫耐受的成熟模型。在耐受性研究中,通常需要植入第二个异位心脏移植物以评估供体特异性,而颈部区域提供了理想的解剖位置。尽管基于套管的技术简化了血管吻合,但这些方法引入了可能促进吻合周围炎症、改变血流动力学并干扰免疫学分析的人工材料。此外,由于基因修饰、免疫抑制治疗、受体高龄或慢性实验条件导致的血管狭窄,可能使套管在小口径血管中的放置在技术上具有挑战性。本文介绍一种无需套管、基于缝合的颈部异位心脏移植技术。该方法避免使用管腔内聚合物,保持生理血流,并减少与血流动力学改变相关的并发症。本方案包括供体和受体血管的精细准备、颈总动脉和外颈静脉的端对端显微吻合、术中通畅性评估以及术后监测策略。通过最大限度减少人工材料的使用并适应小口径血管,这种无套管技术为二次心脏移植建立了生理且可重复的实验平台。该方法可支持在小鼠心脏移植模型中开展严格的供体特异性耐受机制研究。
心脏移植是终末期心力衰竭患者的一种挽救生命的干预措施1接受心脏异体移植的受者需要终身接受免疫抑制治疗以防止排斥反应2尽管采用了免疫抑制治疗,移植物的长期存活仍受到急性和慢性排斥反应的损害,尤其是抗体介导的排斥反应(AMR)和心脏移植物血管病变(CAV)。3此外,这些治疗方案伴随显著的副作用,包括肾毒性、代谢综合征、感染及恶性肿瘤,这些均会降低移植物和患者的存活率2,4这些挑战凸显了实现免疫耐受的紧迫性,即受体的免疫系统在无需长期使用免疫抑制剂的情况下接受供体移植物的状态。5实现耐受性将消除药物相关毒性,降低感染和恶性肿瘤风险,防止慢性同种免疫损伤,并允许停用糖皮质激素,从而改善代谢控制并维持移植物功能。尽管多种耐受策略在动物模型中已显示出前景,包括混合嵌合体、共刺激阻断、调节性细胞输注以及基因靶向方法,但其临床转化仍然有限6,7,8,9一个重要的障碍是需要可靠的 体内 严格检验供体特异性耐受性的模型5.
小鼠异位心脏移植是一种强大且广泛应用的实验模型,用于研究同种异体移植物排斥反应和免疫耐受的机制10,11,12,13,14。由于存在遗传背景明确的小鼠品系和转基因模型,可对参与移植物损伤及免疫调控的免疫通路进行严谨解析9,15,16。在耐受性研究中,通常需要进行第二次异位心脏移植,供体可与原供体匹配或来自第三方,以评估免疫调控的供体特异性13,17,18。颈部区域为此类二次移植提供了理想的解剖位置,具有直接的手术通路,可通过触诊或影像学手段可靠监测移植物状态,并能高效获取组织用于后续的免疫学和组织学分析8,19。这些优势使颈部移植模型在多种移植条件下,特别适用于研究免疫耐受诱导与排斥反应的机制。
在过去三十年中,已有多种采用缝合技术的颈部异位心脏移植方法被报道。早期研究证实,颈部是移植物植入的可行部位,可通过供体血管与受体颈动脉和颈静脉系统之间的端对端缝合吻合,实现直接功能监测20。其他研究团队报道了无需套管的套筒式结构,作为将供体肺动脉或主动脉与颈部血管系统固定的替代方法21。一种新型的基于缝合的端对侧颈部移植模型已被提出,旨在保留受体颈动脉的连续性,并更接近标准腹腔端对侧吻合的几何结构22。这些方法共同凸显了颈部移植位点的灵活性,同时也揭示了在技术复杂性、血流动力学以及吻合界面处异物材料用量之间必须进行的权衡。
在小鼠颈部心脏移植中,一种广泛应用的血管吻合技术是管腔内套管技术23,24,25,26。基于套管的颈部技术通过引入管腔内支架来简化显微血管吻合操作,并提高手术成功率,尤其适用于经验较少的显微外科医生24,25,26。尽管基于套管的方法简化了血管连接的技术难度,但该技术将异物材料引入吻合部位。聚合物的存在可能促进吻合周围炎症反应,改变局部血流动力学,并可能干扰免疫学分析结果27,28。此外,受体血管的狭窄——无论是由于基因修饰小鼠品系、免疫抑制治疗、受体高龄,还是慢性实验条件所致——均可能导致在小口径血管中放置套管面临技术挑战29。
为解决这些局限性,我们开发了一种完全无需套管、基于缝合的颈部异位心脏移植技术。在此模型中,受体颈总动脉与供体升主动脉进行端对端吻合,受体颈外静脉与供体肺动脉干进行端对端吻合,从而为冠状动脉灌注提供直接的流入道和流出道(图1A)。通过尽量减少管腔内合成材料的使用,该方法避免了吻合部位的聚合物与血液直接接触,因此在研究局部免疫和炎症反应时具有概念上的优势。该技术包括对供体和受体血管的精细准备,以及颈总动脉和颈外静脉的端对端显微吻合。此外,还需进行术中通畅性评估和术后监测。在实际应用中,当需要在腹部移植长期存活后测试供体特异性耐受性时,该无套管颈部模型常被用于二次心脏移植,尤其适用于血管管径较小的转基因或免疫抑制小鼠。然而,该技术也要求具备高级显微外科操作技能,并需配备手术显微镜;与颈动脉结扎和受体选择相关的其他局限性将在下文讨论。通过提供可重复的操作平台,该技术不仅提高了二次移植模型的可靠性,也支持了小鼠体系中供体特异性耐受机制的研究。本方案通过将受体颈总动脉与供体升主动脉、受体颈外静脉与供体肺动脉干进行端对端吻合,实现移植物稳定的冠状动脉灌注(图1B)。端对端吻合建立了简洁的流入-流出通路,在本模型中可稳定维持冠状动脉灌注。
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小鼠购自杰克逊实验室。本研究纳入了6至10周龄、首次腹部心脏移植时体重为20至30克的雄性和雌性小鼠。供体和受体小鼠均饲养于马萨诸塞州总医院啮齿类动物设施的无特定病原体(SPF)环境中。所有操作均依照美国国立卫生研究院(NIH)关于实验动物护理和使用的指南,以人道方式实施。所有动物实验均经马萨诸塞州总医院机构动物护理和使用委员会(IACUC)批准并在其监督下进行(方案编号:2020N000125)。材料表列出了本方案中使用的所有试剂、仪器和设备。在启动实验前必须获得IACUC的批准。所有小鼠的饲养和管理均须遵循机构指南及相关法规标准。
1. 动物与仪器的准备
2. 麻醉
3. 供体心脏的获取
4. 受体颈区暴露
5. 移植物植入
6. 术后护理与监测
7. 实验终点
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无袖带颈部异位心脏移植手术的示意图见图1。图1A展示了血管吻合的显微图像,其中供体升主动脉与受体颈总动脉行端对端吻合,供体肺动脉干与受体颈外静脉行端对端吻合。图1B展示了移植物内的血流模式:血液从受体颈总动脉流入供体升主动脉,经冠状动脉灌注心肌后,通过冠状窦回流至右心房和右心室,随后被射入肺动脉干,最终引流至受体颈外静脉。该循环模式模拟了生理性的冠状动脉灌注过程。
该手术所需的显微外科器械和手术装置如图2所示。基本工具包括手术显微镜、显微外科镊子、持针器、精细剪刀、血管夹、便携式电凝器以及10-0或11-0尼龙缝线。
供体获取与移植物制备过程如图3所示。供体小鼠使用异氟烷麻醉后,钝性分离升主动脉(AA)与肺动脉干(PT)之间的结缔组...
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小鼠心脏移植模型在推动我们对移植免疫学的理解方面发挥了关键作用。自最初的异位腹腔移植模型建立以来,这些系统已被用于表征排斥反应的细胞和分子机制、测试新型免疫抑制方案,并评估供体与受体品系中的基因修饰8,17,31。利用近交系和转基因小鼠的能力,为在受控环境中解析免疫通路提供了独特的机会。来自小鼠模型的研究发现已为大型动物的临床前研究以及早期临床试验提供了重要依据32。在此框架下,小鼠二次心脏移植模型使我们能够直接评估供体特异性耐受性和同种异体免疫记忆反应。本文所述的颈部二次移植模型支持对免疫耐受进行严格检验,免疫耐受被定义为在无需持续免疫抑制的情况下接受同种异体移植物8。耐受性是该领域的核心目标,因为目前的治疗方案虽然对T细胞介导的排斥反应有效,但无法预防抗体介导的排斥反应,且伴随显著的毒性作用33。通过使用与...
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作者声明无竞争利益。
本研究由美国心脏协会资助项目23CDA1049388(T.J.B.)和美国国立卫生研究院资助项目R01AI143887(L.V.R.)支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.5 ml 胰岛素注射器 | Covidien | 8881600350 | 皮下注射 |
| 0.9% 氯化钠注射液 | BD | 1727170103 | 静脉注射 |
| 10-0 尼龙缝线 | AROSurgical Instruments | T04A10N07-13 | 用于小鼠显微外科手术 |
| 11-0 尼龙缝线 | ETHICON | 9016G | 用于小鼠显微外科手术 |
| 1 ml 注射器 | BD | 309659 | 静脉注射 |
| 30G × 1/2 针头 | BD | 305106 | 静脉注射 |
| 3 ml 注射器 | BD | 309657 | 静脉注射 |
| 6-0 尼龙缝线 | ETHICON | J212H | 用于小鼠显微外科手术 |
| 60 mm 细胞培养皿 | FALCON | 353002 | 用于移植物保存 |
| 彩色铝制器械盒 | Fine Science Tools | 20330-04 | 用于小鼠显微外科手术器械的消毒 |
| 棉签 | Fisherbrand | 14-960-3M | 止血 |
| Dumont #5 镊子 | Fine Science Tools | 11251-20 | 用于小鼠显微外科手术 |
| Ethiqa XR Buprofenor (CIII) VI | RX GENERICS | 86084010030 | 镇痛 |
| 精细剪刀 | Fine Science Tools | 15400-12 | 用于小鼠显微外科手术 |
| 纱布敷料 | MEDLINE | NON25334 | 保护移植物和肠组织 |
| 带底座加热灯 | Braintree Scientific | HL-1B | 术后护理 |
| 肝素钠 | Northstar Rxllc. | 72603-412-01 | 静脉注射 |
| 异氟烷 | Baxter Anesthetic & Crit Care | 1001936060 | 用于麻醉 |
| 异丙醇消毒棉片 | BD | 326895 | 手术前皮肤消毒 |
| 显微镜 | Carl Zeiss | 303294-9903 | 用于小鼠显微外科手术 |
| 小型动物毛发修剪器 | Braintree Scientific | CLP-88 | 用于小鼠脱毛 |
| Optixcare Eye Lube Plus | AVENTIX | OPX-4252 | 手术期间眼部润滑保护剂 |
| Pivetal Alloxate (Meloxicam) | PIVETAL | 21294589 | 镇痛 |
| 便携式电凝仪套装 | McKesson Argent | 42295143 | 用于小鼠显微外科手术 |
| Ringer’s 乳酸盐缓冲液 | Thermo Scientific | AAJ67572AP | 用于移植物保存 |
| 小型动物加热垫 | K&H | HM10 | 用于小鼠手术 |
| Transpore 白色手术胶带 | 3M | 7100115870 | 固定小鼠术中肢体、头部和尾部 |
| 血管夹 | Fine Science Tools | 00398-02 | 用于小鼠显微外科手术 |
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