Chociaż przeszczep serca jest najskuteczniejszą metodą terapeutyczną w końcowym stadium niewydolności serca, mniej niż 50% potencjalnych dawców staje się rzeczywistymi dawcami serca. Główną przyczyną niepełnego wykorzystania serca dawcy jest maksymalny czas niedokrwienia wynoszący 4 godziny podczas mechanicznego zatrzymania w chłodni, co ogranicza rozmieszczenie geograficzne serc ze względu na ograniczenia czasu transportu. Co ważne, wydłużony czas niedokrwienia jest ważnym czynnikiem ryzyka pierwotnej dysfunkcji przeszczepu (PGD), gdy rzut serca dawcy jest niewystarczający do perfuzji narządów. PGD jest poważnym wyzwaniem, które występuje w 10%-20% przeszczepów serca. Podczas gdy 1-miesięczna śmiertelność po przeszczepie serca wynosi około 8%, PGD odpowiada za 39% tych zgonów.
Niedawne zastosowanie kliniczne dostępnych na rynku normotermicznych urządzeń do perfuzji ex situ wydłużyło czas "wyjścia z organizmu" serc dawców, jednocześnie skracając czas niedokrwienia zimna. Technologia ta przyniosła znaczące korzyści w zakresie umożliwienia dopasowania dawców do biorców na duże odległości geograficzne. Perfuzja ex situ ułatwiła również wykorzystanie "brzeżnych" serc dawców z takimi cechami, jak przerost komorowy, dłuższy czas niedokrwienia i starszy wiek dawcy. W niedawnym badaniu klinicznym systemu perfuzji serca ex vivo częstość występowania ciężkiej PGD w lewej komorze (LV) lub prawej komorze (RV) utrzymywała się na wysokim poziomie 10,7% w przypadku serc zmarłych dawców mózgu (DBD) pomimo normotermicznej perfuzji serca podczas transportu narządu do szpitala biorcy1. Rzeczywiście, wskaźniki ciężkiej PGD wymagającej mechanicznego wspomagania krążenia są jeszcze wyższe w przypadku serc zmarłych zgonów sercowych (DCD). Ponadto do transportu wykorzystano ciągłą hipotermiczną perfuzję serca dawcy z roztworem konserwującym w zimnie. Te nowatorskie podejścia koncentrują się na perfuzji w kilku warunkach: perfuzji z autologiczną krwią lub roztworem konserwującym, perfuzji w temperaturach normotermicznych (37 °C) lub niskich (4–10 °C) oraz perfuzji ex situ przy użyciu aparatu pompowego lub in vivo przy użyciu normotermicznej perfuzji regionalnej (NRP). Dokładna przewaga kliniczna niektórych podejść nad innymi nie jest jasno określona, ale modele badawcze pozwolą na systematyczne badanie każdej kombinacji podejść.
Zaletą stosowania mysich modeli oceny serca jest dostępność szerokiej gamy modeli myszy transgenicznych do szczegółowego badania mechanizmów molekularnych PGD i innych stanów związanych z upośledzoną funkcją serca (np. zawał mięśnia sercowego). Li i wsp.2 opisują elegancką technikę przeszczepiania mysich serc dawców przy użyciu techniki "mankietu" w odcinku szyjki macicy myszy biorcy. Ma to znaczące zalety pod względem technicznej łatwości wykonania, dostępności do oceny przeszczepów oraz możliwości przeprowadzania przyżyciowego obrazowania dwufotonowego (np. w celu śledzenia leukocytów). Noly i wsp.3 donoszą również o wykorzystaniu myszy w badaniach ex situ funkcji serca, z podobną korzyścią w postaci dostępu do szerokiej gamy modeli transgenicznych. Perfuzja ex situ z buforem Krebsa pozwala na badanie biologii zachowawczej natywnych komórek serca bez odpowiedzi komórkowej biorcy. Umożliwi to naukowcom dalsze badania biologii konserwatorskiej rodzimego serca bez infiltracji leukocytów, co dodatkowo komplikuje zdarzenie reperfuzji. Co więcej, Noly i wsp.3 ilustrują metodę oceny funkcji serca zarówno lewego, jak i prawego serca za pomocą małego balonika w tym modelu ex situ . Biorąc pod uwagę częstość występowania izolowanej niewydolności prawego serca w klinicznym przeszczepie serca, jest to bardzo istotna technika oceny niewydolności przeszczepów jednokomorowych i dwukomorowych.
Dawstwo serca DCD nabiera rozpędu jako ważne źródło dawców serc do przeszczepów. Model przeszczepu serca DCD u szczurów zaprezentowany przez Quadera i wsp.4 stanowi ważną platformę dla zwierząt średniej wielkości do badania serc dawców DCD i pozwala na testowanie różnych czynników, które mogą łagodzić uszkodzenie serca podczas dawstwa DCD. Protokół dawstwa DCD gryzoni odzwierciedla protokół klinicznych procedur pobierania narządów. Modele oceny serca u gryzoni mają kluczowe znaczenie dla badania mechanizmów molekularnych i badań przesiewowych w kierunku potencjalnie skutecznych terapii, a także mają przewagę w postaci skali, ponieważ pozwalają na wykorzystanie stosunkowo dużych grup eksperymentalnych. Jednak to, czy informacje uzyskane od gryzoni są istotne dla pacjentów, jest uzasadnionym problemem. W związku z tym platformy skupiające duże zwierzęta (w tym ludzkie serca wykorzystywane do badań) służą do walidacji wiedzy uzyskanej z modeli mniejszych zwierząt. Khalil i wsp.5 opisują świński model NRP z sercami świń przy użyciu pozaustrojowego natleniania błonowego. Ich grupa podkreśla również istotne różnice w reakcjach ludzkiego serca na arytmogenność serca. System ten zapewnia środki do testowania różnych strategii farmakologicznych i niefarmakologicznych w celu rehabilitacji serc z DCD do przeszczepu w tych warunkach. Dang Van i wsp.6 dodatkowo zwiększają wyrafinowanie oceny hemodynamicznej serc dużych zwierząt, włączając pętle ciśnieniowo-objętościowe za pomocą cewników konduktancyjnych i echokardiografii powierzchniowej. NRP ma wyraźną zaletę, ponieważ umożliwia ocenę serca w "obciążonych" warunkach pracy w porównaniu z "niedziałającymi" układami Langendorffa wykorzystującymi konwencjonalną perfuzję ex situ .
Oprócz badania całych serc, funkcja skurczu może być oceniana na poziomie pojedynczej komórki, jak ilustrują Lavey i wsp.7. Skracanie sarkomeru i strumienie wapnia można mierzyć z dużą dokładnością w pojedynczych miocytach. Edycja molekularna na poziomie komórkowym może być skutecznie osiągnięta przy użyciu różnych technik transferu genów (np. transfekcji wirusa), a efekty można ocenić na poziomie komórkowym. Jest to ważne narzędzie przesiewowe dla nowych terapii i dla zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw dysfunkcji serca. Bermea i wsp.8 zapewniają wiarygodną metodę badania składników immunologicznych i ich roli w pośredniczeniu w uszkodzeniu serca. Zdolność do wychwycenia wszystkich interesujących komórek odpornościowych w sercu jest warunkiem wstępnym do dokładnego zrozumienia odpowiedzi immunologicznej na uszkodzenie serca. Opisane techniki można łączyć z wyżej wymienionymi platformami kardiologicznymi ex situ i NRP do badania odporności w zachowaniu, uszkodzeniu i naprawie serca.
Ten zbiór metod zestawia niektóre z najnowocześniejszych technik oceny uszkodzenia i funkcji serca. Podczas gdy wiele modeli jest przeznaczonych do badania PGD po zachowaniu serca, ten zbiór pozostaje istotny dla badania funkcji serca w innych warunkach (np. globalne lub regionalne ciepłe niedokrwienie, kardiomiopatie genetyczne). Jesteśmy optymistami, że te narzędzia badawcze poprawią zrozumienie PGD i ułatwią odkrycie nowych metod leczenia w celu zachowania funkcji serca po urazie.