Il presente protocollo descrive una tecnica di cuffia per un modello di trapianto di polmone sinistro di topo. Questa tecnica è stata sviluppata nel corso di diversi anni e ha funzionato bene, servendo efficacemente nella ricerca immunologica.
Articolo metodologico
Il presente protocollo descrive una tecnica di cuffia per un modello di trapianto di polmone sinistro di topo. Questa tecnica è stata sviluppata nel corso di diversi anni e ha funzionato bene, servendo efficacemente nella ricerca immunologica.
Nell'ultimo decennio, il nostro laboratorio ha compiuto progressi significativi nello sviluppo e nel perfezionamento di modelli di trapianto di polmone di topo vascolarizzato utilizzando una "tecnica di mantello" di trapianto efficiente e altamente affidabile. Questo articolo descrive un metodo sofisticato e completo per il trapianto di polmone ortotopico in un modello di polmone ortotopico vascolarizzato, che rappresenta il modello di trapianto di polmone di topo più fisiologico e clinicamente rilevante fino ad oggi. Il processo di trapianto consiste in due fasi distinte: il prelievo del donatore e il successivo impianto nel ricevente. Il metodo è stato padroneggiato con successo e, con diversi mesi di formazione sufficiente, un professionista esperto può eseguire la procedura in circa 90 minuti da pelle a pelle. Sorprendentemente, una volta che gli individui superano la curva di apprendimento iniziale, il tasso di sopravvivenza durante il periodo perioperatorio si avvicina quasi al 100%. Il modello murino consente l'uso di più ceppi transgenici e mutanti di topi disponibili in commercio, consentendo lo studio della tolleranza e del rigetto. Inoltre, le caratteristiche uniche di questo modello lo rendono uno strumento prezioso per lo studio della biologia e dell'immunologia dei tumori.
Sebbene esistano terapie sostitutive, come la dialisi e i dispositivi di assistenza ventricolare, per le persone con insufficienza renale e cardiaca, il trapianto di polmone rimane l'opzione terapeutica principale per i pazienti affetti da malattia polmonare allo stadio terminale. Questa procedura è l'unica scelta salvavita per le persone con diagnosi di fibrosi polmonare1. Inoltre, viene impiegato per prolungare la durata della vita di coloro che affrontano malattie polmonari ostruttive allo stadio terminale come l'enfisema, nonché di quelli con condizioni suppurative come la fibrosi cistica1.
Mentre i tassi di sopravvivenza a breve termine sono migliorati grazie a perfezionamenti tecnici, miglioramenti delle cure perioperatorie e progressi nell'immunosoppressione, gli esiti a lungo termine dopo il trapianto di polmone sono notevolmente inferiori a quelli di altri organi solidi. Il tasso di sopravvivenza globale a cinque anni, pari a solo il 50%, per i riceventi di trapianto polmonare è molto più basso rispetto a quello di coloro che ricevono allotrapianti di cuore, rene o fegato1. Il nostro team e altri hanno sospettato che la ragione di tale discrepanza sia la mancanza di modelli biologici clinicamente rilevanti per comprendere appieno i percorsi che portano al rigetto e/o alla tolleranza dell'allotrapianto polmonare, poiché la manipolazione sperimentale di modelli murini fisiologicamente rilevanti ha contribuito in modo significativo alla sopravvivenza a lungo termine di altri allotrapianti solidi o cellulari2.
Prima dello sviluppo del modello di trapianto di polmone ortotopico di topo, i ricercatori si sono affidati a modelli animali più grandi per i loro studi. Tuttavia, questi modelli più grandi avevano dei limiti, tra cui la mancanza di mutanti transgenici necessari per esplorare le questioni meccanicistiche3. Inoltre, gli studi sui ratti hanno avuto limitazioni simili4 e anche i modelli di trapianto tracheale eterotopico non vascolarizzato nei topi erano limitati alla loro utilità5. La ricerca ha dimostrato l'importanza di utilizzare modelli di trapianto vascolarizzati invece di quelli non vascolarizzati in vari sistemi di organi. Ad esempio, gli innesti non vascolarizzati di tessuto cardiaco neonatale inseriti nel padiglione auricolare dei topi riceventi mancano di interazione diretta con l'endotelio vascolare e il flusso sanguigno ricevente. Pertanto, sono limitati nella loro rilevanza rispetto agli innesti cardiaci umani vascolarizzati6. In modo simile, il modello di trapianto tracheale eterotopico, che manca di vascolarizzazione e aerazione, differisce significativamente dai trapianti di polmone umano, in particolare per i cambiamenti osservati nelle piccole vie aeree dopo il trapianto. Inoltre, la rapida insorgenza dell'occlusione fibrotica negli alloinnesti tracheali eterotopici non rispecchia le osservazioni nei polmoni umani o negli innesti polmonari vascolarizzati in animali più grandi o ratti7.
Nel nostro laboratorio di ricerca, la creazione del modello di trapianto ortotopico di polmone di topo è stata ispirata dal modello ortotopico di trapianto di singolo polmone stabilito nei ratti 8,9. A differenza degli esseri umani, topi e ratti possiedono un solo lobo nel polmone sinistro, che costituisce solo il venticinque per cento della massa polmonare totale. Questa caratteristica consente di eseguire con successo il trapianto di polmone sinistro in modelli murini senza richiedere il supporto circolatorio10,11. Nel corso del tempo, abbiamo introdotto modifiche tecniche al modello e, in questo contesto, vengono chiariti i passaggi chiave che migliorano la facilità di esecuzione della procedura.
Oltre alle sue implicazioni nella ricerca sull'immunobiologia dei trapianti, il modello di trapianto ortotopico di polmone di topo offre uno strumento robusto per esplorare il ruolo delle cellule stromali polmonari non ematopoietiche in vari processi patologici. Ciò si verifica perché un trapianto di singolo polmone singenico mutante porta a una sostituzione quasi completa delle cellule ematopoietiche con quelle derivate dal ricevente, mentre le cellule stromali non ematopoietiche continuano a provenire dal donatore. Di conseguenza, un "organo chimerico" può essere creato senza irradiazione dell'ospite o espressione polmonare specifica di un transgene12. Inoltre, il polmone nativo sul lato opposto può funzionare come un controllo interno all'interno dello stesso animale senza causare cambiamenti diffusi al sistema immunitario dell'ospite. Questo modello è molto promettente per l'avanzamento della ricerca nel trapianto di polmone e in altre vie patologiche che coinvolgono le cellule stromali polmonari.
Tutte le procedure relative agli animali sono state condotte in conformità e hanno ricevuto l'approvazione del Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali presso l'Università del Maryland, Baltimora. Si consiglia di utilizzare topi maschi, 8-12 settimane (20-25 g), BALB/c come donatori e topi C57BL/6 come riceventi. Gli animali sono stati ottenuti da una fonte commerciale (vedi Tabella dei materiali).
1. Preparazione delle polsini bronchiali e vascolari
Temporizzazione: 10 min (per tre polsini)
2. Procedura di donazione
Durata: 10-15 min
3. Procedura del destinatario
Durata: 50-60 min
4. Recupero degli animali
Tempo di percorrenza: 12 h
Sulla base dell'esperienza con questo modello negli ultimi 10 anni, gli individui con competenze microchirurgiche di base richiedono in genere una curva di apprendimento di circa 50 animali. Una volta raggiunta la competenza, le procedure del donatore durano in genere 15-30 minuti, mentre le procedure del ricevente durano circa 60 minuti. Dopo la curva di apprendimento iniziale, la mortalità perioperatoria tende ad essere molto bassa.
Nella Figura 4A, B, la morfologia polmonare sette giorni dopo l'attecchimento dei polmoni sinistri del donatore Balb/cJ nei riceventi C57/B6J mostra che i topi trattati con blocco co-stimolatorio hanno mostrato una morfologia normale e preservata. Al contrario, i topi non immunodepressi mostravano segni di rigetto.
Nelle Figure 4C, D, la colorazione H & E di topi trattati con blocco co-stimolatorio ha rivelato un'immunoreattività minima, suggerendo una tolleranza immunitaria. Al contrario, i topi non immunodepressi hanno mostrato un'infiltrazione linfocitaria prominente, indicativa di una risposta di rigetto.

Figura 1: Creazione del bracciale. Utilizzando la lama #11, i polsini vascolari e bronchiali (A) sono realizzati con una maniglia di estensione per facilitare il posizionamento. (B) Sono stati utilizzati cateteri da 18 G/20 G/24 G per bronchi/vena polmonare/arteria polmonare (da sinistra a destra). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Operazione del donatore. La procedura del donatore procede con l'iniezione di eparina attraverso la vena del pene (A), l'intubazione (B), la dissezione del diaframma (C) e una sternotomia della linea mediana (D). Il blocco polmonare asportato (E) è stato mantenuto umido con tamponi di guaze coperti (F). L'ilo viene sezionato a partire dall'arteria plumonaria donatrice (G), dalla vena polmonare (H). Il vaso è stato afferrato attraverso il lume della cuffia e poi piegato sulla cuffia esponendo la superficie endoteliale/epiteliale (I). Successivamente, è stato fissato con una sutura di nylon 10-0 attorno al bracciale (2 nodi) (J). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Operazione del destinatario. La procedura ricevente procede con l'intubazione endotracheale, la posizione di decubito laterale destro (A) e una toracotomia sinistra (B). Il polmone sinistro ricevente viene rilasciato dagli attacchi nell'ilo, nella vista anteriore (C) e l'arteria polmonare ricevente (D), la vena polmonare (E) e il bronco vengono sezionati. Il controllo prossimale dell'ilo ricevente si ottiene con una clip per aneurisma (F). L'arteria polmonare del donatore cuffiata viene inserita nell'arteria polmonare ricevente attraverso un'arteriotomia a forma di V 1/3 (G) e l'impugnatura della cuffia è controllata da una seconda clip per aneurisma per mantenere stabile la cuffia, quindi fissata con una fascetta di nylon 10-0 (2 nodi) (H). La 2aclip è stata rimossa e la stessa procedura è stata seguita per la vena polmonare (I) e il bronco (J). Laprima clip è stata rimossa per consentire al polmone di riperfondersi (K). il polmone viene gonfiato e poi riposizionato nel torace (L). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Morfologia e istologia del polmone trapiantato. Sette giorni dopo l'attecchimento dei polmoni sinistri del donatore Balb/cJ nei riceventi C57/B6J, i topi trattati con blocco co-stimolatorio hanno mostrato una morfologia normale (A) conservata. Al contrario, i topi trattati con non immunosoppressione mostravano segni di rigetto (B). La colorazione H & E dei topi trattati con blocco co-stimolatorio ha rivelato un'immunoreattività minima, suggerendo una tolleranza immunitaria (C). I topi trattati con non immunosoppressione hanno mostrato un'infiltrazione linfocitaria prominente, indicativa di una risposta di rigetto (D). Barre di scala: 100 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La tecnica della cuffia per il trapianto di polmone sinistro murino rappresenta un progresso significativo nella ricerca sui trapianti10,11. Le fasi critiche includono una dissezione precisa e meticolosa della struttura ilare e anastomosi sicure. Le modifiche possono essere apportate per soddisfare le esigenze sperimentali, ma è necessaria una curva di apprendimento. Il nostro gruppo ha modificato la posizione del topo ricevente da posteriore a anteriore, ottenendo una migliore visione dell'ilo piegando il topo ricevente, il che accorcia la curva di apprendimento.
Le limitazioni includono sfide con topi al di fuori dell'intervallo di peso specificato e la necessità di chirurghi qualificati con precedente esperienza in microchirurgia. Per mitigare il rischio di atelettasia del trapianto, si consiglia vivamente di attuare una pressione positiva di fine espirazione (PEEP) dopo l'attecchimento e di garantire la somministrazione appropriata di analgesici. Per la prevenzione delle lacerazioni venose, si consiglia di utilizzare un bracciale di dimensioni inferiori (22 g). Inoltre, per evitare la torsione arteriosa, si consiglia di ridurre al minimo il movimento dell'innesto dopo la preparazione e di prestare la massima attenzione durante la regolazione dell'orientamento del polmone del donatore durante la procedura di anastomosi.
Nonostante le limitazioni, l'approccio vascolarizzato del metodo supera i modelli non vascolarizzati e fornisce una migliore rilevanza fisiologica. Supera anche le carenze dei modelli tracheali eterotopici7, rendendolo un modello ideale per lo studio dell'immunobiologia dei trapianti e dei processi patologici. La funzione trasformativa del modello consente la graduale sostituzione delle cellule ematopoietiche del donatore con cellule ospiti, facilitando la ricerca su malattie e neoplasie12. Inoltre, offre approfondimenti sui contributi delle cellule stromali polmonari, essenziali per comprendere la fisiopatologia polmonare e le terapie mirate.
Nel complesso, la tecnica della cuffia è promettente per far progredire la ricerca nella biologia dei trapianti, nelle malattie polmonari e nell'immunologia, con potenziali applicazioni in diversi campi. I ricercatori dovrebbero essere consapevoli della sua curva di apprendimento e della sua adattabilità a specifiche esigenze di ricerca. Il nostro obiettivo è quello di migliorare l'efficienza e il successo della procedura apportando modifiche pratiche, come il riposizionamento dell'animale dopo la toracotomia per una migliore visione chirurgica. Sebbene la tecnica di base rimanga la stessa, questi miglioramenti possono facilitare significativamente il processo, soprattutto per l'anastomosi polmonare tempestiva in contesti sperimentali. Questo articolo fornisce preziosi consigli per migliorare le prestazioni tecniche sul campo.
Gli autori non hanno nulla da rivelare rilevante sull'argomento di questo manoscritto.
ASK, AEG e DK sono supportati da P01 AI116501. ASK e EJ sono ulteriormente supportati da R01AI145108-01, R01HL166402. ASK è supportato da I01 BX002299-05. AEG e DK sono ulteriormente supportati da RO1HL09601. CL è supportato da R01 HL128492. Questo lavoro è parzialmente supportato da Chuck e Mary Meyers e Richard e Eibhlin Henggeler.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 10-0 sutura in nylon | Surgical Specialties Corporation, Reading PA | AK-0106 | |
| 2 pinze Dumont #5 | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 11251-20 | |
| 2 Halsted-Mosquito clamp punta curva | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91309-12 | |
| 6-0 sutura di seta intrecciata | Henry Schein Inc., Melville, NY, | 100-5597 | |
| 6-0 Sutura in polidiossanone PDS II e | Ethicon Inc., Somerville, NJ. | Z117H | |
| 70% etanolo | Pharmco Products Inc., Brookfield, CT | 111000140 | |
| Adson pinze | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91127-12 | |
| Balb/c topi | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000651 | 8– 12 settimane; Maschio |
| coagulatore bipolare | Valleylab Inc., Boulder, CO | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| C57BL/6 topi | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000664 | 8– 12 settimane; Maschio |
| Clorexidina chiara | Hibiclens, Mö lnlycke Health Care US, LLC, Norcross, GA | 57591 | |
| Elettrocauterizzazione | Bovie | ||
| Forbici a molla in stile vannas fine | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15000-03 | |
| Porta ago Halsey | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91201-13 | |
| Apparecchio Harvard Ventilatore per topo VentElite | Harvard Apparatus, Holliston, MA | 55-7040 | impostazioni 3L O2/minuto, frequenza respiratoria 130 bpm, volume corrente 0,4 cc |
| Soluzione di eparina | Abraxis Pharmaceutical Products, Schaumburg, IL | 504031 | 100 U/mL |
| soluzione salina normale per iniezione | Hospira Inc., Lake Forest, IL | NDC 0409-4888-20 | |
| Ketamina | VetOne, Boise, ID | 501072 | 50 mg/kg |
| König Mixter Micro pinza pediatrica Ganasce ad angolo retto | Medline, Northfield, IL, | MDS1247714 | Extra fine, lunghezza totale 5 1/2" (14cm) |
| Medline Cautery ad alta temperatura, con punta fine Leica | Microsystems, Inc., Allendale, NJ | 10 450 290 | |
| Microscopio Leica M80 F12 Supporto da pavimento | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15396-00 | |
| Forbici a molla extra fini Moria | Parkland Scientific, Coral Springs, FL | V3000i | |
| Ohio Vaporizzatore di isoflurano | Vitrolife Inc., Englewood, CO, | 19001 | |
| Perfadex soluzione di glucosio destrano a basso contenuto di potassio | Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ | 353025 | soluzione di conservazione dell'elettrolita |
| petridish di polistirene | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 00632-11 e 00649-11 | 150 &volte; 25 mm e 60 &volte; 25 mm |
| S& T SuperGrip Pinze punta diritta e angolata | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 18200-20 | |
| Sistema di retrazione per piccoli animali | Puritan Medical Company LLC, Guilford, Maine | 823-WC | mini cotone affusolato con punta da 3 pollici applicatori |
| sterili cotton fioc | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | ||
| Catetere IV SROX2419Z Surflo etfe, giallo, 24 G x 0,75" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX1851Z | |
| Catetere IV Surflo etfe; Verde, 18 G x 2" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2032Z | |
| Catetere IV Surflo etfe; Rosa, 20 g x 1,25" | Thermocare, Inc., Incline Village, NV | ||
| Sistema di terapia intensiva per piccoli animali ThermoCare, | fornitura veterinaria dalla A alla Z, Dresda, TN | 008679 | 10 mg/kg |
| di xilazina | Aesculap, Inc., Valle del centro, PA, | FT480T | |
| Yasargil Clip Applier | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT264T | |
| Yasargil Clip per aneurisma temporaneo | Medline, Northfield, IL, |
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