Method Article

Onderzoek naar alternatieve perfusieoplossingen met behulp van gepolymeriseerde zuurstofdragers op basis van hemoglobine van de volgende generatie in een model van ex vivo longperfusie bij ratten

DOI:

10.3791/66702

⸱

June 14th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1COPPER Laboratory, Department of Surgery, The Ohio State University Wexner Medical Center, 2Division of Cardiac Surgery, Department of Surgery, The Ohio State University Wexner Medical Center, 3William G. Lowrie Department of Chemical and Biomolecular Engineering, College of Engineering, The Ohio State University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier beschrijven we de toepassing van een op gepolymeriseerde humane hemoglobine (PolyhHb) gebaseerde zuurstofdrager als perfusaat en het protocol waarin deze perfusieoplossing kan worden getest in een model van ex vivo longperfusie bij ratten.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Longtransplantatie wordt belemmerd door het gebrek aan geschikte donoren. Voorheen werden donoren die als marginaal of ontoereikend werden beschouwd, weggegooid. Nieuwe en opwindende technologie, zoals ex vivo longperfusie (EVLP), biedt longtransplantatieaanbieders echter een uitgebreide beoordeling voor marginale donortransplantaten. Dit dynamische beoordelingsplatform heeft geleid tot een toename van longtransplantatie en heeft aanbieders in staat gesteld om donoren te gebruiken die eerder werden weggegooid, waardoor de donorpool werd uitgebreid. De huidige perfusietechnieken maken gebruik van cellulaire of acellulaire perfusaten, en beide hebben duidelijke voor- en nadelen. De samenstelling van de perfusie is van cruciaal belang voor het handhaven van een homeostatische omgeving, het bieden van voldoende metabolische ondersteuning, het verminderen van ontstekingen en celdood en uiteindelijk het verbeteren van de orgaanfunctie. Perfusieoplossingen moeten voldoende eiwitconcentratie bevatten om de juiste oncotische druk te behouden. De huidige perfusieoplossingen leiden echter vaak tot vochtextravasatie door het pulmonale endotheel, wat resulteert in onbedoeld longoedeem en schade. Het is dus noodzakelijk om nieuwe perfusieoplossingen te ontwikkelen die overmatige schade voorkomen met behoud van een goede cellulaire homeostase. Hier beschrijven we de toepassing van een op gepolymeriseerde humane hemoglobine (PolyhHb) gebaseerde zuurstofdrager als perfusaat en het protocol waarin deze perfusieoplossing kan worden getest in een model van EVLP bij ratten. Het doel van deze studie is om de longtransplantatiegemeenschap te voorzien van belangrijke informatie bij het ontwerpen en ontwikkelen van nieuwe perfusieoplossingen, evenals de juiste protocollen om ze te testen in klinisch relevante translationele transplantatiemodellen.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zoals elk gebied in de transplantatie van vaste organen, lijdt longtransplantatie aan een tekort aan donororganen. Om de donorpool te vergroten, is er veel onderzoek gedaan naar het potentieel van allotransplantaten waarvan ooit werd gedacht dat ze ongeschikt waren voor transplantatie, d.w.z. donoren met uitgebreide criteria (ECD). Deze allotransplantaten kunnen om verschillende redenen als ECD worden beschouwd, waaronder twijfelachtige kwaliteit, slechte functie, infectie, trauma, langdurige warme of koude ischemische tijden en hoge leeftijd 1,2. In bepaalde gevallen, wanneer deze longen geschikt zijn voor onmiddellijke transplantatie3, is het vaak voordelig voor zowel zorgverleners als ontvangers om deze longen nog een extra tijd te evalueren om te bepalen of ze geschikt zijn voor transplantatie. Ex vivo longperfusie (EVLP) is een dergelijke technologie die een uitgebreide beoordeling mogelijk maakt van potentiële longtransplantaten in een gesloten circuit buiten de donor 2,4,5,6,7, waardoor de transplantatieaanbieder de mogelijkheid krijgt om de geschiktheid voor transplantatie te bepalen. EVLP heeft aangetoond dat het in staat is om donororganen adequaat te beoordelen 8,9,10,11, de effecten van ischemisch reperfusieletsel (IRI)12,13 te verminderen en de donorpoolte vergroten 14,15, waardoor longtransplantatie een meer toegankelijke behandeling voor iedereen wordt.

Over het algemeen is een EVLP-systeem een gesloten systeem met een beademingscircuit (bereikt door een ventilator aan te sluiten op de luchtpijp om lucht in het systeem te brengen) en een vasculair circuit (bereikt door het linker atrium (LA) te verbinden met de longslagader (PA) met slangen)7. Het vasculaire circuit heeft perfusaat dat door de slang loopt om de long essentiële voedingsstoffen en zuurstof te geven, terwijl de koude ischemische tijd (CIT) wordt beperkt5,8,16,17. Deze oplossing is ofwel op bloed gebaseerd (d.w.z. via de toevoeging van verpakte rode bloedcellen (PRBC's))16,17 of acellulair (d.w.z. geen PRBC's)4,5. Er zijn echter verschillende opmerkelijke nadelen aan het gebruik van PRBC's. Bij gebruik van PRBC's van donoren die zijn overleden aan trauma of hersendode donoren (BDD), bevatten deze vloeistoffen vaak grote hoeveelheden inflammatoire cytokines, die de cellulaire schade tijdens EVLP kunnen verhogen en de niveaus van celvrije hemoglobine (Hb), heem, ijzer en celfragmenten kunnen verhogen die extra schade aan cellen toebrengen18,19. Bovendien, aangezien deze donoren vaak uit meerdere organen bestaan, kan het verzamelen van PRBC's voorafgaand aan de verkrijging leiden tot een afnemend bloedvolume in de donor en vervolgens tot een toename van ischemie naar alle organen. Als PRBC's van een andere bron worden gebruikt, kunnen aanbieders te maken krijgen met bloedtekorten, aangezien dit op zichzelf al een schaars materiaal is20,21. Ten slotte zijn PRBC's vatbaar voor mechanische lysis op het EVLP-circuit, ongeacht hun bron, waardoor Hb en andere componenten vrijkomen die bijdragen aan cellulaire schade.

Daarom kan het om vele redenen voordelig zijn om een kunstmatige vervanger van rode bloedcellen te gebruiken, d.w.z. zuurstofdragers op basis van hemoglobine (HBOC's), als perfusaatsupplement. Een bijzonder veelbelovende HBOC is gepolymeriseerd humaan hemoglobine (PolyhHb). PolyhHb wordt gesynthetiseerd uit Hb gezuiverd uit verlopen PRBC's die ongeschikt werden geacht voor onmiddellijke transfusie22. Het is aangetoond dat ze levensvatbare bloedvervangers zijn bij hemorragische shock23 en transplantatie24 en kunnen in grote hoeveelheden worden geproduceerd22. Grootschalige adoptie van PolyhHb is echter niet succesvol geweest vanwege onvoorziene complicaties zoals vasoconstrictie, verhoging van de bloeddruk en hartstilstand23,25. De redenen achter deze bevindingen waren waarschijnlijk te wijten aan de aanwezigheid van celvrije Hb-polymeren of Hb-polymeren met een laag moleculair gewicht (< 500 kDa) in de PolyhHab-oplossing, omdat ze de neiging hebben om in de weefselruimte te extravaseren, wat resulteerde in verminderde beschikbaarheid van stikstofmonoxide, daaropvolgende vasoconstrictie, systemische hypertensie en uiteindelijk oxidatief weefselletsel26,27. Om deze problemen te verbeteren, heeft het Palmer Laboratory gewerkt aan de ontwikkeling van een PolyhHb van de volgende generatie die minimale soorten met een laag MW en celvrij Hb bevat, wat verbeterde biofysische kenmerken en in vivo reacties heeft aangetoond 22,28,29,30. Verschillende transfusiestudies bij dieren hebben aangetoond dat als Hb-polymeren met een laag moleculair gewicht uit de HBOC worden geëlimineerd, vasoconstrictie, systemische hypertensie en oxidatieve schade kunnen worden beperkt 28,29,31,32,33,34,35. Daarom is deze PolyhHb van de volgende generatie een veelbelovende perfusaatkandidaat.

Hier beschrijven we de toepassing van een PolyhHb van de volgende generatie voor gebruik in een perfusaat en het protocol waarmee deze perfusieoplossing kan worden getest in een model van EVLP voor ratten. Het doel van deze studie is om de longtransplantatiegemeenschap te voorzien van belangrijke informatie bij het ontwerpen en ontwikkelen van nieuwe perfusieoplossingen, en om protocollen te bieden om ze te testen in klinisch relevante translationele transplantatiemodellen.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sprague-Dawley-ratten (300 g lichaamsgewicht) werden commercieel verkregen en gehuisvest onder pathogeenvrije omstandigheden in de dierenfaciliteit van het Wexner Medical Center van de Ohio State University. Alle procedures werden op humane wijze uitgevoerd volgens de NIH en de National Research Council's Guide for the Humane Care and Use of Laboratory Animals en met de goedkeuring van The Ohio State University Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC-protocol 2023A00000071).

1. PolyhHab-synthese en -zuivering

OPMERKING: De productie en synthese van het PolyhHab-materiaal dat werd gebruikt voor de volgende EVLP-experimenten werden oorspronkelijk gepubliceerd door Cuddington et al. in 202022. Raadpleeg dit werk voor diepgaande schema's en analyse van de PolyhGb-synthese. Hieronder volgt een samenvatting van de synthese en zuivering van PolyhHb op proefschaal en de daaropvolgende bereiding ervan als perfusaat.

  1. RBC-was, lysis en Hb-zuivering
    1. Koop 18 eenheden verlopen menselijke PRBC's en giet ze in een filtratievat van 20 liter, verdund met 0,9 gew.% zoutoplossing tot een uiteindelijke hematocriet van 22% (figuur 1B,C).
    2. Voer zes systeemvolume-uitwisselingen (diacycles) uit op een 0,65 μm gemodificeerde polyethyleensulfon (mPES) tangentiële stromingsfiltratie (TFF)-module met 0,9 gew.% zoutoplossing op de RBC-oplossing. OPMERKING: Het doel van deze wasstap is het verwijderen van beschadigde RBC's, membraanfragmenten en ander extracellulair materiaal voorafgaand aan hemolyse (Figuur 1B,C).
    3. Lyseer de RBC-oplossing met 10 l fosfaatbuffer (PB, 3,75 mM, pH 7,4) gedurende 1 uur bij 4 °C onder voortdurend roeren.
    4. Verwijder de gelyseerde membraanfragmenten en andere aggregaten door de oplossing te filtreren over een 500 kDa TFF-module en het permeaat op te vangen in het reactorvat van 30 l (figuur 1A-C).
    5. Zodra 480 g Hb in de reactor is, voegt u een zoutlading toe om PB om te zetten in fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS).
    6. Recirculeer het Hb door een gascontactor die met stikstof wordt gevoed en behoud een stikstofkopruimte in de reactor om het eiwit 's nachts van zuurstof te ontdoen. Koel af tot 14 °C om de vorming van methemoglobine (metHb) te beperken.
  2. Hb polymerisatie
    1. Verwarm de Hb-oplossing tot fysiologische temperatuur (37 °C) terwijl de oplossing recirculeert op een gascontactorlus.
      OPMERKING: Het doel is om het eiwit te deoxygeneren tot een pO2 tussen 0-10 mmHg om ervoor te zorgen dat het grootste deel van het Hb zich in de gespannen kwartaire toestand bevindt (Figuur 1A).
    2. Voeg indien nodig 1 g lading natriumdithioniet toe om een effectieve deoxygenatie te garanderen.
    3. Terwijl u de recirculatielus in stand houdt en de Hb-oplossing ontgast, voegt u een molaire verhouding van 30:1 toe van glutaaraldehyde (GA) tot Hb verdund in 3 L zuurstofarm PBS (pH 7,4).
    4. Voeg de oplossing toe aan het reactorvat gedurende 3 uur met een extra uur reactietijd.
    5. Doof de verknopingsreactie met een molaire verhouding van 7:1 van natriumcyanoborohydride tot GA, verdund in 3 L PBS (pH 7,4). Voeg toe aan de reactor gedurende meer dan 10 minuten.
    6. Koelreactor bij 14 °C 's nachts.
  3. PolyhHb zuivering
    1. Pomp de reactorinhoud in een filtervat van 10 liter en begin met de circulatie door een TFF-module van 0,2 μm polyethyleensulfon (PES) (fase 1). Deze stap verwijdert grote aggregaten en ongewenste verontreinigingen.
    2. Voer het permeaat in een secundair filtervat van 10 liter dat over een 500 kDa polysulfon (PS) TFF-module (fase 2) zal circuleren zodra deze vol is. Ga door totdat de reactor is geleegd (Figuur 1B,D).
    3. Zodra de reactor in het zuiveringscircuit is geleegd, start u de uitwisseling van hulpstoffen in fase 1 met een gemodificeerde Ringer-lactaatoplossing (pH 7,4). Meet na elke volledige volume-uitwisseling de eiwitconcentratie in het permeaat van fase 1 met behulp van UV-zichtbare spectroscopie.
    4. Wanneer het permeaat in fase 1 een concentratie heeft van minder dan 1 mg Hb/ml, breng dan de gemodificeerde Ringer-oplossing over naar fase 2. Elke vertraging in fase 1 is een verspilling en moet op de juiste manier worden verwijderd. Zorg er in totaal voor dat er in beide fasen 12 volledige volume-uitwisselingen van de gewijzigde Ringer-oplossing worden uitgevoerd.
    5. Concentreer na voltooiing van de diacycli de inhoud van fase 2 tot ten minste 10 g/dl over de 500 kDa TFF-module.
    6. Verpak de geconcentreerde oplossing in conische buisjes van 50 ml en bewaar bij -80 °C tot gebruik.

2. Perfusaat formulering

  1. Bereid het perfusaat voor tot een eindvolume van 165 ml. Verdun PolyhHb tot een eindconcentratie van 3,7 g/dL met William's E Medium.
  2. Voeg humaan serumalbumine (HSA) toe tot een eindconcentratie van 3% HSA in gewicht. Voeg 1 ml heparine toe aan de uiteindelijke oplossing.

3. Opstelling ex vivo longperfusiecircuit

  1. Plaats PolyhHab-perfusaat in het reservoir van het EVLP-circuit en zet het warmwaterbad aan op 37 °C. Zorg ervoor dat het perfusaat in het circuit circuleert door de rolpompen aan te zetten.
  2. Sluit de-oxygenatiegas (d.w.z. 6% O2, 8% CO2, 84% N2) aan op de holle vezeloxygenator om het perfusaat van zuurstof te ontdoen. Dit wordt gedaan om het vermogen van de long om het perfusaat van zuurstof te voorzien te beoordelen.
  3. Open software voor gegevensverzameling op een computer in de buurt. Zorg ervoor dat de druk in de longslagader, het tracheale drukverschil, het verschil in ademhalingsstroom, het longgewicht en de pompsnelheidstransducers zijn aangesloten op zowel het circuit als de dataconverterbox.
  4. Zorg ervoor dat er geen lekken in het hele systeem zijn door alle slangaansluitingen zorgvuldig te onderzoeken en ervoor te zorgen dat er warm water circuleert (Figuur 2). Druk op Uitvoeren op de data-acquisitiesoftware om er zeker van te zijn dat alle drukopnemers werken. Zodra het systeem goed functioneert, schakelt u de rolpompen uit.

4. Verkrijging van een donorlongblok voor ratten

  1. Zet de operatietafel op en plaats de instrumenten (Figuur 3). Autoclaaf alle instrumenten bij 121 °C gedurende 30 minuten.
  2. Bereid 1200 E/kg heparine, een mengsel van ketamine en xylazine voor verdoving (60 mg/kg ketamine en 5 mg/kg), evenals 5-10 cm lange zijden hechtingen (3-0 of 4-0).
  3. Injecteer ketamine/xylazine-oplossing intraperitoneaal in de rat. Wacht 5-10 minuten totdat het verdovingsvlak zich heeft ontwikkeld. Om een goed niveau van anesthesie te garanderen, knijpt u in de teen van de rat om een reactie uit te lokken. Als er geen reactie is, is aan het juiste niveau van anesthesie voldaan.
  4. Scheer de buik van de rat en plaats de rat in rugligging op de operatieplank. Reinig de buik met povidon-jodium en 70% ethanol. Breng oogzalf onder de ogen van de rat om uitdroging te voorkomen.
  5. Verplaats de rat naar de operatiekamer en zet de rat op zijn plaats vast (Figuur 4A). Schakel software voor gegevensverzameling in en begin met opnemen. Zet de ventilator aan bij 4 ml/kg en zorg ervoor dat de positieve expiratoire druk (PEEP) ongeveer 2 cm/H2O is.
    OPMERKING: Deze initiële instellingen zijn experimentspecifiek. Het is aan alle onderzoekers om de beste beademingsstrategieën voor individuele experimenten te bepalen.
  6. Zodra de juiste anesthesiediepte is bereikt, voert u met een schaar een laparotomie op de middellijn uit van het xiphoid-proces naar de symfyse van de schaamstreek. Voer vervolgens een mediaal-laterale viscerale rotatie uit en visualiseer de infrahepatische inferieure vena cava met behulp van een stomp instrument (IVC)36,37,38 (Figuur 4B). Injecteer heparine in de IVC met een naald van 20 G (Figuur 4C).
  7. Richt de aandacht op de nek en knip met een schaar de huid af van de sternale inkeping tot net onder de hoek van de onderkaak. Begin vervolgens te ontleden in de richting van de luchtpijp (Figuur 5A).
  8. Ontleed in de nek botweg de noodzakelijke riemspieren om de luchtpijp bloot te leggen (Figuur 5B). Maak met een schaar een dwarse incisie op de voorste luchtpijp tussen de kraakbeenringen die groot genoeg is voor de endotracheale (ET) tube (enkele millimeters), maar knip niet door het achterste deel van de luchtpijp. Plaats een 5-0 zijden hechtdraad rond de luchtpijp (Figuur 5C).
  9. Breng de endotracheale tube in en zet deze op zijn plaats vast met de eerder genoemde 5-0 zijden hechtdraad (Figuur 5D). Sluit de ET-slang aan op het beademingsapparaat en zorg ervoor dat de borstkas goed omhoog gaat.
  10. Voer een mediane sternotomie uit en ga de borstholte opnieuw binnen met een schaar. Plaats retractors voor de borstwand om het hart en de longen bloot te leggen (Figuur 6A). Vermijd elke onbedoelde manipulatie van de longen, omdat ze ongelooflijk brokkelig zijn.
  11. Verwijder de thymus van het voorste mediastinum door een combinatie van scherpe (schaar) en stompe dissectie. Pas op dat u grote bloedvaten of longen niet beschadigt.
  12. Identificeer de longslagader (PA; Figuur 6B) en plaats er een 5-0 zijden hechting omheen om de canulatie voor te bereiden (Figuur 6C). Vanwege de microscopische anatomie van de grote bloedvaten van de rat is het vaak gemakkelijker om de hechting tegelijkertijd rond de PA en aorta te plaatsen.
  13. Maak een incisie van 2-3 mm in het rechterventrikeluitstroomspoor (RVOT) met behulp van een schaar (Figuur 6D-E) om de arteriële canule in de PA te plaatsen en op zijn plaats vast te zetten met de 5-0 hechting die een stap eerder is beschreven (Figuur 6F).
  14. Maak een incisie van 5 mm in de linker ventrikel (LV) en infra-hepatische IVC met behulp van een schaar om de rat te euthanaseren. Sluit de longconserveringsvloeistof snel aan op de arteriële canule om de longen met ongeveer 20 ml te spoelen (Figuur 7A-B). Zorg ervoor dat de longconserveringsvloeistof is ontlucht voordat u deze op de arteriële canule aansluit, aangezien luchtembolieën zeer schadelijk zijn voor de longen.
  15. Sluit de arteriële canule aan op het EVLP-circuit. Zet de rolpomp aan en laat een kleine hoeveelheid perfusaat door de long en uit de linkerventrikel in de borstholte stromen. Zodra perfusaat uit het linker atrium begint te stromen, schakelt u de rolpomp uit (Figuur 7C). Terwijl u perfusaat laat stromen, moet u ervoor zorgen dat de PA-druk niet piekt - wat zou duiden op verstopping of onjuiste plaatsing.
  16. Plaats een kleine pincet in de LV en rek de mitralisklepannulus voorzichtig uit, waardoor de canule van het linker atrium (LA) kan worden ingebracht (Figuur 8A). Plaats een 5-0 zijden stropdas om het hart en bind deze losjes vast (Figuur 8B).
  17. Plaats de LA-canule in de LV en schuif de LA-canule naar voren totdat deze in het atrium te zien is. Voltooi het vastzetten van de LA met de voorgebonden 5-0 hechting (Figuur 8C).
  18. Identificeer de slokdarm en klem deze vast met een hemostaat zo dicht mogelijk bij het middenrif. Snijd de slokdarm onder de hemostaat door om ervoor te zorgen dat er geen morsen in de borstholte is (Figuur 9A).
  19. Gebruik de wervelkolom als richtlijn en knip met een schaar alle ligamenteuze aanhechtingen door die het hart-longblok verbinden met de omliggende structuren (Figuur 9B). Zodra het hart-longblok vrij mobiel is, ontleedt u de luchtpijp uit de nek en knipt u ten slotte de luchtpijp boven de ET-buis door met een schaar om het hart-longblok vrij te maken (Figuur 9C).
  20. Verplaats het hart-longblok naar het thoracale vest binnen het EVLP-circuit en bevestig de LA-canule aan het EVLP-circuit (Figuur 9D). Zet de rolpomp aan en sluit de ventilatormonitor aan.
  21. Controleer de bellenvanger om er zeker van te zijn dat er geen luchtembolieën in het systeem worden gebracht.
  22. Verander langzaam de ventilatie- en perfusie-instellingen naar de gewenste experimentele niveaus gedurende de eerste 15 minuten 36,37,38. Verhoog bovendien tijdens deze eerste opstartfase het perfusiedebiet tot de gewenste snelheid en/of druk.
  23. Controleer op door het experiment aangewezen tijdstippen de perfusaatgasniveaus en longfunctietests.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De validatie van ons perfusaat op basis van PolyhHb, en bovendien de stabiliteit van dit perfusaat gedurende enkele uren, wordt gedemonstreerd in figuur 10. Gedurende de eerste 1 uur vertoonden alle geteste perfusaten (PolyhHb, Control (Williams Media + 5% HSA), RBC-gebaseerd) een lichte afname van LA pO2 (Post pO2). Het op RBC gebaseerde perfusaat vertoonde echter een significante afname na 1 uur in vergelijking met PolyhHb (p < 0,05). Bij tests in de komende uren hadden zowel PolyhHb als controleperfusaten een stabiele LA pO2, terwijl PolyhHb een niet-significante trend (p > 0,05) van hogere pO2 had (Figuur 10A). Delta pO2, d.w.z. de verandering in de LA pO2 van PA pO2, nam na 1 uur opnieuw significant af in de RBC-perfusaatgroep (p < 0,05), terwijl deze stabiel bleef in de PolyhDb- en Control-perfusaten met een niet-significante trend (p > 0,05) van hogere pO2 in de PolyhDb-groep (Figuur 10B). LA pCO2 was significant lager in het RBC-perfusaat en het controleperfusaat in vergelijking met het polyhDb-perfusaat na het eerste uur (p < 0,05), en dit gold voor de volgende uren bij het vergelijken van polyhHb en controleperfusaat (figuur 10C). Ten slotte was delta pCO2 (d.w.z. de verandering in de LA pCO2 van PA pCO2) na 1 uur significant verhoogd in het RBC-perfusaat (p < 0,05) en bleef het na enkele uren stabiel in zowel het PolyhHab- als het controleperfusaat (Figuur 10D).

De real-time longfysiologische gegevens die via de acquisitiesoftware worden verzameld, bieden aanvullende informatie over perfusaatgasniveaus (Figuur 11). Pulmonale vasculaire weerstand (PVR) toonde opnieuw aan dat het RBC-perfusaat in het eerste uur significant toenam (p < 0,05). Gedurende de enkele resterende uren hadden zowel de PolyhGb- als de controleperfusaten een stabiele en lage PVR (Figuur 11A). De verandering in longgewicht nam ook significant toe in het RBC-perfusaat gedurende het eerste uur (p < 0,05) en nam toe in zowel het PolyhHb- als het controleperfusaat gedurende de resterende uren, met een iets hoger gewicht in het PolyhHab-perfusaat (Figuur 11B). Ten slotte nam de therapietrouw significant af in de RBC-perfusaatgroep binnen het eerste uur (p < 0,05), terwijl er een niet-significante afname was in het PolyhHab- en controleperfusaat (p > 0,05), waarbij PolyhHb na 4 uur de hoogste therapietrouw had (Figuur 11C).

In termen van technisch succes en/of falen (figuur 12) zijn verschillende zaken belangrijk om de aandacht op te vestigen. In figuur 12A kunnen we het falen van het transplantaat zien als gevolg van necrose van de rechter bovenkwab als gevolg van een mogelijk stolsel in het pulmonale vaatstelsel. In figuur 12B zien we ook ernstig weefseloedeem in de rechterkwab, wat leidt tot experimenteel falen. Figuur 12C-E toont het juiste weefselbehoud en uiterlijk binnen de respectieve experimentele omstandigheden. Ten slotte kunnen we in figuur 12F de ideale weefselconservering zien na spoelen met een longconserveringsoplossing.

figure-results-1
Figuur 1: Synthese en zuivering van PolyhHb op pilotschaal. (A) Bioreactor voor polymerisatie. (B) Tangentiële stroomfiltratieprocessen (TFF) worden opgesteld in een koelkast van 4 °C. (C) Close-up van parallelle TFF-opstelling voor de wasbeurt van rode bloedcellen (RBC) en hemoglobine (Hb). (D) Close-up van het tweetraps serie TFF-systeem voor PolyhHb-zuivering. Vaten voor fase één en twee bevinden zich respectievelijk links en rechts van de filters. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Overzicht van het ex vivo longperfusiecircuit (EVLP). (A) Schematische tekening van het EVLP-circuit. (B) In vivo plaatsing van de canule van de longslagader en de canule van de linker boezem. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Chirurgische instrumenten gebruikt voor ex vivo longperfusie. (A) Zijden hechtdraad. (B) Pincet met fijne punt (gemiddelde lengte). (C) Pincet met fijne punt (lange lengte). (D) Gebogen pincet met fijne punt. (E) Mayo-schaar. (F) Tracheale canule. (G) Canule van de longslagader (PA). (H) Linker atriale (LA) canule. (I) Retractors voor ribbenkasten. (J) Veer schaar. (K) DeBakey pincet. (L) Hemostaat. (M) Kleine schaar. (N) Kleine gebogen pincet met fijne punt. (O) Adson pick-ups. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-4
Figuur 4: Chirurgische positionering en blootlegging van de vena cava inferior (IVC). (A) Positionering van de rat voor longverkrijging. (B) Het blootleggen van de infrahepatische IVC. (C) Het canuleren van de IVC en het injecteren van heparine met een 27G-naald. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-5
Figuur 5: Cannulatie van de luchtpijp met de endotracheale (ET) tube. (A) Begin met het doorsnijden van de huid van het nekgebied. (B) Ontleed de bandspieren en het bindweefsel om de luchtpijp bloot te leggen. (C) Het maken van een dwarse incisie op de voorste luchtpijp tussen de kraakbeenringen die groot genoeg is voor de ET-buis. (D) Steek de ET-buis in de luchtpijp en zet deze op zijn plaats vast met zijden hechtdraad. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-6
Figuur 6: Plaatsing van de canule van de longslagader. (A) Het blootleggen van de borstholte om het hart en de longen te visualiseren. (B) Het identificeren van de PA en het isoleren ervan. (C) Het plaatsen van hechting rond PA. (D) Het snijden van een klein gaatje in het uitstroomkanaal van de rechterventrikel (RVOT) voor de PA-canule. (E) Juiste plaatsing van de PA-canule in de PA. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-7
Figuur 7: De longen spoelen met conserveringsoplossing. (A) De spoelcanule aansluiten op de canule van de longslagader (PA). (B) Heldere vloeistof moet uit het linker atrium (LA) komen. (C) De PA-canule aansluiten op het ex vivo longperfusiecircuit om een goede doorstroming en plaatsing van de PA-canule te garanderen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-8
Figuur 8: Het plaatsen van de linker atriale (LA) canule. (A). De annulus van de mitralisklep voorzichtig verwijden met een pincet. (B) Het losjes plaatsen van een zijden hechtdraad rond de linker ventrikel (LV). Het plaatsen van de LA-canule in het linker atrium. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-9
Figuur 9: Extractie van het hart-longblok. (A) Afbinden van de slokdarm onder de hemostaat. (B) Ontleeding bevrijdt het hart-longblok van de wervelkolom. (C) Het losontleden van de luchtpijp. (D) Juiste aansluitingen en plaatsing van ex vivo longperfusie (EVLP) canule. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-10
Figuur 10. Perfusaatgasniveaus in de loop van de tijd. (A) Post pO2, d.w.z. linker atriaal (LA) pO2, gedurende een perfusie van 4 uur. (B) Delta pO2, d.w.z. de verandering in de LA pO2 van pulmonale slagader (PA) pO2 over een perfusie van 4 uur. (C) Post pCO2, d.w.z. LA pO2, gedurende een perfusie van 4 uur. (D) Delta pCO2, d.w.z. de verandering in de LA pO2 van PA pO2 over een perfusie van 4 uur. Blauw staat voor PolyhHab-perfusaat, zwart staat voor Control-perfusaat (standaard William's media) en rood staat voor RBC-gebaseerd perfusaat. N=6 per groep. Foutbalken geven de standaarddeviatie aan. De significantie is getest met behulp van een T-toets van een student en wordt aangeduid met een *, p < 0,05. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-11
Figuur 11. Real-time longfysiologische gegevens. (A) Pulmonale vasculaire weerstand (PVR) gedurende 4 uur reperfusie. (B) Verandering (aangeduid met Δ) in het gewicht van de longen in de loop van de tijd. (C) Therapietrouw gedurende 4 uur reperfusie. Blauw staat voor PolyhHab-perfusaat, zwart staat voor Control-perfusaat (standaard William's media) en rood staat voor RBC-gebaseerd perfusaat. N=6 per groep. Foutbalken geven de standaarddeviatie aan. De significantie is getest met behulp van een T-toets van een student en wordt aangeduid met een *, p < 0,05. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-12
Figuur 12: Representatieve technische resultaten. (A) Falen van het transplantaat als gevolg van een infarct in de rechter bovenkwab. (B) Falen van het transplantaat als gevolg van ernstig rechterkwaboedeem. (C) Succesvolle kanulatie en perfusie van longtransplantaat met RBC-perfusaat. (D) Succesvolle canulatie en perfusie van longtransplantaat met PolyhHab-perfusaat. (E) Succesvolle canulatie en perfusie van longtransplantaat met standaardperfusaat. (F) Ideale weefselconservering na spoelen met longconserveringsoplossing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De ontwikkeling en het testen van perfusieoplossingen is een nieuwe onderneming waar velen over de hele wereld aan beginnen. Traditioneel bieden standaard perfusaten de mogelijkheid om de ischemische tijd op te schorten en de daarmee gepaard gaande verwondingen met ischemie te verminderen, evenals reperfusie18. De volgende evolutie van EVLP is echter het verbeteren van de huidige perfusaattechnologie en het opnemen van herstel- en reconditioneringstherapieën 39,40,41,42,43.

De PolyhHb die in dit werk wordt beschreven, wordt tussen haakjes geplaatst tussen 500 kDa en 0,2 μm om te voorkomen dat het materiaal uit het circuit naar de long extravaseert, wat vasoconstrictie en verhoogde PA-druk voorkomt30. Het is van cruciaal belang dat gedurende de polymerisatiestappen van deze synthese de partiële druk van zuurstof (pO2) op de juiste waarde wordt gehouden voor het gewenste PolyhHab-product met zuurstofaffiniteit. Dit omvat alle toegevoegde oplossingen tijdens de reactie (d.w.z. crosslinker, blusoplossing, enz.) met een pO2 die overeenkomt met de bioreactor (d.w.z. ontgast met stikstof, zuurstofrijk, enz.). Een groot voordeel van deze syntheseprocedure is dat het eindproduct aanpasbare zuurstofevenwichten heeft om verschillende toepassingen met verschillende zuurstofbehoeften mogelijk te maken (d.w.z. PolyhHb met lage zuurstofaffiniteit voor transfusiegeneeskunde, matige zuurstofaffiniteit voor longperfusie of hoge zuurstofaffiniteit voor gerichte zuurstofafgifte). Het is ook belangrijk om ervoor te zorgen dat er een verwarmingsmechanisme op de bioreactor is dat niet leidt tot overmatige verhitting van contactpunten, wat resulteert in de vorming van beschadigde eiwitten. We ontdekten dat een koperen spiraal door het hele vat zorgde voor een gelijkmatigere en minder schadelijke verwarming/koeling dan een geïsoleerde verwarmingsmantel aan de buitenkant van het vat (Figuur 1A).

Hoewel de ontwikkeling van een EVLP-rattenmodel niet nieuw is37,38, hebben we verschillende gebieden opgemerkt die tot betere resultaten kunnen leiden. Ten eerste is het noodzakelijk om bij het offeren kleine incisies in de IVC te maken om ervoor te zorgen dat er geen extra lucht is die via de bloedsomloop in de longen kan komen. Bij het spoelen van het longtransplantaat met de longconserveringsoplossing, laat een uniforme bleke witte kleur van de longen de microchirurg weten dat er technisch succes is voor het inkoopproces. Als er nog een roze kleur long in het parenchym zit, is het soms raadzaam om de PA-canule zo aan te passen dat de hele long gelijkmatig doorbloed is. Hoewel de PA-canule vaak het gemakkelijkere deel van de procedure is om te voltooien, is het introduceren van de LA-canule iets moeilijker. Het is altijd nodig om de annulus van de mitralisklep te verwijden om ervoor te zorgen dat de LA-canule de LA bereikt. Dit moet echter met uiterste voorzichtigheid gebeuren, omdat het gemakkelijk is om het ventrikel of de boezems te perforeren. Zodra de punt van de canule zich in de boezems bevindt, kan deze vaak misplaatst raken terwijl de hechting rond het ventrikel wordt vastgezet. Het is vaak nodig om de hoek van de tafel aan te passen (meer horizontaal) of een stuk gaas aan de onderkant van de canule te plaatsen zodat deze op zijn plaats blijft.

Beperkingen
Er zijn enkele beperkingen aan dit model. Hoewel het nuttig is om de werkzaamheid van perfusaten en hun vermogen om potentiële allotransplantaten te verbeteren te evalueren, is dit geen transplantatiemodel dat ons in vivo de resultaten van verschillende perfusaten en technologieën zou kunnen vertellen. Bovendien, hoewel PolyhHb een opwindende nieuwe perfusaattechnologie is, zullen het gebruik, de werkzaamheid en de mogelijke beperkingen ervan verder moeten worden onderbouwd in aanvullende preklinische en klinische perfusie-experimenten voordat een wijdverbreide toepassing van deze technologie kan worden overwogen.

Conclusies
Hier demonstreerden we de toepassing van een PolyhHab-perfusaat van de volgende generatie en het protocol waarmee deze perfusieoplossing kan worden getest in een model van EVLP voor ratten. Naarmate de perfusattechnologie vordert, zal het nuttig zijn om de mogelijkheden te onderzoeken om PolyhHb te gebruiken als een mogelijke vervanger voor traditionele perfusaten30. Eerdere generaties PolyhHb hebben geleid tot nadelige bijwerkingen op basis van hun samenstelling; Verbeteringen in de synthese hebben echter een polymeer gecreëerd dat minder snel extravaseert, tot oedeem leidt en zo cellulaire beschadigingveroorzaakt30. Met PolyhHb is het mogelijk om EVLP uit te voeren zonder dat er RBC's nodig zijn, terwijl toch wordt voldaan aan de metabolische vraag van longtransplantaten. Dit zal ongetwijfeld zorgen voor een betere allograftfunctie ex vivo. Verdere validatie van PolyhHb in zowel de preklinische als de klinische setting is echter nodig. We hopen dat dit protocol de longtransplantatiegemeenschap belangrijke informatie biedt bij het ontwerpen en ontwikkelen van nieuwe perfusieoplossingen, evenals de juiste protocollen om ze te testen in klinisch relevante, translationele transplantatiemodellen.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Voor het materiaal dat in dit werk wordt gepresenteerd, zijn A.F.P., A.G. en C.C. uitvinders van de Amerikaanse octrooiaanvraag PCT/US2022/041743. A.F.P., C.C., B.A.W. en S.M.B. zijn uitvinders van de Amerikaanse octrooiaanvraag PCT/US2023/017765.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit onderzoek werd genereus ondersteund door de Jewel and Frank Benson Family Endowment en het Jewel and Frank Benson Research Professorship. B.A.W. wordt gedeeltelijk ondersteund door de National Institutes of Health (NIH) subsidie R01HL143000. AFP wordt ondersteund door NIH-subsidies R01HL126945, R01EB021926, R01HL131720 en R01HL138116 en US Army Medical Research and Materiel Command-beurs W81XWH1810059. S.M.B. wordt ondersteund door de NIH R01 DK123475.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
10 cc insulin syringe 29 G x 1/2" needleB-D309301
30 L Glass Batch BioreactorAce Glass
30g NeedleMed NeedlesBD-305106
Baytril (enrofloxacin) Antibacterial TabletsElancoNA
Calcium Chloride dihydrate (CaCl2.2H2O)Sigma Aldrich10035-04-8For modified Ringer's lactate
CFBA carrier frequency bridge amplifier type 672Harvard Apparatus731747
Connect kit D150Cole-Parmer VK 73-3763
Dumont #5 ForcepsFine Science tools11252-50
Dumont Medical #5/45 Forceps - Angled 45°Fine Science tools11253-25
Ecoline Star Edition 003, E100 Water HeaterLaudaLCK 1879
Expired human leukoreduced, packed RBC unitsWexner Medical Center
Canadian Blood Services
Zen-Bio Inc
Fiberoxygenator D150Hugo Sachs ElektronikPY2 73-3762
ForcepsFine Science tools11027-12
Glutaraldehyde (C5H8O2 70 wt%)Sigma Aldrich111-30-8 (G7776)
Halsted-Mosquito HemostatRoboz SurgicalRS-7112
Heparin 30,000 units per 30 mlAPP Pharmaceuticals
Human Serum Albumin (HSA)OctaPharma PlasmaPerfusate additive
IL2 Tube set for perfusateHarvard Apparatus733842
IPL-2 Basic Lung Perfusion SystemHarvard Apparatus
Ketamine 500 mg per 5 mlJHP Pharmaceuticals
Left Atrium cannulaHarvard Apparatus730712
Liqui-Cel EXF Series G420 Membrane Contactor3MG420gas contactor
low potassium dextran glucose solution (perfadex)XVIVOsolution flushing the lung
Masterflex Platinum Coated Tubing(Size: 73,17,16,24)Cole-Palmer
N-Acetyl-L-cysteine (NALC, C5H9NO3S)Sigma Aldrich616-91-1 (A7250)For modified Ringer's lactate
Nalgene Vessels (10L, 20L)NalgeneFiltration vessels
Peristaltic Pump Ismatec ISM 827B
PES, 0.65 µm TFF moduleRepligenN02-E65U-07-N
PhysioSuiteKent Scientific CorporationPS-MSTAT-RT
polyethersulfone (PES), 0.2 µm TFF moduleRepligenN02-S20U-05-N
Polysulfone (PS), 500 kDa TFF moduleRepligenN02-P500-05-N
Potassium Chloride (KCl)Fisher Scientific7447-40-7For PBS
PowerLab 8/35 ADInstruments730045
Pulmonary Artery cannulaHarvard Apparatus730710
Pump Head tubing (Size: 73,17,16,24)PharMed BPT
Puralube Ophthalmic OintmentDechraNA
ScissorsFine Science tools14090-11
SCP Servo controller for perfusion type 704Harvard Apparatus732806
Small Animal Ventilator model 683Harvard Apparatus55-000
Sodium Chloride (NaCl)Fisher Scientific7647-14-5 (S271-10)For PBS and saline
Sodium cyanoborohydride (NaCNBH3)Sigma Aldrich25895-60-7
Sodium Dithionite (Na2S2O4)Sigma Aldrich7775-14-6
Sodium Hydroxide (NaOH)Fisher Scientific1310-73-2For modified Ringer's lactate
Sodium Lactate (NaC3H5O3)Sigma Aldrich867-56-1For modified Ringer's lactate
Sodium phosphate dibasic (Na2HPO4)Fisher Scientific7558-79-4For PBS
Sodium phosphate monobasic (NaH2PO4)Fisher Scientific7558-80-7For PBS
SomnoSuite Small Animal Anesthesia SystemKent Scientific CorporationSS-MVG-Module
Sprague-Dawley ratsEnvigo
TAM-A transducer amplifier module type 705/1Harvard Apparatus73-0065
TAM-D transducer amplifier type 705/2Harvard Apparatus 73-1793
TCM time control module type 686Harvard Apparatus731750
Tracheal cannulaHarvard Apparatus733557
Tube set for moist chamberHarvard Apparatus 73V83157
Tubing CassetteCole-ParmerIS 0649
Tweezer #5 DumostarKent Scientific Corporation INS500085-A
Tweezer #5 stainless steel, curvedKent Scientific CorporationIND500232
Tweezer #7 TitaniumKent Scientific Corporation INS600187
Tygon E-3603 Tubing 2.4 mm IDHarvard Apparatus721017perfusate line entering lung
Tygon E-3603 Tubing 3.2 mm IDHarvard Apparatus721019perfusate line leaving lung
Vannas-Tubingen Spring ScissorsFine Science Tools15008-08
VCM ventilator control module type 681Harvard Apparatus731741
William's E MediaGibco, ThermoFisher ScientificA12176-01Perfusate additive
Xylazine 100 mg per 1 mlAkorn

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. OPTN/SRTR 2021 annual data report: Lung. Am J Transplant. 23, 2 Suppl 1 S379-S442 (2023).">Valapour, M., et al. OPTN/SRTR 2021 annual data report: Lung. Am J Transplant. 23, 2 Suppl 1 S379-S442 (2023).
  2. Ex vivo lung perfusion in donation after circulatory death: A post hoc analysis of the normothermic Ex Vivo lung perfusion as an assessment of extended/marginal donors lungs trial. J Thorac Cardiovasc Surg. , 10.1016/j.jtcvs.2024.03.011 (2024).">Gouchoe, D. A., et al. Ex vivo lung perfusion in donation after circulatory death: A post hoc analysis of the normothermic Ex Vivo lung perfusion as an assessment of extended/marginal donors lungs trial. J Thorac Cardiovasc Surg. , 10.1016/j.jtcvs.2024.03.011 (2024).
  3. Trends in donation after circulatory death in lung transplantation in the United States: Impact of era. Transpl Int. 35, 10172(2022).">Bobba, C. M., et al. Trends in donation after circulatory death in lung transplantation in the United States: Impact of era. Transpl Int. 35, 10172(2022).
  4. Transplantation of lungs from a non-heart-beating donor. Lancet. 357 (9259), 825-829 (2001).">Steen, S., et al. Transplantation of lungs from a non-heart-beating donor. Lancet. 357 (9259), 825-829 (2001).
  5. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. N Engl J Med. 364 (15), 1431-1440 (2011).">Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. N Engl J Med. 364 (15), 1431-1440 (2011).
  6. Ex vivo perfusion techniques: state of the art and potential applications. Intens Care Med. 45 (3), 354-356 (2019).">Cypel, M., Neyrinck, A., Machuca, T. N. Ex vivo perfusion techniques: state of the art and potential applications. Intens Care Med. 45 (3), 354-356 (2019).
  7. XPS™ Jensen lung as a low-cost, high-fidelity training adjunct to ex-vivo lung perfusion. Artif Organs. , 10.1111/aor.14623 (2023).">Gouchoe, D. A., et al. XPS™ Jensen lung as a low-cost, high-fidelity training adjunct to ex-vivo lung perfusion. Artif Organs. , 10.1111/aor.14623 (2023).
  8. Machine perfusion of thoracic organs. J Thorac Dis. 10, Suppl 8 S910-S923 (2018).">Van Raemdonck, D., Rega, F., Rex, S., Neyrinck, A. Machine perfusion of thoracic organs. J Thorac Dis. 10, Suppl 8 S910-S923 (2018).
  9. Ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation--state of the art. Eur J Cardiothorac Surg. 46 (5), 779-788 (2014).">Andreasson, A. S., Dark, J. H., Fisher, A. J. Ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation--state of the art. Eur J Cardiothorac Surg. 46 (5), 779-788 (2014).
  10. Ex vivo lung perfusion: A review of current and future application in lung transplantation. Pulm Ther. 8 (2), 149-165 (2022).">Ahmad, K., Pluhacek, J. L., Brown, A. W. Ex vivo lung perfusion: A review of current and future application in lung transplantation. Pulm Ther. 8 (2), 149-165 (2022).
  11. Biometric profiling to quantify lung injury through ex vivo lung perfusion following warm ischemia. Asaio j. 69 (8), e368-e375 (2023).">Kim, J. L., et al. Biometric profiling to quantify lung injury through ex vivo lung perfusion following warm ischemia. Asaio j. 69 (8), e368-e375 (2023).
  12. Acellular ex vivo lung perfusate silences pro-inflammatory signaling in human lung endothelial and epithelial cells. J Transl Med. 21 (1), 729(2023).">Jeon, J. E., et al. Acellular ex vivo lung perfusate silences pro-inflammatory signaling in human lung endothelial and epithelial cells. J Transl Med. 21 (1), 729(2023).
  13. Altered purine metabolism at reperfusion affects clinical outcome in lung transplantation. Thorax. 78 (3), 249-257 (2023).">Baciu, C., et al. Altered purine metabolism at reperfusion affects clinical outcome in lung transplantation. Thorax. 78 (3), 249-257 (2023).
  14. Evaluating the impact of ex vivo lung perfusion on organ transplantation: A retrospective cohort study. Ann Surg. 278 (2), 288-296 (2023).">Peel, J. K., et al. Evaluating the impact of ex vivo lung perfusion on organ transplantation: A retrospective cohort study. Ann Surg. 278 (2), 288-296 (2023).
  15. Determining the impact of ex vivo lung perfusion on hospital costs for lung transplantation: A retrospective cohort study. J Heart Lung Transpl. 42 (3), 356-367 (2023).">Peel, J. K., et al. Determining the impact of ex vivo lung perfusion on hospital costs for lung transplantation: A retrospective cohort study. J Heart Lung Transpl. 42 (3), 356-367 (2023).
  16. Normothermic ex vivo preservation with the portable Organ Care System Lung device for bilateral lung transplantation (INSPIRE): a randomised, open-label, non-inferiority, phase 3 study. Lancet Respir Med. 6 (5), 357-367 (2018).">Warnecke, G., et al. Normothermic ex vivo preservation with the portable Organ Care System Lung device for bilateral lung transplantation (INSPIRE): a randomised, open-label, non-inferiority, phase 3 study. Lancet Respir Med. 6 (5), 357-367 (2018).
  17. Portable normothermic ex vivo lung perfusion, ventilation, and functional assessment with the Organ Care System on donor lung use for transplantation from extended-criteria donors (EXPAND): a single-arm, pivotal trial. Lancet Resp Med. 7 (11), 975-984 (2019).">Loor, G., et al. Portable normothermic ex vivo lung perfusion, ventilation, and functional assessment with the Organ Care System on donor lung use for transplantation from extended-criteria donors (EXPAND): a single-arm, pivotal trial. Lancet Resp Med. 7 (11), 975-984 (2019).
  18. Prolonged EVLP using OCS lung: Cellular and acellular perfusates. Transplantation. 101 (10), 2303-2311 (2017).">Loor, G., et al. Prolonged EVLP using OCS lung: Cellular and acellular perfusates. Transplantation. 101 (10), 2303-2311 (2017).
  19. Mitochondria-targeted heme oxygenase-1 induces oxidative stress and mitochondrial dysfunction in macrophages, kidney fibroblasts and in chronic alcohol hepatotoxicity. Redox Biol. 2, 273-283 (2014).">Bansal, S., Biswas, G., Avadhani, N. G. Mitochondria-targeted heme oxygenase-1 induces oxidative stress and mitochondrial dysfunction in macrophages, kidney fibroblasts and in chronic alcohol hepatotoxicity. Redox Biol. 2, 273-283 (2014).
  20. Initial investigation on the feasibility of porcine red blood cells from genetically modified pigs as an alternative to human red blood cells for transfusion. Front Immunol. 14, 1298035(2023).">Park, S., et al. Initial investigation on the feasibility of porcine red blood cells from genetically modified pigs as an alternative to human red blood cells for transfusion. Front Immunol. 14, 1298035(2023).
  21. Continued decline in blood collection and transfusion in the United States-2015. Transfusion. 57, Suppl 2 1588-1598 (2017).">Ellingson, K. D., et al. Continued decline in blood collection and transfusion in the United States-2015. Transfusion. 57, Suppl 2 1588-1598 (2017).
  22. Pilot scale production and characterization of next generation high molecular weight and tense quaternary state polymerized human hemoglobin. Biotechnol Bioeng. 119 (12), 3447-3461 (2022).">Cuddington, C. T., et al. Pilot scale production and characterization of next generation high molecular weight and tense quaternary state polymerized human hemoglobin. Biotechnol Bioeng. 119 (12), 3447-3461 (2022).
  23. Human polymerized hemoglobin for the treatment of hemorrhagic shock when blood is unavailable: the USA multicenter trial. J Am Coll Surg. 208 (1), 1-13 (2009).">Moore, E. E., et al. Human polymerized hemoglobin for the treatment of hemorrhagic shock when blood is unavailable: the USA multicenter trial. J Am Coll Surg. 208 (1), 1-13 (2009).
  24. Impact of human-derived hemoglobin based oxygen vesicles as a machine perfusion solution for liver donation after cardiac death in a pig model. PLoS One. 14 (12), e0226183(2019).">Shonaka, T., et al. Impact of human-derived hemoglobin based oxygen vesicles as a machine perfusion solution for liver donation after cardiac death in a pig model. PLoS One. 14 (12), e0226183(2019).
  25. Hemoglobin-based oxygen carrier and convection enhanced oxygen transport in a hollow fiber bioreactor. Biotechnol Bioeng. 102 (6), 1603-1612 (2009).">Chen, G., Palmer, A. F. Hemoglobin-based oxygen carrier and convection enhanced oxygen transport in a hollow fiber bioreactor. Biotechnol Bioeng. 102 (6), 1603-1612 (2009).
  26. Development of zero-link polymers of hemoglobin, which do not extravasate and do not induce pressure increases upon infusion. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol. 35 (1), 11-18 (2007).">Bucci, E., Kwansa, H., Koehler, R. C., Matheson, B. Development of zero-link polymers of hemoglobin, which do not extravasate and do not induce pressure increases upon infusion. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol. 35 (1), 11-18 (2007).
  27. Haptoglobin preserves vascular nitric oxide signaling during hemolysis. Am J Respir Crit Care Med. 193 (10), 1111-1122 (2016).">Schaer, C. A., et al. Haptoglobin preserves vascular nitric oxide signaling during hemolysis. Am J Respir Crit Care Med. 193 (10), 1111-1122 (2016).
  28. Safety and efficacy of human polymerized hemoglobin on guinea pig resuscitation from hemorrhagic shock. Sci Rep. 12 (1), 20480(2022).">Muller, C. R., et al. Safety and efficacy of human polymerized hemoglobin on guinea pig resuscitation from hemorrhagic shock. Sci Rep. 12 (1), 20480(2022).
  29. Biophysical analysis and preclinical pharmacokinetics-pharmacodynamics of tangential flow filtration fractionated polymerized human hemoglobin as a red blood cell substitute. Biomacromolecules. 24 (4), 1855-1870 (2023).">Greenfield, A., et al. Biophysical analysis and preclinical pharmacokinetics-pharmacodynamics of tangential flow filtration fractionated polymerized human hemoglobin as a red blood cell substitute. Biomacromolecules. 24 (4), 1855-1870 (2023).
  30. Polymerized human hemoglobin-based oxygen carrier preserves lung allograft function during normothermic ex vivo lung perfusion. Asaio j. , 10.1097/mat.0000000000002118 (2024).">Cuddington, C., et al. Polymerized human hemoglobin-based oxygen carrier preserves lung allograft function during normothermic ex vivo lung perfusion. Asaio j. , 10.1097/mat.0000000000002118 (2024).
  31. Effects of the molecular mass of tense-state polymerized bovine hemoglobin on blood pressure and vasoconstriction. J Appl Physiol. 107 (5), 1548-1558 (2009).">Cabrales, P., et al. Effects of the molecular mass of tense-state polymerized bovine hemoglobin on blood pressure and vasoconstriction. J Appl Physiol. 107 (5), 1548-1558 (2009).
  32. Down selection of polymerized bovine hemoglobins for use as oxygen releasing therapeutics in a guinea pig model. Toxicol Sci. 127 (2), 567-581 (2012).">Baek, J. H., et al. Down selection of polymerized bovine hemoglobins for use as oxygen releasing therapeutics in a guinea pig model. Toxicol Sci. 127 (2), 567-581 (2012).
  33. Resuscitation from hemorrhagic shock with fresh and stored blood and polymerized hemoglobin. Shock. 54 (4), 464-473 (2020).">Williams, A. T., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with fresh and stored blood and polymerized hemoglobin. Shock. 54 (4), 464-473 (2020).
  34. Resuscitation from hemorrhagic shock after traumatic brain injury with polymerized hemoglobin. Sci Rep. 11 (1), 2509(2021).">Muller, C. R., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock after traumatic brain injury with polymerized hemoglobin. Sci Rep. 11 (1), 2509(2021).
  35. The molecular size of bioengineered oxygen carriers determines tissue oxygenation in a hypercholesterolemia guinea pig model of hemorrhagic shock and resuscitation. Mol Pharm. 20 (11), 5739-5752 (2023).">Lamb, D. R., et al. The molecular size of bioengineered oxygen carriers determines tissue oxygenation in a hypercholesterolemia guinea pig model of hemorrhagic shock and resuscitation. Mol Pharm. 20 (11), 5739-5752 (2023).
  36. A novel negative pressure-flow waveform to ventilate lungs for normothermic ex vivo lung perfusion. Asaio j. 67 (1), 96-103 (2021).">Bobba, C. M., et al. A novel negative pressure-flow waveform to ventilate lungs for normothermic ex vivo lung perfusion. Asaio j. 67 (1), 96-103 (2021).
  37. Method of isolated ex vivo lung perfusion in a rat model: lessons learned from developing a rat EVLP program. J Vis Exp. (96), e52309(2015).">Nelson, K., et al. Method of isolated ex vivo lung perfusion in a rat model: lessons learned from developing a rat EVLP program. J Vis Exp. (96), e52309(2015).
  38. Animal models of ex vivo lung perfusion as a platform for transplantation research. World J Exp Med. 4 (2), 7-15 (2014).">Nelson, K., et al. Animal models of ex vivo lung perfusion as a platform for transplantation research. World J Exp Med. 4 (2), 7-15 (2014).
  39. Potential therapeutic targets for lung repair during human ex vivo lung perfusion. Eur Respir J. 55 (4), 1902222(2020).">Wong, A., et al. Potential therapeutic targets for lung repair during human ex vivo lung perfusion. Eur Respir J. 55 (4), 1902222(2020).
  40. The role of the endothelin-1 pathway as a biomarker for donor lung assessment in clinical ex vivo lung perfusion. J Heart Lung Transpl. 34 (6), 849-857 (2015).">Machuca, T. N., et al. The role of the endothelin-1 pathway as a biomarker for donor lung assessment in clinical ex vivo lung perfusion. J Heart Lung Transpl. 34 (6), 849-857 (2015).
  41. Mitsugumin 53 Mitigation of ischemia reperfusion injury in a mouse model. J Thorac Cardiovasc Surg. 10, 10.1016/j.jtcvs.2023.08.005 (2023).">Gouchoe, D. A., et al. Mitsugumin 53 Mitigation of ischemia reperfusion injury in a mouse model. J Thorac Cardiovasc Surg. 10, 10.1016/j.jtcvs.2023.08.005 (2023).
  42. The next frontier in lung transplantation: Protecting the endothelium and repairing organs for transplant utilizing MG53. Clin Transl Dis. 3 (6), e255(2023).">Gouchoe, D. A., Whitson, B. A., Zhu, H. The next frontier in lung transplantation: Protecting the endothelium and repairing organs for transplant utilizing MG53. Clin Transl Dis. 3 (6), e255(2023).
  43. MG53 mitigates warm ischemic lung injury in a murine model of transplantation. J Thorac Cardiovasc Surg. , 10.1016/j.jtcvs.2023.10.056 (2023).">Gouchoe, D. A., et al. MG53 mitigates warm ischemic lung injury in a murine model of transplantation. J Thorac Cardiovasc Surg. , 10.1016/j.jtcvs.2023.10.056 (2023).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Ex Vivo Lung PerfusionPolymerized HemoglobinOxygen CarrierLung TransplantationPerfusion SolutionPulmonary EdemaRat EVLP ModelPulmonary Vascular ResistanceLung ComplianceHemoglobin Based Perfusate

Related Articles