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
it_IT
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Questo studio presenta un modello preclinico di xenotrapianto di cuore addominale eterotopico utilizzando suini e macachi α-Gal knockout (GTKO). Il modello incorpora la selezione ottimizzata dei riceventi, le tecniche di anastomosi vascolare e le strategie di gestione perioperatoria. È adatto per la valutazione di nuovi agenti immunosoppressori e fornisce una comoda piattaforma per far progredire lo xenotrapianto di cuore.
Sebbene siano stati compiuti progressi significativi nello xenotrapianto di cuore, sfide come la corrispondenza donatore-ricevente, il rigetto mediato da anticorpi, la disfunzione primaria del trapianto e la trombosi postoperatoria rimangono irrisolte. Rispetto al trapianto ortotopico, il trapianto eterotopico di cuore addominale offre una procedura tecnicamente più semplice e consente al ricevente di sopravvivere indipendentemente dalla funzione del trapianto, rendendolo particolarmente adatto per lo studio del rigetto immunitario xenogenico. Nei paesi in cui l'uso di babbuini come animali da esperimento è vietato, i macachi rappresentano l'alternativa più appropriata per studiare il rigetto immunitario nello xenotrapianto di cuore. Tuttavia, le dimensioni corporee più piccole dei macachi presentano maggiori sfide nella selezione dei donatori e nelle tecniche chirurgiche. Questo studio ha stabilito un modello eterotopico di xenotrapianto di cuore addominale utilizzando suini e macachi knockout α-Gal (GTKO), incorporando l'ottimizzazione sistematica della selezione del ricevente, le tecniche di anastomosi vascolare, le procedure intraoperatorie e la gestione perioperatoria. Il presente modello consente biopsie ripetute del trapianto, fornendo una piattaforma preziosa per valutare nuove strategie immunosoppressive e studiare i meccanismi del rigetto xenogenico.
Lo xenotrapianto di cuore offre nuove speranze per i pazienti con insufficienza cardiaca allo stadio terminale che necessitano di un trapianto ma non sono in grado di ricevere un organo da donatore adatto a causa della carenza di donatori. Negli studi di valutazione preclinica, lo xenotrapianto di cuore di supporto vitale ha raggiunto durate di sopravvivenza fino a nove mesi, soddisfacendo i criteri di efficacia richiesti per l'avvio degli studi clinici sull'uomo1. Sulla base di questi risultati, la Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti ha approvato l'uso dell'accesso esteso per due casi clinici di xenotrapianto cardiaco utilizzando cuori di donatori geneticamente modificati. Sebbene questi casi clinici abbiano dimostrato la fattibilità dello xenotrapianto cardiaco, sono emerse diverse sfide irrisolte, tra cui l'ipertrofia cardiaca anomala e il rigetto mediato da anticorpi 2,3,4,5. Pertanto, sono necessari ulteriori studi preclinici su modelli animali di grandi dimensioni in condizioni di buona pratica di laboratorio per fornire ulteriori dati e sviluppare nuovi regimi immunosoppressivi per garantire la sicurezza dei futuri studi clinici sull'uomo.
La sopravvivenza a lungo termine degli xenotrapianti cardiaci ortotopici non è limitata solo dal rigetto, ma anche dalla disfunzione primaria del trapianto. È stato riportato che l'incidenza complessiva della disfunzione primaria varia da circa il 40% al 60% in diversi gruppi di ricerca 4,6,7. A causa dell'elevata suscettibilità dei cuori dei donatori suini al danno ischemico, alcuni gruppi hanno sviluppato dispositivi di perfusione ipotermica per ridurre l'incidenza della disfunzione primaria del trapianto. Tuttavia, l'ipertrofia cardiaca postoperatoria rimane difficile da controllare. Anche con i suini donatori knockout per il recettore dell'ormone della crescita (GHR), la funzione cardiaca può essere compromessa dall'assenza di GHR, limitando così la vitalità a lungo termine del trapianto 2,3. In questo contesto, lo xenotrapianto di cuore eterotopico presenta diversi vantaggi: evita un eccessivo precarico e postcarico, semplifica la procedura chirurgica e riduce il tempo ischemico totale 8,9. Questo modello riflette meglio il danno del trapianto guidato dal rigetto xenogenico e, a differenza del trapianto ortotopico, lo xenotrapianto di cuore eterotopico consente la sopravvivenza a lungo termine del trapianto, laparotomie ripetute per biopsie in vivo e l'osservazione prolungata dell'attivazione immunitaria e della funzione dinamica delle cellule immunitarie. Serve come modello prezioso per studiare i meccanismi di rigetto immunitario xenogenico e per valutare l'efficacia e la sicurezza di nuove strategie immunosoppressive10,11.
Tuttavia, la maggior parte dei modelli di xenotrapianto di cuore eterotopico addominale ha utilizzato babbuini come riceventi, ma l'approvvigionamento di babbuini come animali da esperimento rimane impegnativo in molti paesi. Al contrario, i macachi sono i primati non umani più utilizzati e hanno un'elevata omologia filogenetica con gli esseri umani12, il che li rende un'alternativa pratica per la ricerca sugli xenotrapianti. Tuttavia, le loro dimensioni corporee significativamente più piccole rispetto ai babbuini richiedono specifici adattamenti del protocollo chirurgico per adattarsi alle loro distinte dimensioni anatomiche.
Questo studio presenta un protocollo passo-passo per lo xenotrapianto di cuore eterotopico da maiale GTKO a macaco. L'uso di suini knockout α-Gal (GTKO) ha principalmente lo scopo di prevenire il rigetto iperacuto, che altrimenti porterebbe al fallimento del trapianto entro pochi minuti dallo xenotrapianto di cuore. È strutturato come segue: (1) principi di corrispondenza tra suini donatori e macachi riceventi; (2) ottimizzazione della procedura chirurgica per lo xenotrapianto di cuore eterotopico; e (3) gestione perioperatoria. Questo studio mira a diffondere queste tecniche di trapianto per facilitare la comparabilità tra i team di ricerca e migliorare la riproducibilità e la rilevanza traslazionale degli studi di xenotrapianto cardiaco.
Questo studio è stato approvato dal Comitato etico animale dell'ospedale Fuwai (FWAEC-JL-010-1/0-2020). Per ridurre al minimo la compressione addominale, sono stati utilizzati macachi maschi del peso di >9 kg e di età compresa tra 10 e 15 anni e maiali nani maschi di Bama del peso di 5-6 kg (~60 giorni di età). I macachi più grandi hanno avuto la priorità per prevenire la compressione addominale da parte del cuore del donatore e per accogliere la crescita post-trapianto. I reagenti e le attrezzature utilizzate sono elencati nella Tabella dei Materiali.
1. Criteri di selezione del donatore e del ricevente
2. Preparazione preoperatoria
3. Chirurgia del ricevente (fase preimpianto)
4. Approvvigionamento del cuore del donatore
5. Impianto di cuore del donatore
6. Gestione postoperatoria e monitoraggio del trapianto
Sulla base delle fasi procedurali illustrate nella Figura 1, è stato stabilito con successo un modello di xenotrapianto cardiaco eterotopico riproducibile da maiale a macaco. Il processo chirurgico ha incluso una laparotomia della linea mediana nel macaco ricevente per accedere alla cavità addominale e una sternotomia mediana nel maiale donatore per l'approvvigionamento cardiaco. Dopo la pericardiotomia, il cuore del donatore è stato arrestato utilizzando la soluzione HTK e ulteriormente conservato con la soluzione UW in ipotermia topica. Le anastomosi vascolari sono state eseguite in modo end-to-side tra l'arteria polmonare del donatore e la vena cava inferiore del ricevente e tra l'aorta del donatore e l'aorta addominale del ricevente. La valutazione ecocardiografica postoperatoria ha confermato che il cuore del donatore ha ripreso l'attività contrattile con funzione sistolica e diastolica preservata, indicando il successo della riperfusione e la vitalità del trapianto. Questi risultati dimostrano la fattibilità tecnica del modello e il suo potenziale per il monitoraggio funzionale a lungo termine degli xenotrapianti nei primati non umani.

Figura 1: Trapianto di cuore eterotopico da maiale a macaco: fasi chirurgiche ed ecografia postoperatoria. (A) La cavità addominale del macaco è stata inserita attraverso una laparotomia della linea mediana con dissezione stratificata. (B) È stata eseguita una sternotomia mediana per accedere alla cavità toracica del donatore suino, seguita da pericardiotomia. (C) Una cannula di perfusione è stata inserita nella radice aortica del cuore del donatore. (D) A seguito di arresto cardiaco indotto dalla perfusione in soluzione di HTK, il cuore del donatore è stato raffreddato localmente con fanghiglia di ghiaccio salino. (E) È stata eseguita la successiva perfusione con la soluzione di conservazione dell'Università del Wisconsin (UW). (F) L'anastomosi end-to-side è stata creata tra l'arteria polmonare suina e la vena cava inferiore del ricevente. (G) L'anastomosi end-to-side è stata costruita tra l'aorta suina e l'aorta addominale del ricevente. (H) L'ecocardiografia postoperatoria è stata condotta per valutare la funzione sistolica e diastolica del cuore del donatore. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Immagini ecocardiografiche in serie temporali di M3. (A) Immagini ecocardiografiche dello xenotrapianto durante diastole e sistole al giorno postoperatorio (POD) 1. (B) Immagini ecocardiografiche dello xenotrapianto durante la diastole e la sistole al POD 3. (C) Immagini ecocardiografiche dello xenotrapianto durante diastole e sistole al POD 10. (D) Immagini ecocardiografiche dello xenotrapianto durante la diastole e la sistole al fallimento del trapianto. La linea rossa indica un aumento significativo dello spessore della parete ventricolare sinistra durante la diastole. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Rsperimento | Il momento dell'arresto cardiaco | Il tempo del battito cardiaco | Tempo ischemico totale |
| M1 | 09:59 | 11:44 | 45 minuti |
| M2 | 09:34 | 10:48 | 74 minuti |
| M3 | 09:49 | 10:46 | 57 minuti |
| M4 | 14:21 | 15:15 | 54 minuti |
Tabella 1: Tempo ischemico totale del cuore del donatore.
Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse.
Questo studio presenta un modello preclinico di xenotrapianto di cuore addominale eterotopico utilizzando suini e macachi α-Gal knockout (GTKO). Il modello incorpora la selezione ottimizzata dei riceventi, le tecniche di anastomosi vascolare e le strategie di gestione perioperatoria. È adatto per la valutazione di nuovi agenti immunosoppressori e fornisce una comoda piattaforma per far progredire lo xenotrapianto di cuore.
Questo lavoro è stato sponsorizzato dal Frontier Biotechnology Key Project del National Key R & S Program del Ministero della Scienza e della Tecnologia della Cina (2023YFC3404300; a Jiangping Song) e dal Progetto Speciale del Ministero della Scienza e della Tecnologia della Cina Supportato dallo State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences (2024GZZD-03; a Jiangping Song).
| Sutura di seta 1-0 | Suzhou Jiasheng | A8886 | |
| Pinza per l'occlusione aortica a 10 gradi | Sinoview-med | CP40431-19 | |
| Sutura antibatterica 3-0 (poliglatterina 910) | Ethicon | VCP442 | |
| Pinza per Occlusione Aortica a 45 Gradi | Sinoview-med | CP40044-18 | |
| Retrattore sternale adulto (di grandi dimensioni) | Sinoview-med | GR04136-00 | |
| Retrattore sternale adulto (di media dimensione) | Sinoview-med | GR04130-00 | |
| Pinze Atraumatiche | Sinoview-med | GF04021-25 | |
| Pinze Atraumatiche | Sinoview-med | GF04016-25 | |
| Pinze micro tipo penna a manico bilanciato | Sinoview-med | FC12010-21 | |
| Belzer UW Soluzione di Conservazione a Freddo | Bridge to Life Ltd. | 1000 ml/sacchetto | |
| Forbici ultra affilate con manico nero | Sinoview-med | SC35101-23UC | |
| Bretschneider Soluzione di Stoccaggio HTK | KOEHLER PHARMACEUTICALS (Pechino) Ltd. | 1000 ml/sacchetto | |
| Pinza curva | Sinoview-med | GC01002-12 | |
| Pinza curva | Sinoview-med | GC01002-16 | |
| Catetere usa e getta per perfusione aortica | Istituto di Ricerca sulle Materie Plastiche di Tianjin | DG Adulto 155 | |
| Sega elettrica per lo sterno | Sinoview-med | HF-X01 | |
| Pinze fine dissezionali | Sinoview-med | GC01090-20 | |
| Forbici Super Affilate con Manico d'Oro | Sinoview-med | SC35001-23SC | |
| Maialini miniatura GTKO Bama | Clonorgan Biotechnology Co., Ltd | / | |
| Portaago a penna resistente | Sinoview-med | NH10400-23 | |
| Secchio di ghiaccio | Sinoview-med | GQ13018-00D | |
| Isoflurano | Lunan Pharmaceutical | - | |
| Isoproterenolo | Harvest Pharmaceutical | - | |
| Pinze aortiche Kay Lambert | Sinoview-med | CP40411-20 | |
| Soluzione di Ringer lattata | Kelun Pharmaceutical | - | |
| Grande Bacino | Sinoview-med | GQ13033-00D | |
| Macachi | Beijing Prima Biotech Inc | / | |
| Intubazione tracheale medica | Covidien | 9345E-4.5 | |
| Bacino medio | Sinoview-med | GQ13032-00D | |
| Retrattore di nervi e tendini | Sinoview-med | GR04061-24 | |
| Retrattore nervoso | Sinoview-med | GR02403-18B | |
| Retrattore sternale pediatrico | Sinoview-med | GR04114-00 | |
| Portaago per micro ago a penna | Sinoview-med | NH11300-21 | |
| Pinza ad angolo retto | Sinoview-med | GC01110-14 | |
| Pinza ad angolo retto | Sinoview-med | GC01089-18 | |
| Catetere in gomma di silice | Crea Medico | 10 Fr/3 mL | |
| Bacinella | Sinoview-med | GQ13037-00D | |
| Pinze dritte | Sinoview-med | GC01001-12 | |
| Pinze dritte | Sinoview-med | GC01001-16 | |
| Sutura 5.0 Prolene BB | Ethicon | 9702H | |
| Sutura 5-0 Prolene BB | Ethicon | - | |
| Sutura Prolene Blum 4-0 SH 36 | Ethicon | 9706H | |
| Sutura Prolene Blum 4-0 SH 36 | Ethicon | - | |
| Suture 2.0 Prolene Blu M SH | Ethicon | 8522H | |
| Suture 2-0 Prolene Blu M SH | Ethicon | - | |
| Suture BB 4.0 Prolene | Ethicon | 82204H | |
| Suture BB 4-0 Prolene | Ethicon | - | |
| Portaago per l'anello in carburo di tungsteno | Sinoview-med | GN01013-22K | |
| Portaago per l'anello in carburo di tungsteno | Sinoview-med | GN01010-22K |