여기에서는 중합된 인간 헤모글로빈(PolyhHb) 기반 산소 운반체를 관류물로 적용하고 이 관류 용액을 쥐 생체 외 폐 관류 모델에서 테스트할 수 있는 프로토콜에 대해 설명합니다.
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여기에서는 중합된 인간 헤모글로빈(PolyhHb) 기반 산소 운반체를 관류물로 적용하고 이 관류 용액을 쥐 생체 외 폐 관류 모델에서 테스트할 수 있는 프로토콜에 대해 설명합니다.
폐 이식은 적합한 기증자가 없기 때문에 어려움을 겪고 있습니다. 이전에는 미미하거나 부적절하다고 생각되는 기증자는 폐기되었습니다. 그러나 EVLP(ex vivo lung perfusion)와 같은 새롭고 흥미로운 기술은 폐 이식 제공자에게 한계 기증자 동종이식편에 대한 확장된 평가를 제공합니다. 이 동적 평가 플랫폼은 폐 이식의 증가로 이어졌으며 제공자가 이전에 폐기된 기증자를 사용할 수 있도록 하여 기증자 풀을 확장했습니다. 현재의 관류 기술은 세포 또는 무세포 관류물을 사용하며, 둘 다 뚜렷한 장점과 단점이 있습니다. 관류 조성은 항상성 환경을 유지하고, 적절한 신진대사 지원을 제공하고, 염증 및 세포 사멸을 줄이고, 궁극적으로 장기 기능을 개선하는 데 중요합니다. 관류 용액은 적절한 종양 압력을 유지하기 위해 충분한 단백질 농도를 포함해야 합니다. 그러나 현재의 관류 용액은 종종 폐 내피를 통한 유체 유출로 이어져 의도하지 않은 폐 부종과 손상을 초래합니다. 따라서 적절한 세포 항상성을 유지하면서 과도한 손상을 방지하는 새로운 관류 솔루션을 개발할 필요가 있습니다. 여기에서는 중합된 인간 헤모글로빈(PolyhHb) 기반 산소 운반체를 관류물로 적용하고 이 관류 용액을 쥐 EVLP 모델에서 테스트할 수 있는 프로토콜에 대해 설명합니다. 이 연구의 목표는 폐 이식 커뮤니티에 새로운 관류 솔루션을 설계하고 개발하는 데 필요한 주요 정보와 임상적으로 관련된 중개 이식 모델에서 이를 테스트하기 위한 적절한 프로토콜을 제공하는 것입니다.
고형 장기 이식의 다른 분야와 마찬가지로 폐 이식은 기증 장기의 부족으로 어려움을 겪고 있습니다. 기증자 풀을 늘리기 위해 한때 이식에 적합하지 않다고 여겨졌던 동종이식편, 즉 확장 기준 기증자(ECD)의 잠재력을 조사하는 데 상당한 연구가 전념해 왔습니다. 이러한 동종이식은 의심스러운 품질, 열악한 기능, 감염, 외상, 장기간의 따뜻하거나 차가운 허혈 시간, 고령 1,2 등 다양한 이유로 ECD로 간주될 수 있습니다. 이러한 폐가 즉시 이식에 적합한 특정경우3의 경우, 이식에 대한 적합성을 결정하기 위해 이러한 폐를 추가로 평가하는 것이 제공자와 수혜자 모두에게 유리한 경우가 많다. EVLP(Ex vivo lung perfusion)는 기증자 2,4,5,6,7 외부의 폐쇄 회로에서 잠재적인 폐 동종 이식편을 확장할 수 있는 기술로, 이식 제공자가 이식 적합성을 결정할 수 있는 기능을 제공합니다. EVLP는 기증장기를 적절하게 평가하고8,9,10,11 허혈성 재관류 손상(IRI)12,13의 영향을 줄이고, 기증자 풀(14,15)을 증가시켜 폐 이식을 모든 사람이 보다 쉽게 접근할 수 있는 치료법으로 만드는 능력을 보여주었습니다.
일반적으로 EVLP 시스템은 환기 회로(인공 호흡기를 기관에 연결하여 시스템에 공기를 유입함으로써 달성됨)와 혈관 회로(튜브로 좌심방(LA)를 폐동맥(PA)에 연결하여 달성)가 있는 폐쇄형 시스템입니다7. 혈관 회로에는 튜브를 통해 관류액이 흐르는 관류액이 있어 폐에 중요한 영양분과 산소를 공급하는 동시에 냉간 허혈 시간(CIT)을 제한합니다(5,8,16,17). 이 용액은 혈액 기반(즉, 충전된 적혈구(PRBC)의 첨가를 통해)16,17 또는 무세포 기반(즉, PRBC 없음)4,5입니다. 그러나 PRBC를 사용할 때 몇 가지 주목할 만한 단점이 있습니다. 외상으로 사망한 기증자 또는 뇌사 기증자(BDD)의 PRBC를 사용하는 경우, 이러한 액체에는 종종 다량의 염증성 사이토카인이 포함되어 있어 EVLP 동안 세포 손상을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 세포에 추가적인 손상을 전달하는 무세포 헤모글로빈(Hb), 헴, 철 및 세포 조각의 수치를 증가시킬 수 있습니다18,19. 또한, 이러한 기증자는 종종 여러 장기를 가지고 있기 때문에 조달 전에 PRBC를 수집하면 기증자의 혈액량이 감소하고 결과적으로 모든 장기에 허혈이 증가할 수 있습니다. 다른 출처의 PRBC를 사용하는 경우, 제공자는 그 자체로 희소한 물질이기 때문에 혈액 부족에 직면할 수 있습니다 20,21. 마지막으로, PRBC는 소스에 관계없이 EVLP 회로에서 기계적으로 용해되기 쉬워 세포 손상에 기여하는 Hb 및 기타 구성 요소를 방출합니다.
따라서, 여러 가지 이유로, 인공 적혈구 대체물, 즉 헤모글로빈 기반 산소 운반체(HBOC)를 관류액 보충제로 사용하는 것이 유리할 수 있다. 특히 유망한 HBOC 중 하나는 중합 인간 헤모글로빈(PolyhHb)입니다. PolyhHb는 즉각적인 형질주입에 적합하지 않은 것으로 간주되는 만료된 PRBC로부터 정제된 Hb로부터 합성된다22. 이들은 출혈성 쇼크(hemorrhagic shock)23 및 이식(transplantation)24에서 실행 가능한 혈액 대체물인 것으로 나타났으며, 대량으로 생산될 수 있다22. 그러나 PolyhHb의 대규모 채택은 혈관 수축, 혈압 상승 및 심장 마비와 같은 예상치 못한 합병증으로 인해 성공하지 못했습니다23,25. 이러한 발견의 이면에 있는 이유는 PolyhHb 용액에 cell-free Hb 또는 저분자량 Hb 폴리머(< 500kDa)가 존재하기 때문일 수 있으며, 이는 조직 공간으로 증식하는 성향을 가지고 있기 때문에 산화질소 가용성 감소, 후속 혈관 수축, 전신 고혈압 및 궁극적으로 산화 조직 손상을 초래했습니다26,27. 이러한 문제를 개선하기 위해 Palmer Laboratory는 최소한의 낮은 MW 종과 cell-free Hb를 포함하는 차세대 PolyhHb를 개발하기 위해 노력했으며, 이는 향상된 생물 물리학 적 특성과 생체 내 반응을 입증했습니다 22,28,29,30. 동물을 대상으로 한 여러 수혈 연구에 따르면 저분자량 Hb 폴리머가 HBOC에서 제거되면 혈관 수축, 전신 고혈압 및 산화 손상이 완화될 수 있습니다 28,29,31,32,33,34,35. 따라서 이 차세대 PolyhHb는 유망한 관류물 후보가 됩니다.
여기에서는 관류액에 사용되는 차세대 PolyhHb의 적용과 이 관류 용액을 랫 EVLP 모델에서 테스트할 수 있는 프로토콜에 대해 설명합니다. 이 연구의 목표는 폐 이식 커뮤니티에 새로운 관류 솔루션을 설계하고 개발하는 데 중요한 정보를 제공하고 임상적으로 관련된 중개 이식 모델에서 이를 테스트하기 위한 프로토콜을 제공하는 것입니다.
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Sprague-Dawley 쥐(체중 300g)는 상업적으로 입수되어 오하이오 주립 대학 웩스너 메디컬 센터 동물 시설에서 병원체가 없는 조건에서 보관되었습니다. 모든 절차는 NIH 및 National Research Council의 실험 동물의 인도적 관리 및 사용 가이드에 따라 인도적으로 수행되었으며 오하이오 주립 대학 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC 프로토콜 2023A00000071)의 승인을 받았습니다.
1. PolyhHb 합성 및 정제
참고: 다음 EVLP 실험에 사용된 PolyhHb 물질의 생산 및 합성은 2020년 Cuddington et al.에 의해 처음 발표되었습니다22. PolyhHb 합성에 대한 심층적인 회로도 및 분석을 위해 이 작업을 참조하십시오. 다음은 파일럿 스케일에서 PolyhHb의 합성 및 정제와 관류물로서의 후속 준비에 대한 요약입니다.
2. 관류수 제형
3. Ex Vivo 폐 관류 회로 설정
4. 기증자 쥐 폐 블록 조달
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PolyhHb 기반 관류액의 검증과 몇 시간에 걸친 이 관류수의 안정성이 그림 10에 나와 있습니다. 처음 1 시간 동안 테스트 된 모든 관류액 (PolyhHb, Control (Williams Media + 5 % HSA), RBC 기반)은 LA pO2 (Post pO2)가 약간 감소한 것으로 나타났습니다. 그러나, 적혈구계 관류물은 PolyhHb에 비해 1시간에서 유의한 감소를 보였다(p < 0.05). 다음 몇 시간 동안 테스트했을 때 PolyhHb 및 Control 과류액은 모두 안정적인 LA pO2 를 가졌으며 PolyhHb는 더 높은 pO2 의 유의하지 않은 추세 (p > 0.05)를 가졌습니다 (그림 10A). Delta pO2 , 즉 PA pO2 에서 LA pO2...
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관류 용액의 개발 및 테스트는 전 세계의 많은 사람들이 착수하고 있는 새로운 노력입니다. 전통적으로 표준 관류액은 허혈 시간을 중단시키고 허혈과 관련된 부상을 완화하는 능력과 재관류를 제공한다18. 그러나 EVLP의 다음 진화는 현재의 관류수 기술을 개선하고 수리 및 재조정 요법을 통합하는 것입니다 39,40,41,42,43.
이 연구에서 설명 된 PolyhHb는 500kDa와 0.2 μm 사이에 브래킷으로 묶여 물질이 회로에서 폐로 유출되는 것을 방지하여 혈관 수축 및 PA 압력
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본 연구에서 제시된 자료에 대해 A.F.P., A.G. 및 C.C.는 미국 특허 출원 PCT/US2022/041743의 발명자입니다. A.F.P., C.C., B.A.W. 및 S.M.B.는 미국 특허 출원 PCT/US2023/017765의 발명자입니다.
이 연구는 Jewel and Frank Benson Family Endowment와 Jewel and Frank Benson Research Professorship의 아낌없는 지원을 받았습니다. B.A.W.는 미국 국립보건원(NIH) 보조금 R01HL143000에 의해 부분적으로 지원됩니다. A.F.P.는 NIH 보조금 R01HL126945, R01EB021926, R01HL131720 및 R01HL138116와 미 육군 의료 연구 및 물자 사령부 보조금 W81XWH1810059의 지원을 받습니다. S.M.B.는 NIH R01 DK123475에 의해 지원됩니다.
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