Obecny protokół opisuje technikę mankietową dla modelu przeszczepu lewego płuca myszy. Technika ta była rozwijana przez kilka lat i dobrze się sprawdza, skutecznie służąc w badaniach immunologicznych.
Artykuł metodologiczny
Obecny protokół opisuje technikę mankietową dla modelu przeszczepu lewego płuca myszy. Technika ta była rozwijana przez kilka lat i dobrze się sprawdza, skutecznie służąc w badaniach immunologicznych.
W ciągu ostatniej dekady, nasze laboratorium poczyniło znaczne postępy w rozwoju i udoskonalaniu unaczynionych modeli przeszczepów płuc myszy przy użyciu wydajnej i wysoce niezawodnej techniki transplantacji "mankietowej". W artykule opisano zaawansowaną i kompleksową metodę ortotopowego przeszczepu płuc w unaczynionym ortotopowym modelu płuc, reprezentującym najbardziej fizjologiczny i klinicznie istotny model przeszczepu płuc u myszy. Proces przeszczepu składa się z dwóch odrębnych etapów: pobrania od dawcy i późniejszego wszczepienia implantu biorcy. Metoda została pomyślnie opanowana, a po kilku miesiącach wystarczającego szkolenia, wykwalifikowany praktyk może wykonać zabieg w około 90 minut od skóry do skóry. Co zaskakujące, gdy osoby pokonają początkową krzywą uczenia się, wskaźnik przeżycia w okresie okołooperacyjnym zbliża się do prawie 100%. Model mysi pozwala na wykorzystanie wielu dostępnych na rynku transgenicznych i zmutowanych szczepów myszy, umożliwiając badanie tolerancji i odrzucenia. Ponadto unikalne cechy tego modelu sprawiają, że jest on cennym narzędziem do badania biologii i immunologii nowotworów.
Podczas gdy terapie zastępcze, takie jak dializa i urządzenia wspomagające pracę komór, istnieją dla osób z niewydolnością nerek i serca, przeszczep płuc pozostaje główną opcją leczenia dla pacjentów cierpiących na schyłkową niewydolność płuc. Ta procedura służy jako jedyny wybór ratujący życie dla osób, u których zdiagnozowano zwłóknienie płuc1. Dodatkowo stosuje się go w celu przedłużenia życia osób borykających się ze schyłkową obturacyjną chorobą płuc, taką jak rozedma płuc, a także osób ze stanami ropnymi, takimi jak mukowiscydoza1.
Podczas gdy wskaźniki krótkoterminowego przeżycia poprawiły się dzięki udoskonaleniom technicznym, ulepszeniom opieki okołooperacyjnej i postępom w immunosupresji, długoterminowe wyniki po przeszczepie płuc są znacznie gorsze niż w przypadku innych organów stałych. Ogólny pięcioletni wskaźnik przeżycia wynoszący zaledwie 50% dla biorców przeszczepu płuc jest znacznie niższy niż dla tych, którzy otrzymują alloprzeszczepy serca, nerek lub wątroby1. Nasz zespół i inni podejrzewali, że powodem takiej rozbieżności jest brak klinicznie istotnych modeli biologicznych, aby w pełni zrozumieć szlaki prowadzące do odrzucenia i/lub tolerancji alloprzeszczepu płuc, ponieważ eksperymentalna manipulacja fizjologicznie istotnymi modelami myszy znacząco przyczyniła się do długoterminowego przeżycia innych alloprzeszczepów litych lub komórkowych2.
Przed opracowaniem modelu mysiego ortotopowego przeszczepu płuc, badacze polegali w swoich badaniach na większych modelach zwierzęcych. Jednak te większe modele miały ograniczenia, w tym brak transgenicznych mutantów wymaganych do badania pytań mechanistycznych3. Dodatkowo, badania na szczurach napotkały podobne ograniczenia4, a nieunaczynione heterotopowe modele przeszczepu tchawicy u myszy były również ograniczone do ich użyteczności5. Badania wykazały, jak ważne jest stosowanie unaczynionych modeli przeszczepów zamiast nieunaczynionych w różnych układach narządów. Na przykład nieunaczynione przeszczepy tkanki serca noworodka wprowadzone do małżowiny usznej myszy biorcy nie mają bezpośredniej interakcji ze śródbłonkiem naczyniowym i krwiobiegiem biorcy. W związku z tym ich znaczenie jest ograniczone w porównaniu z unaczynionymi przeszczepami ludzkiego serca6. W podobny sposób heterotopowy model przeszczepu tchawicy, który nie posiada unaczynienia i napowietrzenia, różni się znacznie od przeszczepów płuc u ludzi, szczególnie w obserwowanych zmianach w drogach oddechowych w małych drogach oddechowych po przeszczepie. Co więcej, szybki początek zwłóknienia w heterotopowych alloprzeszczepach tchawicy nie odzwierciedla obserwacji w ludzkich płucach ani w unaczynionych przeszczepach płuc u większych zwierząt lub szczurów7.
W naszym laboratorium badawczym stworzenie ortotopowego modelu przeszczepu płuc myszy było inspirowane ortotopowym modelem przeszczepu pojedynczego płuca ustalonym u szczurów8,9. W przeciwieństwie do ludzi, myszy i szczury mają tylko jeden płat w lewym płucu, co stanowi zaledwie dwadzieścia pięć procent całkowitej masy płuc. Ta funkcja umożliwia pomyślne przeprowadzenie przeszczepu lewego płuca w modelach mysich bez konieczności wspomagania krążenia10,11. Z biegiem czasu wprowadziliśmy modyfikacje techniczne do modelu i w tym kontekście wyjaśnione zostały kluczowe kroki, które zwiększają łatwość wykonania zabiegu.
Poza jego implikacjami w badaniach immunobiologicznych transplantacji, ortotopowy model przeszczepu płuc myszy oferuje solidne narzędzie do badania roli niehematopoetycznych komórek zrębowych płuc w różnych procesach chorobowych. Dzieje się tak, ponieważ zmutowany syngeniczny przeszczep pojedynczego płuca prowadzi do prawie całkowitej wymiany komórek krwiotwórczych na komórki pochodzące od biorcy, podczas gdy niehematopoetyczne komórki zrębu nadal pochodzą od dawcy. W związku z tym "narząd chimeryczny" może zostać stworzony bez napromieniowania gospodarza lub specyficznej dla płuc ekspresji transgene12. Co więcej, natywne płuco po przeciwnej stronie może funkcjonować jako wewnętrzna kontrola w tym samym zwierzęciu, nie powodując rozległych zmian w układzie odpornościowym gospodarza. Model ten jest bardzo obiecujący dla postępów w badaniach nad przeszczepem płuc i innymi szlakami chorobowymi obejmującymi komórki zrębu płucnego.
Wszystkie procedury związane ze zwierzętami zostały przeprowadzone zgodnie z Instytucjonalnym Komitetem ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania na Uniwersytecie Maryland w Baltimore i otrzymały od niego zgodę. Zaleca się stosowanie samców myszy w wieku 8-12 tygodni (20-25 g) BALB/c jako dawcy i myszy C57BL/6 jako biorcy. Zwierzęta zostały pozyskane ze źródła komercyjnego (patrz tabela materiałów).
1. Przygotowanie mankietów oskrzelowych i naczyniowych
Czas: 10 min (dla trzech mankietów)
2. Procedura dawcy
Czas: 10-15 min
3. Procedura odbiorcy
Czas: 50-60 min
4. Odzyskiwanie zwierząt
Czas trwania: 12 h
Na podstawie doświadczeń z tym modelem w ciągu ostatnich 10 lat, osoby z podstawowymi umiejętnościami mikrochirurgicznymi zazwyczaj wymagają nauki około 50 zwierząt. Po osiągnięciu biegłości procedury dawstwa trwają zwykle 15-30 minut, podczas gdy procedury biorcy trwają około 60 minut. Po początkowej krzywej uczenia się, śmiertelność okołooperacyjna jest zwykle bardzo niska.
W Rysunek 4A,B, morfologia płuc siedem dni po wszczepieniu płuc dawcy Balb/cJ do biorców C57/B6J pokazuje, że myszy leczone blokadą kostymulacyjną wykazywały zachowaną, normalną morfologię. W przeciwieństwie do tego, myszy bez immunosupresji wykazywały oznaki odrzucenia.
W Rysunek 4C,D, barwienie H & E myszy leczonych blokadą kostymulacyjną wykazało minimalną immunoreaktywność, co sugeruje tolerancję immunologiczną. W przeciwieństwie do tego, myszy bez immunosupresji wykazywały wyraźny naciek limfocytarny, co wskazuje na odpowiedź odrzucenia.

Rysunek 1: Tworzenie mankietu. Wykorzystując ostrze #11, (A) mankiety naczyniowe i oskrzelowe są wykonane z przedłużającym uchwytem mankietu, aby ułatwić zakładanie. (B) Cewniki 18 G/20 G/24 G zastosowano do oskrzel/żyły płucnej/tętnicy płucnej (od lewej do prawej). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Operacja dawcy. Procedura dawcy przebiega od wstrzyknięcia heparyny przez żyłę prącia (A), intubacji (B), rozwarstwienia przepony (C) i sternotomii w linii środkowej (D). Wycięty blok płuc (E) był utrzymywany w stanie wilgotnym z przykrytymi poduszkami guaze (F). Wnękę preparuje się, zaczynając od tętnicy płucnej dawcy (G), żyły płucnej (H). Naczynie zostało złapane przez światło mankietu, a następnie złożone na mankiecie, odsłaniając powierzchnię śródbłonka/nabłonka (I). Następnie zapinano go nylonowym szwem 10-0 wokół mankietu (2 węzły) (J). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Operacja odbiorcy. Zabieg biorcy przebiega od intubacji dotchawiczej, prawostronnego ułożenia odleżynowego (A) i torakotomii lewej (B). Lewe płuco biorcy jest uwalniane z przyczepów we wnęce, w widoku przednim (C), a tętnica płucna biorcy (D), żyła płucna (E) i oskrzela są preparowane. Bliższą kontrolę wnęki biorczej uzyskuje się za pomocą klipsa do tętniaka (F). Tętnica płucna dawcy z mankietem jest wprowadzana do tętnicy płucnej biorcy przez arteriotomię 1/3 w kształcie litery V (G), a uchwyt mankietu jest kontrolowany przez drugi klips do tętniaka, aby utrzymać stabilny mankiet, a następnie zabezpieczony nylonową opaską 10-0 (2 węzły) (H). Drugiklips został usunięty i ta sama procedura została zastosowana w przypadku żyły płucnej (I) i oskrzeli (J). 1. klips został usunięty, aby umożliwić reperfuzję płuc (K). płuco jest napompowane, a następnie umieszczone z powrotem w klatce piersiowej (L). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Morfologia i histologia przeszczepionego płuca. Siedem dni po wszczepieniu lewych płuc dawcy Balb / cJ do biorców C57 / B6J, myszy leczone blokadą kostymulacyjną wykazywały zachowaną, normalną morfologię (A). W przeciwieństwie do tego, myszy leczone bez immunosupresji wykazywały oznaki odrzucenia (B). Barwienie H i E myszy leczonych jednocześnie blokadą wykazało minimalną immunoreaktywność, co sugeruje tolerancję immunologiczną (C). Myszy leczone bez immunosupresji wykazywały wyraźny naciek limfocytarny, co wskazuje na odpowiedź odrzucenia (D). Podziałka skali: 100 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Technika mankietowa do przeszczepu mysiego lewego płuca stanowi znaczący postęp w badaniach transplantacyjnych10,11. Krytyczne kroki obejmują precyzyjne i skrupulatne rozwarstwienie struktury wnęki i bezpieczne zespolenia. Modyfikacje mogą być wprowadzane w celu zaspokojenia potrzeb eksperymentalnych, ale wymaga to krzywej uczenia się. Nasza grupa zmodyfikowała pozycję myszy odbiorcy z tylnej na przednią, uzyskując lepszy widok wnęki poprzez zgięcie myszy odbiorcy, co skraca krzywą uczenia się.
Ograniczenia obejmują wyzwania z myszami spoza określonego zakresu wagowego oraz potrzebę wykwalifikowanych chirurgów z wcześniejszym doświadczeniem w mikrochirurgii. Aby zmniejszyć ryzyko niedodmy przeszczepu, zdecydowanie zaleca się wdrożenie dodatniego ciśnienia końcowo-wydechowego (PEEP) po wszczepieniu i zapewnieniu odpowiedniego podawania leków przeciwbólowych. W celu zapobiegania pęknięciom żylnym zaleca się stosowanie mankietu o mniejszym rozmiarze (22 G). Dodatkowo, aby zapobiec skrętowi tętnicy, sugeruje się zminimalizowanie ruchu przeszczepu po przygotowaniu i zachowaniu najwyższej ostrożności podczas regulacji orientacji płuca dawcy podczas zabiegu zespolenia.
Pomimo ograniczeń, unaczynione podejście metody przewyższa modele nieunaczynione i zapewnia lepsze znaczenie fizjologiczne. Przezwycięża również niedociągnięcia heterotopowych modeli tchawicy7, co czyni go idealnym modelem do badania immunobiologii transplantacyjnej i procesów chorobowych. Transformacyjna cecha modelu umożliwia stopniowe zastępowanie komórek krwiotwórczych dawcy komórkami gospodarza, ułatwiając badania nad chorobami i nowotworami złośliwymi12. Ponadto oferuje wgląd w udział komórek zrębu płucnego, niezbędny do zrozumienia patofizjologii płuc i terapii celowanych.
Ogólnie rzecz biorąc, technika mankietowa daje nadzieję na postęp w badaniach w dziedzinie biologii transplantacyjnej, chorób płuc i immunologii, z potencjalnymi zastosowaniami w różnych dziedzinach. Naukowcy powinni pamiętać o jego krzywej uczenia się i zdolności adaptacji do konkretnych potrzeb badawczych. Naszym celem jest poprawa efektywności i powodzenia zabiegu poprzez wprowadzenie praktycznych modyfikacji, takich jak zmiana pozycji zwierzęcia po torakotomii w celu uzyskania lepszego widoku chirurgicznego. Chociaż podstawowa technika pozostaje taka sama, te ulepszenia mogą znacznie ułatwić ten proces, szczególnie w przypadku terminowego zespolenia płuc w warunkach eksperymentalnych. Ten artykuł zawiera cenne wskazówki dotyczące lepszej wydajności technicznej w terenie.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia w związku z tematyką tego manuskryptu.
ASK, AEG i DK są obsługiwane przez P01 AI116501. ASK i EJ są dalej wspierane przez R01AI145108-01, R01HL166402. ASK są obsługiwane przez I01 BX002299-05. AEG i DK są dodatkowo wspierane przez RO1HL09601. CL jest wspierany przez R01 HL128492. Ta praca jest częściowo wspierana przez Chucka i Mary Meyers oraz Richarda i Eibhlin Henggelerów.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 10-0 Nylonowy szew | Surgical Specialties Corporation, Reading PA | AK-0106 | |
| 2 kleszcze Dumont #5 | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 11251-20 | |
| 2 Zakrzywiona końcówka zacisku Halsted-Mosquito | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91309-12 | |
| 6-0 pleciony jedwabny szew | Henry Schein Inc., Melville, NY, | 100-5597 | |
| 6-0 Szew z polidioksanonu PDS II i | Ethicon Inc., Somerville, NJ. | Z117H | |
| 70% etanolu | Pharmco Products Inc., Brookfield, CT | 111000140 | |
| Kleszcze Adson | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91127-12 | |
| Myszy Balb/c | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000651 | 8– 12 tygodni; Mężczyzna |
| Koagulator bipolarny | Valleylab Inc., Boulder, CO | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| C57BL/6 myszy | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000664 | 8– 12 tygodni; Mężczyzna |
| Bezbarwne soczewki Hibiclens z chlorheksydyną | , Mö lnlycke Health Care US, LLC, Norcross, GA | 57591 | |
| Elektrokoagulacja | Bovie | ||
| Drobne nożyczki sprężynowe w stylu vannas | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15000-03 | |
| Uchwyt na igłę Halsey | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91201-13 | |
| Aparat Harvard Wentylator dla myszy VentElite | Harvard Apparatus, Holliston, MA | 55-7040 | ustawienia 3L O2/min, częstość oddechów 130 uderzeń na minutę, objętość oddechowa 0,4 cm³ |
| Roztwór heparyny | Abraxis Pharmaceutical Products, Schaumburg, IL | 504031 | 100 U/ml |
| sól fizjologiczna do wstrzykiwań | Hospira Inc., Lake Forest, IL | NDC 0409-4888-20 | |
| Ketamina | VetOne, Boise, ID | 501072 | 50 mg/kg |
| Mikro kleszczyki pediatryczne König Mixter Szczęki kątowe | Medline, Northfield, IL,MDS1247714 | Extra Fine, Długość całkowita 5 1/2" (14cm) | |
| Wysokotemperaturowa kauteryzacja Medline, z cienką końcówką | Leica Microsystems, Inc., Allendale, NJ | 10 450 290 | |
| Mikroskop Leica M80 F12 Statyw podłogowy | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15396-00 | |
| Bardzo cienkie nożyczki sprężynowe Moria | Parkland Scientific, Coral Springs, FL | V3000i | |
| Ohio Waporyzator izofluranowy | Vitrolife Inc., Englewood, CO, | 19001 | |
| Perfadex roztwór glukozy o niskiej zawartości dekstranu potasu | Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ | 353025 | Roztwór do konserwacji elektrolitów |
| polistyrenowe Petrrydzy | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 00632-11 i 00649-11 | 150 &razy; 25 mm i 60 &-razy; 25 mm |
| S& T Kleszcze SuperGrip prosta i kątowa końcówka | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 18200-20 | |
| System chowania małych zwierząt | Puritan Medical Company LLC, Guilford, Maine | 823-WC | stożkowe mini bawełniane końcówki 3-calowe aplikatory |
| sterylne Q-tips | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD& | nbsp; | |
| Cewnik dożylny SROX2419Z Surflo etfe, żółty, 24 G x 0,75" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX1851Z | |
| Cewnik dożylny Surflo etfe; Zielony, 18 G x 2" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2032Z | |
| Cewnik dożylny Surflo etfe; Różowy, 20 G x 1,25" | Thermocare, Inc., Incline Village, NV | ||
| System OIOM dla małych zwierząt ThermoCare, | A do Z Vet Supply, Drezno, TN | 008679 | 10 mg/kg |
| ksylazyny | Aesculap, Inc., Dolina Środkowa, PA, | FT480T | |
| Yasargil Clip Applier | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT264T | |
| Yasargil Tymczasowe klipsy do tętniaka | Medline, Northfield, IL, |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie