ラットにおける修正異所性腹部心臓移植と新規大動脈閉鎖不全症モデル

サマリー

この研究は、初心者が学び、実行できるラットでの再現可能な異所性腹部心臓移植技術を示しています。さらに、ラットの新しい大動脈弁閉鎖不全症モデルは、異所性腹部心臓移植を行い、採取後にガイドワイヤーを使用してドナーの大動脈弁を損傷することによって生成されます。

要約

過去50年間、多くの研究者がマウスとラットの異所性腹部心臓移植を報告しており、外科的手法にはいくつかのバリエーションがあります。心筋保護を強化するために移植手順を変更すると、ドナーの心機能を維持しながら虚血時間を延長する可能性があります。このテクニックの要点は次のとおりです:ドナーの心臓を降ろすために収穫する前にドナーの腹部大動脈を横断します。ドナーの冠状動脈に冷たい心臓麻痺溶液を灌流する。吻合処置中のドナーの心臓の局所冷却。その結果、この手順は許容可能な虚血時間を延長するので、初心者はそれを容易に実行し、高い成功率を達成することができる。

さらに、右頸動脈からカテーテルを挿入し、継続的な心エコー誘導下でネイティブ大動脈弁を穿刺することによって作成された既存の手法とは異なる手法を用いて、新しい大動脈閉鎖不全症(AR)モデルを確立しました。新しいARモデルを使用して、異所性腹部心臓移植が行われました。プロトコルでは、ドナーの心臓が採取された後、硬いガイドワイヤーがドナーの腕頭動脈に挿入され、大動脈根に向かって進められます。抵抗を感じた後でもガイドワイヤーをさらに押すことで大動脈弁に穴が開けられ、ARが誘発されます。この方法を使用すると、従来のARモデルで説明されている手順よりも大動脈弁を損傷する方が簡単です。さらに、この新しいARモデルは、受信者の流通に貢献しません。したがって、この方法は、従来の手順よりも厳しいARモデルを生成することが期待されます。

概要

ラットにおける異所性腹部心臓移植は、1964年にAbbottらによって最初に報告され¹、急性および慢性の同種移植片拒絶反応、心臓同種移植片血管障害、虚血再灌流障害、および心臓リモデリングの研究に使用されています2,3,4,5,6,7,8,9,10,11。.過去50年間で、手順にいくつかの変更が追加されました。現在の手順の基本は次のとおりです。ドナーの上行大動脈と肺動脈(PA)は、それぞれレシピエントの腹部大動脈と下大静脈に端から側まで吻合されます。ドナーの左心房と心室は腔内の流れを受けませんが、血液はドナーの冠状動脈系に流れます。したがって、ドナーの心臓はクランプ解除後に再び鼓動し始めます。

数百または数千の手術の経験を持つ一部の専門家は、異所性腹部心臓移植の短い虚血時間で高い成功率を報告しています^2,3,4,5;しかし、初心者が最初から短い虚血時間を達成することは困難です。十分な心臓保護は、ドナーの心臓の良好な心臓収縮を得るための重要な要素です。不十分な心筋保護は、ドナーの心臓を硬くする可能性があります。そのため、ドナーの心臓の保護を強化するために移植手順を変更しました。この研究の目的の1つは、再現性のある異所性を実証することです 許容できる虚血時間を延長するため、初心者が簡単に実行できる腹部心臓移植手順。

さらに、一部の研究者は、左心室(LV)リモデリングに対する薬剤の効果を調べるために使用されたラットの大動脈逆流(AR)モデルを報告しています^12,13,14,15。従来の手順には以下が含まれます:(1)麻酔後に右頸動脈を露出させるために右外側頸部切開が行われます。(2)この血管からカテーテルをカニューレ挿入し、大動脈根に向かって前進させる。(3)ARは、継続的な心エコーガイダンスの下でネイティブ大動脈弁を穿刺することによって誘発されます。

しかし、心エコー検査プローブを保持しながら大動脈弁を穿刺し、心エコー図で上行大動脈、大動脈弁、カテーテルをよく見ることは困難です。さらに、急性AR後の心不全は別の合併症です。そこで、これらの課題を解決するために、簡単に作成でき、受信者の流通に寄与しない新しいARモデルを本研究で確立しました。この研究のもう一つの目的は、異所性腹部心臓移植を使用し、採取後にガイドワイヤーを使用してドナーの大動脈弁を損傷することにより、ARモデルを作成することです。

プロトコル

すべての動物の手順は、日本の環境省の「動物の愛護及び管理に関する法律の概要」および「実験動物の世話及び飼育及び苦痛の軽減に関する基準」および日本学術会議の「動物実験の適正な実施に関するガイドライン」^{16に従って行われました。17,18}。動物プロトコルは、東京大学の施設内動物管理および使用委員会(M-P19-065)によってレビューおよび承認されました。

1.ラットにおける異所性腹部心臓移植

注:異所性腹部心臓移植は、7〜9週齢の雄のJcl:Wistarラットで実施されました。手順を実行するために6.7倍から45倍の倍率の顕微鏡を使用しました。手術器具は滅菌のためにオートクレーブ処理された。

1. ドナーハートハーベスト
   1. メデトミジン(0.15 mg / kg)、ミダゾラム(2.0 mg / kg)、およびブトルファノール(2.5 mg / kg)の腹腔内注射 を介して ドナーラットを麻酔します。.
   2. ラットを手術盤の上の加熱パッドの上に仰臥位に置き、ゴムバンドを使用して手足を固定します。電気シェーバーと脱毛クリームでできるだけ多くの毛皮を取り除きます。その後、消毒のためにヨウ素と70%アルコールスクラブで手術部位を3回清掃します。
   3. ハサミで約1cmの小さな切開を行い、続いて腹部にヘパリンを投与します(100 U)。
   4. 腹部切開を外尿道口の上から剣状突起までハサミで縦方向に伸ばします。
   5. 滅菌綿棒で腹部大動脈を露出させ、ハサミでトランセクトしてドナーの心臓を降ろします。
   6. 前胸壁に沿って横隔膜を切開し、ハサミを使用してV字型の切開で胸壁を開きます。頭の横にある前胸壁を持ち上げ、ピンで固定します。
   7. スラッシュアイスを使用して心臓の局所冷却を開始します。
   8. 下大静脈を5-0シルク縫合糸でテープで留めます。
   9. ハサミで胸腺を取り除き、続いて心臓に由来する上行大動脈とPAを特定します。上行大動脈とPAはそれぞれ右と左にあります。
   10. 大動脈弓に由来する腕頭動脈をポッツハサミで横断し、追加の放血を行います。
   11. 23 Gの針を下大静脈に挿入し、2〜3 mLの低温修飾クレブス-ヘンゼライト心臓麻痺溶液を投与します。.投与後、心臓は徐々に鼓動を停止します。同時に、心臓内の血液が可能な限り排出されるようにします。
   12. 下大静脈を5-0シルクで結睦し、ポッツハサミを使用して結紮糸の遠位に分けます。
   13. 右肺と食道の間の結合組織をハサミで解剖した後、右肺の丘を5-0シルクで結紮し、ハサミで結紮糸まで遠位に分けます。
   14. 右上大静脈を5-0シルクで結紮し、ポッツハサミで結紮糸の遠位に分けます。
   15. ポッツはさみの片方の刃を横洞に挿入し、上行大動脈とPA をできるだけ 遠位に分割します。
   16. 左上大静脈を5-0シルク縫合糸で結睭化し、ポッツハサミで結紮糸の遠位とアジゴス静脈の近位に分けます。
   17. 左肺と食道の間の結合組織をハサミで解剖した後、左肺の丘を5-0絹縫合糸で結紮し、ハサミで結紮糸まで遠位に分けます。
   18. 心臓の基部を5-0の絹縫合糸で結睦し、はさみで結紮糸の遠位に分けます。この絹は、ドナーの心臓の吻合中にドナーの心臓を引っ込めるために使用されます。この時点で、心膜腔からドナーの心臓を取り除きます。
   19. ドナーの心臓をスラッシュした氷と冷たい生理食塩水で満たされたプレートに置いた後、マイクロピンセットを使用して上行大動脈とPAの間の結合組織を解剖します。
   20. 冠状動脈の赤い色が減少するまで上行大動脈の口ひげをピンセットでクランプすることにより、上行大動脈から冠状動脈に2〜3mLの低温修飾クレブスヘンゼライト心臓麻痺溶液を灌流します。
   21. ドナーの心臓を冷間修正されたクレブスヘンゼライト心臓麻痺溶液に保管します。
2. 受信者の準備
   注:ドナーの心臓を採取する前に、レシピエントの準備を完了してください。
   1. メデトミジン(0.15 mg / kg)、ミダゾラム(2.0 mg / kg)、およびブトルファノール(2.5 mg / kg)の腹腔内注射 を介して レシピエントラットを麻酔します。.16 G静脈内カテーテルを使用した気管内挿管後、セボフルラン吸入 で 麻酔を維持します(O 2流量0.3 L / minで5.0%で誘導し、_2.5 %で維持します)。
   2. 手術盤の上に置かれた加熱パッドの上にラットを仰臥位に置き、ゴムバンドを使用して手足を固定します。電気シェーバーと脱毛クリームでできるだけ多くの毛皮を取り除きます。さらに、消毒のためにヨウ素と70%アルコールスクラブで手術部位を3回洗浄します。
   3. ハサミを使用して、外尿道口の約6〜7 cm上の正中腹部切開を剣状突起まで行います。
   4. 滅菌綿棒で小腸をレシピエントの右上に向かって引っ込め、温かい生理食塩水を染み込ませたガーゼで包みます。
   5. 小腸と結腸の間の結合組織をハサミで解剖します。
   6. 結腸の無血管領域をハサミで解剖し、2つのストリップ状のガーゼ片でテープで留めて結腸を左に引っ込めます。
   7. 腹部大動脈と下大静脈を滅菌綿棒で露出させます。両方の容器の比較的大きな枝を9-0ナイロンで結紮し、分割します。
3. 異所性心臓移植
   1. ドナーの心臓移植を開始する前に、レシピエントの腹部(100 U)にヘパリンを投与します。
   2. 腹部大動脈と下大静脈を横噛みクランプ鉗子で 一括 してクランプします。
   3. 90°曲げた23G針で腹部大動脈を穿刺し、ポッツハサミで穴を縦方向に少なくともドナーの上行大動脈の直径まで伸ばします。その後、内腔をヘパリン処理生理食塩水(10 U / mL)で洗い流し、血栓を取り除きます。
   4. 滅菌した小板をレシピエントの腹部大動脈と下大静脈の右側に配置します。ぬるぬるした氷と冷たい生理食塩水で満たされたプレートにドナーの心臓を置き、5分ごとに補充する必要があります。
   5. ドナーの上行大動脈をレシピエントの腹部大動脈に結び、12時位置と6時位置に2本の9-0ナイロンステー縫合糸を付けます。
   6. 手術盤を時計回りに90°回転させます。
   7. レシピエントの腹部大動脈の左側とドナーの上行大動脈を尾側から頭蓋方向に向かって走る9-0ナイロン縫合糸を使用して吻合し、12時の位置で9-0ナイロンステー縫合糸で結びます(合計7〜8本の縫合)。
   8. 操作ボードを反時計回りに180°回転させます。ドナーの心臓をレシピエントの腹部大動脈と下大静脈の左側に移動します。ドナーの心臓の基部を結紮するときに使用した5-0シルク縫合糸を使用して、ドナーの心臓を左側に向かって引っ込めるのは簡単です(ステップ1.1.18)。
   9. レシピエントの腹部大動脈の右側とドナーの上行大動脈を頭蓋から尾方向に走る9-0ナイロン縫合糸を使用して吻合し、6時の位置で9-0ナイロンステー縫合糸で結びます(合計7〜8本の縫合糸)。
   10. ドナーの上行大動脈とレシピエントの腹部大動脈の間の吻合に対して遠位に90°曲げた23G針を使用して下大静脈を穿刺し、ポッツハサミで穴をドナーのPAの直径よりも大きく縦方向に伸ばします。続いて、ヘパリン化生理食塩水で内腔を洗い流して血栓を除去する。
   11. 6時の位置で9-0ナイロンステー縫合糸を使用して、ドナーのPAをレシピエントの下大静脈に結び付けます。
   12. レシピエントの下大静脈とドナーのPAの左側を、尾側から頭蓋方向まで9-0ナイロン縫合糸で吻合します(合計7〜8本の縫合糸)。
   13. ドナーのPAをレシピエントの下大静脈に結び、9-0ナイロンステー縫合糸を12時の位置に結び付けます。さらに、このステー縫合糸を、ドナーのPAとレシピエントの下大静脈の間の吻合の左側にある9-0ナイロンに結び付けます。
   14. レシピエントの下大静脈とドナーのPAの右側を、頭蓋から尾方向にランニング9-0ナイロン縫合糸を使用して吻合し、6時のステー縫合糸(合計10〜12縫合糸)で結びます。
   15. 両方の吻合部に止血剤を塗布し、それらの周りにガーゼを置きます。
   16. 横噛みクランプ鉗子を解放した後、止血を促進するために滅菌綿棒で吻合部を穏やかに圧縮します。その後、温かい生理食塩水をドナーの心臓に塗り、暖かさを提供します。ドナーの心臓は数十秒以内に細動し始め、数分後に洞調律に回復します。
   17. 滅菌綿棒を使用して小腸をレシピエントの腹部に戻します。ドナーの心臓を圧迫したり、小腸をねじったりしないように注意する必要があります。
   18. 実行中の4-0シルク縫合糸を使用して腹壁を閉じます。アチパメゾール(0.75 mg / kg)を腹部に投与した後、実行中の4-0シルク縫合糸で皮膚を閉じます。
   19. 吸入麻酔を中止し、切開部に1mLの1%リドカインを注射する。さらに、失血を補うために、2mLの温かい生理食塩水を皮下注射します。
   20. 発光ダイオードランプを使用してレシピエントラットを温めます。レシピエントラットは意識を取り戻し、吸入麻酔を中止してから約30〜40分で抜管することができます。.

2. ラットにおける異所性腹部心臓移植を用いた新規ARモデル

注:異所性腹部心臓移植を使用した新しいARモデルは、7〜9週齢の雄のJcl:Wistarラットを使用して生成されました。手順を実行するために6.7倍から45倍の倍率の顕微鏡を使用しました。手術器具は滅菌のためにオートクレーブ処理された。

1. ドナーハートハーベスト
   注:新しいARモデルを作成するには、中央に穴のある改造されたペトリ皿、ペンチ、および硬いガイドワイヤーが必要です(図1)。
   1. 上記のように、上行大動脈とPA離断に関する手順(1.1.1-1.1.14、1.1.16-1.1.17)を除いて、ラットの通常の移植と同様の手順を使用してドナーの心臓を採取します。
   2. 上行大動脈とPAを横断する前に、ポッツハサミを使用して両方の血管の前面にある脂肪組織を取り除きます。続いて、ピンセットを用いて両血管間の結合組織を解剖する。
   3. ポッツはさみの片方の刃を横洞に挿入します。ポッツはさみをオペレーターに向かって引き、上行大動脈とPAの間にブレードを挿入します。続いて、PAのみをトランセクトし(図2A)、続いてポッツハサミを用いて大動脈を遠位に腕頭動脈にトランスセクトした(図2B)。
   4. 5-0絹縫合糸を使用して心臓の基部を結紮し、ハサミで結紮糸の遠位に分割した後、上行大動脈とPAの間の結合組織を解剖し、通常の移植と同様の手順を使用して、冷変性クレブス-ヘンゼライト心臓麻痺溶液を冠状動脈に灌流します(ステップ1.1.18-1.1.20)。
   5. ペンチでドナーの心臓を固定します(図2C)。続いて、中央に穴の開いた修正されたペトリ皿でドナーの心臓を覆い、血管クリップで上行大動脈を固定します。
   6. 硬いガイドワイヤーを腕頭動脈に挿入します(図2D)。抵抗が満たされた後でもガイドワイヤーをさらに押し、抵抗の喪失が確認された場合は大動脈弁を突き刺します。厳しいARモデルを作成する場合は、複数のパンクを実行します。
   7. 大動脈を腕頭動脈に近位に横断し、血管クリップで固定された部分を除去する(図2E)。続いて、通常の移植と同様の手順を使用して、ドナーの心臓を低温修飾クレブス-ヘンセライト心臓麻痺溶液に保管します(ステップ1.1.21)。
2. 受信者の準備
   注:ドナーの心臓を採取する前に、レシピエントの準備を完了してください。
   1. 上記のように、レシピエントの準備手順は、通常の移植の手順と同様です(ステップ1.2.1〜1.2.7)。
3. 異所性心臓移植
   1. 上述したように、ドナーの心臓移植手順は、通常の移植と同様である(ステップ1.3.1〜1.3.20)。

結果

ノーマルモデルでは、クランプ解除後に良好なLV収縮が成立しました。移植心臓の虚血時間およびレシピエントの麻酔時間は、それぞれ約60分および130分であった(表1)。

新しいARモデルでクランプを解除した後も良好なLV収縮が得られました。ARモデルにおける移植心臓の虚血時間とレシピエントの麻酔時間は、正常モデルの時間よりも約5分と10分長かった(表2)。ARモデルは、正常モデルよりも有意に大きなLV寸法と薄いLV壁を示し(表3)、術後心エコー検査はARモデルでARジェットの流れを検出しました(図3)。肉眼検査ではLV拡張と心内膜肥厚が認められ(図4)、マッソンのトリクローム染色サンプルでは心筋と心内膜の線維性変化が見られました(図5)。対照的に、これらの線維性変化は正常モデルでは見られなかった。

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ディスカッション

移植中にドナーの心臓が硬化するのを防ぐための重要なステップが発見されました。まず、ドナーの心臓を降ろすために収穫する前にドナーの腹部大動脈を横断することが重要です^4,7。ドナーの外科的処置が気管内挿管なしで行われる場合、開胸術後に呼吸が停止し、ドナーの肺循環が妨げられます。その結果、ドナーの心臓が過負荷になり、クランプ解除後のドナーの心臓の良好な収縮が妨げられます。第二に、ドナーの冠状動脈に心臓麻痺溶液を灌流することが重要です⁸。したがって、心臓麻痺溶液は、冠状動脈の赤い色が減少するまでドナーの心臓を採取した後、ピンセットを使用して上行大動脈の口をクランプすることによって冠状動脈に灌流する必要があります。第三に、スラッシュアイスと冷たい生理食塩水でドナーの心臓を局所的に冷却する必要があります。ドナーの心臓は、腸に触れると簡単に暖かく硬くなります。ドナーの心臓を小さなプレートに置くことで、その周りにぬるぬるした氷を置くことができます。さらに、ドナーの心臓は、吻合中に冷たい生理...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Antisedan(アチパメゾール)	日本全薬工業株式会社
ドミトール(メデトミジン)	日本全薬工業株式会社
ドーミカム(ミダゾラム)	丸石製薬株式会社
ヘパリン	AYファーマシューティカルズ(株)
Jcl:Wistar rats	クレアジャパン(株)
顕微鏡	オリンパス株式会社	SZ61
変性クレブス・ヘンセライト 心臓麻痺液	メルク KGaA
セボフルラン	富士フイルム 和光純薬 SURGICEL
FIBRILLAR	Johnson &ジョンソン(株)
Vetorphale(ブトルファノール)	Meiji Animal Health Co., Ltd.