Dit protocol beschrijft een neonataal varkensmodel van cardiopulmonale bypass (CPB), met bloedsomloop en hartstilstand als hulpmiddel voor het bestuderen van ernstige hersenbeschadiging en andere complicaties secundair aan CPB.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol beschrijft een neonataal varkensmodel van cardiopulmonale bypass (CPB), met bloedsomloop en hartstilstand als hulpmiddel voor het bestuderen van ernstige hersenbeschadiging en andere complicaties secundair aan CPB.
Aangeboren hartaandoeningen (CHD) zijn de meest voorkomende aangeboren afwijkingen, met ongeveer een miljoen geboorten wereldwijd per jaar. Uitgebreid onderzoek naar deze ziekte vereist geschikte en gevalideerde diermodellen. Biggen worden vaak gebruikt voor translationeel onderzoek vanwege hun analoge anatomie en fysiologie. Dit werk was gericht op het beschrijven en valideren van een neonataal biggenmodel van cardiopulmonale bypass (CPB) met bloedsomloop en hartstilstand (CA) als een hulpmiddel voor het bestuderen van ernstige hersenbeschadiging en andere complicaties van hartchirurgie. Naast het opnemen van een lijst met materialen, biedt dit werk een routekaart voor andere onderzoekers om dit protocol te plannen en uit te voeren. Nadat ervaren beoefenaars verschillende proeven hadden uitgevoerd, toonden de representatieve resultaten van het model een slagingspercentage van 92%, waarbij mislukkingen werden toegeschreven aan de grootte van kleine biggen en de variant van de anatomie van het vat. Bovendien stelde het model beoefenaars in staat om te kiezen uit een breed scala aan experimentele omstandigheden, waaronder variërende tijden in CA, temperatuurveranderingen en farmacologische interventies. Samenvattend maakt deze methode gebruik van materialen die gemakkelijk beschikbaar zijn in de meeste ziekenhuisomgevingen, is betrouwbaar en reproduceerbaar en kan op grote schaal worden gebruikt om translationeel onderzoek bij kinderen die een hartoperatie ondergaan te verbeteren.
Aangeboren hartafwijkingen (CHD) zijn de meest voorkomende aangeboren afwijkingen, met ongeveer een miljoen geboorten wereldwijd per jaar1. Hoewel moderne ontwikkelingen op het gebied van cardiothoracale chirurgie (CTS) en intensive care-behandeling de sterftecijfers hebben verbeterd, blijven comorbiditeiten uiterst vaak 2,3,4,5. Neurologische ontwikkelingsafwijkingen, waaronder cognitieve en motorische stoornissen en leerstoornissen, worden gemeld bij ongeveer 25%-50% van deze patiënten 6,7,8. Het is aangetoond dat chirurgie tijdens de eerste dagen van het leven, vooral die waarbij bloedsomloop en hartstilstand (CA) nodig zijn, de morbiditeit verhoogt9. Hemodynamische veranderingen tijdens de operatie kunnen een belangrijk effect hebben op de zich kwetsbare ontwikkelende pasgeboren hersenen. Experimentele modellen zijn essentieel om de oorsprong van deze afwijkingen beter te begrijpen en neuroprotectieve strategieën te onderzoeken om de prognoses van deze patiënten te verbeteren.
Het gebruik van diermodellen om deze populatie te bestuderen is uitgebreid gedocumenteerd 5,10,11,12,13,14. Met name biggen bieden een uitstekende optie, gezien de nauwe benaderingen in de anatomie van het hart (Figuur 1), genoom en fysiologie, evenals hun relatief grotere formaat in vergelijking met andere diermodellen15 (Figuur 2). Het gebruik van biggenmodellen om de effecten van zowel cardiopulmonale bypass (CPB) als CA te bestuderen is eerder beschreven. Deze experimentele diermodellen zijn nuttig voor het bestuderen van hemodynamische veranderingen en bijbehorende complicaties van eindweefselorganen 14,16,17,18,19,20. Deze modellen zijn ontwikkeld om onderzoekers in staat te stellen menselijke omstandigheden te bestuderen in een gecontroleerde omgeving, met flexibiliteit voor een verscheidenheid aan experimentele omstandigheden. De meeste studies rapporteren het gebruik van centrale canulatie, een techniek die geavanceerde chirurgische vaardigheden vereist, een hoger gebruik van hulpbronnen vereist en het moeilijk maakt om overleving op lange termijn te garanderen. Hoewel eerdere studies het gebruik van biggen bij het bestuderen van CPB 12,15 hebben gedocumenteerd, hebben weinigen de perifere canulatietechniek voorgesteld.
Deze nieuwe perifere canulatietechniek is eenvoudiger, minder agressief en haalbaarder in vergelijking met andere gepubliceerde onderzoeken19. Bovendien is het valideren van deze techniek bij pasgeborenen en kleine dieren nieuw en moet het worden overwogen voor gebruik door alle onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het gebruik van een diermodel om CHD en de bijbehorende comorbiditeiten te bestuderen. Het is met name geschikt voor personen met toegang tot een laboratorium dat is uitgerust met voorraden, middelen en personeel dat ervaring heeft met het uitvoeren van diermodelexperimenten.
Samenvattend is het hoofddoel van deze studie het beschrijven en valideren van een neonataal biggenmodel van CPB met CA. Het protocol heeft tot doel ernstige hersenbeschadiging en andere mogelijke complicaties van CPB-chirurgie te bestuderen in een gecontroleerde setting met verschillende experimentele omstandigheden. Deze methode biedt een model dat generaliseerbaar, betrouwbaar en van hoge kwaliteit is, dat kan worden gebruikt voor een breed scala aan experimentele protocollen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De huidige procedure werd goedgekeurd door de Ethische Commissie Dierproeven (CEEA) van het Centrum voor Vergelijkende Geneeskunde en Bioimage van Catalonië (CEEA-CMCiB). De regering van Catalonië heeft ook toestemming gegeven voor het experimentele protocol (nr. 11652), het bestandsidentificatienummer FUE-2022-02381434 en ID QBXQ3RY3J. Ervaren beoefenaars, waaronder gecertificeerde dierenartsen die toezicht en assistentie boden, voerden alle experimenten uit. Voor het huidige onderzoek werden biggen (Sus scrofa domestica) gebruikt, 4-6 dagen oud, met een gewicht van 2,5-3,5 kg. Er werd geprobeerd de genderverdeling in evenwicht te brengen om gerelateerde vooroordelen te voorkomen.
1. Sedatie, intubatie en toegang
2. Instellen en primen van het CPB-circuit
3. Chirurgie en CPB-initiatie
OPMERKING: Aanvullende afbeelding 1 toont de chirurgische materialen die nodig zijn voor het plaatsen van de canule.
4. Bloedsomloop en hartstilstand (CA)
5. Extracorporale cardiopulmonale reanimatie (eCPR)
6. Postoperatieve zorg
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Gedurende een periode van 6 maanden werd het volledige protocol 12 keer uitgevoerd door een interdisciplinair team van pediatrische intensive care-artsen, kindercardiologen, dierenartsen en technici (aanvullende figuur 2 en aanvullende figuur 3).
Figuur 1 en Figuur 2 tonen de verwachte anatomie van de dieren die in dit protocol worden gebruikt. De geïncludeerde biggen waren gemiddeld 4,8 dagen oud (4-...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Cardiopulmonale bypass wordt vaak gebruikt tijdens hartchirurgie voor volwassenen, kinderen en pasgeborenen. Het vertrouwt op een gemotoriseerd extracorporaal circuit en membraanoxygenator die samenwerken om bloed van zuurstof te voorzien en long- en hartstabilisatie te bieden. Eerdere studies hebben aangetoond dat CPB een nadelige invloed kan hebben op veel orgaansystemen (nier-, cerebrale, long-, hart-, gastro-intestinale) zowel bij zieke als voorheen gezonde patiënten 22,23,24.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit project heeft financiering ontvangen van het onderzoeks- en innovatieprogramma Horizon 2020 van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 101017113, Instituto de Salud Carlos III (PI20/00298), Beca Carmen de Torres (Fundació Sant Joan de Déu) en het Vanderbilt Medical Scholars Program. We danken alle medewerkers van CMCiB, waaronder Jordi Grifols, María del Mar Arevalo, Juan Ricardo Gonzalez, Sara Capdevila, Josep Puig en Gemma Cristina Monte Rubi). We danken ook speciale dank aan Abril Culell Camprubí en Dr. Sergi Cesar Díaz voor hun hulp bij anatomische tekeningen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1.5% sevofluoraan | Zoetis | 20070289 | |
| 2.5 mm endotracheale buis | Henry Schein | 988-1782 | |
| 3 Fr katheter voor perifere arteriële toegang | Prodimed | 3872.1 | |
| 4 Fr katheter voor perifere veneuze toegang | Prodimed | 3872.13 | |
| 6 French ECMO pediatric arteriële canule | Medtronic | 77206 | |
| 8 French ECMO pediatric veneuze canule | Medtronic | 68112 | |
| Adrenaline | B Braun | 469801-1119 | |
| Adson forceps | Allgaier instruments | 08-030-130 | Elk merk mag worden vervangen |
| BP manchet | Mindray | ||
| Buprenorfine (0,01 mg/kg) | Richter Pharma | #9004114000537 | |
| Calciumgluconaat (2,25 mmol/10 mL) | B Braun | 570-12606194-1119 | |
| Dexmedetomidine (0,5-2,0 µg/kg/min) | Orion farma | GTN 064321000017253 | |
| Dolethol | vetoquinol | #3605870004904 | |
| Dopamine | hikma | A044098010 | |
| Fentanyl (25-200 µg/kg/min) | Kern Pharma | 756650.2H | |
| Verse donorvarkensbloed Type O | Elk | ||
| Warmtewisselaar | Maquet Gmbh & Co | MCP70107.2130 | |
| Heparine (1350 UI) | ROVI | 641641.1 | |
| Irwin retractor | Aesculap | BV104R | Elk merk mag worden vervangen |
| Ketamine (20 mg/kg) | Richter Pharma | #9004114000452 | |
| Smeermiddel | Elke orotracheale smering | ||
| Midazolam (0,3 mg/kg) | Serra Pamies | 619627.4 | |
| Mosquito forceps | Aesculap | BH109R | Elk merk mag worden vervangen |
| Naaldtang | Aesculap | BM016R | Elk merk mag worden vervangen |
| Normale zoutoplossing (0,9%) | B Braun Fisiovet | 5/469827/0610 | Elk merk mag worden vervangen |
| Kunststofklemmen voor slangen | Achim Schulz-Lauterbach | DBGM | Elk merk mag worden vervangen |
| Kaliumchloride (9 mEq) | B Braun | 3545156 | |
| Propofol (0,5 mg/kg) | Zoetis | 579742.7 | |
| Quadrox membraanoxygenator | Maquet Gmbh & Co | BE-HMOSD 300000 | |
| Rektuthermometer | Elk | ||
| RotaFlow Console ECMO systeem | Maquet Gmbh & Co | MCP00703177 | Neonataal ECMO systeem |
| Scalpael | Aesculap | BB074R | Elk merk mag worden vervangen |
| Natriumbicarbonaat (1 M) | Fresenius Kabi | 634477.4 OH | |
| Chirurgische schaar | Talmed Inox | 112 | Elk merk mag worden vervangen |
| Hechtdraad (3/0 poly absorbeerbaar) | B Braun Novosyn (R) | 0068030N1 | Elk merk mag worden vervangen |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.