Qui, presentiamo un protocollo di valutazione di un cuore impiantato eterotopicamente dopo la conservazione ex situ normotermica nel modello di ratto.
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Articolo metodologico
Modello di ratto del trapianto di cuore eterotopico perfuso ex-situ normothermic
* These authors contributed equally
In questo articolo
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Sommario
Abstract
Il trapianto di cuore è la terapia più efficace per l'insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Nonostante i miglioramenti negli approcci terapeutici e negli interventi, il numero di pazienti con insufficienza cardiaca in attesa di trapianto è ancora in aumento. La tecnica di conservazione normotermica ex situ è stata stabilita come metodo comparabile alla tecnica convenzionale di conservazione statica a freddo. Il vantaggio principale di questa tecnica è che i cuori dei donatori possono essere conservati fino a 12 ore in condizioni fisiologiche. Inoltre, questa tecnica consente la rianimazione dei cuori dei donatori dopo la morte circolatoria e applica gli interventi farmacologici necessari per migliorare la funzione del donatore dopo l'impianto. Sono stati stabiliti numerosi modelli animali per migliorare le tecniche di conservazione ex situ normotermica ed eliminare le complicazioni legate alla conservazione. Sebbene i modelli animali di grandi dimensioni siano facili da gestire rispetto ai modelli di piccoli animali, è costoso e impegnativo. Presentiamo un modello di ratto di preservazione del cuore del donatore normotermico ex situ seguito da trapianto addominale eterotopico. Questo modello è relativamente economico e può essere realizzato da un singolo sperimentatore.
Introduzione
Il trapianto di cuore rimane l'unica terapia praticabile per l'insufficienza cardiaca refrattaria 1,2,3,4. Nonostante un costante aumento del numero di pazienti che necessitano di trapianto di cuore, non è stato osservato un aumento proporzionale della disponibilità di organi donatori5. Per affrontare questo problema, sono stati sviluppati nuovi approcci per preservare i cuori dei donatori con l'obiettivo di migliorare le sfide e aumentare la disponibilità dei donatori 6,7,8,9.
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Protocollo
Il comitato etico del Centro di ricerca sugli animali da laboratorio dell'ospedale universitario nazionale di Chonnam (approvazione n. CNU IACUC - H - 2022-36) ha approvato tutti gli esperimenti sugli animali. I ratti maschi di Sprague-Dawley (350-450 g), utilizzati in questo studio, hanno ricevuto cure in conformità con le linee guida per la cura e l'uso degli animali da laboratorio. I ratti sono stati alloggiati in stanze a temperatura controllata con un ciclo luce-buio di 12 ore, con cibo e acqua standard disponibili.
1. Preparazione
NOTA: un singolo sperimentatore può condurre tutte le procedur....
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Risultati
La Figura 1 illustra il disegno sperimentale utilizzato in un modello animale di piccole dimensioni. La figura 2 mostra l'apparato di perfusione Langendorff modificato, che include un piccolo ossigenatore animale. L'ordine di anastomosi per l'impianto addominale eterotopico è presentato in Figura 3.
La figura 4 mostra i parametri utilizzati per valutare la vitalità del cuore .......
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Discussione
Il nostro obiettivo nello stabilire questo modello era quello di replicare il trapianto di cuore umano normotermico. I modelli non espulsivi sono la tecnica comunemente preferita per preservare il cuore del donatore in un ambiente ex situ 16. Mentre i modelli di espulsione offrono molti vantaggi nella valutazione della funzione cardiaca durante la perfusione ex situ 17, non sono adatti per i modelli di trapianto eterotopico. Nel trapianto eterotopico, il c.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione B2021-0991 del Chonnam National University Hospital Biomedical Research Institute e NRF-2020R1F1A1073921 dalla National Research Foundation of Korea
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Sistema di evacuazione attiva AES | Smiths medical | PC-6769-51A | Utilizza CO2 e isoflurano in eccesso |
| Macchina per anestesia | Smiths medical | PC-8801-01A | Mescola isoflurano e ossiegn e fornisce al monitor paziente animale |
| B20 | Sistemi medici GE | B20 | per osservare la pressione aortica media e la temperatura Sistema |
| monitoraggio omeoretermico | Apparecchio Harvard | 55-7020 | Per monitorare e mantenere la temperatura dell'animale |
| Ossigenatore per ratti Micro-1 | Strumenti medici Dongguan Kewei | Micro-MO | Per lo scambio di gas nel circuito langendorff |
| Introduttore per micropuntura Set | COOK medical | G48007 | per la somministrazione di soluzione cardioplegica all'arco attraverso l'aorta addominale |
| Microscopio | Amscope MU1403 | Per lo zoom chirurgico campo (Ricevente) | |
| Lente chirurgica | SurgiTel | L2S09 | Per lo zoom del campo chirurgico (Donatore) |
| Pompa a siringa | AMP tutti | SP-8800 | Per erogare la soluzione cardioplegica |
| Sensore di flusso transonico | Transonic | ME3PXL-M5 | Sensore di flusso del circuito di perfusione |
| Modulo di flusso transonico del tubo Transonic | di acquisizione del flusso | Transonic | TS410 |
| Watson - Pompe Marlow | Harvard apparecchio | 010.6131.DAO | Pompa peristaltica utilizzata per il ricircolo perfusato |
| WBC-1510A | JEIO TECH | Bagno di riscaldamento | |
| Sprague-Dawley ratti | Samtako Bio Korea Co., Ltd., Osan City Korea | ||
| Medications | |||
| BioHAnce Gel Eye Drops | SENTRIX Cura | unguenti umidi per gli occhi | |
| Cefazolin | JW farmaceutico | Per profilassi | |
| Custodiol | DR, FRANZ KOHLER CHEMIE GMBH | Per il prelievo di cuore | |
| Diclofenac | Myungmoon Pharm. Co. Ltd | Per il controllo del dolore | |
| Eparina | JW farmaceutica | Anticoagulante | |
| Insulina | JW terapia ormonale farmaceutica | ||
| Soluzione salina | JW farmaceutico | Per la terapia di idratazione |
Riferimenti
- Langmuur, S. J. J., et al. Normothermic ex-situ heart perfusion with the organ care system for cardiac transplantation: A meta-analysis. Transplantation. 106 (9), 1745-1753 (2022).
- Ardehali, A., et al.
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Ristampe e permessi
Errata corrige
Formal Correction: Erratum: Rat Model of Normothermic Ex-Situ Perfused Heterotopic Heart Transplantation
Posted by JoVE Editors on 8/28/2023. Citeable Link.
An erratum was issued for: Rat Model of Normothermic Ex-Situ Perfused Heterotopic Heart Transplantation. The Protocol section was updated.
Section 4 of the Protocol was updated from:
4. Implantation
- Preparation of recipient
- Begin the recipient preparation 30 min before the cessation of ex situ perfusion.
- Anesthetize the recipient animal using the same method as mentioned in step 2.2.
- Place the rat in a supine position on the heating pad and insert the temperature probe into the rectum to maintain the body temperature at 37 °C.
- Apply eye lubricant, shave the pubic to the epigastric area, and cleanse the area with an iodine-based scrub and 70% alcohol.
- Medications
- Inject 2 mL of warm saline subcutaneously to compensate for the fluid lost during the surgery. Inject 200 IU of heparin subcutaneously.
- Administer antibiotic prophylaxis by injecting 10 mg/kg cefazolin dissolved in 0.3 mL of saline subcutaneously or intramuscularly.
- Administer pain control by injecting 20 mg/kg of diclofenac subcutaneously.
- Perform the mid-line laparotomy and insert a retractor to widen the abdominal cavity. Mobilize the abdominal organs to the left side of the recipient using cotton swabs to make space for the procedure.
- Prevent dehydration by wrapping the abdominal organs with warm and wet gauze. Intermittingly spread warm saline with a 50 mL syringe during the surgery.
- Utilizing a surgical microscope with a 10x magnification, mobilize the duodenum and proximal jejunum by blunt dissection with cotton swabs to expose the Abd. A. and IVC. Prepare the Abd. A and IVC for anastomosis and systematically implant the donor heart, in accordance with Figure 3 or previously documented methods15.
NOTE: Do not separate the Abd. A. and IVC.- Assuming vascular anastomosis to be placed infrarenal, prepare a sufficient portion of the aorta and IVC for clamping.
- Perform blunt preparation using cotton swabs or sharp-serrated forceps to remove the fats and fascia around the vessels.
- Place 5-0 silk ligatures to the mesenteric branches and both the cranial and caudal sides of the major vessels. Elevate the abdominal vessels and coagulate or ligate the lumbar branches with 5-0 silk sutures. Remember to spare the testicular arteries and veins and do not clamp them.
- Use ligatures to lift the vessels and position the micro-clamps to the mesenteric branches, caudal, and cranial sides of the major vessels to stop the blood flow at the anastomosis site. Be sure to switch off the heating pad before placing the clamps, as excess heating can exacerbate limb ischemia.
- Puncture the aorta using a 27 G needle and elongate the incision with micro scissors to a length equal to or slightly larger than the opening of the donor ascending aorta (Asc. A), which is approximately 5 mm.
- Make a longitudinal incision on the IVC in the same way as the aortotomy, but make it 3 mm closer to the caudal side compared to the aorta incision.
- Starting the anastomoses, placed the donor heart on the right side of the recipient's abdomen and attach the donor Asc. A to the recipient's Abd. A with one simple interrupted stitch (9-0 polypropylene) at the cranial corner of the longitudinal incision.
- Move the heart to the left side of the recipient abdomen and perform anastomosis of the donor's Asc. A with the recipient's Abd. A using a running 9-0 polypropylene suture.
- Fixate the donor pulmonary artery to the IVC with two interrupted sutures (9-0 polypropylene) at the caudal and cranial corners of the longitudinal incision.
- Perform the first half of the venous anastomosis from the intraluminal side of the vessel and complete the second half from the extraluminal side of the vessel. Before tightening the knots, flush the field with saline to prevent air embolism.
- De-airing and de-clamping
- Remove the mesenteric vein clamp first after completing the anastomosis to allow the right side of the heart to fill with venous blood.
- Remove the air in the coronary circuit and Asc. A. by applying retrograde coronary perfusion for several seconds.
- Place a piece of gauze on both sides of the vessels and remove the caudal clamp and the cranial clamp.
- Apply gentle compression with cotton swabs for 1-2 min. After ensuring adequate hemostasis, remove the swabs and wash the anastomoses with warm saline.
NOTE: The heart should begin beating within the first minute of reperfusion. If the recipient rat's body temperature is below 35 °C, the heart rhythm will normalize after the temperature reaches 36 °C.
- Replace the abdominal organs in a meander-like manner and close the layers of the abdominal incision using continuous 5-0 polypropylene sutures.
to:
4. Implantation
- Preparation of recipient
- Begin the recipient preparation 30 min before the cessation of ex situ perfusion.
- Anesthetize the recipient animal using the same method as mentioned in step 2.2.
- Place the rat in a supine position on the heating pad and insert the temperature probe into the rectum to maintain the body temperature at 37 °C.
- Apply eye lubricant, shave the pubic to the epigastric area, and cleanse the area with an iodine-based scrub and 70% alcohol.
- Medications
- Inject 2 mL of warm saline subcutaneously to compensate for the fluid lost during the surgery. Inject 200 IU of heparin subcutaneously.
- Administer antibiotic prophylaxis by injecting 10 mg/kg cefazolin dissolved in 0.3 mL of saline subcutaneously or intramuscularly.
- Administer pain control by injecting 20 mg/kg of diclofenac subcutaneously.
- Perform the mid-line laparotomy and insert a retractor to widen the abdominal cavity. Mobilize the abdominal organs to the left side of the recipient using cotton swabs to make space for the procedure.
- Prevent dehydration by wrapping the abdominal organs with warm and wet gauze. Intermittingly spread warm saline with a 50 mL syringe during the surgery.
- Utilizing a surgical microscope with a 10x magnification, mobilize the duodenum and proximal jejunum by blunt dissection with cotton swabs to expose the Abd. A. and IVC. Prepare the Abd. A and IVC for anastomosis and systematically implant the donor heart, in accordance with Figure 3 or previously documented methods15.
NOTE: Do not separate the Abd. A. and IVC.- Assuming vascular anastomosis to be placed infrarenal, prepare a sufficient portion of the aorta and IVC for clamping.
- Perform blunt preparation using cotton swabs or sharp-serrated forceps to remove the fats and fascia around the vessels.
- Place 5-0 silk ligatures to the mesenteric branches and both the cranial and caudal sides of the major vessels. Elevate the abdominal vessels and coagulate or ligate the lumbar branches with 5-0 silk sutures. Remember to spare the testicular arteries and veins and do not clamp them.
- Use ligatures to lift the vessels and position the micro-clamps to the mesenteric branches, caudal, and cranial sides of the major vessels to stop the blood flow at the anastomosis site. Switch off the heating pad before placing the clamps, as excess heating can exacerbate limb ischemia. Ensure to switch on the heating pad after de-clamping the vessels to avoid hypothermia.
- Puncture the aorta using a 27 G needle and elongate the incision with micro scissors to a length equal to or slightly larger than the opening of the donor ascending aorta (Asc. A), which is approximately 5 mm.
- Make a longitudinal incision on the IVC in the same way as the aortotomy, but make it 3 mm closer to the caudal side compared to the aorta incision.
- Starting the anastomoses, placed the donor heart on the right side of the recipient's abdomen and attach the donor Asc. A to the recipient's Abd. A with one simple interrupted stitch (9-0 polypropylene) at the cranial corner of the longitudinal incision.
- Move the heart to the left side of the recipient abdomen and perform anastomosis of the donor's Asc. A with the recipient's Abd. A using a running 9-0 polypropylene suture.
- Fixate the donor pulmonary artery to the IVC with two interrupted sutures (9-0 polypropylene) at the caudal and cranial corners of the longitudinal incision.
- Perform the first half of the venous anastomosis from the intraluminal side of the vessel and complete the second half from the extraluminal side of the vessel. Before tightening the knots, flush the field with saline to prevent air embolism.
- De-airing and de-clamping
- Remove the mesenteric vein clamp first after completing the anastomosis to allow the right side of the heart to fill with venous blood.
- Remove the air in the coronary circuit and Asc. A. by applying retrograde coronary perfusion for several seconds.
- Place a piece of gauze on both sides of the vessels and remove the caudal clamp and the cranial clamp.
- Apply gentle compression with cotton swabs for 1-2 min. After ensuring adequate hemostasis, remove the swabs and wash the anastomoses with warm saline.
NOTE: The heart should begin beating within the first minute of reperfusion. If the recipient rat's body temperature is below 35 °C, the heart rhythm will normalize after the temperature reaches 36 °C.
- Replace the abdominal organs in a meander-like manner and close the layers of the abdominal incision using continuous 5-0 polypropylene sutures.
- After the surgery, place the anesthetized animal on a clean area over a heating pad until the body temperature reaches 37°C.
NOTE: Do not initiate the postoperative examinations till the body temperature reaches 37°C. Maintain anesthesia at 2-2.5% isoflurane until the end of the experiments. - Monitor ECG of the transplanted donor heart for 3 h. Then, excise the heart under deep anesthesia for histological studies.
NOTE: Confirm anesthesia depth via lack of pedal reflex before excising the heart. The surgical procedure and the ECG monitoring take less than 6 h. Diclofenac, administered perioperatively (step 4.2.3.), enables pain management for the entire duration of this procedure. The analgesia regimen can be adjusted per the institutional animal use guidelines.
