הכנת ריאות ארנב מבודד הוא כלי סטנדרטי זהב במחקר ריאתי. פרסום זה נועד לתאר את הטכניקה כפי שפותחה לחקר מנגנונים פיזיולוגיים ופתולוגיים המעורבים בתגובה בדרכי הנשימה, שימור ריאות ומחקר פרה-אקליני בהשתלת ריאות ובבצקת ריאות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
הכנת ריאות ארנב מבודד הוא כלי סטנדרטי זהב במחקר ריאתי. פרסום זה נועד לתאר את הטכניקה כפי שפותחה לחקר מנגנונים פיזיולוגיים ופתולוגיים המעורבים בתגובה בדרכי הנשימה, שימור ריאות ומחקר פרה-אקליני בהשתלת ריאות ובבצקת ריאות.
מערכת זלוף הריאות המבודדת נמצאת בשימוש נרחב במחקר ריאתי, ותרמה לתרומת הפעילות הפנימית של הריאות, הן מיקרו והן מקרוסקופית. טכניקה זו שימושית באפיון פיזיולוגיה ופתולוגיה ריאתית על ידי מדידת פעילויות מטבוליות ותפקודים נשימתיים, כולל אינטראקציות בין חומרים במחזור הדם והשפעות של חומרים בשאיפה או חדורים, כמו בבדיקות סמים. בעוד שיטות במבחנה כרוכות חיתוך פולחן של רקמות, מערכת זלוף ריאות ex vivo מבודד מאפשר לעבוד עם איבר פונקציונלי מלא המאפשר את המחקר של פונקציה פיזיולוגית מתמשכת תוך יצירה מחדש של אוורור וזלוף. עם זאת, יש לציין כי ההשפעות של היעדר innervation מרכזי ניקוז לימפתי עדיין צריך להיות מוערך במלואו. פרוטוקול זה נועד לתאר את ההרכבה של מנגנון הריאות המבודד, ואחריו מיצוי כירורגי ו cannulation של ריאות ולב מחיות מעבדה ניסיוניות, כמו גם להציג את טכניקת זלוף ועיבוד אותות של נתונים. הכדאיות הממוצעת של הריאות המבודדות נעה בין 5-8 שעות; במהלך תקופה זו, חמיץ נימים ריאתי עולה, גרימת בצקת ופגיעה בריאות. הפונקציונליות של רקמת ריאות שהשתמרה נמדדת על ידי מקדם סינון נימי (Kfc), המשמש לקביעת היקף בצקת הריאות לאורך זמן.
ברודי ודיקסון תיארו לראשונה את מערכת זלוף הריאות לשעבר בשנת 1903 1. מאז, הוא הפך לכלי תקן זהב לחקר הפיזיולוגיה, הפרמקולוגיה, טוקסיקולוגיה וביוכימיה של הריאות2,3. הטכניקה מציעה דרך עקבית וניתנת לשחזור להעריך את הכדאיות של השתלות ריאות, ולקבוע את ההשפעה של מתווכים דלקתיים כגון היסטמין, מטבוליטים חומצה ארכידונית, וחומר P, בין היתר, כמו גם את האינטראקציות שלהם במהלך תופעות ריאות כגון ברונכוקונסטריה, אטלקטטזיס, בצקת ריאות. מערכת הריאות המבודדת הייתה טכניקה מרכזית בחשוף התפקיד החשוב של הריאות בחיסול אמינים ביוגניים ממחזור הדם הכללי4,5. בנוסף, המערכת שימשה להערכת הביוכימיה של פעילי שטח ריאתיים6. במהלך העשורים האחרונים, מערכת זלוף הריאות לשעבר הפכה לפלטפורמה אידיאלית למחקר השתלת ריאות7. בשנת 2001 תיאר צוות בראשות סטיג סטיין את היישום הקליני הראשון של מערכת זלוף הריאות ex-vivo על ידי שימוש בו כדי לשחזר את ריאותיו של תורם בן 19, שנדחה בתחילה על ידי מרכזי השתלה בשל פציעותיו. הריאה השמאלית נקצרה וחולבה במשך 65 דקות; לאחר מכן, הוא הושתל בהצלחה בגבר בן 70 עם COPD8. מחקר נוסף על שיפוץ ריאות באמצעות זלוף ex-vivo הוביל לפיתוח טכניקת טורונטו עבור זלוף ריאות מורחב כדי להעריך ולטפל ריאות תורם פצוע9,10. מבחינה קלינית, מערכת זלוף הריאות ex-vivo הוכיחה להיות אסטרטגיה בטוחה כדי להגדיל את מאגרי התורמים על ידי טיפול ושיפוץ ריאות תורם תת-סטנדרטי, הצגת שום הבדל משמעותי בסיכונים או תוצאות נגד תורמים קריטריונים סטנדרטיים10.
היתרון העיקרי של מערכת זלוף הריאות המבודדת הוא שניתן להעריך את הפרמטרים הניסיוניים באיבר פונקציונלי מלא המשמר את תפקודו הפיזיולוגי תחת מערך מעבדה מלאכותי. יתר על כן, הוא מאפשר מדידה ומניפולציה של אוורור מכני ריאתי לנתח את המרכיבים של פיזיולוגיה ריאתית כגון התנגדות דרכי הנשימה, התנגדות כלי דם כוללת, חילופי גזים, היווצרות בצקת, אשר עד כה לא ניתן למדוד בדיוק vivo על חיות מעבדה2. ראוי לציין, את הרכב הפתרון שבו הריאה מנוטרלת ניתן לשלוט באופן מלא, המאפשר תוספת של חומרים כדי להעריך את ההשפעות שלהם בזמן אמת איסוף מדגם מ זלוף למחקר נוסף11. חוקרים העובדים עם מערכת הריאות המבודדת צריכים לזכור כי אוורור מכני גורם לריקבון רקמת הריאה המקצרת את זמן השימוש שלה. נפילה הדרגתית זו בפרמטרים מכניים יכולה להתעכב באופן משמעותי על ידי ניפוח יתר של הריאות מדי פעם במהלך הניסוי4. ובכל זאת, ההכנה בדרך כלל לא יכולה להימשך יותר משמונה שעות. שיקול נוסף במערכת זלוף הריאות לשעבר הוא היעדר ויסות עצבים מרכזי וניקוז לימפתי. ההשפעות של היעדרם עדיין לא מובנות במלואן ועלול להיות מקור להטיה בניסויים מסוימים.
טכניקת מערכת זלוף הריאות המבודדת יכולה להתבצע במודל הארנב עם רמה גבוהה של עקביות ושחזור. עבודה זו מתארת את ההליכים הטכניים והניתוחיים ליישום טכניקת זלוף הריאות המבודדת ex-vivo כפי שפותחה עבור מודל הארנב במכון נאסיונאל דה אנפרמדדס Respiratorias במקסיקו סיטי, בכוונה לחלוק את התובנות ולספק מדריך ברור על צעדים מרכזיים ביישום מודל ניסיוני זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מערכת זלוף מבודד במודל הארנב כבר בשימוש נרחב במעבדת Hyperresponsiveness הסימפונות במכון הלאומי הלאומי דה Enfermedades Respiratorias. הפרוטוקול כולל ארנבות ניו זילנדיות במשקל משוער של 2.5-3 ק"ג. כל בעלי החיים נשמרו בתנאי ויבריום סטנדרטיים והאכלת ליביטום על פי ההנחיות המקסיקניות הרשמיות לחיות מעבדה (NOM 062-ZOO-1999) ותחת המדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה (מהדורה 8, 2011). כל ההליכים בבעלי חיים ושיטות טיפול בבעלי חיים שהוצגו בפרוטוקול זה אושרו בעבר על ידי ועדת האתיקה של המכון הלאומי הלאומי של Enfermedades Respiratorias.
הערה: הכנת מערכת זלוף הריאות המבודדת כרוכה במוות מכוון של בעל חיים בהרדמה ובאמצעות המתת חסד.
1. ציוד והכנת מנגנון.
2. מיצוי כירורגי של בלוק לב ריאה.
3. טכניקת זלוף.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מערכת זלוף הריאות המבודדת מאפשרת מניפולציה של איברים לביופסיה, איסוף דגימות מזלוף ואיסוף נתונים בזמן אמת של פרמטרים פיזיולוגיים. המערכת המבודדת יכולה לשמש לבדיקת השערות רבות המערבות פונקציות שונות ותופעות ריאות, מפעילות מטבולית ואזיזמטית ועד להיווצרות בצקת ותקופות שימור להשתלות ריאות.
איור 1 מציג תרשים של מערכת זלוף הריאות המבודדת שהורכבה במלואה יחד עם מערכת האוורור ורכישת הנתונים המחושבים. רכיב ההזנקה של המערכת מבטיח כי זלוף זורם כל הזמן דרך הריאות המבודדות. עורק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עבודה זו מציגה מבט כללי על מערכת זלוף הריאות המבודדת, טכניקה חיונית במחקר פיזיולוגיה ריאתית. מערכת זלוף הריאות המבודדת מציעה מידה רבה של רב-תכליתיות בשימושיה ומאפשרת הערכה של מספר פרמטרים רלוונטיים בבדיקת מגוון רחב של השערות15. מערכת ריאות מבודדת היא כלי בעל נוכחות כלל עולמית, שבעשור האחרון ביססה עוד יותר את הרלוונטיות שלה להערכות ספציפיות לאיברים וגם הרחיבה את התועלת שלה כהרחבה של טכנולוגיות חדשניות טיפולים חדשניים הכוללים תאי גזע מזנכימליים16 ו- CRISPR/Cas9 הנדסת גנום17, בין היתר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אינם מצהירים על ניגודי עניינים.
המחברים מבקשים להודות לדוקטורט בטינה זומר סרוונטס על תמיכתה בכתיבת כתב היד הזה, וקיציה אלנה לארה ספונט על תמיכתה באיורים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| צינורות 2 מצבים Tygon E-Lab, 3.17 מ"מ ID, 12/חבילה, שחור/לבן | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 73-1864 | |
| לאוורור בלחץ חיובי במתאם IPL-4 | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4312 | |
| לאוורור בלחץ חיובי ב-IPL-4 | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4312 | |
| אספקת גז חלופית ללא לחץ עבור IPL-4: כדי לספק לקנה הנשימה תערובת גז שונה מאוויר החדר במהלך אוורור שלילי | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4309 | |
| יחידת בסיס לארנב לחזיר עובר ריאה מבודדת | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4138 | |
| סרום בקר A2:D41אלבומין אבקת ליופיליזציה | סיגמא | 3912 | 500 גרם |
| סידן כלורי, CaCl<תת>2· 2H2O. | JT Baker | 10035-04-8 | |
| בקבוקונים קריוגניים | קורנינג | 430659 | 2 מ"ל |
| D-glucosa, C6H12O6. | סיגמא | G5767 | |
| מתמר דיפרנציאלי בלחץ נמוך DLP2.5, טווח +- 2.5 סמ"ק <>תת2O, מחבר HSE | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-3882 | |
| מתמר לחץ דיפרנציאלי MPX, טווח +- 100 סמ"ק <תת>2O, מחבר HSE | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-0064 | |
| אפנדורף | |||
| אתנול | קלדון | ||
| מוחלטת | 14 מ"ל | ||
| משאבה פריסטלטית של הרווארד P-230 (עם תיבת בקרה וכונן מנוע P-230) | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 70-7001 | |
| פנאומוטכומטר ליניארי מחומם 0 עד 10 ליטר / דקה טווח זרימה | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 59-9349 | |
| בקר חימום למד פנאומוטכומטר יחיד 230 VAC, 50 הרץ | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 59-9703 | |
| Heparin | PISA | 5000 UI | |
| HPLC Column (C18 100A 5U) | Alltech | 98121213 | 150 מ"מ x 4.6 מ"מ |
| מסנן מזרק הידרופילי | Millex | SLLGR04NL | 4 מ"מ |
| מערכת ליבת IPL-4 לארנב מבודד לריאה חזיר עוברית, 230 | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4296 | |
| מערכת ליבת IPL-4 לריאה מבודדת של ארנב לחזיר עוברי, 230 V | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4296 | |
| מאגר זכוכית מעוטר לתמיסת חיץ, עם פריט וצינורות, 6.0 ליטר | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-0322 | |
| סירקולטור תרמוסטטי Lauda, סוג E-103, 230 וולט/50 הרץ, נפח אמבטיה 3 ליטר, טווח טמפרטורות 20 עד 150 מעלות; C | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-0125 | |
| צינורית אטריום שמאלית לארנב עם סל, OD 5.9 מ"מ | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-4162 | |
| מתמר לחץ דם בטווח נמוך P75 למודול PLUGSYS | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-0020 | |
| מגנזיום סולפט הפטהידרט, MgSO4· 7H2O | JT Baker | 10034-99-8 | |
| צינור | מיקרוצנטריפוגה | 430909 | |
| אפשרות בקרת אוורור בלחץ שלילי עם ווסת לחץ עבור IPL-4 | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4298 | |
| ארנבות | |||
| PISABENTAL (נתרן פנטוברביטל) | PISA | Q-7833-215 | |
| מארז PLUGSYS, סוג 603* 7 | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 73-0045 | |
| PLUGSYS TCM מודול מונה זמן | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-1750 | |
| מודול מגבר מתמר PLUGSYS (TAM-A) | הוגו זאקס אלקטרוניק (HSE) | 73-0065 | |
| מודול מגבר מתמר PLUGSYS (TAM-D) | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-1793 | |
| מודול בקרת אוורור PLUGSYS VCM-4R עם ווסת לחץ | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-1755 | |
| אשלגן כלורי, KCl. | JT Baker | 3040-01 | |
| אשלגן דימימן פוספט, KH2PO4 | JT Baker | 7778-77-0 | |
| פרוסין (קסילאצין קלורוהידרט) | PISA | Q-7833-099 | |
| צינורית עורק ריאה לארנב עם סל, OD 4.6 מ"מ | הוגו זקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4161 | |
| סכין | אזמל | ||
| בקר סרוו סרוטונין 5-HT | |||
| לזילוף (SCP | Hugo Sachs Elektronik (HSE) | 73-2806 | |
| צינור מיקרוצנטריפוגה מכסה הצמד | Costar | 3620 | 1.7 מ"ל |
| נתרן ביקרבונט, NaHCO3 | sigma | S6014 | |
| נתרן כלורי, NaCl. | סיגמא | S9888 | |
| כפפות כירורגיות מס' 7 1/2 | |||
| כפפות כירורגיות מס' 8 | |||
| צינורות טייגון | Masterflex | ||
| צינורית קנה הנשימה לארנב, OD 5.0 מ"מ | הוגו סאקס אלקטרוניק (HSE) | 73-4163 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.