Methodenartikel

Oprichting van een nieuw Ex Vivo longperfusiesysteem voor rattenlongen na circulatoire dood

1.6K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/67168

⸱

18 oktober 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1China-Japan Friendship Institute of Clinical Medicine, 2Department of Thoracic Surgery, China-Japan Friendship Hospital, 3Department of Biochemistry and Molecular & Cellular Biology, Georgetown University School of Medicine

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Het doel is om een nieuw ex vivo longperfusie (EVLP) model bij ratten te ontwikkelen dat 4 uur lang een consistente longfunctie kan handhaven gedurende EVLP en de industrie te voorzien van implementatiedetails die een stevige methode bieden voor het toepassen van EVLP op knaagdiermodellen.

Samenvatting

De toenemende schaarste aan donorlongen voor transplantatie heeft geleid tot een grote belangstelling voor het gebruik van organen die afkomstig zijn van donoren na hartdood (DCD). Echter, een kritische uitdaging blijft het maximaliseren van het aantal levensvatbare longen dat voldoet aan strenge criteria voor klinisch gebruik. Ex vivo longperfusie (EVLP) komt naar voren als een veelbelovende technologie om de functie van gedoneerde longen te evalueren en mogelijk te verbeteren. Dit artikel beschrijft de ontwikkeling van een kosteneffectieve en reproduceerbare kleine dierproefplatform specifiek ontworpen voor EVLP-onderzoek. Dit platform biedt een hoge mate van aanpassing, waardoor onderzoekers in staat zijn om experimentele parameters aan te passen om specifieke onderzoeksvragen binnen het veld van EVLP aan te pakken. Het team vestigde een rattenmodel om DCD te simuleren en implementeerde een tweefasen bewaarbenadering. Longen werden onderworpen aan statische koude opslag met behulp van een perfusatoplossing bij 4 °C gedurende 4 uur, gevolgd door normotherme EVLP gedurende nog eens 4 uur. Onderzoekers evalueerden verschillende longfunctieparameters, waaronder pulmonaire vasculaire weerstand, pulmonaire dynamische compliantie, bloedgasmetingen van het perfusato en apoptotische celdood in longweefsels. De studie toont aan dat EVLP de functionele prestaties van DCD-longen significant kan verbeteren in vergelijking met eenvoudige koude opslag bij 4 °C, wat suggereert dat EVLP het potentieel heeft om ischemie-reperfusieletsel te verminderen en de graftfunctie na circulatoire dood te verbeteren, waardoor het aantal transplanteerbare longen toeneemt.

Inleiding

Longtransplantatie (LTx) blijft de enige definitieve behandeling voor patiënten met eindstadium longziekte. Het succes van longtransplantatie hangt af van de beschikbaarheid van hoogwaardige donorlongen met voldoende functie. Echter, wereldwijd is er een groeiende wachtlijst voor longtransplantaties ontstaan vanwege een kritische tekort aan donorlongen1. Veel patiënten op de wachtlijst ervaren een achteruitgang in hun gezondheid of zelfs overlijden terwijl ze wachten op een geschikte donorlong binnen een redelijke tijdsperiode2. Daarom is het van cruciaal belang om het aanbod van potentiële grafts uit te breiden om aan de behoeften van patiënten op de transplantatiewachtlijst te voldoen. Donatie na cardiocirculatoire dood (DCD)1,3 en ex vivo longperfusie (EVLP)4,5 zijn twee veelbelovende strategieën om het aantal beschikbare longen voor transplantatie te verhogen. Momenteel is donatie na hersendood (DBD)6 de primaire bron van longtransplantaties. Echter, vanwege het huidige grafttekort, wint DCD aan populariteit. Deze verschuiving wordt gedreven door de beperkingen van DBD-grafts, waarbij veranderingen in bloedstroom, mechanische ventilatie, infectie en aspiratie de graftkwaliteit kunnen aantasten. De kwaliteit van de graft heeft directe invloed op de resultaten van de patiënt en de langetermijnoverleving na transplantatie. Het ex vivo longperfusie (EVLP) proces heeft het aantal beschikbare longtransplantaties effectief verhoogd door longgrafts van donoren na hartdood (DCD) opnieuw te beoordelen, wat resulteerde in vergelijkbare resultaten op korte en lange termijn7,8. Het doel van deze studie was om een extracorporaal longperfusiesysteem te ontwikkelen in ratten met cyclisch dode longen en om DCD-donoren nauwkeurig te beoordelen. Om de kans op primaire graftdisfunctie (PGD) te verminderen, kan de schade aan DCD-donoren9 worden geminimaliseerd door het gebruik van moleculaire diagnostiek10 en het toepassen van gespecialiseerde gerichte behandelingen.

EVLP is een techniek die de natuurlijke omgeving van de longen buiten het lichaam repliceert, waarbij een normale fysiologische temperatuur wordt gehandhaafd. Het maakt continue monitoring en beoordeling van de longen mogelijk11,12, verlengt de bewaartijd van transplantaten13 en gebruikt externe perfusie, ventilatie en medicijnen om de kwaliteit van marginale longen te verbeteren, waardoor ze geschikt worden voor transplantatie14. Het eerste succesvolle gebruik van marginale donorlongen voor longtransplantatie met behulp van EVLP werd gerapporteerd door Steen et al. in 200715. Sindsdien is het gebruik van EVLP-technologie geleidelijk geïntegreerd in de klinische praktijk16,17. Het Toronto-team paste vervolgens de EVLP-aanpak aan door lage tidal volume-ventilatie en lage stroomsnelheden te gebruiken in combinatie met de ideale longbeschermingsstrategie van een centrifugaalpomp; dit resulteerde in een constante perfusie gedurende een duur van 12 uur18.

EVLP biedt verschillende voordelen, waaronder het verminderen van het risico op primaire graftfalen, het minimaliseren van longoedeem, het verminderen van hersendood-gerelateerde ontsteking, het voorbereiden van het immuunsysteem van de ontvanger op transplantatie en het voorkomen van longinfecties, aspiratie, longembolie en ischemie-reperfusieletsel14,19,20. Hoewel EVLP aanzienlijke voordelen biedt, is er behoefte aan verbeterde methoden om de graftkwaliteit te verbeteren.

Momenteel is er geen consensus over de specifieke instellingen voor perfusie en ventilatie in het EVLP-platform voor ratten. Ohsumi et al.21 bedacht een nieuw model om te onderzoeken hoe donorlongen die lange perioden van koude ischemiete (CIT) hebben doorstaan, hun longfunctie kunnen behouden tijdens het ex vivo longperfusie (EVLP) proces en na transplantatie. Internationaal zijn er verschillende pogingen geweest om ratten ex vivo longperfusie (EVLP) modellen22,23,24,25,26,27 te creëren om een meer betrouwbare en nauwkeurige perfusie te bereiken. Daarom is het essentieel om een kosteneffectief, zeer reproduceerbaar en goed gecontroleerd EVLP-systeem voor kleine dieren te ontwikkelen om verder onderzoek op dit gebied te vergemakkelijken. Bestaande EVLP-systemen voor kleine dieren zijn vaak duur en hebben beperkte flexibiliteit in termen van het aanpassen van de bedrijfsomstandigheden voor verschillende onderzoeksbehoeften. Dit artikel stelt een kosteneffectief en aanpasbaar EVLP-systeemdesign voor. Bovendien biedt het een gedetailleerde uitleg van de technische en chirurgische stappen die vereist zijn voor de implementatie ervan. We hebben een model gebruikt met overleden ratten in circulatoire stilstand om aan te tonen dat EVLP de kwaliteit van DCD-longen verbetert, waardoor het aantal geschikte longdonoren voor transplantatie wordt vergroot. We streven ernaar om onze succesvolle ervaring te delen om andere onderzoekers te helpen bij het opzetten van een direct beschikbare EVLP-platform voor kleine dieren na cardiocirculatoire dood.

Protocol

De proefdieren waren SD mannelijke ratten met een gewicht van 250-400 g. De ratten werden gehuisvest onder standaard experimentele omstandigheden bij 18-22 °C met een gecontroleerde 12 uur licht-donkercyclus en hadden vrij toegang tot voedsel en water. Het Animal Care and Use Committee van het Institute of Clinical Research van het China-Japan Friendship Hospital keurde de dierproeven goed en voerde ze uit in overeenstemming met de richtlijnen. Alle operaties werden uitgevoerd onder algemene anesthesie. Figuur 1 presenteert een schematisch diagram en een feitelijke afbeelding van het EVLP-systeem ter referentie. Het specifieke merk en model van alle gebruikte instrumenten en apparatuur worden gedetailleerd beschreven in de Tabel van materialen

1. Apparaatconstructie

OPMERKING: 3D-geprint kunststof lijkt een veelbelovende keuze te zijn voor het apparaat. Op basis van onze beperkte ervaring is het echter moeilijk om de kracht te reguleren bij het maken van knopen met kunststofmaterialen; te weinig kracht kan ervoor zorgen dat de buis uitgleedt, en te veel kracht kan de kunststofbuis blokkeren. Metalen stijve buizen vermijden deze problemen en zijn relatief duurzaam, dus deze worden hier gebruikt.

  1. Verbind het module met de kunststof buis en gebruik een ijzeren framestandaard en een verstelbare liftplatform om alle onderdelen op de juiste hoogte te plaatsen. Voeg 150 mL perfusie toe aan de vloeistofreservoir, open de peristaltische pomp en stel de stroomsnelheid in op 20 mL/min om de perfusie de buis te laten vullen.
  2. 1.2 Maal een cirkelvormige groef voor endotracheale intubatie. Bereid een gasmengsel voor dat 8% O2, 6% CO2 en 86% N2 bevat als een hypoxisch gas. Laat hypoxisch gas door de kunstmatige membraanlong de perfusie ingaan. Ventileer gedurende 5 minuten met zuivere zuurstof voorafgaand aan de meting van het bloedgas.
  3. Maak de longslagader en atriale canules uit holle 304 roestvrijstalen buizen die gebogen zijn om de anatomie van ratten te passen (Figuur 2A). Maal een cirkelvormige groef voor intubatie van de slagader. Maak een gat aan het distale uiteinde van de wand van de atriale canule en polijst de ringvormige groef op de buitenwand (Figuur 2C). Plaats een afvoerapparaat vóór de buis in de longslagader-perfusiebuis.
  4. Verbind een driewegklep met het externe circulatiesysteem van het waterbad en reguleer de temperatuur van het reservoir, orgaancompartiment en longslagader-perfusie. Minimaliseer de lengte van de niet-waterbadverbindingsbuis en beheers de temperatuurfout op alle punten van het apparaat binnen het bereik van ± 0,2 °C. De gewenste temperatuur voor het onderzoeksontwerp is 37 °C.
  5. Vul de drukbewakingslijn met zoutoplossing en pas het drukbewakingsapparaat aan op dezelfde hoogte als de long van de donor. Open de klep om de drukbewakingslijn te verbinden met de longslagader en veneuze perfusielijn, start de dataverzamelaar en stel nul in. Bewaak de arteriële perfusiedruk en veneuze retourdruk in realtime.

2. Anesthesie van ratten

  1. Draag persoonlijke beschermingsuitrusting: chirurgische maskers, handschoenen en wegwerpoveralls voordat u ratten en rattenweefsels aanraakt.
  2. Weeg de ratten en noteer hun gewicht. Vul een spuit met 1000 U/kg heparine en injecteer deze met een naald in de staarader.
  3. Plaats de ratten in een gesloten inductiekamer en anesthetiseer ze met 3% isofluraangas. Klem de tenen van de ratten vast; als er geen reactie is, geeft dit aan dat de ratten de gewenste anesthesiediepte hebben bereikt. Anders, verleng de anesthesietijd. Breng steriele oftalmische zalf aan om droge ogen te voorkomen.
  4. Bereid meerdere hechtingen voor (3-0 of 4-0). Breng de ratten over naar de operatietafel, plaats ze in rugligging, zet ze vast met hechtingen en desinfecteer ze met alcoholspray.

3. Donorlongenprocuretie

  1. Plaats het hoofd van de rat in de anesthesiemasker en handhaaf de anesthesie door lucht te leveren die 1,5% isofluraangas bevat. Klem de tenen van de ratten vast; als er geen reactie is, geeft dit aan dat de ratten de gewenste anesthesiediepte hebben bereikt.
  2. Maak een longitudinale incisie van 2-3 cm met knaagdierchirurgische scharen langs de middenlijn van de nek voor de luchtpijp, snijd de huid door, ontleed het spierweefsel voor de luchtpijp en leg de luchtpijp volledig bloot.
  3. Bevrijd de ruimte achter de luchtpijp, steek een 3-0 hechtdraad erdoorheen en maak een losse knoop voor later gebruik. Maak een V-vormige incisie van 0,5 cm met knaagdierchirurgische scharen boven de knoop in de luchtpijp, steek een luchtbuis (14G) in de luchtpijp, trek de hechtdraad vast en bevestig de luchtbuis (Figuur 3A).
  4. Verbind de luchtbuis met de ventilator, zet deze aan en begin met het beademen van de longen.
  5. Bewaak en noteer de vitale functies regelmatig om de anesthesie en veranderingen in de vitale functies tot aan de bevestiging van de dood te verzekeren.
  6. Start longrecruitmentmanoeuvres, hervat mechanische ventilatie in drukgecontroleerde modus en beadeem gedurende 5 min. Gebruik de volgende parameters: PEEP 3 cmH2O, inspiratie: expiratieverhouding (I:E) 1:2, ademhalingsfrequentie 40 ademhalingen/min en FiO2 0,5.
  7. Klem de luchtpijp af en laat de longen 1

Resultaten

Om vast te stellen in hoeverre EVLP de DCD-donolongen heeft geconserveerd, is het noodzakelijk om het aantal apoptotische cellen gedetecteerd door TUNEL-kleuring, de spiegels van ontstekingsmarkers (gedetecteerd in het perfusaat met behulp van de QAH-INF-1 assay kit) en het algemene fysieke uiterlijk (gekleurd met hematoxyline en eosine (H&E)) van de kloppende donolongen in alle groepen te evalueren. Alle DCD-donolongen ondergingen 4 h perfusie. De meeste longen vertoonden een stabiele compliantie, waarbij een geleidelijke afname werd waargenomen over de periode van 4 h (Figuur 5B). Er werden geen significante verschillen gevonden in de vasculaire weerstand en de oxygenatieniveaus van het longtransplantaat tussen de DCD-donolongen (Figuur 5A,C). De glucosespiegels in het perfusaat namen na verloop van tijd af, zonder dat er significante verschillen tussen individuele ratten werden waargenomen (Figuur 5D). De elektrolytenspiegels in het perfusaat bleven vergelijkbaar tussen de groepen (Figuur 5E-F).

TUNEL-kleuring werd uitgevoerd met de terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling-techniek met behulp van de apoptosis detection kit, volgens de instructies van de fabrikant voor de detectie van apoptotische kernen. TUNEL-kleuring werd gebruikt om apoptose (geprogrammeerde celdood) van alveolaire epitheelcellen in DCD-donolongen onder verschillende conserveringsomstandigheden te kwantificeren. Geblindeerde analyse van het aantal apoptotische cellen onthulde een significant hoger aantal positieve cellen in de donorgroep vergeleken met andere groepen. Daarnaast vertoonde de groep met koude conservering een hoger aantal positieve cellen vergeleken met de EVLP-geperfuseerde DCD-donolongen (Figuur 6). Vijf onafhankelijke variabelen werden gebruikt om de met H&E gekleurde pathologische coupes te scoren: 1) influx van ontstekingscellen in de alveolaire ruimte, 2) verdikking van het alveolaire septum, 3) intra- en extra-alveolaire bloedingen, 4) intra-alveolair oedeem en 5) vorming van hyaliene membranen. De variabelen werden gescoord van 0-4: 0 = negatief, 1 = licht, 2 = matig, 3 = hoog en 4 = ernstig. De som van de gescorede variabelen leverde de totale scores voor longschade op. De score voor longschade is significant lager in de EVLP-groep dan in de groep met koude statische conservering en de controlegroep (Figuur 7A). Verdikking van de alveolaire wand en alveolaire bloedingen kunnen worden waargenomen in de groep met 4 u koude statische conservering (Figuur 7B). De normale alveolaire structuur blijft behouden in de EVLP-groep (Figuur 7C).

Opstelling voor cardiopulmonale bypass, membraanoxygenatie, schema, experimentele methode.
Figuur 1Diagram en foto van klein dier ex vivo longperfusiecircuit (EVLP). De letters in het diagram komen overeen met de letters in de foto om te beschrijven wat elk onderdeel doet. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Componenten van het chromatografiesysteem; diagram van metalen connectoren, koppelingen en slangonderdelen.
Figuur 2: Op maat gemaakte canules. (A) Longslagadercanule. (B) Tracheacanule. (C) Linkeratriumcanule. (D) Een set canules voor ex vivo longperfusie bij ratten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Diagram van chirurgische procedure bij knaagdieren met stappen in de cardiovasculaire dissectie en blootstelling van organen.
Figuur 3: Isolatie van de ratlong. (A) De trachea-cannule wordt op positie geplaatst en vastgezet met een zijden hechting. (B) De arteria pulmonalis wordt gecannuleerd en afgebonden met de eerder geplaatste zijden hechting. (C) De cannule van het linker atrium wordt vastgezet met een zijden hechting. (D) Het bindweefsel wordt stomp gedisseceerd om het hart-longblok te verwijderen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Opstelling voor orgaanperfusie-experiment; A: slangverbindingen, B: orgaan in bewaarkamer voor onderzoek.
Afbeelding 4: Opstelling voor pulmonale perfusie bij ratten. (A) Het hart-longblok is geplaatst in het ex vivo longperfusiecircuit. (B) Een correct ventilerende en perfunderende long verbonden met het EVLP-circuit. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Grafieken van fysiologische parameters over de tijd: PaO2/FiO2, CDyn, PVR, Glucose, Natrium, Kalium.
Figuur 5: Longfunctie tijdens het rat EVLP-protocol. (A-F) Longfunctie en bloedgasanalyse van donorlongen die EVLP ondergaan na blootstelling aan 1 h warme ischemische tijd (WIT). (A) Pulmonale oxygenatie-index. (B) Dynamische longcompliantie (Cdyn). (C) Pulmonale vasculaire weerstand (PVR). (D) Het glucoseniveau in het perfusaat 4 h na EVLP. (E) Het natriumgehalte in het perfusaat 4 h na EVLP. (F) Kaliumgehalte in het perfusaat 4 h na EVLP. De foutbalken geven de standaarddeviatie aan. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

TUNEL-assaydiagram met DAPI-kleuring, waarbij DCD, DCD+COLD en DCD+EVLP condities worden vergeleken.
Figuur 6: Representatieve beelden van de TUNEL-assay van verschillende gevallen. TUNEL-positieve cellen: Groene fluorescentie toont apoptotische cellen, DAPI: Blauwe fluorescentie representeert de nucleus, Merge: Alle cellen, inclusief cellen die geprogrammeerde celdood (apoptose) ondergaan; DCD verwijst naar de groep met directe longwinning. DCD+COLD verwijst naar de groep met 4 h koude statische bewaring. DCD+EVLP verwijst naar de groep met 4 h ex vivo longperfusie (EVLP). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Staafdiagram van de longschadingsscore en histologische analyse van longweefsel, weergave van experimentele resultaten.
Figuur 7: Longschadingsscore en histologische bevindingen. (A) De longschadingsscore in de controlegroep, de SCS-groep en de EVLP-groep (*, p <0.05). (B) Representatieve met hematoxyline en eosine (H&E) gekleurde coupes van donoren met koude statische preservatie (SCS). De zwarte pijl geeft ruptuur van het pulmonaire capillaire epitheel aan en de blauwe pijlen geven verdikking van de alveolaire wanden aan. (C) Representatieve H&E-gekleurde coupes van EVLP-donoren. De rode pijl geeft infiltratie van inflammatoire cellen aan. (D) Representatieve H&E-gekleurde coupes van direct geoogste donoren (controle). De zwarte pijlen geven ruptuur en bloedingen van het pulmonaire capillaire epitheel aan. De foutbalken geven de standaarddeviatie aan; de significantieanalyse werd uitgevoerd middels een-weg variantieanalyse (ANOVA). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

Deze studie introduceert een kosteneffectieve en modulaire ontwerp voor een EVLP-platform voor kleine dieren en validatie van de effectiviteit van deze platform in een rattenmodel van DCD. De bevindingen geven aan dat EVLP de kwaliteit van longen van overleden donoren aanzienlijk kan verbeteren, waardoor het aantal potentiële donoren voor longtransplantatie wordt uitgebreid. De schaarste aan donorlongen voor transplantatie blijft een kritische uitdaging. Om dit probleem aan te pakken, zijn sommige landen begonnen met het implementeren van DCD-programma's28. Deze aanpak biedt een waardevolle strategie om het aantal bruikbare orgaantransplantaten te verhogen. Opmerkelijk is dat meerdere onderzoeken hebben aangetoond dat langetermijnoverlevingspercentages na levertransplantatie met DCD-organen vergelijkbaar zijn met die van organen uit DBD29,30. Echter, het gebruik van longen van DCD-donoren blijft beperkt vanwege de uitgebreide schade veroorzaakt door langdurige ischemie31. Efficiënte evaluatie en benutting van de beperkte longbronnen verkregen van DCD-donoren heeft een enorm potentieel om de tekorten aan transplanteerbare longen te verlichten. EVLP is een veelbelovende techniek die de kwaliteit van longen kan verbeteren en hun bewaartijd vóór transplantatie kan verlengen. Om de effectiviteit van EVLP te valideren in vergelijking met koude opslag bij 4 °C, hebben we een rattenmodel van circulatoire dood gebruikt. We stellen ons voor dat onze perfusietechniek de schade veroorzaakt door ischemie-reperfusieletsel kan verminderen en de longfunctie na circulatoire dood kan verbeteren. Onze experimentele resultaten zijn consistent met recente bevindingen gerapporteerd door Wang et al.32 en Hasenauer et al.33.

Het handhaven van een consistente temperatuur gedurende het perfusiecircuit is cruciaal voor optimale EVLP-functie. Echter, veel bestaande EVLP-systemen ontberen betrouwbare en aanpasbare temperatuurregelmechanismen. Enkele warmtewisselinrichtingen vereisen vaak aanpassingen die de temperatuur op specifieke locaties veranderen. Deze fluctuatie in temperatuur kan de samenstelling van het perfusiemedium beïnvloeden, metingen van de oxygenatie-index verstoren en uiteindelijk de nauwkeurigheid van experimentele resultaten in gevaar brengen. Om deze moeilijkheid te overwinnen, werd een EVLP-systeem gecreëerd en uitgerust met drie afzonderlijke waterbad-warmtewisselaars die in de reservoir-, longslagader-perfusiezones en orgaankamer werden geplaatst. Bovendien gebruikt het systeem minimale leidingen om warmteverlies te minimaliseren en nauwkeurige temperatuurregeling binnen een bereik van 4-40 °C te garanderen. Deze configuratie maakt zeer nauwkeurige temperatuurregeling mogelijk, waarbij gemeten temperaturen in elk circuitsegment niet meer dan ± 0,2 °C van het ingestelde punt afwijken. Het ontwerp voldoet effectief aan de strenge temperatuurregelvereisten voor EVLP-experimenten.

Kleine diermodellen zijn, vanwege hun kleinere organen, bijzonder vatbaar voor pulmonair oedeem en atelectase34. Deze complicaties belemmeren aanzienlijk het uitvoeren van langdurige perfusie-experimenten. Om deze uitdaging aan te pakken en optimale longbescherming tijdens perfusie te waarborgen, hebben we de Toronto-aanpak geadopteerd, de huidige gouden standaard in de klinische praktijk. Deze methode omvat een geleidelijke toename van zowel perfusie-stroomsnelheid als ventilatie over een vastgestelde tijdsperiode35. Perfusie werd gestart bij 10% van de doelstroomsnelheid (20% van de cardiale output = 75 mL/min/250 g donorgewicht) en geleidelijk verhoogd over 1 uur. Evenzo werd ventilatie gestart met een lage snelheid (4 mL/kg) en werd het ademhalingsvolume geleidelijk verhoogd tot een maximum van 6 mL/kg over 10 minuten. Het onderzoek benadrukt ook de voordelen van het toevoegen van bovien serumalbumine (BSA) aan het perfusiemedium. BSA-suppletie verhoogt de colloidosmotische druk, waardoor weefseloedeem wordt verminderd36. In EVLP voor kleine dieren bestaan er twee primaire perfusieconfiguraties op basis van atriaal canuleren: gesloten-lus en open-lus. Gesloten-lussystemen handhaven een constante, lage druk in de atria, die fysiologische omstandigheden nabootsen en nauwkeurige bloedgasmetingen mogelijk maken. Een studie door Linacr et al. heeft aangetoond dat het handhaven van een specifieke atriale druk tijdens perfusie de longfunctie kan verbeteren en oedeem kan verminderen34. Echter, drukpieken kunnen optreden als het atriale spierweefsel de circuit blokkeert. Bovendien kan het vastzetten van het atrium en de aanwezigheid van luchtbellen de experimentele resultaten compromitteren als gevolg van mogelijke myocardvezelschade en inconsistente drukmetingen7. Om deze beperkingen te overwinnen en effectieve gesloten-lusperfusie te bereiken, werd een speciaal ontworpen atriaal canule gemaakt. Deze canule beschikt over een uitstekende beugel aan het uiteinde om obstructie door het atriale spierweefsel te voorkomen. Bovendien vergemakkelijken ringgroeven langs de canulelichaam een veilige ligatuurplaatsing. Verder bevat het systeem luchtbelvallen en pre-perfusietechnieken om luchtembolie te elimineren en consistente perfusiedruk te handhaven.

EVLP-platforms voor kleine dieren zijn favoriet in wetenschappelijk onderzoek vanwege hun talrijke voordelen: gecontroleerde diercondities, kosteneffectiviteit, accommodatie van grote steekproeven en laag verbruik van perfusiemedium. Bovendien maakt het gebruik van een enkele kleine dierensoort (bijv. ratten in dit onderzoek, maar ook cavia's en konijnen24,35,36) nauwkeurige controle van zowel dieet als experimentele instellingen mogelijk. De veelzijdigheid van het systeem maakt aanpassing mogelijk voor al deze soorten door aanpassing van ademhalingsparameters en perfusiestroomsnelheid. Begeleidende video'

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren geen belangenconflicten.

Dankbetuigingen

Dit werk werd ondersteund door de National High-Level Hospital Clinical Research Funding en het Elite Medical Professionals project van het China-Japan Friendship Hospital (Subsidienummers [2022-NHLHCRF-LX-03-0303] en [ZRJY2021-GG07]).

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3.0mm Medical aseptic tubingZhifang Pump industry Co., LTD, Hebei, China3.0mmIn de circulatie van het bloed, in plaats van bloedvaten
Bovine serum albuminSigma-Aldrich Trading Co.Ltd, Shanghai, ChinaBSAV-ROVerbetert de colloïdale osmotische druk van de perfusie
BP-100/102 Intravascular Blood Pressure TransduceriWorx Systems, Inc, New Hampshire, USABP-100/102Records van pulmonale vaatdruk bij ratten
CefazolinBeijing psaitong Biotechnology Co., Ltd, Beijing, ChinaPHR1291Anti-bacteriële infectie
DeoxygenatorDongguan Kewei Medical Instrument, Guangdong, ChinaGeen modelspecificatieVervangt de longfunctie van ratten bij gasuitwisseling in het bloed
F500 Algemene anesthesiemachine voor kleine dierenBeijing Yi Zejia Technology Co., LTD, Beijing, ChinaF500Gasanesthesie toedienen voor het verstrekken van anesthesie
Gasmengsel (6% O2, 8% CO2, 86% N2)Beijing Oriental Medical Gas Co., LTD, Beijing, ChinaGeen modelspecificatieBehoud van de zuur-basebalans van het bloed, simuleert pulmonale vaatfysiologie
Heat exchangerChanghong Precision Instrument Center, Shenzhen, ChinaDHC-05-BTemperatuurregeling in de perfusiecircuit
heparinBeijing psaitong Biotechnology Co., Ltd, Beijing, ChinaH0200000Anti-micro trombose
IsofluraneRWD Life Science Co.,Ltd, Shenzhen, ChinaR510-22Anesthetiseerde ratten
Isolation chamberHandgemaakt van Shanghai Leighton Industrial Co., LTD, Shanghai, ChinaGeen modelspecificatieOpslag van rattenlongen
i-STAT 1 Draagbare klinische analyzerAbbott point of care, Inc, NJ, USA300GDe analyse van bloedgas bij perfusie
iWorx RA-834 RecorderiWorx Systems, Inc, New Hampshire, USARA-834Pulmonale bloedvatdruk signaaluitgang
Multi-channel peristaltic pump LabMateZhifang Pump industry Co., LTD, Hebei, ChinaLabMate2Voedt energie voor het perfusiecirculatieproces
PERFADEX PlusXVIVO Perfusion, Gothenburg, SwedenNADe long van de ratdonor onderging prelavage; lage-kaliumoplossing 
Pulmonary cannulaGemaakt van roestvrij staal304 roestvrij staal/SUS3042.0/2.5 mm
Pulmonary vein cannulaGemaakt van roestvrij staal304 roestvrij staal/SUS3044.0mm
QAH-INF-1 assay kitInnopsys, Parcd'Activités Activestre
R415 Kleine dieren ventilatorRWD Life Science Co.,Ltd, Shenzhen, ChinaR415De ventilatie van de rattenlong
ReservoirShanghai Leighton Industrial Co., LTD, Shanghai, ChinaCapaciteit 1 LPerfusie opslag
SOLU-MEDROLBeijing psaitong Biotechnology Co., Ltd, Beijing, ChinaM0639NA
Temperature Sensor (TM-100)iWorx Systems, Inc, New Hampshire, USATM-100Record longperfusie temperatuur

Referenties

  1. Domínguez-Gil, B., et al. Expanding controlled donation after the circulatory determination of death: Statement from an international collaborative. Intensive Care Med. 47 (3), 265-281 (2021).
  2. Valapour, M., et al. Optn/srtr 2020 annual data report: Lung. Am J Transplant. 22 Suppl 2, 438-518 (2022).
  3. Holm, A. M., Courtwright, A., Olland, A., Zuckermann, A., Van Raemdonck, D. ISHLT position paper on thoracic organ transplantation in controlled donation after circulatory determination of death (cdcd). J Heart Lung Transplant. 41 (6), 671-677 (2022).
  4. Chiu, S., Mills, S. E. A., Bharat, A. Expanding the lung donor pool and improving outcomes: Ex vivo lung perfusion. JAMA Surg. 154 (12), 1151(2019).
  5. Nakajima, D., Date, H. Ex vivo lung perfusion in lung transplantation. Gen Thorac Cardiovasc Surg. 69 (4), 625-630 (2021).
  6. Furukawa, M., et al. Lung transplantation from donation after circulatory death, evolution, and current status in the United States. Clin Transplant. 37 (3), e14884(2023).
  7. Valenza, F., et al. Ex vivo lung perfusion to improve donor lung function and increase the number of organs available for transplantation. Transpl Int. 27 (6), 553-561 (2014).
  8. Divithotawela, C., et al. Long-term outcomes of lung transplant with ex vivo lung perfusion. JAMA Surg. 154 (12), 1143-1150 (2019).
  9. Egan, T. M., et al. Donation after circulatory death donors in lung transplantation. J Thorac Dis. 13 (11), 6536-6549 (2021).
  10. Kanou, T., et al. Cell-free DNA in human ex vivo lung perfusate as a potential biomarker to predict the risk of primary graft dysfunction in lung transplantation. J Thorac Cardiovasc Surg. 162 (2), 490-499.e492 (2021).
  11. 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 Respir Med. 7 (11), 975-984 (2019).
  12. Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. N Engl J Med. 364 (15), 1431-1440 (2011).
  13. Yeung, J. C., et al. Outcomes after transplantation of lungs preserved for more than 12 h: A retrospective study. Lancet Respir Med. 5 (2), 119-124 (2017).
  14. Cypel, M., Keshavjee, S. The clinical potential of ex vivo lung perfusion. Expert Rev Respir Med. 6 (1), 27-35 (2012).
  15. Steen, S., et al. First human transplantation of a nonacceptable donor lung after reconditioning ex vivo. Ann Thorac Surg. 83 (6), 2191-2194 (2007).
  16. Lindstedt, S., et al. Comparative outcome of double lung transplantation using conventional donor lungs and non-acceptable donor lungs reconditioned ex vivo. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 12 (2), 162-165 (2011).
  17. Wallinder, A., et al. Early results in transplantation of initially rejected donor lungs after ex vivo lung perfusion: A case-control study. Eur J Cardiothorac Surg. 45 (1), discussion 44-45 44-45 (2014).
  18. Cypel, M., et al. Technique for prolonged normothermic ex vivo lung perfusion. J Heart Lung Transplant. 27 (12), 1319-1325 (2008).
  19. Frank, J. A., et al. Physiological and biochemical markers of alveolar epithelial barrier dysfunction in perfused human lungs. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 293 (1), L52-L59 (2007).
  20. Inci, I., et al. Fibrinolytic treatment improves the quality of lungs retrieved from non-heart-beating donors. J Heart Lung Transplant. 26 (10), 1054-1060 (2007).
  21. Ohsumi, A., et al. A method for translational rat ex vivo lung perfusion experimentation. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 319 (1), L61-L70 (2020).
  22. 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).
  23. Bassani, G. A., et al. Ex vivo lung perfusion in the rat: Detailed procedure and videos. PLoS One. 11 (12), e0167898(2016).
  24. Cleveland, W. J., et al. Design and implementation of a rat ex vivo lung perfusion model. J Vis Exp. (195), e64740(2023).
  25. Oliveira, P., Yamanashi, K., Wang, A., Cypel, M. Establishment of an ex vivo lung perfusion rat model for translational insights in lung transplantation. J Vis Exp. 10 (199), e65981(2023).
  26. 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).
  27. Van Zanden, J. E., Leuvenink, H. G. D., Verschuuren, E. aM., Erasmus, M. E., Hottenrott, M. C. A translational rat model for ex vivo lung perfusion of pre-injured lungs after brain death. PLoS One. 16 (12), e0260705(2021).
  28. Choi, K., et al. Early national trends of lung allograft use during donation after circulatory death heart procurement in the United States. JTCVS Open. 16, 1020-1028 (2023).
  29. Krutsinger, D., et al. Lung transplantation from donation after cardiocirculatory death: A systematic review and meta-analysis. J Heart Lung Transplant. 34 (5), 675-684 (2015).
  30. Sabashnikov, A., et al. Long-term results after lung transplantation using organs from circulatory death donors: A propensity score-matched analysis. Eur J Cardiothorac Surg. 49 (1), 46-53 (2016).
  31. Zhao, J., et al. The low utilization rate of donor lungs in china: A single-center experience. Ann Transplant. 26, e931409(2021).
  32. Wang, W., Qian, J., Zhu, M., Wang, Y., Pan, Y. Normothermic ex vivo lung perfusion outperforms conventional cold preservation in a deceased rat lung. Ann Transl Med. 10 (2), 99(2022).
  33. Hasenauer, A., et al. Effects of cold or warm ischemia and ex-vivo lung perfusion on the release of damage associated molecular patterns and inflammatory cytokines in experimental lung transplantation. J Heart Lung Transplant. 40 (9), 905-916 (2021).
  34. Linacre, V., et al. Importance of left atrial pressure during ex vivo lung perfusion. J Heart Lung Transplant. 35 (6), 808-814 (2016).
  35. Pêgo-Fernandes, P. M., et al. Experimental model of isolated lung perfusion in rats: First brazilian experience using the il-2 isolated perfused rat or guinea pig lung system. Transplant Proc. 42 (2), 444-447 (2010).
  36. Pacheco-Baltazar, A., Arreola-Ramírez, J. L., Alquicira-Mireles, J., Segura-Medina, P. Isolated lung perfusion system in the rabbit model. J Vis Exp. (173), e62734(2021).

Herprints en machtigingen

Tags

Longtransplantatie bij rattenmodel van circulatiestilstandlongconserveringpulmonale vasculaire weerstanddynamische compliantiebloedgasmetingischemie-reperfusieschadeapoptische celdoodperfusiecircuit
Oprichting van een nieuw Ex Vivo longperfusiesysteem voor rattenlongen na circulatoire dood
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.