このプロトコルはマウスにおけるカフフリーの縫合を使った頸部異所性心臓移植技術を提示し、生理学的条件下で異物からの干渉を最小限に抑えた形で、ドナー特異的免疫寛容を評価するために、2つ目の異所性心臓移植片を確実に配置できるように設計されています。
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方法論記事
* These authors contributed equally
このプロトコルはマウスにおけるカフフリーの縫合を使った頸部異所性心臓移植技術を提示し、生理学的条件下で異物からの干渉を最小限に抑えた形で、ドナー特異的免疫寛容を評価するために、2つ目の異所性心臓移植片を確実に配置できるように設計されています。
マウスヘテロトピカル移植は、同種移植の拒絶反応と免疫寛容を調査するための確立されたモデルです。寛容研究では、ドナー特異性を評価するために2つ目の異所性心臓移植片の設置が求められ、頸部領域が理想的な解剖学的部位となります。カフを使った技術は血管吻合を簡素化しますが、人工的な材料を導入し、人工的な材料として吻合周囲の炎症を促進し、血行動態を変化させ、免疫学的解析を混乱させる可能性があります。さらに、遺伝子改変、免疫抑制治療、高齢の受容者、慢性的な実験的状態による血管の狭窄は、小口径血管でのカフ設置を技術的に困難にすることがあります。ここでは、マウスにおける頸椎異所性心臓移植のためのカフフリーの縫合技術を紹介します。この方法は、腔内ポリマーの使用を避け、生理的な血流を維持し、流動力学の変化に伴う合併症を軽減します。プロトコルには、ドナーおよびレシピエント両方の血管の綿密な準備、頸動脈および外頸静脈のエンドツーエンド微小吻合、術中の通通性評価、術後のモニタリング戦略が含まれます。人工材料の使用を最小限に抑え、小口径の血管に適応することで、このカフフリー技術は二次心臓移植のための生理学的かつ再現性の高い基盤を確立します。このアプローチにより、マウス心臓移植モデルにおけるドナー特異的耐性の厳密な機構的研究が可能になります。
心臓移植は末期心不全患者にとって命を救う介入です。心臓同種移植を受けた受容者は拒絶反応を防ぐために生涯にわたる免疫抑制療法が必要です。免疫抑制にもかかわらず、長期的な移植片生存率は急性および慢性拒絶反応、特に抗体介在拒絶反応(AMR)および心臓同種移植片血管症(CAV)によって損なわれます3。さらに、これらのレジメンは腎毒性、代謝症候群、感染症、悪性腫瘍などの重大な副作用を伴い、移植片および患者の生存率を低下させます2,4。これらの課題は、免疫寛容の緊急性を強調しています。すなわち、受容者の免疫システムが生涯免疫抑制を必要としずにドナーグラフトを受け入れる状態です5。耐性を達成することで、薬物関連の毒性が排除され、感染や悪性腫瘍のリスクが減少し、慢性アロイド免疫損傷を防ぎ、ステロイド離脱が可能となり、代謝制御と移植片機能の維持が可能になります。混合キメラ、共刺激的遮断、調節細胞注入、遺伝子標的アプローチなど、複数の寛容戦略が動物モデルで有望を示しているものの、臨床翻訳は依然として限られています(6,7,8,9)。大きな障壁の一つは、ドナー特異的耐性を厳密に検証する信頼性の高いin vivoモデルの必要性です。
マウスヘテロトピア心臓移植は、同種移植の拒絶反応と寛容のメカニズムを研究するための強力かつ広く使われている実験モデルです(10,11,12,13,14)。遺伝子定義されたマウス株や遺伝子組み換えモデルの利用可能性により、移植片損傷と調節に関与する免疫経路の厳密な解析が可能になります。寛容研究では、ドナー適合または第三者のいずれかの2回目の異所性心臓移植が、免疫調節のドナー特異性を評価するためにしばしば必要とされます。頸部領域はこの2回目の移植に理想的な解剖部位を提供し、直接手術へのアクセス、触診や画像による信頼性の高い移植片モニタリング、そして下流の免疫学的および組織学的解析のための組織の効率的な採取を可能にします(8,19)。これらの特徴により、頸部モデルは幅広い移植環境における寛容誘導および拒絶反応のメカニズムを調査する上で特に価値があります。
過去30年間で、縫合線を用いた頸椎異所性心臓移植技術がいくつか記載されています。初期の研究では、頸部が移植片移植およびドナーの血管と受主の頸動脈・頸静脈系間の縫合による端から端までの吻合による直接機能モニタリングの実現可能な部位であることが確立されました。他のグループでは、ドナー肺動脈や大動脈を頸血管に固定する代替手段としてカフフリースリーブ構成が報告されています21。新しい端側縫合ベースの頸部モデルが提案されており、自然な頸動脈の連続性を保持し、標準的な腹部の端から側への吻合の形状により近似することを目的としています。これらのアプローチは、頸部部位の多様性を強調し、技術的な複雑さ、血行動態、吻合界面における異物の量との間の必要なトレードオフを示しています。
マウスの頸椎心臓移植で広く応用されている血管吻合技術の一つに、腔内カフ法(23,24,25,26)があります。カフベースの頸椎技術では、微小血管吻合を簡素化し、特に経験の浅い顕微外科医にとって技術的成功率を高めるために腔内ステントを導入します。カフベースのアプローチは血管の接続技術的な難しさを簡素化しますが、この技術は吻合部位に異物を導入します。ポリマーの存在は、吻合周炎症を促進し、局所血行動態を変化させ、免疫解析を混乱させる可能性があります(27,28)。さらに、遺伝子組み換えマウスの系統、免疫抑制治療、高齢の受容者、慢性的な実験的状態などにより、受容血管の狭窄は小口径血管でのカフ挿入を技術的に困難にすることがあります。
これらの制約に対応するため、私たちは完全にカフフリーで縫合を使った頸椎異所性心臓移植技術を開発しました。この構成では、受容頸動脈はドナー上行大動脈と端から端まで吻合され、受容者の外頸静脈はドナー肺幹に端から端まで吻合され、冠動脈灌流のための直接的な流入・流出を提供します(図1A)。管内合成材料の使用を最小限に抑えることで、吻合部位でのポリマー血液の直接接触を回避し、局所免疫および炎症反応に焦点を当てた研究において概念的に魅力的です。この方法は、ドナーと受容者の血管の両方を綿密に準備し、頸動脈と外頸静脈の端から端までの微小吻合を含みます。さらに、術中の通容評価および術後のモニタリングも実施されます。実際には、このカフフリー子宮頸部モデルは、長期生存率のある腹部移植片後のドナー特異的耐性を検査するために二次心臓移植が必要となる場合、特に小口径血管を持つ遺伝子移植や免疫抑制マウスにおいて適用されます。しかし、この技術には高度な顕微外科の専門知識と手術用顕微鏡へのアクセスも必要です。頸動脈結紮および受容者選択に関する追加の制限については以下で説明します。再現可能なプラットフォームを提供することで、この技術は二次移植モデルの信頼性を高めるとともに、マウス系におけるドナー特異的耐性の機構的研究を支援します。このプロトコルでは、受容頸動脈をドナー上行大動脈に、受容者の外頸静脈をドナー肺幹に連結し、移植片に強固な冠動脈灌流を提供することでエンドツーエンド吻合を用います(図1B)。エンドツーエンド吻合は、このモデルで冠動脈灌流を確実に支える単純な流入-流出パターンを作り出します。
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マウスはジャクソン研究所から購入されました。最初の腹部心臓移植時の生後6〜10週、体重20〜30gのオスとメスのマウスの両方が本研究に含まれました。ドナーおよび受贈者は、マサチューセッツ総合病院の齧歯類施設で特定の病原体フリー(SPF)環境下に収容されました。すべての処置は、NIHの実験動物のケアおよび使用に関するガイドラインに従い、人道的に実施されました。すべての動物実験は、マサチューセッツ総合病院の施設動物ケア・利用委員会(IACUC)によって承認され、その監督のもとで実施されました(プロトコル番号2020N000125)。 材料表 には、このプロトコルで使用されるすべての試薬、計測装置、機器が一覧化されています。実験開始前にはIACUCの承認が必要です。すべてのマウスは、施設のガイドラインおよび適用される規制基準に従って飼育・管理を行います。
1. 動物と器具の準備
2. 麻酔
3. ドナー心臓収穫
4. 受助者の頸椎露出
5. 移植片の移植
6. 術後ケアとモニタリング
7. 実験的エンドポイント
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カフフリー頸部異所性心臓移植手術の概略図は 図1に示されています。血管吻合部の顕微鏡図は 図1Aに示されており、ドナー上行大動脈は受容者の頸動脈に端から端まで吻合され、ドナー肺幹は受容者の外頸静脈に端から端まで吻合されています。 図1B は移植片を通る血流パターンを示しています。血液は受容頸動脈からドナー上行大動脈に入り、冠動脈を通じて心筋に灌流し、冠状洞を経て右心房と心室に戻り、肺幹に排出されて外頸静脈に排出されます。この循環は生理的な冠動脈灌流を模倣しています。
この処置に必要な顕微外科器具と手術セットアップは 図2に示されています。必須の道具には、手術用顕微鏡、顕微外科用鉗子、針ホルダー、細かいはさみ、血管クランプ、携帯型焼灼器具、10-0または11-0ナイロン縫合糸が含ま...
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マウス心臓移植モデルは、移植免疫学の理解を深める上で重要な役割を果たしてきました。ヘテロトピカル腹部モデルの開発以来、これらのシステムは拒絶反応の細胞および分子メカニズムの特性解析、新規免疫抑制レジメンの検証、ドナーおよび受容株8,17,31の遺伝子改変評価に利用されてきました。近親交配および遺伝子組み換えマウスを用いる能力は、制御された環境下で免疫経路を解剖する独自の機会を提供します。マウスモデルからの発見は、大型動物の前臨床研究および初期臨床試験の両方に役立っています32。この枠組みの中で、マウスの二次心臓移植モデルはドナー特異的耐性および異体免疫記憶応答を直接評価することを可能にします。ここで述べる子宮頸部二次移植モデルは、免疫寛容の厳格な検査を支持しており、これは連続的な免疫抑制がない場合に異種移植が受け入れられるかどうかと定義さ...
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著者たちは競合する利害関係を一切認めていない。
この研究は、アメリカ心臓協会の助成金23CDA1049388(T.J.B.)および国立衛生研究所(NIH)からの助成金(LVR)への助成金R01AI143887によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.5mlインスリン注射器 | コロビディエン | 8881600350 | 皮下注射 |
| 0.9%塩化ナトリウム注入 | BD | 1727170103 | 静脈注射 |
| 10-0ナイロン縫合糸 | AROSurgical Instruments | T04A10N07-13 | マウスの顕微鏡手術 |
| 11-0ナイロン縫合糸 | エシコン | 9016G | マウスの顕微鏡手術 |
| 1mlの注射器 | BD | 309659 | 静脈注射 |
| 30G X 1/2針 | BD | 305106 | 静脈注射 |
| 3mlの注射器 | BD | 309657 | 静脈注射 |
| 6-0ナイロン縫合糸 | エシコン | J212H | マウスの顕微鏡手術 |
| 60mm細胞培養プレート | ファルコン | 353002 | 移植片保存のために |
| カラーアルミニウムケース | ファインサイエンスツール | 20330-04 | マウス用顕微鏡手術器具の消毒 |
| コットンチップ | フィッシャーブランド | 14-960-3M | 止血して |
| デュモン #5 鉗子 | ファインサイエンスツール | 11251-20 | マウスの顕微鏡手術 |
| エティカ XR ブプロフェノール(CIII)VI | RX ジェネリックス | 86084010030 | 鎮痛 |
| 素晴らしいシサーズ | ファインサイエンスツール | 15400-12 | マウスの顕微鏡手術 |
| ガーゼスポンジ | メッドライン | NON25334 | 移植片とインタースチンを保護する |
| ベース付きヒートランプ | ブレイントリー・サイエントフィック | HL-1B | 術後のケア |
| ヘパリンナトリウム | ノーススターRxLLC。 | 72603-412-01 | 静脈注射 |
| イソフルラン | バクスター麻酔&クリットケア | 1001936060 | 麻酔に関しては、 |
| イソプロピルアルコール綿棒 | BD | 326895 | 手術前に皮膚を消毒してください |
| 顕微鏡 | カール・ツァイス | 303294-9903 | マウスの顕微鏡手術 |
| ミニトリマー | ブレイントリー・サイエントフィック | CLP-88 | ネズミの脱毛用 |
| Optixcare アイルーブプラス | アヴェンティクス | OPX-4252 | 手術中の眼科保護用の眼科潤滑剤 |
| ピベタール・アロキサート(メロキシカム) | ピヴェタール | 21294589 | 鎮痛 |
| 携帯型焼灼機器キット | マッケソン・アルジェント | 42295143 | マウスの顕微鏡手術 |
| リンガー乳酸緩衝溶液 | サーモ・サイエンティフィック | AAJ67572AP | 移植片保存のために |
| 小動物用加熱パッド | K&H | HM10 | マウス手術用 |
| トランスポアホワイト手術用テープ | 3歳 | 7100115870 | 手技中にマウスの四肢、頭、尾を矯正してください |
| ヴェッサルクランプ | ファインサイエンスツール | 00398-02 | マウスの顕微鏡手術 |
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