Sebbene il trapianto di cuore sia la modalità terapeutica più efficace per l'insufficienza cardiaca allo stadio terminale, meno del 50% dei potenziali donatori diventa un vero e proprio donatore di cuore. La causa principale del sottoutilizzo del cuore del donatore è il tempo ischemico massimo di 4 ore consentito durante l'arresto meccanico con conservazione a freddo, che limita la distribuzione geografica dei cuori a causa delle limitazioni del tempo di trasporto. È importante sottolineare che il tempo ischemico prolungato è un importante fattore di rischio per la disfunzione primaria del trapianto (PGD), quando la gittata cardiaca del donatore è insufficiente per la perfusione d'organo. La PGD è una sfida significativa che si verifica nel 10%-20% dei trapianti di cuore. Mentre il tasso di mortalità per trapianto di cuore a 1 mese è di circa l'8%, la PGD rappresenta il 39% di questi decessi.
Il recente uso clinico di dispositivi di perfusione normotermici ex situ disponibili in commercio ha prolungato il tempo "fuori dal corpo" dei cuori dei donatori riducendo al contempo il tempo di ischemia fredda. Questa tecnologia ha prodotto vantaggi significativi in termini di possibilità di abbinare i donatori ai riceventi su lunghe distanze geografiche. La perfusione ex situ ha anche facilitato l'uso di cuori di donatori "marginali" con caratteristiche come ipertrofia ventricolare, tempi ischemici più lunghi ed età del donatore più avanzata. In un recente studio clinico su un sistema di perfusione cardiaca ex vivo , i tassi di PGD grave del ventricolo sinistro (LV) o del ventricolo destro (RV) sono rimasti elevati al 10,7% per i cuori dei donatori deceduti in morte cerebrale (DBD) nonostante la perfusione cardiaca normotermica durante il trasporto degli organi all'ospedale ricevente1. Infatti, i tassi di PGD grave che richiedono supporto circolatorio meccanico sono ancora più elevati per i cuori dei donatori deceduti per morte cardiaca (DCD). Inoltre, per il trasporto è stata utilizzata la perfusione ipotermica continua del cuore del donatore con una soluzione di conservazione a freddo. Questi nuovi approcci si concentrano sulla perfusione in diverse condizioni: perfusione con sangue autologo o soluzione di conservazione, perfusione a temperature normotermiche (37 °C) o fredde (4-10 °C) e perfusione ex situ utilizzando un apparato di pompa o in vivo utilizzando la perfusione regionale normotermica (NRP). I vantaggi clinici precisi di alcuni approcci rispetto ad altri non sono chiaramente definiti, ma i modelli di ricerca consentiranno lo studio sistematico di ciascuna combinazione di approcci.
L'uso di modelli murini di valutazione cardiaca ha il vantaggio della disponibilità di un'ampia gamma di modelli di topi transgenici per lo studio dettagliato dei meccanismi molecolari della PGD e di altre condizioni che coinvolgono una compromissione della funzione cardiaca (ad esempio, infarto del miocardio). Li et al.2 descrivono un'elegante tecnica per il trapianto di cuori murini di donatori utilizzando una tecnica "cuffia" nella regione cervicale dei topi riceventi. Ciò comporta vantaggi significativi in termini di facilità tecnica delle prestazioni, accessibilità per la valutazione del trapianto e capacità di eseguire l'imaging intravitale a due fotoni (ad esempio, per il tracciamento dei leucociti). Noly et al.3 riportano anche l'uso di topi in studi ex situ sulla funzione cardiaca, con il vantaggio simile di accedere a un'ampia gamma di modelli transgenici. La perfusione ex situ con tampone di Krebs consente lo studio della biologia di conservazione delle cellule cardiache native senza risposte cellulari riceventi. Ciò consentirà ai ricercatori di esaminare ulteriormente la biologia di conservazione del cuore nativo senza infiltrare i leucociti, aggiungendo complessità all'evento di riperfusione. Inoltre, Noly et al.3 illustrano un metodo per valutare la funzione cardiaca sia del cuore sinistro che di quello destro utilizzando un piccolo palloncino in questo modello ex situ . Data la frequenza dell'insufficienza cardiaca destra isolata nel trapianto di cuore clinico, questa è una tecnica molto rilevante per valutare l'insufficienza del trapianto univentricolare rispetto a quella biventricolare.
La donazione di cuore DCD sta guadagnando slancio come un'importante fonte di cuori da donatore per il trapianto. Il modello di trapianto di cuore DCD di ratto presentato da Quader et al.4 fornisce un'importante piattaforma animale di medie dimensioni per lo studio dei cuori dei donatori di DCD e consente di testare una varietà di agenti che possono mitigare le lesioni cardiache durante la donazione di DCD. Il protocollo di donazione DCD dei roditori rispecchia quello delle procedure cliniche di approvvigionamento degli organi. I modelli di valutazione cardiaca dei roditori sono fondamentali per lo studio dei meccanismi molecolari e lo screening di terapie potenzialmente efficaci, e hanno il vantaggio della scala in termini di consentire l'uso di gruppi sperimentali relativamente grandi. Tuttavia, se le intuizioni ottenute dai roditori siano rilevanti per i pazienti umani è una preoccupazione valida. Pertanto, le piattaforme per animali di grandi dimensioni (compresi i cuori umani utilizzati per la ricerca) servono a convalidare le conoscenze acquisite da modelli di animali più piccoli. Khalil et al.5 descrivono un modello suino di NRP con cuori di maiale utilizzando l'ossigenazione extracorporea a membrana. Il loro gruppo evidenzia anche importanti differenze rispetto alle risposte cardiache umane per quanto riguarda l'aritmogenicità cardiaca. Questo sistema fornisce un mezzo per testare varie strategie farmacologiche e non farmacologiche per riabilitare i cuori DCD per il trapianto in questo contesto. Dang Van et al.6 aggiungono ulteriore sofisticazione alla valutazione emodinamica dei cuori di grandi animali incorporando anse pressione-volume utilizzando cateteri di conduttanza ed ecocardiografia di superficie. La NRP ha il netto vantaggio di consentire la valutazione dei cuori in condizioni di lavoro "caricate" rispetto alle configurazioni di Langendorff "non funzionanti" che utilizzano la perfusione convenzionale ex situ .
Oltre allo studio dei cuori interi, la funzione contrattile può essere valutata a livello di singola cellula, come illustrato da Lavey et al.7. L'accorciamento dei sarcomeri e i flussi di calcio possono essere misurati con grande precisione in singoli miociti. L'editing molecolare a livello cellulare può essere ottenuto in modo efficiente utilizzando varie tecniche di trasferimento genico (ad esempio, la trasfezione virale) e gli effetti possono essere valutati a livello cellulare. Si tratta di un importante strumento di screening per nuove terapie e per la comprensione dei meccanismi alla base della disfunzione cardiaca. Bermea et al.8 forniscono un metodo affidabile per studiare le componenti immunitarie e il loro ruolo nella mediazione del danno cardiaco. La capacità di catturare tutte le cellule immunitarie di interesse nel cuore è un prerequisito per sviluppare una comprensione accurata delle risposte immunitarie alle lesioni cardiache. Le tecniche descritte possono essere combinate con le suddette piattaforme cardiache ex situ e NRP per lo studio dell'immunità nella conservazione, lesione e riparazione cardiaca.
Questa raccolta di metodi raccoglie alcune delle tecniche all'avanguardia per la valutazione del danno cardiaco e della funzione. Sebbene molti dei modelli siano progettati per lo studio della PGD in seguito alla conservazione cardiaca, questa raccolta rimane rilevante per lo studio della funzione cardiaca in altri contesti (ad esempio, ischemia calda globale o regionale, cardiomiopatie genetiche). Siamo ottimisti sul fatto che questi strumenti di ricerca miglioreranno la comprensione della PGD e faciliteranno la scoperta di nuove terapie per preservare la funzione cardiaca dopo una lesione.