Het huidige protocol beschrijft een manchettechniek voor een linkerlongtransplantatiemodel van een muis. Deze techniek is gedurende meerdere jaren ontwikkeld en heeft goed gepresteerd, waardoor hij effectief van pas kwam in immunologisch onderzoek.
Methodenartikel
Het huidige protocol beschrijft een manchettechniek voor een linkerlongtransplantatiemodel van een muis. Deze techniek is gedurende meerdere jaren ontwikkeld en heeft goed gepresteerd, waardoor hij effectief van pas kwam in immunologisch onderzoek.
In het afgelopen decennium heeft ons laboratorium aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen en verfijnen van gevasculariseerde longtransplantatiemodellen bij muizen met behulp van een efficiënte en zeer betrouwbare "manchettechniek" van transplantatie. Dit artikel beschrijft een geavanceerde en uitgebreide methode voor orthotope longtransplantatie in een gevasculariseerd orthotopisch longmodel, dat het meest fysiologische en klinisch relevante model van longtransplantatie bij muizen tot nu toe vertegenwoordigt. Het transplantatieproces bestaat uit twee verschillende fasen: donoroogst en daaropvolgende implantatie in de ontvanger. De methode is met succes onder de knie en met enkele maanden voldoende training kan een bekwame beoefenaar de procedure in ongeveer 90 minuten van huid op huid uitvoeren. Verrassend genoeg nadert het overlevingspercentage tijdens de perioperatieve periode, zodra individuen de initiële leercurve hebben overwonnen, bijna 100%. Het muismodel maakt het mogelijk om meerdere in de handel verkrijgbare transgene en mutante muizenstammen te gebruiken, waardoor tolerantie en afstoting kunnen worden bestudeerd. Bovendien maken de unieke kenmerken van dit model het een waardevol hulpmiddel voor het onderzoeken van tumorbiologie en immunologie.
Hoewel er vervangende therapieën, zoals dialyse en ventriculaire hulpmiddelen, bestaan voor mensen met nier- en hartfalen, blijft longtransplantatie de primaire behandelingsoptie voor patiënten die lijden aan longziekte in het eindstadium. Deze procedure dient als de enige levensreddende keuze voor personen met de diagnose longfibrose1. Bovendien wordt het gebruikt om de levensduur te verlengen van mensen die te maken hebben met obstructieve longziekten in het eindstadium, zoals emfyseem, evenals mensen met etterende aandoeningen zoals cystische fibrose1.
Hoewel de overlevingspercentages op korte termijn zijn verbeterd als gevolg van technische verfijningen, verbeteringen in de perioperatieve zorg en vooruitgang in immunosuppressie, zijn de langetermijnresultaten na longtransplantatie duidelijk inferieur aan die van andere solide organen. Het totale overlevingspercentage van vijf jaar van slechts 50% voor ontvangers van een longtransplantaat is veel lager dan voor degenen die hart-, nier- of levertransplantaten krijgen1. Ons team en anderen hebben vermoed dat de reden voor een dergelijke discrepantie het gebrek is aan klinisch relevante biologische modellen om routes die leiden tot afstoting en/of tolerantie van longtransplantaten volledig te begrijpen, aangezien experimentele manipulatie van fysiologisch relevante muismodellen aanzienlijk heeft bijgedragen aan de overleving op lange termijn van andere vaste of cellulaire allotransplantaten2.
Voorafgaand aan de ontwikkeling van het orthotope longtransplantatiemodel bij muizen, vertrouwden onderzoekers op grotere diermodellen voor hun studies. Deze grotere modellen hadden echter beperkingen, waaronder een gebrek aan transgene mutanten die nodig waren voor het onderzoeken van mechanistische vragen3. Bovendien hadden studies bij ratten te maken met vergelijkbare beperkingen4, en niet-gevasculariseerde heterotope tracheale transplantatiemodellen bij muizen waren ook beperkt tot hun bruikbaarheid5. Onderzoek heeft het belang aangetoond van het gebruik van gevasculariseerde transplantatiemodellen in plaats van niet-gevasculariseerde transplantatiemodellen in verschillende orgaansystemen. Niet-gevasculariseerde transplantaten van neonataal hartweefsel die in de oorschelp van ontvangende muizen worden ingebracht, hebben bijvoorbeeld geen directe interactie met het vasculaire endotheel en de bloedbaan van de ontvanger. Daarom zijn ze beperkt in hun relevantie in vergelijking met gevasculariseerde menselijke harttransplantaten6. Op een vergelijkbare manier verschilt het heterotope tracheale transplantatiemodel, dat geen vascularisatie en beluchting heeft, significant van menselijke longtransplantaties, met name in de waargenomen luchtwegveranderingen in kleine luchtwegen na transplantatie. Bovendien weerspiegelt het snelle begin van fibrotische occlusie in heterotope tracheale allotransplantaten geen waarnemingen in menselijke longen of in gevasculariseerde longtransplantaten bij grotere dieren of ratten7.
In ons onderzoekslaboratorium werd de creatie van het orthotope longtransplantatiemodel bij muizen geïnspireerd op het orthotope enkelvoudige longtransplantatiemodel dat is vastgesteld bij ratten 8,9. In tegenstelling tot mensen hebben muizen en ratten slechts één kwab in hun linkerlong, die slechts vijfentwintig procent van de totale longmassa uitmaakt. Deze functie maakt de succesvolle uitvoering van linkerlongtransplantatie in muizenmodellen mogelijk zonder dat ondersteuning van de bloedsomloop nodig is10,11. In de loop van de tijd hebben we technische wijzigingen in het model aangebracht en in deze context worden de belangrijkste stappen toegelicht die het uitvoeren van de procedure vergemakkelijken.
Naast de implicaties voor onderzoek naar transplantatie-immunobiologie, biedt het orthotope longtransplantatiemodel bij muizen een robuust instrument voor het onderzoeken van de rol van pulmonale niet-hematopoëtische stromale cellen in verschillende ziekteprocessen. Dit gebeurt omdat een mutante syngene enkelvoudige longtransplantatie leidt tot een bijna volledige vervanging van hematopoëtische cellen door van de ontvanger afgeleide cellen, terwijl niet-hematopoëtische stromale cellen afkomstig blijven van de donor. Bijgevolg kan een "chimeer orgaan" worden gecreëerd zonder bestraling van de gastheer of longspecifieke expressie van een transgen12. Bovendien kan de inheemse long aan de andere kant functioneren als een interne controle binnen hetzelfde dier zonder wijdverspreide veranderingen in het immuunsysteem van de gastheer te veroorzaken. Dit model is veelbelovend voor het bevorderen van onderzoek naar longtransplantatie en andere ziekteroutes waarbij pulmonale stromale cellen betrokken zijn.
Alle diergerelateerde procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met en kregen goedkeuring van de Institutional Animal Care and Use Committee van de Universiteit van Maryland, Baltimore. Het wordt aanbevolen om mannelijke, 8-12 weken (20-25 g), BALB/c-muizen als donor en C57BL/6-muizen als ontvanger te gebruiken. De dieren zijn afkomstig van een commerciële bron (zie Tabel met materialen).
1. Voorbereiding van bronchiale en vasculaire manchetten
timing: 10 min (voor drie manchetten)
2. Donorprocedure
tijdsduur: 10-15 min
3. Procedure voor de begunstiging
tijdsduur: 50-60 min
4. Herstel van dieren
tijdstip: 12 uur
Op basis van de ervaring met dit model in de afgelopen 10 jaar, hebben personen met elementaire microchirurgische vaardigheden doorgaans een leercurve van ongeveer 50 dieren nodig. Zodra de vaardigheid is bereikt, duren de donorprocedures doorgaans 15-30 minuten, terwijl de ontvangerprocedures ongeveer 60 minuten duren. Na de initiële leercurve is de perioperatieve mortaliteit meestal erg laag.
In Figuur 4A,B laat de longmorfologie zeven dagen na de implantatie van de linkerlongen van de Balb/cJ-donor in C57/B6J-ontvangers zien dat muizen die werden behandeld met co-stimulerende blokkade een bewaarde, normale morfologie vertoonden. Daarentegen vertoonden muizen zonder immunosuppressie tekenen van afstoting.
In Figuur 4C,D vertoonde de H&E-kleuring van met co-stimulerende blokkade behandelde muizen minimale immunoreactiviteit, wat wijst op immuuntolerantie. Daarentegen vertoonden muizen zonder immunosuppressie prominente lymfatische infiltratie, wat wijst op een afstotingsreactie.

Figuur 1: Creatie van manchetten. Met behulp van mes #11, (A) zijn vasculaire en bronchiale manchetten gemaakt met een verlengde manchet om de plaatsing te vergemakkelijken. (B) 18 G/20 G/24 G-katheters werden gebruikt voor broncho's/longader/longslagader (van links naar rechts). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Donoroperatie. De donorprocedure verloopt met heparine-injectie via de penisader (A), intubatie (B), dissectie van het middenrif (C) en een sternotomie op de middellijn (D). Het uitgesneden longblok (E) werd vochtig gehouden met guaze pads bedekt (F). Het hilum wordt ontleed, te beginnen met de donorplumonaire slagader (G), longader (H). Het bloedvat werd door het lumen van de manchet gegrepen en vervolgens over de manchet gevouwen, waardoor het endotheel-/epitheeloppervlak (I) bloot kwam te liggen. Vervolgens werd het vastgemaakt met 10-0 nylon hechtdraad rond de manchet (2 knopen) (J). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Bewerking van de ontvanger. De ontvangende procedure gaat verder met endotracheale intubatie, rechter laterale decubituspositie (A) en een linker thoracotomie (B). De linkerlong van de ontvanger wordt losgemaakt van de aanhechtingen in het vooraanzicht (C) en de longslagader (D), longader (E) en bronchiën worden ontleed. Proximale controle van het recipiente hilum wordt verkregen met een aneurysmaclip (F). De gecuffde donorlongslagader wordt via een V-vormige 1/3 arteriotomie (G) in de longslagader van de ontvangende donor ingebracht en het handvat van de manchet wordt bediend door een tweede aneurysmacclip om de manchet stabiel te houden en vervolgens vastgezet met een 10-0 nylon stropdas (2 knopen) (H). De2e clip werd verwijderd en dezelfde procedure werd gevolgd voor de longader (I) en bronchiën (J). De 1eclip werd verwijderd om de longreperfuse (K) te laten. de long wordt opgeblazen en vervolgens weer in de borstkas geplaatst (L). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Morfologie en histologie van de getransplanteerde long. Zeven dagen na implantatie van de linkerlongen van de Balb/cJ-donor in C57/B6J-ontvangers, vertoonden muizen die werden behandeld met co-stimulerende blokkade een bewaarde, normale morfologie (A). Daarentegen vertoonden muizen die niet met immunosuppressie werden behandeld tekenen van afstoting (B). H&E-kleuring van de met co-stimulerende blokkade behandelde muizen toonde minimale immunoreactiviteit, wat wijst op immuuntolerantie (C). Met niet-immunosuppressie behandelde muizen vertoonden prominente lymfatische infiltratie, wat wijst op een afstotingsreactie (D). Schaalbalken: 100 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
De manchettechniek voor muizen linkerlongtransplantatie vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang in transplantatieonderzoek10,11. Kritieke stappen zijn onder meer nauwkeurige en nauwgezette dissectie van de hilaire structuur en veilige anastomosen. Aanpassingen kunnen worden aangebracht om aan experimentele behoeften te voldoen, maar er is een leercurve bij betrokken. Onze groep heeft de positie van de muis van de ontvanger aangepast van achterwaarts naar vooraan, waardoor een beter zicht op de heuvel wordt verkregen door de muis van de ontvanger te buigen, wat de leercurve verkort.
Beperkingen zijn onder meer uitdagingen met muizen buiten het gespecificeerde gewichtsbereik en de behoefte aan bekwame chirurgen met eerdere ervaring in microchirurgie. Om het risico op transplantatelectase te verkleinen, wordt sterk aangeraden om na implantatie positieve eind-expiratoire druk (PEEP) toe te passen en te zorgen voor de juiste toediening van pijnstillers. Om veneuze scheuren te voorkomen, wordt aanbevolen een kleinere manchetmaat (22 G) te gebruiken. Om arteriële torsie te voorkomen, wordt bovendien voorgesteld om de beweging van het transplantaat na de voorbereiding tot een minimum te beperken en uiterst voorzichtig te zijn bij het aanpassen van de oriëntatie van de long van de donor tijdens de anastomoseprocedure.
Ondanks beperkingen overtreft de gevasculariseerde benadering van de methode niet-gevasculariseerde modellen en biedt het een betere fysiologische relevantie. Het overwint ook tekortkomingen van heterotope tracheale modellen7, waardoor het een ideaal model is voor de studie van transplantatieimmunobiologie en ziekteprocessen. De transformatieve functie van het model maakt de geleidelijke vervanging van donorhematopoëtische cellen door gastheercellen mogelijk, waardoor onderzoek naar ziekte en maligniteit wordt vergemakkelijkt12. Bovendien biedt het inzicht in de bijdragen van pulmonale stromale cellen, essentieel voor het begrijpen van longpathofysiologie en gerichte therapieën.
Over het algemeen is de manchettechniek veelbelovend voor het bevorderen van onderzoek in transplantatiebiologie, longziekten en immunologie, met mogelijke toepassingen op diverse gebieden. Onderzoekers moeten rekening houden met de leercurve en het aanpassingsvermogen aan specifieke onderzoeksbehoeften. We streven ernaar de efficiëntie en het succes van de procedure te verbeteren door praktische aanpassingen aan te brengen, zoals het herpositioneren van het dier na thoracotomie voor een beter chirurgisch zicht. Hoewel de kerntechniek hetzelfde blijft, kunnen deze verbeteringen het proces aanzienlijk vergemakkelijken, vooral voor tijdige longanastomose in experimentele omgevingen. Dit artikel geeft waardevolle tips voor betere techniekprestaties in het veld.
De auteurs hebben niets te onthullen dat relevant is voor het onderwerp van dit manuscript.
ASK, AEG en DK worden ondersteund door P01 AI116501. ASK en EJ worden verder ondersteund door R01AI145108-01, R01HL166402. ASK wordt ondersteund door I01 BX002299-05. AEG en DK worden verder ondersteund door RO1HL09601. CL wordt ondersteund door R01 HL128492. Dit werk wordt gedeeltelijk ondersteund door Chuck en Mary Meyers en Richard en Eibhlin Henggeler.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 10-0 Nylon suture | Surgical Specialties Corporation, Reading PA | AK-0106 | |
| 2 Dumont #5 forceps | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 11251-20 | |
| 2 Halsted-Mosquito clamp curved tip | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91309-12 | |
| 6-0 braided silk suture | Henry Schein Inc., Melville, NY, | 100-5597 | |
| 6-0 Polydioxanone PDS II suture and | Ethicon Inc., Somerville, NJ. | Z117H | |
| 70% Ethanol | Pharmco Products Inc., Brookfield, CT | 111000140 | |
| Adson forceps | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91127-12 | |
| Balb/c mice | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000651 | 8–12 weeks; Male |
| Bipolar coagulator | Valleylab Inc., Boulder, CO | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| C57BL/6 mice | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000664 | 8–12 weeks; Male |
| Clear chlorhexidine | Hibiclens, Mölnlycke Health Care US, LLC, Norcross, GA | 57591 | |
| Electrocautery | Bovie | ||
| Fine vannas style spring scissors | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15000-03 | |
| Halsey needle holder | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91201-13 | |
| Harvard Apparatus Mouse Ventilator VentElite | Harvard Apparatus, Holliston, MA | 55-7040 | settings 3L O2/minute, respiratory rate 130 bpm, 0.4 cc tidal volume |
| Heparin solution | Abraxis Pharmaceutical Products, Schaumburg, IL | 504031 | 100 U/mL |
| Injection grade normal saline | Hospira Inc., Lake Forest, IL | NDC 0409-4888-20 | |
| Ketamine | VetOne, Boise, ID | 501072 | 50 mg/kg |
| Konig Mixter Micro Pediatric Forceps Right-Angled Jaws | Medline, Northfield, IL, | MDS1247714 | Extra Fine, Overall Length 5 1/2" (14cm) |
| Medline High Temperature Cautery,W/ Fine Tip | Leica Microsystems, Inc., Allendale, NJ | 10 450 290 | |
| Microscope Leica M80 F12 Floor Stand | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15396-00 | |
| Moria extra fine spring scissors | Parkland Scientific, Coral Springs, FL | V3000i | |
| Ohio Isoflurane Vaporizer | Vitrolife Inc., Englewood, CO, | 19001 | |
| Perfadex low-potassium dextran glucose solution | Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ | 353025 | Electrolyte preservation solution |
| polystyrene petridishes | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 00632-11 and 00649-11 | 150 × 25 mm and 60 × 25 mm |
| S&T SuperGrip Forceps straight and angled tip | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 18200-20 | |
| Small animal retraction system | Puritan Medical Company LLC, Guilford, Maine | 823-WC | tapered mini cotton tipped 3 inch applicators |
| sterile Q-tips | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2419Z | |
| Surflo etfe IV Catheter, Yellow, 24 G x 0.75" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX1851Z | |
| Surflo etfe IV Catheter; Green, 18 G x 2" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2032Z | |
| Surflo etfe IV Catheter; Pink, 20 G x 1.25" | Thermocare, Inc., Incline Village, NV | ||
| ThermoCare Small Animal ICU System, | A to Z Vet Supply, Dresden, TN | 008679 | 10 mg/kg |
| Xylazine | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT480T | |
| Yasargil Clip Applier | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT264T | |
| Yasargil Temporary Aneurysm Clips | Medline, Northfield, IL, | ESCT001 |
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen