En modificeret Heterotop Svin Hind Limb Transplant Model for Translationel vaskulariserede Composite allotransplantation (VCA) Forskning
Summary
Vaskulariserede Composite Allotransplantations (VCA) er blevet en klinisk realitet. Dog er bred klinisk anvendelse af VCA begrænset af kronisk multi-drug immunosuppression. Forfatterne præsenterer en pålidelig og reproducerbar stor dyremodel til at oversætte nye immunomodulatoriske strategier, som kan minimere eller eventuelt eliminere behovet for immunsuppression VCA.
Abstract
Vaskulariserede Composite allotransplantation (VCA), såsom hånd og ansigt transplantationer repræsenterer en levedygtig behandlingsmulighed for komplekse muskuloskeletal traumer og ødelæggende væv tab. Trods gunstige og meget opmuntrende tidlige og mellemliggende funktionelle udfald, afvisning af den stærkt immunogene hud komponent i en VCA og potentielle skadelige virkninger af kronisk multi-drug immunosuppression hæmmer fortsat udbredt klinisk anvendelse af VCA. Derfor forskning i denne roman område skal fokusere på translationelle undersøgelser i forbindelse med unikke immunologiske funktioner i VCA og at udvikle nye immunmodulerende strategier for immunomodulation og tolerance induktion efter VCA uden behov for langsigtede immunosuppression.
Denne artikel beskriver en pålidelig og reproducerbar translationel stor dyremodel af VCA, der består af en osteomyocutaneous klap i en MHC defineret svin heterotop bagbenet allotransplantation. Briefly er et godt vaskulariserede hud padle identificeret i anteromedial låret region ved hjælp af nær infrarød laser angiografi. De underliggende muskler, knæled, distale femur og proksimale tibia høstes på en femoral vaskulær stilken. Denne allotransplantatet kan betragtes både en VCA og et vaskulariseret knoglemarvstransplantation med sin unikke immune privilegerede features. Transplantatet transplanteres til en subkutan abdominal lomme i recipientdyret med en hud komponent blotlagt til dorsolaterale region for immunovervågning.
Tre kirurgiske team arbejder samtidig i en velkoordineret måde at reducere anæstesi og iskæmi gange, og derved forbedre effektiviteten af denne model og reducere potentielle konfoundere i forsøgsprotokoller. Denne model fungerer som grundlaget for fremtidige terapeutiske strategier til formål at reducere og potentielt eliminere behovet for kronisk multi-drug immunosuppression i VCA.
Introduction
Vaskulariserede Composite allotransplantation (VCA), såsom hånd og ansigt transplantationer er nu en klinisk realitet med mange hånd og ansigt transplantationer udført på verdensplan 12. Trods det faktum, at tidlig og mellemliggende resultater er gunstige, og meget opmuntrende 2, kravet om kronisk multistof immunosuppression fortsætter med at begrænse dens udbredte kliniske anvendelse. De fremskridt i murine modeller af VCA herunder super-microsurgical anastomoser og nonsuture manchet teknikker 13, 3 har banet vejen for en bedre forståelse af alloimmun svar i VCA. Er blevet foreslået myriader af immunmodulerende protokoller til kliniske applikationer baseret på vores bedre forståelse af immun mekanismer i VCA men de skal valideres i en stor dyremodel, der ville være rimeligt prædiktiv for deres præstationer i mennesker 7. Baseret på fysiologiske og immunologiske ligheder mellem menneske og svin organsystemer <sup> 6, kan svin VCA modeller anses pålidelige og omkostningseffektive alternativer til hunde-9 og ikke-menneskelige primater modeller 1.
Denne artikel giver en detaljeret oversigt over den anvendte metode i vores MHC-definerede svin heterotopisk bagben transplantation model, der tjener som grundlag for vores nuværende og fremtidige immunmodulerende strategier til at fremkalde immuntolerance til VCA og dermed udvide dets kliniske anvendelse. Vi anvender velkarakteriserede indavlede grise opdrættet til homozygositet på svin leukocytantigen locus specielt til deres anvendelse i transplantation-relateret forskning 11. Vi rejser et vaskulariseret osteomyocutaneous flap baseret på femorale fartøjer. Klappen indeholder intakt vaskulariseret knoglemarv i det distale lårben og proksimale tibia. Anteromedial låret hud er også inkluderet i transplantatet og blotlagt til dorsolaterale aspekt af recipientdyret til immunovervågning af de mest immunogene komponent of VCA. Dorsolaterale positionering letter klinisk undersøgelse i stående og siddende stilling og holder allotransplantatet hud relativt ren også.
Ustener et al. Introducerede en af de første store dyr translationelle modeller i VCA ved at transplantere radiale forben osteomyocutaneous flaps i udavlede gård svin 15. Gruppen udnyttede denne model til at demonstrere for første gang, at akut afstødning i VCA som omfattede stærkt immunogen hud komponent kan blive forsinket og behandles med en klinisk relevant strategi uden væsentlige narkotika-specifikke komplikationer og bivirkninger. De gunstige resultater opnået i denne undersøgelse byggede efterfølgende et grundlæggende skridt i at designe lægemidler for menneskelig rekonstruktiv transplantation. Selv om disse tidlige svin VCA modeller var velegnet til at udvikle protokoller for at forhindre afstødning af hud, muskler, knogler, nerver og kar, de manglede specialiserede strukturer såsom artikulær cartilage og synoviale membraner af leddene. Efterfølgende indsats var fokuseret på, herunder den mediale ciffer af dyret, som nødvendiggjorde fuld længde støbt placering for at forhindre graft løsrivelse 14. Skønt egnet til at undersøge afvisning af alle de vigtigste bestanddele lemmer transplantation, en af de store begrænsninger i denne model var efter transplantationen ambulant vanskeligheder på grund af kaste placering. Således heterotopiske svin led allotransplantation modeller, der består af skinneben, lægben, knæled, distale femur, omgivende muskel og en hud pagaj, blev skabt for primært at undersøge immunologiske aspekter af VCA, samtidig med at dyret frit ambulate postoperativt med minimal morbidit 8 .
Udviklingen af velkarakteriserede SLA-definerede indavlede grise gennem pionerarbejde Dr. David H. Sachs førte til en ny æra af translationel VCA forskning. Ved hjælp af en heterotopisk bagben transplantation model i en mindre antigen mismatch indstilling, Mathes et al. 10 viste ubestemt overlevelse af muskuloskeletale komponenter med et kort kursus af cyclosporin behandling. Huden komponent overlevelse blev imidlertid kun forlænget i forhold til ingen behandling kontrol. Tabet af huden komponent af graft blev tilskrevet en reaktion isoleret og meget kraftig immunrespons, især til epidermis. Ligeledes ved hjælp af fuldt fejlparrede svin med T-celle depletion et kort forløb af cyclosporin og cytokin-mobiliseret donor perifert blod mononukleære celler induceret tolerance kun muskuloskeletale komponenter og huden element er stadig afvist 5. Dette fænomen, der kaldes 'split tolerance ", bragt et paradigmeskift i VCA forskning med et større fokus på den stærkt immunogene hud komponent, som er en integreret del af de fleste af rekonstruktiv transplantationer foretaget til dato.
I denne modificerede model udnytter vi ende-til-ende anastomose ved ligating modtageren femorale arterie og dreje den opadrettede (figur 1). Dette reducerer ikke blot iskæmi tid ved at tillade brugen af en konventionel kobling enheden, men også mindsker chancerne for anastomotiske fiasko. Vi har ikke observeret nogen iskæmiske hændelser efter ligering af arteria femoralis i vores modtagere indikerer, at sikkerhed omsætning var tilstrækkelig til at tilvejebringe vaskularisering til den native ben. Derudover er der i denne modificerede fremgangsmåde er externalized huden komponent tilvejebringes baseret på de underliggende perforator fartøjer og er placeret lateralt (figur 1) i modsætning til en ventral lyske position i den traditionelle model 10. Dette tillader nem visualisering af transplantatet for immunovervågning i stående eller siddende stilling af dyret.
Derfor er det vigtigt med en pålidelig og reproducerbar stor dyremodel til at undersøge toleranceinduktion strategier mod huden komponent i VCA og at udvikle nye noninvasive immune overvågning strategier for bedre forudsigelse af graft overlevelse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Historisk set heterotop bagbenet transplantation protokol omfattede eksteriorisering af en hud padle til den ventrale bugvæggen og skibene blev anastomoseret i en ende-til-side måde (Hettiarachty 2004). Men i vores modificerede metode, en inverteret klap insetting og end-to-end anastomoser bringe huden padle mere sideværts og dermed letter immun overvågning i stående stilling af dyret. Identificeringen af sural arterie og de zoner maksimal perfusion ved hjælp af nær infrarød laser angiografi yderligere for…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne anerkende følgende personer for deres bidrag til dette projekt: kakali Sarkar, ph.d., Joani Christensen, BS, Kate Buretta, BS, Nance Yuan, BS, William Lehao, MD, Johanna GRAHAMMER, Georg Furtmüller, MD, Erin Rada MD, Mohammed Al-Rakan MD, Karim Sarhane MD, samisk Khalifian, BS, Mao Qi, MD, og Angelo Leto Barone MD, VCA Laboratorium, Institut for plastik-og rekonstruktionskirurgi, Johns Hopkins University School of Medicine, Janis Taube, MD, Mark Fischer, MD, departementer of Dermatology og Patologi, Johns Hopkins University School of Medicine, Sue Eller, Minimalt invasiv kirurgi Training Center, Johns Hopkins University School of Medicine og Cheng-Hung Lin, MD Chang Gung Memorial Hospital, Linkou, Taiwan.
Finansieringskilde: Armed Forces Institute for regenerativ medicin (DoD W81XWH-08-2-0032)
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 |
Referencias
- Barth, R. N., Rodriguez, E. D., Mundinger, G. S., et al. Vascularized bone marrow-based immunosuppression inhibits rejection of vascularized composite allografts in nonhuman primates. Am. J. Transplant. 11 (7), 1407-1416 (2011).
- Brandacher, G., Gorantla, V. S., Schneeberger, S., et al. Hand/Forearm transplantation using a novel cell-based immunomodulatory protocol-experience with five patients. Am. J. Transplant. 11, 190 (2011).
- Brandacher, G., Grahammer, J., Sucher, R., Lee, W. P. Animal models for basic and translational research in reconstructive transplantation. Birth Defects Res. C Embryo Today. 96 (1), 39-50 (2012).
- Brandacher, G., Lee, W. P. Hand transplantation. Hand Clin. 27, xiii-xiv (2011).
- Hettiaratchy, S., Mendely, E., Randolph, M. A., et al. Tolerance to composite tissue allografts across a major histocompatibility barrier in miniature swine. Transplantation. 27, 514-521 (2004).
- Ibrahim, Z., Busch, J., Awwad, M., et al. Selected physiologic compatibilities and incompatibilities between human and porcine organ systems. Xenotransplantation. 13 (6), 488-499 (2005).
- Kirk, A. D. Crossing the bridge: large animal models in translational transplantation research. Immunol. Rev. 19, 176-196 (2003).
- Lee, W. P., Rubin, J. P., Cober, S., et al. Use of swine model in transplantation of vascularized skeletal tissue allografts. Transplant Proc. 30, 2743-2745 (1998).
- Mathes, D. W., Hwang, B., Graves, S. S., et al. Tolerance to vascularized composite allografts in canine mixed hematopoietic chimeras. Transplantation. 92 (12), 1301-1308 (2011).
- Mathes, D. W., Randolph, M. A., Solari, M. G., et al. Split tolerance to a composite tissue allotransplant in a swine model. Transplantation. 75 (1), 25-31 (2003).
- Mezrich, J. D., Haller, G. W., Arn, J. S., et al. Histocompatible miniature swine: an inbred largeanimal model. Transplantation. 75 (6), 904-907 (2003).
- Petruzzo, P., Lanzetta, M., Dubernard, J. M., et al. The International Registry on Hand and Composite Tissue Transplantation. Transplantation. 90, 1590-1594 (2010).
- Sucher, R., Lin, C., Zanoun, R., et al. Mouse hind limb transplantation: a new composite tissue allotransplantation model using nonsuture supermicrosurgery. Transplantation. 90, 1374-1380 (2010).
- Ustüner, E. T., Majzob, R. K., Ren, X., et al. Swine composite tissue allotransplant model for preclinical hand transplant studies. Microsurgery. 20, 400-406 (2000).
- Ustüner, E. T., Zdichavsky, M., Ren, X., et al. Long-term composite tissue allograft survival in a porcine model with cyclosporine/mycophenolate mofetil therapy. Transplantation. 661, 581-587 (1998).
- Wachtman, G. S., Wimmers, E. G., Gorantla, V. S., et al. Biologicals and donor bone marrow cells for targeted immunomodulation in vascularized composite allotransplantation: a translational trial in swine. Transplant Proc. 43, 3541-3544 (2011).
