Opisano szczegółowy i powtarzalny model całkowitego przeszczepu oka u świń (WET), od zabiegu chirurgicznego po rozpoczęcie perfuzji maszynowej, co pozwala na badanie zachowania dynamicznego WET w transplantacji.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Opisano szczegółowy i powtarzalny model całkowitego przeszczepu oka u świń (WET), od zabiegu chirurgicznego po rozpoczęcie perfuzji maszynowej, co pozwala na badanie zachowania dynamicznego WET w transplantacji.
Pierwszy ludzki przeszczep całkowitego oka (WET) wzbudził nową nadzieję u pacjentów, którzy stracili wzrok z powodu poważnego uszkodzenia okulistycznego, jednak przed możliwością przywrócenia wzroku za pomocą WET wciąż pozostają poważne wyzwania, które trzeba rozwiązać. Jednym z najważniejszych wyzwań jest ochrona ex vivo . Gałka oka, szczególnie jej elementy nerwowe, takie jak siatkówka i nerw wzrokowy, przechodzą szybką i nieodwracalną degenerację w ciągu kilku minut, chyba że zapewni się jej odpowiednią konserwację. Statyczne przechowywanie zimna (SCS) pozostaje złotym standardem w naczyniowej allotransplantacji kompozytowej (VCA), ale nie nadaje się do konserwacji ex vivo w WET ze względu na niezdolność do wystarczającego tłumienia lub wspierania metabolizmu, co prowadzi do utraty żywotności i funkcji przeszczepu. Subnormotermiczna perfuzja maszynowa (SNMP) wyłoniła się jako obiecująca alternatywa dla SCS, oferując nie tylko możliwość zachowania przeszczepów, ale także ich rekondicjonowania. Nasza grupa z powodzeniem przeniosła SNMP z przeszczepów narządów stałych na kilka modeli VCA, demonstrując jego wykonalność i zalety. W niniejszym artykule przedstawiamy zastosowanie SNMP do zachowania WET u świń, szczegółowo opisując model anatomiczny i protokół konserwacji. To podejście stanowi istotny krok naprzód w optymalizacji technik konserwacji i przeszczepów WET.
Naczyniowe allotransplantaty kompozytowe (VCA) stanowią istotny postęp w chirurgii rekonstrukcyjnej, oferując niezrównane wyniki estetyczne i funkcjonalne dla pacjentów z złożonymi zmianami 1,2. Jednak utrata wzroku związana z gałką oczną pozostaje głównym źródłem upośledzeń urazów twarzy. Niedawny pierwszy pełny przeszczep oka (WET) dał nową nadzieję pacjentom 3,4. Chociaż wzrok nie został odzyskany, funkcjonalne obrazowanie wykazało aktywację kory w odpowiedzi na stymulację światła, a elektroretinografia (ERG) wykazała stępioną, ale rozpoznawalną odpowiedź fotoreceptorową na światło5. Pomimo wyjątkowych osiągnięć technicznych, wciąż pozostaje do rozwiązania istotnych wyzwań, aby funkcjonalny WET stał się kliniczną rzeczywistością. Gałka oczna jest bardzo wrażliwa na niedokrwienie, a siatkówka i nerw wzrokowy ulega nieodwracalnej degeneracji w ciągu kilku minut od ciepłego czasu niedokrwienia (WIT), chyba że utrzymane są odpowiednie natlenienie i poziom pH6. W związku z tym WET stanowi specyficzne wyzwania w dziedzinie VCA, dlatego należy uwzględnić wiele czynników, w tym zarówno segmenty tylne, jak i przednie, a także elementy zewnętrzne. W szczególności mięśnie są kluczowe dla osiągnięcia skutecznych wyników funkcjonalnych, ponieważ są bardzo podatne na urazy niedokrwienia ciepłego, które dodatkowo pogarszają objawy reperfuzji niedokrwiennej 7,8. Niedobór tlenu prowadzi do uszkodzenia komórek oraz uwolnienia molekularnych wzorców związanych z uszkodzeniem (DAMP). Po ponownym podaniu te DAMPs aktywują układ odpornościowy biorcy, wywołując stan zapalny i infiltrację komórek odpornościowych. To środowisko zapalne przyspiesza odrzucenie, promując prezentację antygenów i aktywację limfocytów T9. Oprócz pokonywania wyzwań takich jak ponowne połączenie nerwu wzrokowego, WET będzie wymagał zoptymalizowanych technik perfuzji ex vivo, aby zapobiec uszkodzeniom spowodowanym WIT lub statycznym magazynowaniem zimnym (SCS) i ostatecznie osiągnąć przywrócenie wzroku 5,7,9,10,11.
Perfuzja maszynowa (MP) jest dobrze ugruntowana w przeszczepach narządów stałych jako metoda zapobiegania uszkodzeniom niedokrwieniowo-reperfuzyjnym 12,13,14, przy czym subnormotermiczna perfuzja maszynowa (SNMP) wykazuje lepsze wyniki w porównaniu do SCS w różnych modelach 15,16,17. Udało nam się z powodzeniem przetłumaczyć SNMP na modele zwierzęce, od gryzoni18, 19 do świń20, 21, 22, a ostatnio także naczelnych nieludzkich23. SNMP nie tylko udowodniło swoją skuteczność w zachowywaniu przeszczepów przez dłuższy czas, ale także wykazało potencjał w rekondicjonowaniu przeszczepów i łagodzeniu urazów niedokrwiennych ciepłym, umożliwiając bezpieczną replantację do 24 godzin po zakupie24,25 godzin. Dzięki zdolności do częściowego utrzymania metabolizmu komórkowego, SNMP otwiera także nowe możliwości, przekształcając fazę konserwacji w platformę diagnostyczną, terapeutyczną i prekondycjonującą, którą można integrować z protokołami replantacji i przeszczepów w VCA. Opracowaliśmy zoptymalizowany protokół SNMP specjalnie dostosowany do VCA i zastosowaliśmy go w tym wymagającym scenariuszu całkowitego przeszczepu oka.
W tym badaniu SNMP jest wykorzystywany do natlenionej, dynamicznej konserwacji narządów w temperaturze otoczenia (około 20 °C). Technika ta wykorzystuje pompę perystaltyczną i utlenowujący środek powietrza do cyrkulacji i natleniania perfuzacji. Wykorzystuje się model wieprzowy, który jest bardzo istotny dla badań nad przeszczepami i konserwacją WET ze względu na podobieństwa fizjologiczne do ludzi, porównywalny rozmiar naczynia oraz unikalny brak bocznej ściany oczodołu 26,27,28. Ta cecha czyni ją szczególnie odpowiednią do eksperymentów ex vivo oraz badań allotransplantacyjnych, ponieważ tętnica szyjna zewnętrzna i tętnica okulistyczna są bezpośrednio połączone, co pozwala na uzyskanie WET wyłącznie przez tętnicę szyjną zewnętrzną i żyły szyjne bez konieczności rozwarstwiania wewnątrzczaszkowego podczas eksperymentów ex vivo i in vivo ortotopowa lub heterotopowa replantacja. Pobieranie odbywa się po śmierci krążenia, zgodnie z protokołami dawstwa po śmierci serca i umożliwiając opóźnienie pobierania do czasu pobrania innych narządów stałych. Model ten dalej bada potencjał SNMP w rekondicjonowaniu bardzo wrażliwych przeszczepów po gorącej niedokrwi i wspiera rozwój technik konserwacji WET w uznanych laboratoriach transplantologicznych, które już koncentrują się na innych narządach, przestrzegając zasad "3-R" – udoskonalenia, redukcji i wymiany 29,30. Co więcej, pozostaje istotny dla zakupów bijących serce po podobnych etapach. Celem jest ustanowienie wiarygodnego modelu zachowania opartego na zewnętrznych szyjnych i szyjnych szyjnych oraz ocena jego możliwości dynamicznej konserwacji. Przedstawiono szczegółowe kroki proceduralne obejmujące pozyskiwanie graftów, ich konserwację oraz kluczowe aspekty wdrażania SNMP.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Instytucjonalna zgoda na to badanie uzyskano od lokalnego Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (protokół #2024N000205). Cała praca na zwierzętach była zgodna z wytycznymi Animal Research: Reporting of In Vivo Experiments31 i była zgodna z zaleceniami US Army Animal Care and Use Review Office (ACURO)32. Wszystkie WET pozyskano od świń poddawanych końcowym procedurom zakupu organów, zgodnie z zasadami "3-R"33. Zwierzęta ważące od 30 kg do 50 kg były uśpione przez wykrwawianie po otrzymaniu 100 IU/kg heparyny, a do eksperymentów wykorzystywano przeszczepy WET. Właściwe WET-y służyły jako kontrola. Pobór organów odbywał się po śmierci przy mniej niż 180 minutach ciepłego niedokrwienia. Zobacz Tabelę materiałów , aby poznać szczegóły dotyczące wszystkich odczynników i sprzętu używanego w protokole.
UWAGA: Dane były zapisywane w arkuszu kalkulacyjnym (np. Excel), a analizy statystyczne przeprowadzano przy użyciu odpowiedniego oprogramowania statystycznego (np. GraphPad Prism). Ryzyko alfa ustalono na 5% i było dwustronne. Dla każdej monitorowanej zmiennej określano średnią i błędem standardowym tej średniej. Test Spearmana został wykorzystany do badania korelacji między parametrami perfuzji.
1. Przygotowanie perfuzji maszynowej (1 dzień przed eksperymentem)
2. Pobranie WET po śmierci
UWAGA: Aby zasymulować oddanie po śmierci serca i/lub pośmiertnym poborze, zwierzę powinno zostać uśpione zgodnie z lokalnymi wytycznymi IACUC. Preferować wykrwawianie zamiast dożylnego zastrzyku pentobarbitalu, aby uniknąć toksyczności leków, która mogłaby zakłócić badanie.
3. Przygotowanie do perfuzji
4. Subnormotermiczna perfuzja maszyn
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wstępny test wykonalności przeprowadzono przez 6 godzin SNMP, a następnie 2 godziny normotermicznej perfuzji maszynowej (NMP) z użyciem pełnej krwi, aby ocenić prawidłową reperfuzję całego przeszczepu i zasymulować replantację. W fazie SNMP zaobserwowano stały odpływ, a symulacja reperfuzji całej krwi wykazała skuteczną zmianę koloru całego przeszczepu. Parametry perfuzji dodatkowo potwierdziły wykonalność tej techniki (Rysunek uzupełniający 3).
W kolejnej serii 7 replikacji p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ponad dwie dekady po pierwszych przypadkach klinicznych VCA nadal boryka się z poważnymi wyzwaniami immunologicznymi i ex vivo zachowania, co ogranicza jej szeroką dostępność37. Wyzwania te są jeszcze bardziej widoczne w przypadku WET, który oferuje ekscytujące perspektywy przywrócenia wzroku, ale stawia ze sobą unikalne przeszkody, takie jak skuteczne połączenie nerwu wzrokowego, zachowanie funkcjonalności zarówno przedniego, jak i tylnego segmentu oraz zachowanie integralności struktur ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niektórzy autorzy deklarują sprzeczne interesy. Dr Uygun, Lellouch i dr Cetrulo mają zgłoszenia patentowe związane z tym badaniem. Dr Korkut Uygun i dr Basak Uygun mają udziały finansowe i zasiadają w Radzie Doradczej Naukowej Sylvatica Biotech Inc., firmy zajmującej się opracowywaniem technologii ochrony organów w wysokiej temperaturze poniżej zera. Konkurencyjne interesy śledczych MGH są zarządzane przez MGB zgodnie z polityką dotyczącą konfliktu interesów. Wszyscy pozostali autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Prace te były częściowo finansowane przez National Institutes of Health w ramach grantu nr R01AR082825 (BEU), R01EB028782 (KU), DoD RTRP RT240044 (KU, AGL, CLC), Shriners Children's 84308 (YB) oraz ARPA-H sub-award FY25.1065.001 (CLC), a także National Science Foundation w ramach grantu nr EEC 1941543 (KU). HO i YB otrzymały dofinansowanie od Fondation des Gueules Cassées. Wsparcie ze strony Société Française de Chirurgie Plastique, Reconstructrice et Esthétique (SOFCPRE, Francja) dla HO i YB jest szeroko doceniane.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kleszcze Adson | Narzędzia Nauki Ścisłej | 11019-12 | Narzędzie chirurgiczne |
| Affinity Pixie Oxygenation System | Medtronic | BBP241 | Oxygenator |
| Angiocath (24 G) | Becton Dickinson | 381112 | Cewnik kanowacyjny |
| Albumina w surowicy Bovin | Sigma-Aldrich | A9647 | Składnik perfuzacji |
| Chlorek wapnia dwuwęglan | Sigma-Aldrich | 223506 | Składnik perfuzacji |
| Dwutlenek węgla | Airgas | UN3156 | Mieszanka dwutlenku węgla i tlenu; gas |
| Cewnik 24 G | Dutscher | 921048 | Kanulacja tętnic |
| D-(+)-Monohydrat glukozy | Sigma-Aldrich | 49159 | Składnik perfuzacji |
| Deksametazon | Sigma-Aldrich | D2915 | Składnik perfuzacji |
| Dextran | Termonaukowe | 406271000 | Składnik perfuzacji |
| Kleszcze rozszerzające | AROSurgical | 11.946.1102 | Narzędzie chirurgiczne |
| Excel & nbsp; | Microsoft | Arkusz kalkulacyjny | |
| Zastrzyk z sodu z heparyną | Eugia Pharma | 63739-953-25 | Składnik perfuzacji |
| Humulin Regular Insulin Human | Lilly | 0002-8215-01 | Składnik perfuzacji |
| Hydrokortyzonowy sukcynian sodu | Pfizer | 0009-0011-03 | Składnik perfuzacji |
| Ligaclip | Ethicon | MCS20 | Chirurgiczne klipsy naczyniowe |
| Liston bone cutter | Narzędzia Nauki Ścisłej | 16104-19 | Narzędzie chirurgiczne |
| Chlorek magnezu w heksa-hydracie | Sigma-Aldrich | M9272 | Składnik perfuzacji |
| MasterFlex L/S | Cole-Parmer | 77200-32 | Pompa rolkowa |
| Kleszcze mikrochirurgiczne | Narzędzia Nauki Ścisłej | 11253-20 | Narzędzie chirurgiczne |
| Elewacja okołokostowa | AROSurgical | 46.415.18 | Narzędzie chirurgiczne |
| Glikol polietylenowy 35000 | Sigma-Aldrich | 25322-68-3 | Składnik perfuzacji |
| Chlorek potasu | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | Składnik perfuzacji |
| Monitor ciśnienia, przenośny, PM-P-1 | Instrumentacja systemów żywych | PM-P-1 | Czujnik ciśnienia |
| Prism | GraphPad | w. 10.1.1 | Oprogramowanie do analizy statystycznej |
| Radnoti Komora zgodności pułapki bąbelkowej | Radnoti | 130149 | Pułapka bąbelkowa |
| RAPIDPoint 500 | Siemens | 500 | System gazów krwi |
| Piła reiprocyjna | Stryker | 5100-37 | Narzędzie chirurgiczne |
| Rongeur | Narzędzia Nauki Ścisłej | 16002-18 | Narzędzie chirurgiczne |
| Ostrze skalpela (n15) | Narzędzia Nauki Ścisłej | 10015-00 | Narzędzie chirurgiczne |
| Ostrze skalpela (n23) | Narzędzia Nauki Ścisłej | 10023-00 | Narzędzie chirurgiczne |
| Szew jedwabny 3-0 | Ethicon | P683H | Szew |
| Wodorowęglan sodu | Sigma-Aldrich | S5761 | Składnik perfuzacji |
| Chlorek sodu | Sigma-Aldrich | S9888 | Składnik perfuzacji |
| Wodorotlenek sodu | Sigma-Aldrich | 72068 | Składnik perfuzacji |
| Fosforan sodu monobasique dihydrate | Sigma-Aldrich | 71505 | Składnik perfuzacji |
| Nożyczki Stevensa | AROSurgical | 07.367.13 | Narzędzie chirurgiczne |
| Strzykawka 1 mL | BD | 309659 | Zakup próbek |
| Strzykawka 10 mL | Dutscher | 300912 | Flush graftu |
| Kamera termowizyjna | Flir One | https://www.flir.fr/products/flir-one-gen-3/?vertical=condition+monitoring&segment=solutions | Monitorowanie temperatury perfuzji |
| Rurki (n&de; 16) | Masterflex | 13-310-282 | Ustawienie perfuzji maszynowej |
| Chlorek wankomycyny | Farmaceutyki z łupkami | 70436-021-82 | Składnik perfuzacji |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.