RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
מחקר זה מציג מודל השתלת לב בטן הטרוטופית פרה-קלינית באמצעות חזירים וקופי מקוק α-Gal (GTKO). המודל משלב בחירת נמענים אופטימלית, טכניקות אנסטומוזה של כלי דם ואסטרטגיות ניהול פרי-ניתוחי. הוא מתאים להערכת חומרים מדכאי חיסון חדשים ומספק פלטפורמה נוחה לקידום השתלות לב.
למרות שנעשתה התקדמות משמעותית בהשתלת לב, אתגרים כמו התאמת תורם-מקבל, דחייה בתיווך נוגדנים, תפקוד לקוי של השתל הראשוני ופקקת לאחר הניתוח נותרו בלתי פתורים. בהשוואה להשתלה אורתוטופית, השתלת לב בטן הטרוטופי מציעה הליך פשוט יותר מבחינה טכנית ומאפשרת למקבל לשרוד ללא תלות בתפקוד השתל, מה שהופך אותה למתאימה במיוחד לחקר דחייה חיסונית קסנוגנית. במדינות שבהן השימוש בבבונים כחיות ניסוי אסור, קופי מקוק מהווים את החלופה המתאימה ביותר לחקר דחייה חיסונית בהשתלות לב. עם זאת, גודל הגוף הקטן יותר של קופי מקוק מציב אתגרים גדולים יותר בבחירת התורמים ובטכניקות הניתוח. מחקר זה ביסס מודל השתלת לב בטן הטרוטופי באמצעות חזירים וקופי מקוק α-Gal (GTKO), המשלב אופטימיזציה שיטתית של בחירת הנמען, טכניקות אנסטומוזה של כלי הדם, פרוצדורות תוך ניתוחיות וניהול פרי-ניתוחי. המודל הנוכחי מאפשר ביופסיות שתלים חוזרות, ומספק פלטפורמה רבת ערך להערכת אסטרטגיות חדשות לדיכוי חיסון ולחקירת מנגנוני הדחייה הקסנוגנית.
השתלת לב מציעה תקווה חדשה לחולים עם אי ספיקת לב בשלב הסופי הזקוקים להשתלה אך אינם מסוגלים לקבל איבר תורם מתאים עקב מחסור בתורמים. במחקרי הערכה פרה-קליניים, השתלת לב תומכת חיים השיגה משך הישרדות של עד תשעה חודשים, ועומדת בקריטריוני היעילות הנדרשים להתחלת ניסויים קליניים בבני אדם1. בהתבסס על ממצאים אלה, מינהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) אישר שימוש בגישה מורחבת לשני מקרים קליניים של השתלת לב באמצעות לבבות תורמים שנערכו גנטית. למרות שמקרים קליניים אלה הוכיחו את ההיתכנות של השתלת לב, צצו מספר אתגרים לא פתורים, כולל היפרטרופיה לבבית חריגה ודחייה בתיווך נוגדנים 2,3,4,5. לכן, יש צורך במחקרים פרה-קליניים נוספים במודלים של בעלי חיים גדולים בתנאי מעבדה טובים כדי לספק נתונים נוספים ולפתח משטרי דיכוי חיסוני חדשים כדי להבטיח את בטיחותם של ניסויים קליניים עתידיים בבני אדם.
ההישרדות ארוכת הטווח של השתלות לב אורתוטופיות אינה מוגבלת רק על ידי דחייה, אלא גם על ידי תפקוד לקוי של השתל הראשוני. השכיחות הכוללת של הפרעות בתפקוד ראשוני דווחה ונעה בין כ-40% ל-60% בצוותי מחקר שונים 4,6,7. בשל הרגישות המוגברת של לבבות תורמי חזירים לפגיעה איסכמית, קבוצות מסוימות פיתחו מכשירי זלוף היפותרמיים כדי להפחית את השכיחות של תפקוד לקוי של השתל הראשוני. עם זאת, היפרטרופיה לבבית לאחר הניתוח נותרה קשה לשליטה. אפילו עם חזירים תורמים של קולטן הורמון גדילה (GHR), תפקוד הלב עלול להיפגע על ידי היעדר GHR, ובכך להגביל את כדאיות השתללטווח ארוך 2,3. בהקשר זה, השתלת לב הטרוטופית מציגה מספר יתרונות: היא מונעת עומס מוקדם ועומס מוגזם, מפשטת את ההליך הכירורגי ומפחיתה את הזמן האיסכמי הכולל 8,9. מודל זה משקף טוב יותר פגיעה בשתל המונעת על ידי דחייה קסנוגנית, ובניגוד להשתלה אורתוטופית, השתלת לב הטרוטופית מאפשרת הישרדות שתל לטווח ארוך, לפרוטומיות חוזרות ונשנות לביופסיות in vivo ותצפית ממושכת על הפעלה חיסונית ותפקוד דינמי של תאי חיסון. הוא משמש כמודל רב ערך לחקירת מנגנוני דחייה חיסונית קסנוגניים ולהערכת היעילות והבטיחות של אסטרטגיות דיכוי חיסון חדשות10,11.
עם זאת, רוב המודלים של השתלת לב הטרוטופית בבטן השתמשו בונים כמושתלים, אך רכישת בבונים כחיות ניסוי נותרה מאתגרת במדינות רבות. לעומת זאת, קופי מקוק הם הפרימטים הלא-אנושיים הנפוצים ביותר ויש להם הומולוגיה פילוגנטית גבוהה עם בני אדם12, מה שהופך אותם לחלופה מעשית למחקר השתלות זרים. עם זאת, גודל גופם הקטן משמעותית בהשוואה לבבונים מחייב התאמות ספציפיות של פרוטוקול כירורגי כדי להתאים לממדים האנטומיים הייחודיים שלהם.
מחקר זה מציג פרוטוקול שלב אחר שלב להשתלת לב הטרוטופית מחזיר GTKO לקוק מקוק. השימוש בחזירי נוקאאוט α-Gal (GTKO) נועד בעיקר למנוע דחייה היפר-חריפה, שאחרת תוביל לכשל השתל תוך דקות לאחר השתלת הלב. הוא בנוי באופן הבא: (1) עקרונות התאמה בין חזירים תורמים לקופי מקוק מקבלים; (2) אופטימיזציה של ההליך הכירורגי להשתלת לב הטרוטופית; ו-(3) ניהול פרי-ניתוחי. מחקר זה נועד להפיץ את טכניקות ההשתלה הללו כדי להקל על ההשוואה בין צוותי המחקר ולשפר את יכולת השחזור והרלוונטיות התרגומית של מחקרי השתלות לב.
מחקר זה אושר על ידי ועדת האתיקה של בעלי חיים בבית החולים Fuwai (FWAEC-JL-010-1/0-2020). קופי מקוק זכרים במשקל >9 ק"ג בגילאי 10-15 שנים, וחזירי במה מיניאטוריים זכרים במשקל 5-6 ק"ג (~60 יום) שימשו כדי למזער את דחיסת הבטן. קופי מקוק בעלי גוף גדול יותר קיבלו עדיפות כדי למנוע דחיסת בטן על ידי לב התורם וכדי להתאים לצמיחה לאחר ההשתלה. הריאגנטים והציוד המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.
1. קריטריונים לבחירת התורם והנמען
2. הכנה טרום ניתוחית
3. ניתוח מושתל (שלב טרום השרשה)
4. רכש לב תורם
5. השתלת לב תורם
6. ניהול לאחר ניתוח וניטור השתלות
בהתבסס על השלבים הפרוצדורליים המוצגים באיור 1, הוקם בהצלחה מודל השתלת לב הטרוטופי מחזיר לקוק הניתן לשחזור. התהליך הכירורגי כלל לפרוטומיה בקו האמצע בקוף המקבל כדי לגשת לחלל הבטן וסטרנוטומיה חציונית בחזיר התורם לרכישת לב. לאחר פריקרדיוטומיה, לב התורם נעצר באמצעות תמיסת HTK ונשמר עוד יותר עם תמיסת UW תחת היפותרמיה מקומית. אנסטומוזה של כלי הדם בוצעה באופן מקצה לצד בין עורק הריאה התורם לבין הווריד הנבוב התחתון המקבל, ובין אבי העורקים התורם לאבי העורקים הבטני המקבל. הערכה אקו לב לאחר הניתוח אישרה כי לב התורם חזר לפעילות התכווצות עם תפקוד סיסטולי ודיאסטולי שמור, מה שמעיד על רפרפוזיה מוצלחת וכדאיות של השתל. תוצאות אלו מדגימות את ההיתכנות הטכנית של המודל ואת הפוטנציאל שלו לניטור תפקודי ארוך טווח של קסנוגרפטים בפרימטים שאינם אנושיים.

איור 1: השתלת לב הטרוטופי מחזיר לקוק: שלבים כירורגיים ואולטרסאונד לאחר הניתוח. (A) חלל הבטן של מקוק הוכנס דרך לפרוטומיה בקו האמצע עם דיסקציה שכבתית. (B) בוצעה סטרנוטומיה חציונית כדי לגשת לחלל בית החזה של תורם החזיר, ואחריה פריקרדיוטומיה. (C) צינורית זלוף הוחדרה לשורש אבי העורקים של לב התורם. (D) בעקבות דום לב שנגרם על ידי זלוף תמיסת HTK, לב התורם מקורר באופן מקומי עם רפש קרח מלוח. (E) בוצע זלוף לאחר מכן עם תמיסת שימור של אוניברסיטת ויסקונסין (UW). (F) אנסטומוזה מקצה לצד נוצרה בין עורק הריאה החזירי לבין הווריד הנבוב התחתון של המקבל. (G) אנסטומוזה מקצה לצד נבנתה בין אבי העורקים החזירי לבין אבי העורקים הבטני של המקבל. (H) אקו לב לאחר הניתוח נערך כדי להעריך את התפקוד הסיסטולי והדיאסטולי של לב התורם. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תמונות אקו לב מסדרות זמן של M3. (A) תמונות אקו לב של הקסנוגרפט במהלך דיאסטולה וסיסטולה ביום שלאחר הניתוח (POD) 1. (B) תמונות אקו לב של הקסנוגרפט במהלך דיאסטולה וסיסטולה ב-POD 3. (C) תמונות אקו לב של הקסנוגרפט במהלך דיאסטולה וסיסטולה ב-POD 10. (D) תמונות אקו לב של הקסנוגרפט במהלך דיאסטולה וסיסטולה בעת כישלון השתל. הקו האדום מצביע על עלייה משמעותית בעובי דופן החדר השמאלי במהלך הדיאסטולה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
| ניסוי | זמן דום הלב | זמן פעימות הלב | סה"כ זמן איסכמי |
| M1 | 09:59 | 11:44 | 45 דק' |
| מ"ר | 09:34 | 10:48 | 74 דק' |
| M3 | 09:49 | 10:46 | 57 דק' |
| M4 | 14:21 | 15:15 | 54 דק' |
טבלה 1: סה"כ הזמן האיסכמי של לב התורם.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
מחקר זה מציג מודל השתלת לב בטן הטרוטופית פרה-קלינית באמצעות חזירים וקופי מקוק α-Gal (GTKO). המודל משלב בחירת נמענים אופטימלית, טכניקות אנסטומוזה של כלי דם ואסטרטגיות ניהול פרי-ניתוחי. הוא מתאים להערכת חומרים מדכאי חיסון חדשים ומספק פלטפורמה נוחה לקידום השתלות לב.
עבודה זו מומנה על ידי פרויקט מפתח ביוטכנולוגיה של תוכנית המו"פ הלאומית של משרד המדע והטכנולוגיה של סין (2023YFC3404300; לג'יאנגפינג סונג) ופרויקט מיוחד של משרד המדע והטכנולוגיה של סין בתמיכת מעבדת המפתח הממלכתית למחלות לב וכלי דם, בית החולים פוואי, האקדמיה הסינית למדעי הרפואה (2024GZZD-03; לג'יאנגפינג סונג).
| 1-0 תפר משי | סוז'ואו ג'יאשנג | A8886 | |
| מהדק חסימה באאורטה באורך 10 מעלות | סינווויו-מד | CP40431-19 | |
| תפר אנטיבקטריאלי 3-0 (פוליגלקטין 910) | אתיקון | VCP442 | |
| מהדק סתימה באאורטה באורך 45 מעלות | סינווויו-מד | CP40044-18 | |
| רטרקטור סטרנלי בוגר (גודל גדול) | סינווויו-מד | GR04136-00 | |
| רטרקטור סטרנלי בוגר (בגודל בינוני) | סינווויו-מד | GR04130-00 | |
| מלקחיים א-טראומטיים | סינווויו-מד | GF04021-25 | |
| מלקחיים א-טראומטיים | סינווויו-מד | GF04016-25 | |
| מלקחיים מיקרו מסוג עט עם ידית מאוזנת | סינווויו-מד | FC12010-21 | |
| בלזר UW פתרון אחסון קר | ברידג' לחיים בע"מ | 1000 מ"ל לשקית | |
| מספריים חדים במיוחד עם ידית שחורה | סינווויו-מד | SC35101-23UC | |
| ברטשניידר פתרון אחסון HTK | קוהלר פארמה (בייג'ינג) בע"מ. | 1000 מ"ל לשקית | |
| מלקחיים מעוקלים | סינווויו-מד | GC01002-12 | |
| מלקחיים מעוקלים | סינווויו-מד | GC01002-16 | |
| קטטר פרפוזיה חד-פעמי לאאורטה | מכון המחקר לפלסטיק בטיאנג'ין | DG Adult 155 | |
| מסור סטרנום חשמלי | סינווויו-מד | HF-X01 | |
| מלקחיים דקים עם ניתוח עדין | סינווויו-מד | GC01090-20 | |
| מספריים חדים עם ידית זהב | סינווויו-מד | SC35001-23SC | |
| חזירי מיניאטורות במה GTKO | Clonorgan Biotechnology Co., Ltd | / | |
| מחזיק מחט כבד מסוג עט | סינווויו-מד | NH10400-23 | |
| דלי קרח | סינווויו-מד | GQ13018-00D | |
| איזופלוראן | לונאן פארמה | - | |
| איזופרוטרנול | הרוויסט פארמה-ארים | - | |
| מהדקי אאורטה של קיי למברט | סינווויו-מד | CP40411-20 | |
| תמיסת רינגר לקטטייד | קלון פארמה | - | |
| אגן גדול | סינווויו-מד | GQ13033-00D | |
| מקאקים | בייג'ינג פרימה ביוטכנולוגיה בע"מ | / | |
| אינטובציה רפואית של קנה הנשימה | Covidien | 9345E-4.5 | |
| אגן בינוני | סינווויו-מד | GQ13032-00D | |
| מפעיל עצבים וגידים | סינווויו-מד | GR04061-24 | |
| רטרקטור עצבי | סינווויו-מד | GR02403-18B | |
| מנגנון סטרנל ילדים | סינווויו-מד | GR04114-00 | |
| מחזיק מחט מיקרו מסוג עט | סינווויו-מד | NH11300-21 | |
| מהדק זווית ישרה | סינווויו-מד | GC01110-14 | |
| מהדק זווית ישרה | סינווויו-מד | GC01089-18 | |
| קטטר גומי סיליקה | Create Medic | 10 Fr/3 מ"ל | |
| אגן קטן | סינווויו-מד | GQ13037-00D | |
| מלקחיים ישרים | סינווויו-מד | GC01001-12 | |
| מלקחיים ישרים | סינווויו-מד | GC01001-16 | |
| Suture 5.0 Prolene BB | אתיקון | 9702H | |
| תפר 5-0 פרולין BB | אתיקון | - | |
| תפר פרולין בלום 4-0 SH 36 | אתיקון | 9706H | |
| תפר פרולין בלום 4-0 SH 36 | אתיקון | - | |
| תפרים 2.0 פרולן בלו M SH | אתיקון | 8522H | |
| תפרים 2-0 פרולן בלו M SH | אתיקון | - | |
| תפרים BB 4.0 פרולין | אתיקון | 82204H | |
| תפרים BB 4-0 פרולין | אתיקון | - | |
| מחזיק מחט לידית טבעת קרביד טונגסטן | סינווויו-מד | GN01013-22K | |
| מחזיק מחט לידית טבעת קרביד טונגסטן | סינווויו-מד | GN01010-22K |