心臓移植は末期心不全の最も効果的な治療法ですが、潜在的なドナーの 50% 未満が実際の心臓ドナーになります。ドナーの心臓が十分に活用されていない主な原因は、冷蔵保管による機械的停止中に許容される最大 4 時間の虚血時間であり、輸送時間の制限により心臓の地理的分布が制限されます。重要なことに、虚血時間の延長は、ドナーの心拍出量が臓器灌流に不十分な場合、一次移植片機能障害 (PGD) の重要な危険因子であるということです。PGDは、心臓移植の10%〜20%で発生する重大な課題です。1 か月の心臓移植死亡率は約 8% ですが、PGD はこれらの死亡の 39% を占めています。
市販の常温 ex situ 灌流装置の最近の臨床使用により、ドナー心臓の「幽体離脱」時間が延長され、寒冷虚血時間が短縮されました。このテクノロジーは、ドナーと地理的に長距離にわたるレシピエントをマッチングできるという点で大きなメリットをもたらしました。ex situ 灌流は、心室肥大、虚血時間の延長、ドナー年齢の高齢などの特徴を持つ「限界」ドナー心臓の使用も容易にしました。 ex vivo 心臓灌流システムの最近の臨床試験では、レシピエント病院への臓器輸送中の常温心臓灌流にもかかわらず、死亡した脳死 (DBD) ドナー心臓の重度の左心室 (LV) または右心室 (RV) PGD の割合は 10.7% と高いままでした1。実際、機械的循環補助を必要とする重度の PGD の割合は、死亡した心臓死 (DCD) ドナーの心臓ではさらに高くなります。さらに、保冷液によるドナー心臓の継続的な低体温灌流が輸送に利用されています。これらの新しいアプローチは、自己血または保存液による灌流、常温(37°C)または低温(4〜10°C)での灌流、ポンプ装置を使用した ex situ 灌流または常温局所灌流(NRP)を使用した in vivo 灌流など、いくつかの条件下での灌流を中心としています。他のアプローチに対する特定のアプローチの正確な臨床的利点は明確に定義されていませんが、研究モデルにより、アプローチの各組み合わせを体系的に研究できるようになります。
マウス心臓評価モデルの使用には、PGD および心機能障害を伴うその他の状態 (心筋梗塞など) の分子メカニズムを詳細に研究するために、幅広いトランスジェニック マウス モデルが利用できるという利点があります。Liら2は、レシピエントマウスの頸部領域に「カフ」技術を使用してマウスドナーの心臓を移植するためのエレガントな技術について説明 しています。これは、技術的な性能の容易さ、移植片評価のアクセスしやすさ、および生体内二光子イメージング(白血球の追跡など)を実行する能力の点で大きな利点があります。Nolyら3はまた、 心機能の ex situ 研究におけるマウスの使用を報告しており、幅広いトランスジェニックモデルにアクセスできるという同様の利点があります。クレブスバッファーによる ex situ 灌流により、レシピエント細胞応答なしに天然の心臓細胞の保存生物学を研究できます。これにより、研究者は白血球に浸潤することなく、再灌流イベントに複雑さを加えることなく、天然心臓の保存生物学をさらに調べることができます。さらに、Noly et al.3 は、この ex situ モデルで小さなバルーンを使用して左右の心臓の両方の心機能を評価する方法を示しています。臨床心臓移植における孤立性右心不全の頻度を考慮すると、これは単心室移植片不全と両心室移植片不全を評価するための非常に関連性の高い技術です。
DCD心臓提供は、移植用のドナー心臓の重要な供給源として勢いを増しています。Quaderらによって提示されたラットDCD心臓移植モデル4は、DCDドナーの心臓を研究するための重要な中型動物プラットフォームを提供し、 DCDドナー中の心臓損傷を軽減する可能性のあるさまざまな薬剤の試験を可能にします。げっ歯類の DCD 提供プロトコルは、臨床臓器調達手順のプロトコルを反映しています。心臓評価のげっ歯類モデルは、分子メカニズムの研究と潜在的に有効な治療法のスクリーニングに重要であり、比較的大規模な実験グループの使用を可能にするという点で規模の利点があります。ただし、げっ歯類から得られた洞察が人間の患者に関連しているかどうかは、正当な懸念です。したがって、大型動物(研究に使用される人間の心臓を含む)プラットフォームは、小型動物モデルから得られた知識を検証するのに役立ちます。Khalilら5は 、体外膜型人工肺を用いたブタ心臓NRPのブタモデルについて説明しています。彼らのグループはまた、不整脈の原性に関する人間の心臓反応との重要な違いを強調しています。このシステムは、この設定で移植のために DCD 心臓をリハビリテーションするためのさまざまな薬理学的および非薬理学的戦略をテストする手段を提供します。Dang Van ら 6 は、コンダクタンス カテーテルと表面心エコー検査を使用した圧力-容積ループを組み込むことにより、大型動物の心臓の血行動態評価の高度化をさらに高めています。NRP には、従来の ex situ 灌流を使用した「非機能」ランゲンドルフ セットアップと比較して、「負荷がかかった」作業条件での心臓の評価を可能にするという明確な利点があります。
心臓全体の研究とは別に、Lavey et al.7 によって示されているように、収縮機能は単一細胞レベルで評価できます。サルコメア短縮とカルシウムフラックスは、単一筋細胞で非常に正確に測定できます。細胞レベルでの分子編集は、さまざまな遺伝子導入技術(ウイルストランスフェクションなど)を使用して効率的に達成でき、その効果は細胞レベルで評価できます。これは、新しい治療法と心機能障害の根底にあるメカニズムを理解するための重要なスクリーニングツールです。Bermea et al.8 は、免疫成分と心臓損傷の媒介におけるそれらの役割を研究するための信頼できる方法を提供します。心臓内の目的のすべての免疫細胞を捕捉する能力は、心臓損傷に対する免疫応答を正確に理解するための前提条件です。記載されている技術は、心臓の保存、損傷、および修復における免疫の研究のために、前述の ex situ および NRP 心臓プラットフォームと組み合わせることができます。
この方法コレクションは、心臓損傷と機能を評価するための最先端の技術のいくつかを照合しています。モデルの多くは心臓温存後の PGD の研究用に設計されていますが、このコレクションは、他の環境 (例: 地球的または局所的な温熱虚血、遺伝性心筋症) での心機能の研究に関連しています。私たちは、これらの研究ツールが PGD の理解を深め、損傷後の心機能を維持するための新しい治療法の発見を促進すると楽観視しています。