Ustanawiamy nowatorską technikę chirurgiczną dla modelu perfuzji pojedynczego płata wątroby in vivo u szczurów jako warunek wstępny do dalszych badań in vivo częściowej inżynierii wątroby w przyszłości.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ustanawiamy nowatorską technikę chirurgiczną dla modelu perfuzji pojedynczego płata wątroby in vivo u szczurów jako warunek wstępny do dalszych badań in vivo częściowej inżynierii wątroby w przyszłości.
Inżynieria narządów to nowatorska strategia generowania substytutów narządów wątroby, które potencjalnie mogą być wykorzystane w transplantacji. Ostatnio inżynieria wątroby in vivo, w tym decelularyzacja narządów in vivo, a następnie ponowne zasiedlenie, okazała się obiecującym podejściem w porównaniu z inżynierią wątroby ex vivo. Nie udało się jednak osiągnąć przeżycia pooperacyjnego. Celem niniejszej pracy jest opracowanie nowatorskiej techniki chirurgicznej selektywnej perfuzji płatów wątroby in vivo u szczurów jako warunku wstępnego inżynierii wątroby in vivo. Obwod omijamy tylko przez lewy płat boczny. Następnie lewy płat boczny jest perfundowany heparynizowaną solą fizjologiczną. Eksperyment przeprowadza się w 4 grupach (n = 3 szczury w grupie) w oparciu o różne czasy perfuzji 20 min, 2 h, 3 h i 4 h. Przeżycie, jak również makroskopowo widoczna zmiana koloru i histologicznie określony brak komórek krwi w triadzie wrotnej i sinusoidach, są traktowane jako wskaźnik udanego ustanowienia modelu. Po selektywnej perfuzji lewego płata bocznego obserwujemy, że lewy płat boczny rzeczywiście zmienił kolor z czerwonego na bladożółty. W ocenie histologicznej nie są widoczne żadne komórki krwi w gałęzi żyły wrotnej, żyle centralnej i sinusoidach. Lewy płat boczny zmienia kolor na czerwony po ponownym otwarciu zablokowanych naczyń. 12/12 szczurów przeżyło zabieg dłużej niż tydzień. Jako pierwsi przedstawiliśmy model chirurgiczny perfuzji pojedynczego płata wątroby in vivo z długim okresem przeżycia wynoszącym ponad tydzień. W przeciwieństwie do wcześniej opublikowanego raportu, najważniejszą zaletą przedstawionej tu techniki jest to, że perfuzja 70% wątroby jest zachowana przez cały czas trwania zabiegu. Opracowanie tej techniki stanowi podstawę do częściowej inżynierii wątroby in vivo u szczurów, w tym decelularyzacji i recelularyzacji.
Wskazania do przeszczepiania narządów stale się poszerzają. Z kolei wskaźniki dawstwa narządów i ogólna jakość narządów spadają, co prowadzi do rosnącego zapotrzebowania na przeszczepy. Liczba kandydatów dodanych do listy oczekujących na przeszczep wątroby stale rosła (np. w Stanach Zjednoczonych w 2016 r. dodano 11 340 pacjentów, w porównaniu z 10 636 w 2015 r.)1. Pomimo znacznych wysiłków, liczba dostępnych narządów nie odpowiada potrzebom klinicznym. Ze względu na zwiększoną częstość występowania chorób wątroby wielu pacjentów ze schyłkową fazą chorób wątroby umiera z listy oczekujących na przeszczep, zanim narząd dawcy stanie się dostępny. Aby sprostać ogromnemu zapotrzebowaniu na przeszczepy wątroby od dawców, aktywnie poszukuje się alternatywnych podejść wykorzystujących zasady inżynierii tkankowej wątroby2. W dzisiejszych czasach nowo opracowana biologiczna technika inżynierii wątroby może potencjalnie przezwyciężyć ten niedobór.
Inżynieria wątroby składa się z dwóch etapów: wytworzenia rusztowania bezkomórkowego, po którym następuje ponowne zasiedlenie rusztowania. Aby uzyskać biologiczne bezkomórkowe rusztowanie wątroby, eksplantowana wątroba jest perfundowana przez układ naczyniowy za pomocą jonowych lub niejonowych detergentów, które mogą usunąć materiał komórkowy z wątroby. W większości wcześniejszych badań biologiczne bezkomórkowe rusztowanie wątroby uzyskano przez perfuzję wątroby z kombinacją dodecylosiarczanu sodu i TritonX100. W efekcie wszystkie komórki zostały usunięte, przy jednoczesnym zachowaniu struktury macierzy zewnątrzkomórkowej. Rusztowania narządowe zostały ponownie obsiane dojrzałymi komórkami, liniami komórkowymi wątrobowokomórkowymi, a także śródbłonkowymi oraz pierwotnymi hepatocytami z jednoczesnym zastosowaniem lub bez jednoczesnego zastosowania komórek śródbłonka lub mezenchymalnych komórek macierzystych (MSC). Większość badaczy skupia się na inżynierii wątroby ex vivo3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14. Jednak w większości poprzednich badań tylko małe kawałki ponownie zasiedlonych kostek rusztowania przeszczepiano do różnych heterotopowych miejsc implantacji. W kilku badaniach częściowo zasiedlone rusztowania przeszczepiono jako przeszczep pomocniczy. Jednak maksymalny zgłoszony czas przeżycia wynosił tylko 72 h8,14. O ile nam wiadomo, ortotopowe przeszczepienie pełnego przeszczepu wątroby nie zostało jeszcze przeprowadzone ani opublikowane. Długoterminowe funkcjonowanie i przeszczepianie zmodyfikowanych narządów jest wciąż w powijakach. Dlatego potrzebne jest alternatywne podejście do inżynierii wątroby ex vivo.
Inżynieria wątroby in vivo może stanowić alternatywę dla badania odbudowy wątroby w warunkach fizjologicznych. Zalety inżynierii wątroby in vivo w porównaniu z inżynierią wątroby ex vivo są wielorakie. Częściowe rusztowanie wątrobowe in vivo poddawane jest fizjologicznej perfuzji krwi o odpowiedniej temperaturze, wystarczającej ilości tlenu, składników odżywczych i czynników wzrostu, w przeciwieństwie do perfuzji ex vivo ze sztuczną pożywką hodowlaną. Co więcej, pozostała częściowo normalna wątroba utrzymuje funkcję wątroby, głównie umożliwiając długoterminowe przeżycie. Ponieważ wszczepiony przeszczep wątroby zmodyfikowany ex vivo nadal nie jest w stanie utrzymać długoterminowego przeżycia zwierząt doświadczalnych ze względu na funkcję wątroby8, przewidujemy, że częściowa inżynieria wątroby in vivo ostatecznie stanie się obiecującym modelem do dalszych badań nad ewolucją zmodyfikowanych wątroby z dłuższymi obserwacjami przeżycia niż ex vivo.
Niedawno, jedna grupa badawcza (Pan i współpracownicy) zaprezentowała, po raz pierwszy, technikę inżynierii wątroby in vivo15. Udało im się uzyskać izolowaną perfuzję prawego dolnego płata wątroby u żywych szczurów, pomimo wyzwań anatomicznych i technicznych. Poinformowali o pierwszych śródoperacyjnych wynikach ponownego zasiedlenia in vivo przy użyciu pierwotnej linii komórek hepatocytów szczura. Jednak chirurgiczny model perfuzji in vivo Pan i wsp. ma wady. Udało im się osiągnąć perfuzję pojedynczego płata wątroby u szczurów kosztem całkowitego zablokowania żyły wrotnej i żyły głównej dolnej, co może spowodować poważne szkody dla zwierzęcia. Szczury doświadczalne zostały uśmiercone po zaledwie 6 godzinach obserwacji śródoperacyjnej. Dlatego technika perfuzji płata wątroby in vivo wymaga dalszej poprawy, aby osiągnąć przeżycie pooperacyjne.
Opracowaliśmy nowy model przeżycia dla in vivo perfuzji płatów wątroby, oparty na wcześniejszych badaniach anatomii wątroby szczura16, technika kaniulacji żyły wrotnej do monitorowania hemodynamicznego u myszy17, oraz bioinżynieria wątroby18,19. Kluczowe kroki procedury są zilustrowane w Rysunek 1A - 1E.
Ta technika jest odpowiednia dla tych, którzy chcą wykorzystać ten eksperymentalny model perfuzji in vivo do podstawowych badań nad częściowym leczeniem narządów przez infuzję z lekami, decelularyzacja in vivo jako chemiczna resekcja chorób narządów (np. raka wątroby), hodowla komórkowa in vivo w matrycy decellularnej porównująca ex vivo dwuwymiarowe i trójwymiarowe systemy hodowli komórek20,21,22,23,24,25,26, oraz inżynieria wątroby in vivo poprzez decelularyzację i ponowne zasiedlenie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Pomieszczenia i wszystkie przeprowadzone procedury były zgodne z niemieckim ustawodawstwem dotyczącym dobrostanu zwierząt. Wszystkie gazy, ubrania okrywające i narzędzia chirurgiczne są sterylizowane w autoklawie i przygotowywane przed operacją. Wszystkie zabiegi przeprowadzane są w sterylnych warunkach.
1. Przygotowanie szczura do zabiegu chirurgicznego
2. Laparotomia szczura
3. Utworzenie przejścia obejściowego w obrębie lewego płata bocznego
4. Fizjologiczna reperfuzja lewego płata bocznego
5. Zamknięcie ściany brzucha
6. Leczenie pooperacyjne szczura
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Do oceny efektu selektywnej perfuzji płata wątroby wykorzystano dwanaście samców szczurów szczepu Lewis (w wieku 12–13 tygodni). Eksperyment przeprowadzono w czterech grupach (n = 3 szczury na grupę). Stosując różne okresy perfuzji wynoszące 20 minut, 2 godziny, 3 godziny oraz 4 godziny, zgodnie z opisanymi powyżej krokami, pomyślnie przeprowadzono perfuzję pojedynczego płata in vivo.
In Vivo
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Blokując i kaniulując lewą żyłę wrotną za pomocą cewnika jako wlotu płynu oraz lewą boczną żyłę wątrobową za pomocą innego cewnika jako ujścia płynu, udało nam się uzyskać płynowe obejście in vivo w lewym płacie bocznym, co wskazuje, że chociaż technika ta jest bardzo trudna ze względu na mały rozmiar naczyń do kaniulacji i wysokie ryzyko spowodowania krwawienia, Jest to wykonalne. Nawet szczury poddawane długiemu okresowi perfuzji wynoszącemu 4 godziny przeżyły co najmniej 1 tydzień, co pokazuje, że szczury mo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby podziękować Jensowi Geilingowi z Instytutu Anatomii I, Szpitala Uniwersyteckiego w Jenie, za stworzenie schematycznych rysunków anatomii wątroby szczura.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| perfuzyjna | |||
| Perfusor VI | B. Braun, | ||
| Cewnik | Terumo | SR+DU2419PX | 24G, 0,74&razy; 19mm |
| Versatus-W Cewnik | Terumo | SR+DU2225PX | 22G, 0,9 i razy; |
| Mikro nożyczki do mikronarzędzi | |||
| F i middot; S· L | nr 14058-09 | ||
| mikro serrefine | F· S· L | No.18055-05 | |
| Aplikator mikrozacisków | F· S· L | nr 18057-14 | |
| Mikrokleszczyki proste | F· S· L | nr 00632-11 | |
| Zakrzywione mikrokleszczyki | F· S· L | nr 00649-11 | |
| mikro uchwyt na igły | F· S· L | nr 12061-01 | |
| ogólne narzędzia | |||
| standardowe sissors | F· S· L | ||
| zacisk na komary | F· S· L | ||
| kleszcz ząbkowany | F· S· L | ||
| kleszczyk ząbkowany | F· S· L | ||
| uchwyt na igłę | F· S· Szew | ||
| 4-0 prolene | ethicon | ||
| 4-0 ETHICON*II | ethicon | ||
| 6-0 jedwab | ethicon | ||
| 11-0 poliamid | ethicon |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.