이 프로토콜은 마우스에서 커프가 없고 봉합 기반인 경추 이종성 심장 이식 기법을 제시하여, 이물질 간섭이 최소화된 생리학적 조건에서 기증자 특이적 면역 관용을 평가하기 위해 두 번째 이종성 심장 이식편을 신뢰성 있게 배치할 수 있도록 설계되었습니다.
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이 프로토콜은 마우스에서 커프가 없고 봉합 기반인 경추 이종성 심장 이식 기법을 제시하여, 이물질 간섭이 최소화된 생리학적 조건에서 기증자 특이적 면역 관용을 평가하기 위해 두 번째 이종성 심장 이식편을 신뢰성 있게 배치할 수 있도록 설계되었습니다.
마우스 이종 소성 심장 이식은 동종 이식 거부 반응과 면역 관용을 연구하는 잘 확립된 모델입니다. 내성 연구에서는 기증자 특이성을 평가하기 위해 두 번째 이종성 심장 이식편을 삽입하는 것이 종종 필요하며, 경추 부위가 이상적인 해부학적 부위를 제공합니다. 커프 기반 기법은 혈관 문합을 단순화하지만, 인공 물질을 도입해 근절 주변 염증을 촉진하고 혈역학을 변화시키며 면역학 분석을 혼란스럽게 할 수 있습니다. 또한, 유전적 변형, 면역억제 치료, 고령 수혜자 연령, 만성 실험적 상태로 인한 혈관 협착은 소구경 혈관에서 커프 삽입을 기술적으로 어렵게 만들 수 있습니다. 여기서는 마우스에서 자궁경부 이종성 심장 이식을 위한 커프가 없는 봉합 기반 기법을 소개합니다. 이 방법은 인트라루날 폴리머 사용을 피하고, 생리적 혈류를 보존하며, 변화된 흐름 역학과 관련된 합병증을 줄여줍니다. 프로토콜에는 기증자와 수혜자 혈관의 세심한 준비, 경동맥과 외경정맥의 종단 간 미세 문합, 수술 중 개폐성 평가, 그리고 수술 후 모니터링 전략이 포함됩니다. 인공 재료 사용을 최소화하고 소구경 혈관에 적응함으로써, 이 커프프리 기법은 2차 심장 이식을 위한 생리학적이고 재현 가능한 플랫폼을 마련합니다. 이 접근법은 마우스 심장 이식 모델에서 기증자 특이적 내성에 대한 엄격한 기전 연구를 가능하게 합니다.
심장 이식은 말기심부전 환자들에게 생명을 구하는 중재입니다. 심장 동종 이식편 수혜자는 거부 반응을 예방하기 위해 평생 면역억제 치료가 필요합니다. 면역억제에도 불구하고 장기 이식편 생존율은 급성 및 만성 거부, 특히 항체 매개 거부(AMR)와 심장 동종 혈관병증(CAV)으로 인해 여전히 저하됩니다3. 또한, 이러한 요법은 신독성, 대사 증후군, 감염, 악성 종양 등 이식편과 환자 생존율을 모두 감소시키는 심각한 부작용을 동반합니다 2,4. 이러한 도전은 면역 관용의 긴급한 필요성을 강조하며, 이는 수혜자의 면역 체계가 평생 면역억제 없이도 기증자 이식편을 받아들이는 상태입니다. 내성을 달성하면 약물 관련 독성이 제거되고 감염 및 악성 위험을 줄이며 만성 동종면역 손상을 예방하고 스테로이드 금단을 허용하여 대사 조절을 개선하고 이식 기능을 보존할 수 있습니다. 혼합 키메리즘, 코자극 차단, 조절 세포 주입, 유전자 표적 접근법 등 다양한 내성 전략이 동물 모델에서 가능성을 보였지만, 임상 번역은 여전히 제한적입니다 6,7,8,9. 중요한 장벽은 기증자 특이적 내성을 엄격히 테스트하는 신뢰할 수 있는 생체 내 모델의 필요성입니다.
쥐 이종 심장 이식은 동종이식 거부 반응과 내성 메커니즘을 연구하는 강력하고 널리 사용되는 실험 모델입니다 10,11,12,13,14. 유전적으로 정의된 마우스 계통과 형질전환 모델의 가용성은 이식편 손상과 조절에 관여하는 면역 경로를 엄격히 분석할 수 있게 합니다 9,15,16. 내성 연구에서는 기증자 특이성 면역 조절 특이성을 평가하기 위해 기증자 매칭 또는 제3자 이식 두 번째 이종 심장 이식이 종종 필요합니다13, 17, 18. 경추 부위는 이 두 번째 이식에 이상적인 해부학적 부위로, 직접적인 수술적 접근, 촉진 또는 영상을 통한 신뢰할 수 있는 이식편 모니터링, 그리고 조직 후행 면역학 및 조직학적 분석을 위한 효율적인 조직 채취를 제공합니다 8,19. 이러한 특징들은 경추 모델을 다양한 이식 환경에서 관용 유도 및 거부 기전을 조사하는 데 특히 유용합니다.
지난 30년간 봉합사를 이용한 여러 경추 이종 심장 이식 기법이 기술되어 왔습니다. 초기 연구는 목이 이식 이식 및 기증자의 혈관과 수혜자의 경동맥 및 경정맥 사이의 봉합 기반 종단 간 문합을 통한 직접적인 기능 모니터링 부위임을 입증했다20. 다른 연구단에서는 기증 폐동맥 또는 대동맥을 경추 혈관에 고정하는 대안으로 커프프리 슬리브 구성을 보고했다21. 원래의 경동맥 연속성을 보존하고 표준 복부 끝에서 옆으로 이어지는 문합의 기하학을 보다 근사하기 위해 새로운 종합 봉합 기반 경추 모델이 제안되었습니다22. 이 방법들은 경추 부위의 유연성을 강조하고, 기술적 복잡성, 혈역학, 문합 경계부의 이물질 양 사이의 필수적인 절충관계를 보여줍니다.
쥐 경추 심장 이식에서 널리 적용되는 혈관 문합 기법 중 하나는 23,24,25,26 인트라루날 커프 기법입니다. 커프 기반 경추 기법은 미세혈관 문합을 단순화하고 특히 경험이 적은 미세외과 의사에게 기술적 성공률을 높이기 위해 하루내(intraluminal stent)을 도입합니다. 커프 기반 접근법은 혈관 연결의 기술적 어려움을 단순화하지만, 이 기술은 문합 부위에 이물질을 유입시킵니다. 고분자의 존재는 근합 주변 염증을 촉진하고 국소 혈역학을 변화시키며, 면역 분석을 혼란시킬 수 있습니다27,28. 더불어, 유전자 변형 마우스 품종, 면역억제 치료, 고령 수혜자 연령, 만성 실험 질환 등으로 인해 수혜기 혈관의 좁아짐은 소구경 혈관에서 커프 삽입이 기술적으로 어려울 수 있습니다29.
이러한 한계를 해결하기 위해 우리는 경추 이종성 심장 이식을 위한 완전 커프스 없는 봉합 기반 기법을 개발했습니다. 이 구성에서는 수용 경동맥이 기증자 상행 대동맥과 끝에서 끝까지 맞물리고, 수혜자 외경정맥은 기증자 폐 줄기와 끝에서 끝까지 맞물리어 관상동맥 관류를 위한 단순한 유입 및 유출을 제공합니다(그림 1A). 인트라루날(intraluminal) 합성 물질의 사용을 최소화함으로써 이 접근법은 문합 부위에서 고분자-혈액 접촉을 피하며, 국소 면역 및 염증 반응에 초점을 맞춘 연구에 개념적으로 매력적입니다. 이 방법은 기증자와 수혜자 혈관 모두를 세심하게 준비하고, 경동맥과 외경정맥의 끝에서 끝까지 미세문합을 포함합니다. 또한 수술 중 개폐성 평가와 수술 후 모니터링이 수행됩니다. 실제로, 이 커프 없는 자궁경부 모델은 장기 생존이 가능한 복부 이식 후 기증자 특이적 내성을 테스트하기 위해 2차 심장 이식이 필요할 때 적용되며, 특히 소구경 혈관을 가진 형질전환 또는 면역억제 마우스에서 그렇습니다. 하지만 이 기법은 고급 미세수술 전문 지식과 수술용 현미경 접근이 필요합니다; 경동맥 결찰 및 수혜자 선택과 관련된 추가 제한 사항은 아래에서 논의합니다. 재현 가능한 플랫폼을 제공함으로써 이 기술은 2차 이식 모델의 신뢰성을 높이고 마우스 시스템에서 기증자 특이적 내성에 대한 기전적 연구를 지원합니다. 이 프로토콜은 수혜자 경동맥을 기증자 상행 대동맥과 연결하고, 수혜자의 외경정맥을 기증자 폐 줄기와 연결하여 이식편에 견고한 관상동맥 관류를 제공하는 종단 간 문합을 사용합니다(그림 1B). 종단 간 문합은 관상동맥 관류를 신뢰성 있게 지원하는 단순한 유출 패턴을 만듭니다.
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쥐는 잭슨 연구소에서 구입했습니다. 이 연구에는 6주에서 10주 사이의 수컷과 암컷 마우스, 첫 복부 심장 이식 당시 체중 20-30g이 포함되었습니다. 기증자와 수혜자는 매사추세츠 종합병원 설치류 시설에서 특정 병원체 없는 SPF 조건 하에 수용되었습니다. 모든 절차는 NIH의 실험동물 관리 및 사용에 관한 지침에 따라 인도적으로 시행되었습니다. 모든 동물 실험은 매사추세츠 종합병원의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인 및 감독 하에 수행되었습니다(프로토콜 번호 2020N000125). 재료표 에는 이 프로토콜에 사용되는 모든 시약, 기기, 장비가 나열되어 있습니다. 실험을 시작하기 전에 IACUC 승인이 필요합니다. 모든 쥐는 기관 지침과 관련 규제 기준에 따라 보관 및 관리합니다.
1. 동물과 기구 준비
2. 마취
3. 기증자 심장 수확
4. 수혜자의 경추 노출
5. 이식편 이식
6. 수술 후 관리 및 모니터링
7. 실험적 종점
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커프프레스 없는 이종 경추 이종성 심장 이식 수술의 개요는 그림 1에 나와 있습니다. 혈관 문합의 현미경 시점은 그림 1A에 나타나 있는데, 여기서 기증 상행 대동맥은 수혜자 경동맥과 끝에서 끝까지 맞물리고, 기증자 폐 줄기는 수혜자의 외경정맥과 끝에서 끝까지 맞물리고 있습니다. 그림 1B 는 이식편을 통한 혈류 패턴을 보여줍니다. 혈액은 수혜자 경동맥에서 기증자 상행 대동맥으로 들어가 관상동맥을 통해 심근을 관상동맥에 관류시키고, 관상동을 통해 우심방과 심실로 돌아와 폐간으로 배출되어 수혜자의 외경정맥으로 배출됩니다. 이 순환은 생리적 관상동맥 관류를 모방합니다.
시술에 필요한 미세수술 기구와 수술 장비는 그림 2
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쥐 심장 이식 모델은 이식 면역학에 대한 이해를 진전시키는 데 중요한 역할을 해왔습니다. 원래의 이종성 복부 모델 개발 이후, 이 시스템들은 거부 반응의 세포 및 분자 기전을 특성화하고, 새로운 면역억제 요법을 시험하며, 기증자와 수혜자 균주 8,17,31 모두에서 유전적 변형을 평가하는 데 활용되어 왔습니다. 근친교배 및 유전자 변형 마우스를 사용할 수 있는 능력은 통제된 환경에서 면역 경로를 해부할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 쥐 모델에서의 결과는 대동물의 전임상 연구와 초기 임상 시험 모두에 영향을 미쳤습니다32. 이 틀 안에서 쥐 2차 심장 이식 모델은 기증자 특이적 내성과 동종면역 기억 반응을 직접 평가할 수 있게 합니다. 여기서 설명한 자궁경부...
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저자들은 상충하는 이해관계가 없다고 선언한다.
이 연구는 미국심장협회의 보조금(23CDA1049388)의 지원을 받아 T.J.B.와 국립보건원(NIH)의 R01AI143887보조금으로 지원받았습니다.
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