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Research Article
Yuan Chang1,2,3, Kai Xing1,2,3, Xiumeng Hua1,2,3, Jiangping Song1,2,3,4,5,6
1Department of Cardiac Surgery, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 2Beijing Key Laboratory of Pre-clinical Research and Evaluation for Cardiovascular Implant Materials, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 3Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 4Department of Cardiac Surgery, Fuwai Yunnan Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences,Affiliated Cardiovascular Hospital of Kunming Medical University, 5Shenzhen Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences, 6Sanya Institute of China Agricultural University
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Cette étude présente un modèle préclinique de xénotransplantation cardiaque abdominale hétérotopique utilisant des porcs et des macaques knock-out α-Gal (GTKO). Le modèle intègre une sélection optimisée des receveurs, des techniques d’anastomose vasculaire et des stratégies de prise en charge périopératoire. Il convient à l’évaluation de nouveaux agents immunosuppresseurs et fournit une plate-forme pratique pour faire progresser la xénotransplantation cardiaque.
Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans le domaine de la xénotransplantation cardiaque, des défis tels que l’appariement donneur-receveur, le rejet médié par les anticorps, le dysfonctionnement primaire du greffon et la thrombose postopératoire restent non résolus. Par rapport à la transplantation orthotopique, la transplantation cardiaque abdominale hétérotopique offre une procédure techniquement plus simple et permet au receveur de survivre indépendamment de la fonction du greffon, ce qui la rend particulièrement adaptée à l’étude du rejet immunitaire xénogénique. Dans les pays où l’utilisation de babouins comme animaux de laboratoire est interdite, les macaques représentent l’alternative la plus appropriée pour étudier le rejet immunitaire dans la xénotransplantation cardiaque. Cependant, la petite taille du corps des macaques présente de plus grands défis dans la sélection des donneurs et les techniques chirurgicales. Cette étude a établi un modèle de xénotransplantation cardiaque abdominale hétérotopique utilisant des porcs et des macaques knock-out α-Gal (GTKO), intégrant l’optimisation systématique de la sélection des receveurs, les techniques d’anastomose vasculaire, les procédures peropératoires et la prise en charge périopératoire. Le modèle actuel permet des biopsies de greffe répétées, fournissant une plate-forme précieuse pour évaluer de nouvelles stratégies immunosuppressives et étudier les mécanismes de rejet xénogénique.
La xénotransplantation cardiaque offre un nouvel espoir aux patients atteints d’insuffisance cardiaque en phase terminale qui ont besoin d’une greffe mais qui ne sont pas en mesure de recevoir un organe de donneur compatible en raison d’une pénurie de donneurs. Dans les études d’évaluation préclinique, la xénotransplantation cardiaque de survie a atteint des durées de survie allant jusqu’à neuf mois, répondant aux critères d’efficacité requis pour initier des essais cliniques sur l’homme1. Sur la base de ces résultats, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a approuvé l’utilisation d’un accès élargi pour deux cas cliniques de xénotransplantation cardiaque utilisant des cœurs de donneurs génétiquement modifiés. Bien que ces cas cliniques aient démontré la faisabilité de la xénotransplantation cardiaque, plusieurs défis non résolus sont apparus, notamment une hypertrophie cardiaque anormale et un rejet médié par des anticorps 2,3,4,5. Par conséquent, d’autres études précliniques sur de grands modèles animaux dans de bonnes conditions de laboratoire sont nécessaires pour fournir des données supplémentaires et mettre au point de nouveaux régimes immunosuppresseurs afin d’assurer l’innocuité des futurs essais cliniques sur l’homme.
La survie à long terme des xénogreffes cardiaques orthotopiques n’est pas seulement limitée par le rejet, mais aussi par le dysfonctionnement primaire du greffon. L’incidence globale de la dysfonction primaire varie d’environ 40 % à 60 % dans différentes équipes de recherche 4,6,7. En raison de la sensibilité accrue des cœurs de donneurs porcins aux lésions ischémiques, certains groupes ont mis au point des dispositifs de perfusion hypothermique pour réduire l’incidence du dysfonctionnement primaire du greffon. Cependant, l’hypertrophie cardiaque postopératoire reste difficile à contrôler. Même avec des porcs donneurs knock-out du récepteur de l’hormone de croissance (GHR), la fonction cardiaque peut être compromise par l’absence de GHR, limitant ainsi la viabilité à long terme du greffon 2,3. Dans ce contexte, la xénotransplantation cardiaque hétérotopique présente plusieurs avantages : elle évite la précharge et la postcharge excessives, simplifie l’intervention chirurgicale et réduit le temps ischémique total 8,9. Ce modèle reflète mieux les lésions du greffon dues au rejet xénogénique et, contrairement à la transplantation orthotopique, la xénotransplantation cardiaque hétérotopique permet la survie à long terme du greffon, des laparotomies répétées pour les biopsies in vivo et l’observation prolongée de l’activation immunitaire et de la fonction dynamique des cellules immunitaires. Il s’agit d’un modèle précieux pour l’étude des mécanismes de rejet immunitaire xénogénique et pour l’évaluation de l’efficacité et de l’innocuité de nouvelles stratégies immunosuppressives10,11.
Cependant, la plupart des modèles de xénotransplantation cardiaque hétérotopique abdominale ont utilisé des babouins comme receveurs, mais l’obtention de babouins comme animaux de laboratoire reste difficile dans de nombreux pays. En revanche, les macaques sont les primates non humains les plus largement utilisés et ont une homologie phylogénétique élevée avec les humains12, ce qui en fait une alternative pratique pour la recherche sur la xénotransplantation. Néanmoins, leur taille corporelle nettement plus petite par rapport aux babouins nécessite des adaptations spécifiques du protocole chirurgical pour s’adapter à leurs dimensions anatomiques distinctes.
Cette étude présente un protocole étape par étape pour la xénotransplantation cardiaque hétérotopique de porc à macaque. L’utilisation de porcs knock-out α-Gal (GTKO) vise principalement à prévenir le rejet hyperaigu, qui entraînerait autrement l’échec de la greffe dans les minutes qui suivent la xénotransplantation cardiaque. Il est structuré comme suit : (1) principes d’appariement entre les porcs donneurs et les macaques receveurs ; (2) optimisation de l’intervention chirurgicale pour la xénotransplantation cardiaque hétérotopique ; et (3) la prise en charge périopératoire. Cette étude vise à diffuser ces techniques de transplantation afin de faciliter la comparabilité entre les équipes de recherche et d’améliorer la reproductibilité et la pertinence translationnelle des études de xénotransplantation cardiaque.
Cette étude a été approuvée par le Comité d’éthique animale de l’hôpital de Fuwai (FWAEC-JL-010-1/0-2020). Des macaques mâles pesant >9 kg et âgés de 10 à 15 ans, ainsi que des porcs miniatures Bama mâles pesant 5 à 6 kg (~60 jours) ont été utilisés pour minimiser la compression abdominale. Les macaques de plus grande taille ont été priorisés pour éviter la compression abdominale par le cœur du donneur et pour tenir compte de la croissance post-greffe. Les réactifs et l’équipement utilisés sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Critères de sélection du donateur et du bénéficiaire
2. Préparation préopératoire
3. Chirurgie du receveur (phase préimplantatoire)
4. Obtention de cœur de donneur
5. Implantation du cœur du donneur
6. Prise en charge postopératoire et suivi des greffons
Sur la base des étapes procédurales illustrées à la figure 1, un modèle reproductible de xénotransplantation cardiaque hétérotopique de porc à macaque a été établi avec succès. Le processus chirurgical comprenait une laparotomie médiane chez le macaque receveur pour accéder à la cavité abdominale et une sternotomie médiane chez le porc donneur pour l’obtention du cœur. Après la péricardiotomie, le cœur du donneur a été arrêté à l’aide d’une solution HTK et conservé à l’aide d’une solution UW sous hypothermie topique. Des anastomoses vasculaires ont été réalisées de bout en bout entre l’artère pulmonaire donneuse et la veine cave inférieure receveuse, et entre l’aorte donneuse et l’aorte abdominale receveuse. L’évaluation échocardiographique postopératoire a confirmé que le cœur du donneur avait repris une activité contractile tout en préservant les fonctions systolique et diastolique, ce qui indiquait une reperfusion réussie et une viabilité du greffon. Ces résultats démontrent la faisabilité technique du modèle et son potentiel pour le suivi fonctionnel à long terme des xénogreffes chez les primates non humains.

Figure 1 : Transplantation cardiaque hétérotopique de porc à macaque : étapes chirurgicales et échographie postopératoire. (A) La cavité abdominale du macaque a été pénétrée par une laparotomie médiane avec dissection en couches. (B) Une sternotomie médiane a été pratiquée pour accéder à la cavité thoracique du donneur porcin, suivie d’une péricardiotomie. (C) Une canule de perfusion a été insérée dans la racine aortique du cœur du donneur. (D) À la suite d’un arrêt cardiaque provoqué par la perfusion d’une solution HTK, le cœur du donneur a été refroidi localement avec de la glace fondue saline. (E) Une perfusion ultérieure avec la solution de conservation de l’Université du Wisconsin (UW) a été effectuée. (F) Une anastomose d’un bout à l’autre a été créée entre l’artère pulmonaire porcine et la veine cave inférieure du receveur. (G) Une anastomose d’un bout à l’autre a été construite entre l’aorte porcine et l’aorte abdominale du receveur. (H) Une échocardiographie postopératoire a été réalisée pour évaluer la fonction systolique et diastolique du cœur du donneur. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Images échocardiographiques en série chronologique de M3. (A) Images échocardiographiques de la xénogreffe pendant la diastole et la systole au jour postopératoire (POD) 1. (B) Images échocardiographiques de la xénogreffe pendant la diastole et la systole au POD 3. (C) Images échocardiographiques de la xénogreffe pendant la diastole et la systole au POD 10. (D) Images échocardiographiques de la xénogreffe pendant la diastole et de la systole lors de l’échec de la greffe. La ligne rouge indique une augmentation significative de l’épaisseur de la paroi ventriculaire gauche pendant la diastole. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
| Expérience | Le moment de l’arrêt cardiaque | Le moment du battement cardiaque | Temps ischémique total |
| M1 | 09:59 | 11:44 | Durée : 45 minutes |
| M2 | 09:34 | 10:48 | Durée : 74 minutes |
| M3 | 09:49 | 10:46 | Durée : 57 minutes |
| M4 | 14:21 | 15:15 | Durée : 54 minutes |
Tableau 1 : Temps ischémique total du cœur du donneur.
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Cette étude présente un modèle préclinique de xénotransplantation cardiaque abdominale hétérotopique utilisant des porcs et des macaques knock-out α-Gal (GTKO). Le modèle intègre une sélection optimisée des receveurs, des techniques d’anastomose vasculaire et des stratégies de prise en charge périopératoire. Il convient à l’évaluation de nouveaux agents immunosuppresseurs et fournit une plate-forme pratique pour faire progresser la xénotransplantation cardiaque.
Ce travail a été parrainé par le projet clé Frontier Biotechnology du programme national de R & D clé du ministère des Sciences et de la Technologie de Chine (2023YFC3404300 ; à Jiangping Song) et le projet spécial du ministère des Sciences et de la Technologie de Chine soutenu par le Laboratoire clé d’État des maladies cardiovasculaires, Hôpital Fuwai, Académie chinoise des sciences médicales (2024GZZD-03 ; à Jiangping Song).
| Suture en soie 1-0 | Suzhou Jiasheng | A8886 | |
| Pince d’occlusion aortique à 10 degrés | Sinoview-med | CP40431-19 | |
| Suture antibactérienne 3-0 (polyglactine 910) | Ethicon | VCP442 | |
| Pince à occlusion aortique à 45 degrés | Sinoview-med | CP40044-18 | |
| Rétracteur sternal adulte (grande taille) | Sinoview-med | GR04136-00 | |
| Rétracteur sternal adulte (taille moyenne) | Sinoview-med | GR04130-00 | |
| Pinces atraumatiques | Sinoview-med | GF04021-25 | |
| Pinces atraumatiques | Sinoview-med | GF04016-25 | |
| Micro pinces à poignée équilibrée de type stylo | Sinoview-med | FC12010-21 | |
| Belzer UW  ; Solution de stockage à froid | Bridge to Life Ltd. | 1000 ml/sac | |
| Ciseaux ultra tranchants à manche noire | Sinoview-med | SC35101-23UC | |
| Bretschneider  ; Solution de stockage HTK | KOEHLER PHARMACEUTICALS (Beijing) Ltd. | 1000 ml/sac | |
| Pinces courbées | Sinoview-med | GC01002-12 | |
| Pinces courbées | Sinoview-med | GC01002-16 | |
| Cathéter jetable pour perfusion de l’aorte | Institut de recherche sur les plastiques de Tianjin | DG Adulte 155 | |
| Scie électrique à sternum | Sinoview-med | HF-X01 | |
| Pinces fines à disséquer | Sinoview-med | GC01090-20 | |
| Ciseaux Super Tranchants à Manche en Or | Sinoview-med | SC35001-23SC | |
| Cochons miniatures GTKO Bama | Clonorgan Biotechnology Co., Ltd | / | |
| Porte-aiguille robuste de type stylo | Sinoview-med | NH10400-23 | |
| Ice Bucket | Sinoview-med | GQ13018-00D | |
| Isoflurane | Lunan Pharmaceutical | - | |
| Isoprotérénol | Harvest Pharmaceutical | - | |
| Pinces aortiques Kay Lambert | Sinoview-med | CP40411-20 | |
| Solution de Ringer lactée | Kelun Pharmaceutical | - | |
| Grand bassin | Sinoview-med | GQ13033-00D | |
| Macaques | Beijing Prima Biotech Inc | / | |
| Intubation trachéale médicale | Covidien | 9345E-4.5 | |
| Bassin moyen | Sinoview-med | GQ13032-00D | |
| Rétracteur nerveux et tendineux | Sinoview-med | GR04061-24 | |
| Rétracteur nerveux | Sinoview-med | GR02403-18B | |
| Rétracteur sternal pédiatrique | Sinoview-med | GR04114-00 | |
| Porte-aiguille micro-aiguille de type stylo | Sinoview-med | NH11300-21 | |
| Pince à angle droit | Sinoview-med | GC01110-14 | |
| Pince à angle droit | Sinoview-med | GC01089-18 | |
| Cathéter en caoutchouc de silice | Créer un médecin | 10 Fr/3 mL | |
| Petit bassin | Sinoview-med | GQ13037-00D | |
| Pinces droites | Sinoview-med | GC01001-12 | |
| Pinces droites | Sinoview-med | GC01001-16 | |
| Suture 5.0 Prolene BB | Ethicon | 9702H | |
| Suture 5-0 Prolene BB | Ethicon | - | |
| Suture Prolene Blum 4-0 SH 36 | Ethicon | 9706H | |
| Suture Prolene Blum 4-0 SH 36 | Ethicon | - | |
| Sutures 2.0 Prolene Blu M SH | Ethicon | 8522H | |
| Sutures 2-0 Prolene Blu M SH | Ethicon | - | |
| Sutures BB 4.0 Prolene | Ethicon | 82204H | |
| Sutures BB 4-0 Prolene | Ethicon | - | |
| Porte-aiguille pour anse en carbure de tungstène | Sinoview-med | GN01013-22K | |
| Porte-aiguille pour anse en carbure de tungstène | Sinoview-med | GN01010-22K |