El presente protocolo describe una técnica de manguito para un modelo de trasplante de pulmón izquierdo en ratón. Esta técnica se ha desarrollado a lo largo de varios años y ha funcionado bien, sirviendo eficazmente en la investigación inmunológica.
Artículo de método
El presente protocolo describe una técnica de manguito para un modelo de trasplante de pulmón izquierdo en ratón. Esta técnica se ha desarrollado a lo largo de varios años y ha funcionado bien, sirviendo eficazmente en la investigación inmunológica.
Durante la última década, nuestro laboratorio ha logrado avances significativos en el desarrollo y refinamiento de modelos de trasplante de pulmón de ratón vascularizado utilizando una "técnica de manguito" de trasplante eficiente y altamente confiable. Este artículo describe un método sofisticado y completo para el trasplante pulmonar ortotópico en un modelo de pulmón ortotópico vascularizado, que representa el modelo de trasplante pulmonar de ratón más relevante desde el punto de vista fisiológico y clínico hasta la fecha. El proceso de trasplante consta de dos etapas diferenciadas: la recolección de la donante y la posterior implantación en el receptor. El método se ha dominado con éxito y, con varios meses de formación suficiente, un profesional cualificado puede realizar el procedimiento en aproximadamente 90 minutos de piel a piel. Sorprendentemente, una vez que los individuos superan la curva de aprendizaje inicial, la tasa de supervivencia durante el período perioperatorio se acerca a casi el 100%. El modelo de ratón permite el uso de múltiples cepas de ratones transgénicos y mutantes disponibles en el mercado, lo que permite el estudio de la tolerancia y el rechazo. Además, las características únicas de este modelo lo convierten en una herramienta valiosa para investigar la biología tumoral y la inmunología.
Si bien existen terapias de reemplazo, como la diálisis y los dispositivos de asistencia ventricular, para las personas con insuficiencia renal y cardíaca, el trasplante de pulmón sigue siendo la principal opción de tratamiento para los pacientes que padecen enfermedad pulmonar en etapa terminal. Este procedimiento es la única opción que salva vidas para las personas diagnosticadas con fibrosis pulmonar1. Además, se emplea para prolongar la vida útil de aquellos que enfrentan enfermedades pulmonares obstructivas en etapa terminal como el enfisema, así como aquellos con afecciones supurativas como la fibrosis quística1.
Si bien las tasas de supervivencia a corto plazo han mejorado debido a los refinamientos técnicos, las mejoras en la atención perioperatoria y los avances en la inmunosupresión, los resultados a largo plazo después del trasplante de pulmón son marcadamente inferiores a los de otros órganos sólidos. La tasa de supervivencia general a cinco años de solo el 50% para los receptores de injertos pulmonares es mucho más baja que para los que reciben aloinjertos de corazón, riñón o hígado1. Nuestro equipo y otros han sospechado que la razón de tal discrepancia es la falta de modelos biológicos clínicamente relevantes para comprender completamente las vías que conducen al rechazo y/o tolerancia del injerto pulmonar, ya que la manipulación experimental de modelos de ratón fisiológicamente relevantes ha contribuido significativamente a la supervivencia a largo plazo de otros aloinjertos sólidos o celulares2.
Antes del desarrollo del modelo de trasplante ortotópico de pulmón en ratones, los investigadores se basaban en modelos animales más grandes para sus estudios. Sin embargo, estos modelos más grandes tenían limitaciones, incluida la falta de mutantes transgénicos necesarios para explorar cuestiones mecanicistas3. Además, los estudios en ratas enfrentaron limitaciones similares4, y los modelos de trasplante traqueal heterotópico no vascularizado en ratones también se limitaron a su utilidad5. Las investigaciones han demostrado la importancia de utilizar modelos de trasplante vascularizados en lugar de no vascularizados en varios sistemas de órganos. Por ejemplo, los injertos no vascularizados de tejido cardíaco neonatal insertados en el pabellón auricular de ratones receptores carecen de interacción directa con el endotelio vascular y el torrente sanguíneo receptor. Por lo tanto, su relevancia es limitada en comparación con los injertos cardíacos humanos vascularizados6. De manera similar, el modelo heterotópico de trasplante traqueal, que carece de vascularización y aireación, difiere significativamente de los trasplantes de pulmón humano, particularmente en los cambios observados en las vías respiratorias pequeñas después del trasplante. Además, el rápido inicio de la oclusión fibrótica en aloinjertos traqueales heterotópicos no refleja las observaciones en pulmones humanos o en injertos pulmonares vascularizados en animales más grandes o ratas7.
En nuestro laboratorio de investigación, la creación del modelo de trasplante ortotópico de pulmón en ratón se inspiró en el modelo de trasplante ortotópico de pulmón único establecido en ratas 8,9. A diferencia de los humanos, los ratones y las ratas poseen un solo lóbulo en su pulmón izquierdo, que constituye apenas el veinticinco por ciento de la masa pulmonar total. Esta característica permite la ejecución exitosa del trasplante pulmonar izquierdo en modelos murinos sin necesidad de soporte circulatorio10,11. Con el tiempo, hemos introducido modificaciones técnicas en el modelo y, en este contexto, se dilucidan los pasos clave que mejoran la facilidad de realizar el procedimiento.
Más allá de sus implicaciones en la investigación de inmunobiología del trasplante, el modelo de trasplante de pulmón ortotópico de ratón ofrece un instrumento robusto para explorar el papel de las células estromales pulmonares no hematopoyéticas en diversos procesos patológicos. Esto ocurre porque un trasplante de pulmón único singénico mutante conduce a un reemplazo casi completo de las células hematopoyéticas por las derivadas del receptor, mientras que las células estromales no hematopoyéticas continúan proviniendo del donante. En consecuencia, se puede crear un "órgano quimérico" sin irradiación del huésped o expresión pulmonar específica de un transgén12. Además, el pulmón nativo del lado opuesto puede funcionar como un control interno dentro del mismo animal sin causar cambios generalizados en el sistema inmunológico del huésped. Este modelo es muy prometedor para el avance de la investigación en el trasplante de pulmón y otras vías de enfermedades que involucran células del estroma pulmonar.
Todos los procedimientos relacionados con los animales se llevaron a cabo de acuerdo con el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Maryland, Baltimore, y recibieron su aprobación. Se recomienda utilizar ratones machos, de 8-12 semanas (20-25 g), BALB/c como donante y ratones C57BL/6 como receptores. Los animales se obtuvieron de una fuente comercial (ver Tabla de Materiales).
1. Preparación de manguitos bronquiales y vasculares
Tiempo: 10 min (para tres puños)
2. Procedimiento del donante
Tiempo: 10-15 min
3. Procedimiento del destinatario
Duración: 50-60 min
4. Recuperación de animales
Duración: 12 h
Con base en la experiencia con este modelo en los últimos 10 años, los individuos con habilidades microquirúrgicas básicas generalmente requieren una curva de aprendizaje de aproximadamente 50 animales. Una vez que se logra la competencia, los procedimientos del donante suelen durar entre 15 y 30 minutos, mientras que los procedimientos del receptor duran aproximadamente 60 minutos. Después de la curva de aprendizaje inicial, la mortalidad perioperatoria tiende a ser muy baja.
En la Figura 4A, B, la morfología pulmonar siete días después del injerto de los pulmones izquierdos del donante Balb/cJ en los receptores C57/B6J muestra que los ratones tratados con bloqueo coestimulador exhibieron una morfología normal y conservada. Por el contrario, los ratones no inmunodeprimidos mostraron signos de rechazo.
En la Figura 4C, D, la tinción H & E de los ratones tratados con bloqueo coestimulador reveló una inmunorreactividad mínima, lo que sugiere tolerancia inmunitaria. Por el contrario, los ratones no inmunodeprimidos mostraron una infiltración linfocítica prominente, indicativa de una respuesta de rechazo.

Figura 1: Creación del brazalete. Empleando la cuchilla # 11, los manguitos vasculares y bronquiales (A) están hechos con un mango de manguito de extensión para facilitar la colocación. (B) Se utilizaron catéteres de 18 G/20 G/24 G para broncos/vena pulmonar/arteria pulmonar (de izquierda a derecha). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Operación del donante. El procedimiento del donante continúa con la inyección de heparina a través de la vena del pene (A), la intubación (B), la disección del diafragma (C) y una esternotomía de la línea media (D). El bloqueo pulmonar extirpado (E) se mantuvo húmedo con almohadillas de guaze cubiertas (F). El hilio se diseca empezando por la arteria plumonaria donante (G), vena pulmonar (H). El vaso se agarró a través de la luz del manguito y luego se dobló sobre el manguito exponiendo la superficie endotelial/epitelial (I). A continuación, se sujetó con una sutura de nylon 10-0 alrededor del manguito (2 nudos) (J). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Operación del destinatario. El procedimiento receptor procede con intubación endotraqueal, posición de decúbito lateral derecho (A) y toracotomía izquierda (B). El pulmón izquierdo receptor se libera de las inserciones en el hilio, la vista anterior (C) y se diseca la arteria pulmonar receptora (D), la vena pulmonar (E) y el bronquio. El control proximal del hilio receptor se obtiene con una pinza para aneurisma (F). La arteria pulmonar del donante con manguito se inserta en la arteria pulmonar del receptor a través de una arteriotomía de 1/3 en forma de V (G) y el mango del manguito se controla mediante un segundo clip de aneurisma para mantener el manguito estable, luego se asegura con una brida de nailon 10-0 (2 nudos) (H). Se retiró el2º clip y se siguió el mismo procedimiento para la vena pulmonar (I) y el bronquio (J). Se retiró la1ª pinza para permitir que el pulmón reperfundiera (K). se infla el pulmón y luego se vuelve a colocar en el tórax (L). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Morfología e histología del pulmón trasplantado. Siete días después del injerto de pulmones izquierdos de un donante de Balb/cJ en receptores C57/B6J, los ratones tratados con bloqueo coestimulador mostraron una morfología normal y conservada (A). Por el contrario, los ratones no tratados con inmunosupresión mostraron signos de rechazo (B). La tinción de H & E de los ratones tratados con bloqueo coestimulador reveló una inmunorreactividad mínima, lo que sugiere tolerancia inmune (C). Los ratones no tratados con inmunosupresión mostraron una infiltración linfocítica prominente, indicativa de una respuesta de rechazo (D). Barras de escala: 100 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La técnica del manguito para el trasplante de pulmón izquierdo murino representa un avance significativo en la investigación de trasplantes10,11. Los pasos críticos incluyen la disección precisa y meticulosa de la estructura hiliar y las anastomosis seguras. Se pueden hacer modificaciones para adaptarse a las necesidades experimentales, pero se requiere una curva de aprendizaje. Nuestro grupo ha modificado la posición del ratón receptor de posterior a anterior, obteniendo una mejor visión del hilio al doblar el ratón receptor, lo que acorta la curva de aprendizaje.
Las limitaciones incluyen desafíos con ratones fuera del rango de peso especificado y la necesidad de cirujanos capacitados con experiencia previa en microcirugía. Para mitigar el riesgo de atelectasia del injerto, se recomienda encarecidamente implementar presión positiva al final de la espiración (PEEP) después del injerto y garantizar la administración adecuada de analgésicos. Para la prevención de desgarros venosos, se recomienda emplear un tamaño de manguito más pequeño (22 G). Además, para evitar la torsión arterial, se sugiere minimizar el movimiento del injerto después de la preparación y tener sumo cuidado al ajustar la orientación del pulmón del donante durante el procedimiento de anastomosis.
A pesar de las limitaciones, el enfoque vascularizado del método supera a los modelos no vascularizados y proporciona una mejor relevancia fisiológica. También supera las deficiencias de los modelos traqueales heterotópicos7, lo que lo convierte en un modelo ideal para el estudio de la inmunobiología del trasplante y los procesos patológicos. La característica transformadora del modelo permite la sustitución gradual de las células hematopoyéticas del donante por células huésped, lo que facilita la investigación sobre enfermedades y neoplasias malignas12. Además, ofrece información sobre las contribuciones de las células del estroma pulmonar, esencial para comprender la fisiopatología pulmonar y las terapias dirigidas.
En general, la técnica del manguito es prometedora para avanzar en la investigación en biología de trasplantes, enfermedades pulmonares e inmunología, con aplicaciones potenciales en diversos campos. Los investigadores deben ser conscientes de su curva de aprendizaje y adaptabilidad a las necesidades específicas de la investigación. Nuestro objetivo es mejorar la eficiencia y el éxito del procedimiento mediante la realización de modificaciones prácticas, como la reposición del animal después de la toracotomía para una mejor visión quirúrgica. Si bien la técnica principal sigue siendo la misma, estas mejoras pueden facilitar significativamente el proceso, especialmente para la anastomosis pulmonar oportuna en entornos experimentales. Este artículo proporciona consejos valiosos para un mejor rendimiento de la técnica en el campo.
Los autores no tienen nada que revelar en relación con el tema de este manuscrito.
ASK, AEG y DK son compatibles con P01 AI116501. ASK y EJ son compatibles con R01AI145108-01, R01HL166402. ASK es compatible con I01 BX002299-05. AEG y DK también cuentan con el apoyo de RO1HL09601. CL es compatible con R01 HL128492. Este trabajo cuenta con el apoyo parcial de Chuck y Mary Meyers y de Richard y Eibhlin Henggeler.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 10-0 Sutura de nailon | Surgical Specialties Corporation, Reading PA | AK-0106 | |
| 2 pinzas Dumont #5 | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 11251-20 | |
| 2 Halsted-Mosquito abrazadera punta curva | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91309-12 | |
| 6-0 sutura de seda trenzada | Henry Schein Inc., Melville, NY, | 100-5597 | |
| 6-0 Sutura de polidioxanona PDS II y | Ethicon Inc., Somerville, NJ. | Z117H | |
| 70% Etanol | Pharmco Products Inc., Brookfield, CT | 111000140 | |
| Pinzas Adson | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91127-12 | |
| Ratones Balb/c | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, EE. UU | 000651 | 8– 12 semanas; Hombre |
| Coagulador bipolar | Valleylab Inc., Boulder, CO | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| C57BL/6 ratones | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, EE. UU | 000664 | 8– 12 semanas; Hombre |
| Clorhexidina | Hibiclens transparente, Mö lnlycke Health Care US, LLC, Norcross, GA | 57591 | |
| Electrocauterio | Bovie | ||
| Tijeras de resorte estilo vannas finas | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15000-03 | |
| Portaagujas Halsey | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91201-13 | |
| Harvard Apparatus Ventilador de ratón VentElite | Harvard Apparatus, Holliston, MA | 55-7040 | ajustes 3L O2/minuto, frecuencia respiratoria 130 lpm, volumen corriente de 0,4 cc |
| solución de heparina | Abraxis Pharmaceutical Products, Schaumburg, IL | 504031 | de 100 U/mL |
| Hospira Inc., Lake Forest, IL | NDC 0409-4888-20 | ||
| Ketamina | VetOne, Boise, ID | 501072 | 50 mg/kg |
| Konig Mixter Micro Pinzas Pediátricas Mandíbulas en ángulo recto | Medline, Northfield, IL,MDS1247714 | Extra Fino, Longitud Total 5 1/2" (14cm) | |
| Medline Cauterio de Alta Temperatura, con punta fina | Leica Microsystems, Inc., Allendale, NJ | 10 450 290 | |
| Microscopio Leica M80 F12 Soporte de Suelo | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15396-00 | |
| Tijeras de resorte extra finas Moria | Parkland Scientific, Coral Springs, FL | V3000i | |
| Ohio Vaporizador de isoflurano | Vitrolife Inc., Englewood, CO, | 19001 | |
| Perfadex solución de glucosa de dextrano bajo en potasio | Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ | 353025 Solución de conservación de electrolitos | |
| poliestireno Petriplacas | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 00632-11 y 00649-11 | 150 &veces; 25 mm y 60 &veces; 25 mm |
| S& Pinzas T SuperGrip con punta recta y en ángulo | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 18200-20 | |
| Sistema de retracción para animales pequeños | Puritan Medical Company LLC, Guilford, Maine | 823-WC | mini aplicadores cónicos con punta de algodón de 3 pulgadas |
| Q-tips estériles | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | ||
| intravenoso Surflo etfe de SROX2419Z, amarillo, 24 G x 0,75" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX1851Z | |
| Catéter intravenoso Surflo etfe; Verde, 18 G x 2 " | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2032Z | |
| Catéter intravenoso Surflo etfe; Rosa, 20 g x 1.25" | Thermocare, Inc., Incline Village, NV | ||
| Sistema de UCI para animales pequeños ThermoCare, | de la A a la Z, Dresde, TN | 008679 | 10 mg/kg |
| de xilacina | Aesculap, Inc., Valle Centro, PA, | FT480T | |
| Yasargil Aplicador de clips | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT264T | |
| Yasargil Clips de Aneurisma Temporal Medline | , Northfield, IL, |
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