En modifierad Heterotopisk Svinbakbenstrans modell för Translational vaskulariserad Composite allotransplantation (VCA) Forskning

Summary

Vaskulariserad Composite Allotransplantations (VCA) har blivit en klinisk verklighet. Dock är bred klinisk tillämpning av VCA begränsad av kronisk multiläkemedels immunosuppression. Författarna presenterar en tillförlitlig och reproducerbar stora djurmodell för att översätta nya immunmodulerande strategier som kan minimera eller potentiellt eliminera behovet av immunsuppression i VCA.

Abstract

Vaskulariserad Composite allotransplantation (VCA) såsom hand-och ansiktstransplantationer utgör en livskraftig behandlingsalternativ för komplexa muskuloskeletala trauma och förödande vävnadsförlust. Trots gynnsamma och mycket uppmuntrande tidiga och mellanliggande funktionella resultat, förkastande av den mycket immunogena hud komponent i en VCA och eventuella negativa effekter av kronisk multidrog immunosuppression fortsätter att hämma utbredd klinisk applikation av VCA. Därför måste forskningen i denna roman område att fokusera på translationella studier relaterade till unika immunologiska funktioner i VCA och för att utveckla nya immunmodulerande strategier för immunmodulering och tolerans induktion efter VCA utan behov av långsiktig immunosuppression.

I artikeln beskrivs en tillförlitlig och reproducerbar translationell stora djurmodell av VCA som består av en osteomyocutaneous flik i ett MHC-definierad svin heterotop bakbenen allotransplantation. Briefly, är en väl vaskulariserad hud paddla identifierats i antero regionen lår med hjälp av nära infraröd laser angiografi. De underliggande muskler, knäled, distala femur och proximala tibia skördas på en lårbens vaskulär pedicle. Denna allograft kan anses vara både en VCA och en vaskulariserad benmärgstransplantation med dess unika immun privilegierade funktioner. Den transplantat transplanteras till en subkutan buk ficka i det mottagande djuret med en hud komponent exterioriserades till dorsolaterala området för immunövervakning.

Tre kirurgteam arbeta samtidigt i ett väl samordnat sätt för att minska anestesi och ischemi tider, och därigenom förbättra effektiviteten i denna modell och minska potentiella confounders i experimentella protokoll. Denna modell utgör grunden för framtida terapeutiska strategier för att minska och eventuellt eliminerar behovet av kronisk multidrog immunosuppression i VCA.

Introduction

Vaskulariserad Composite allotransplantation (VCA) såsom hand-och ansiktstransplantationer är nu en klinisk verklighet med många hand-och ansiktstransplantationer utförs i hela världen ^12. Trots att tidiga och mellanresultat är goda och mycket uppmuntrande ^2, fortsätter kravet på kronisk multi immunosuppression för att begränsa dess utbredd klinisk applikation. De framsteg inom musmodeller av VCA inklusive supermikro anastomoser och nonsuture manschetten tekniker ^{13, 3} har banat väg för en bättre förståelse av alloimmuna svar i VCA. Myriader av immunmoduler protokoll har föreslagits för kliniska applikationer baserade på vår bättre förståelse av immunmekanismer i VCA men de måste valideras i en stor djurmodell som skulle vara rimliga förutsägelser om deras prestation hos människor ^7. Baserat på fysiologiska och immunologiska likheter mellan systemen mänskliga och svin organ <sup> 6, kan svin VCA-modeller anses vara tillförlitliga och kostnadseffektiva alternativ till hörntand ⁹ och icke-humana primatmodeller ^1.

Denna artikel ger en detaljerad översikt över den metod som används i vår MHC definierade svin heterotop bakbenen transplantation modell, som fungerar som grund för våra nuvarande och framtida immunmodulerande strategier som syftar till att inducera immuntolerans till VCA och därmed bredda dess kliniska tillämpning. Vi använder väl karakteriserade inavlade grisar uppfödda till homozygositet vid svin leukocytantigen locus speciellt för deras användning inom transplantationsrelaterad forskning ^11. Vi höjer en vaskulariserad osteomyocutaneous flik baserad på lårbens fartyg. Klaffen innehåller intakt vaskulariserad benmärg i distala femur och proximala tibia. Antero låret huden är också inkluderad i transplantatet och exterioriserades till dorsolaterala aspekt av mottagardjur för immunövervakning av de mest immunogena komponenten of VCA. Dorsolateral positionering underlättar klinisk undersökning i stående och sittande positioner och håller allograft huden relativt ren också.

Ustener et al. Presenterade en av de första stora djurtranslationella modeller i VCA genom att transplantera radiella forelimb osteomyocutaneous klaffar i utavlade gården grisar ^15. Gruppen utnyttjade denna modell för att demonstrera för första gången att akut avstötning i VCA som innehöll den mycket immunogena huden komponent kan fördröjas och behandlas med en kliniskt relevant strategi utan signifikanta läkemedelsspecifika komplikationer och biverkningar. De goda resultat som erhållits i denna studie senare byggde ett grundläggande steg i att utforma läkemedelsbehandlingar för mänsklig rekonstruktiv transplantation. Även om dessa tidiga gris VCA modellerna var väl lämpade för att utveckla protokoll för att förhindra avstötning av hud, muskler, ben, nerver och kärl som de saknade specialiserade strukturer såsom artikulära cartilage och synovial membran av lederna. Efterföljande ansträngningar var inriktade på bland annat den mediala siffran i djuret, som krävde full längd gjutna placering för att förhindra graft rubbas ^14. Även lämplig för att undersöka avvisande av alla viktiga delar av lem transplantation, en av de stora begränsningar av denna modell var efter transplantationen ambulatorisk svårigheter på grund av att kasta placering. Således heterotopiska svin lem allotransplantation modeller, bestående av skenbenet, vadben, knäled, distala lårbenet, omgivande muskler, och en hud paddel, skapades för att i första hand studera immunologiska aspekter av VCA samtidigt som djuret fritt ambulate postoperativt med minimal morbidit ⁸ .

Utvecklingen av väl karakteriserade SLA-definierade inavlade svin genom det banbrytande arbetet av Dr David H. Sachs ledde till en ny era av translationell VCA forskning. Använda en heterotop bakbenen transplantation modell i en mindre antigen obalans inställning, Mathes et al. ¹⁰ visade obestämd överlevnad muskuloskeletala komponenter med en kort kurs av cyklosporin-behandling. Huden komponent överlevnad var dock bara förlängd jämfört med ingen behandling kontroller. Förlusten av huden komponent av transplantatet skulle tillskrivas en isolerad och mycket kraftig immunrespons, i synnerhet till epidermis. På samma sätt, med hjälp av helt inkompatibla grisar med T-cells utarmning, en kort kurs av cyklosporin och cytokin mobiliserat givar perifera mononukleära blodceller inducerade tolerans endast till muskuloskeletala komponenter och huden komponenten fortfarande förkastades ^5. Detta fenomen, som kallas "split tolerans", väckte ett paradigmskifte i VCA forskning med ett större fokus på den mycket immunogena huden komponent, som är en integrerad del av de flesta rekonstruktiv transplantationer utförts hittills.

I denna modifierade modellen utnyttjar vi end-to-end-anastomos av ligating mottagaren femoralartären och vrida den cephalad (Figur 1). Detta minskar inte bara ischemitiden genom att tillåta användning av en konventionell kopplingsanordning, men också minskar risken för anastomotisk misslyckande. Vi har inte observerat några ischemiska händelser efter ligation av lårbensartären i våra mottagare anger att säkerheter cirkulation var tillräcklig för att ge kärl till den infödda benet. Dessutom, i detta modifierade förfarande är externaliserats hud komponent mobiliseras baserat på de underliggande perforator fartyg och är placerad i sidled (figur 1) i motsats till en ventral ljumske position i den traditionella modellen ^10. Detta möjliggör enkel visualisering av transplantatet för immunövervakning i en stående eller sittande ställning på djuret.

Därför är en tillförlitlig och reproducerbar stor djurmodell viktigt att undersöka toleransinduktions strategier mot huden komponenten i VCA och för att utveckla nya noninvasive immun strategier för bättre prediktion av graft överlevnad övervakning.

Protocol

I den här videon publikation var alla djurförsök utförs i enlighet med en djurprotokoll som godkänts av Johns Hopkins University Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC). 1. Preoperativ Planering Vi använder MHC-definierade MGH inavlade minigris (15-20 kg) i vår translationella studier för lem allotransplantation, där en manlig donator ger lemmar för två kvinnliga mottagare (Figur 1). Före operation, givar-och mottagarländer djuren…

Representative Results

Tjugofyra SLA-definierade svin heterotopiska bakbenen transplantationer utfördes med hjälp av vår modifierad teknik med en genomsnittlig ischemi tid på 78 min (Range: 62-94 min). Graft nedfällning och dorsolaterala hud paddel positionering uppnåddes utan svårighet hos alla djur. Nära infraröd laser angiografi visade utmärkt transplantat perfusion i alla mottagare. De första tolv venösa anastomoser utfördes med hjälp av konventionella sutur tekniker medan de senaste tolv venösa anastomoser utfördes med hj…

Discussion

Historiskt ingick heterotopiskt bakbenen transplantation protokoll exteriorisering av en hud paddla på den ventrala bukväggen och fartygen anastomoseras i en end-to-side sätt (Hettiarachty 2004). Men i vår modifierade metoden, en inverterad flik insetting och end-to-end-anastomos bringa huden paddel mer i sidled och därmed underlättar immun övervakning i en stående position hos djuret. Identifieringen av sural artär och zonerna med maximal perfusion använder nära infraröd laser angiografi ytterligare förbä…

Materials

Name of the Reagent	Company	Catalogue Number	Comments (optional)
			REAGENTS
HTK	Custodial	N/A
			EQUIPMENT
Electric Pen Drive	Synthes, Westchester PA	05.001.011	Reciprocating saw
Vascular Coupling device	Synovis, Newtown PA	21003B