В то время как трансплантация сердца является наиболее эффективным терапевтическим методом лечения сердечной недостаточности в терминальной стадии, менее 50% потенциальных доноров становятся настоящими донорами сердца. Основной причиной недостаточной утилизации донорского сердца является максимально допустимое время ишемии 4 ч при механической остановке с хранением в холоде, что ограничивает географическое распределение сердец из-за ограничений по времени транспортировки. Важно отметить, что длительное время ишемии является важным фактором риска развития первичной дисфункции трансплантата (ПГД), когда сердечный выброс донора недостаточен для перфузии органа. ПГД является серьезной проблемой, которая возникает в 10–20% случаев трансплантации сердца. В то время как смертность от трансплантации сердца в течение 1 месяца составляет примерно 8%, на долю ПГД приходится 39% этих смертей.
Недавнее клиническое использование коммерчески доступных нормотермических перфузионных устройств ex situ увеличило время «вне тела» донорских сердец, сократив при этом время холодной ишемии. Эта технология принесла значительные преимущества с точки зрения сопоставления доноров с реципиентами на больших географических расстояниях. Перфузия ex situ также облегчила использование «маргинальных» донорских сердец с такими особенностями, как гипертрофия желудочков, более длительное время ишемии и более старый возраст донора. В недавнем клиническом исследовании системы перфузии сердца ex vivo частота тяжелой ПГД левого желудочка (ЛЖ) или правого желудочка (ПЖ) оставалась высокой и составляла 10,7% для умерших донорских сердец со смертью мозга (DBD), несмотря на нормотермическую перфузию сердца во время транспортировки органов в больницу-реципиент1. Действительно, частота тяжелых ПГД, требующих механической поддержки кровообращения, еще выше для умерших донорских сердец со смертью сердца (DCD). Кроме того, для транспортировки была использована непрерывная гипотермическая перфузия донорского сердца холодоконсервирующим раствором. Эти новые подходы основаны на перфузии при нескольких условиях: перфузия с аутологичной кровью или консервирующим раствором, перфузия при нормотермической (37 °C) или холодной (4–10 °C) температурах, а также перфузия ex situ с использованием насосного аппарата или in vivo с использованием нормотермной регионарной перфузии (NRP). Точные клинические преимущества одних подходов перед другими четко не определены, но исследовательские модели позволят систематически изучать каждую комбинацию подходов.
Использование моделей оценки сердечной деятельности мышей имеет преимущество в наличии широкого спектра трансгенных мышей для детального изучения молекулярных механизмов ПГД и других состояний, связанных с нарушением сердечной функции (например, инфаркт миокарда). Li et al.2 описывают элегантную технику трансплантации мышиных донорских сердец с использованием техники «манжеты» в шейную область мышей-реципиентов. Это имеет значительные преимущества с точки зрения технической простоты выполнения, доступности для оценки трансплантата и возможности проведения прижизненной двухфотонной визуализации (например, для отслеживания лейкоцитов). Noly et al.3 также сообщают об использовании мышей в исследованиях функции сердца ex-situ, с аналогичным преимуществом доступа к широкому спектру трансгенных моделей. Перфузия ex situ с буфером Кребса позволяет изучать биологию сохранения нативных клеток сердца без реципиентных клеточных реакций. Это позволит исследователям в дальнейшем изучить биологию сохранения нативного сердца без инфильтрации лейкоцитов, что усложнит процесс реперфузии. Кроме того, Noly et al.3 иллюстрируют метод оценки сердечной функции как левого, так и правого отдела сердца с использованием небольшого баллона в этой модели ex situ . Учитывая частоту изолированной недостаточности правых отделов сердца при клинической трансплантации сердца, это очень актуальная методика для оценки недостаточности одножелудочкового и бивентрикулярного трансплантата.
Донорство сердца DCD набирает обороты как важный источник донорских сердец для трансплантации. Модель трансплантации сердца крысы с помощью DCD, представленная Quader et al.4 , обеспечивает важную животную платформу среднего размера для изучения донорских сердец DCD и позволяет тестировать различные агенты, которые могут смягчить повреждение сердца во время донорства DCD. Протокол донорства DCD у грызунов отражает протокол клинических процедур закупки органов. Модели оценки сердечной деятельности на грызунах имеют решающее значение для изучения молекулярных механизмов и скрининга потенциально эффективных методов лечения, и они имеют преимущество масштаба с точки зрения возможности использования относительно больших экспериментальных групп. Тем не менее, вопрос о том, актуальны ли данные, полученные от грызунов, для пациентов с пациентами. Таким образом, платформы для крупных животных (включая человеческие сердца, используемые для исследований) служат для проверки знаний, полученных с помощью моделей более мелких животных. Khalil et al.5 описывают модель NRP у свиней с сердцем свиньи с использованием экстракорпоральной мембранной оксигенации. Их группа также выделяет важные отличия от реакций сердца человека в отношении сердечной аритмогенности. Эта система предоставляет средства для тестирования различных фармакологических и нефармакологических стратегий реабилитации сердца с DCD для трансплантации в этих условиях. Dang Van et al.6 еще больше усложняют гемодинамическую оценку сердца крупных животных, включая петли давления-объема с использованием проводящих катетеров и поверхностной эхокардиографии. NRP имеет явное преимущество, позволяющее оценить состояние сердца в «нагруженных» рабочих условиях по сравнению с «нерабочими» установками Лангендорфа с использованием традиционной перфузии ex situ .
Помимо изучения всего сердца, сократительная функция может быть оценена на уровне отдельных клеток, как показано в работе Lavey et al.7. Укорочение саркомера и потоки кальция могут быть измерены с большой точностью в отдельных миоцитах. Молекулярное редактирование на клеточном уровне может быть эффективно достигнуто с помощью различных методов переноса генов (например, вирусной трансфекции), а эффекты могут быть оценены на клеточном уровне. Это важный инструмент скрининга для новых методов лечения и для понимания основных механизмов сердечной дисфункции. Bermea et al.8 предлагают надежный метод изучения иммунных компонентов и их роли в опосредовании сердечного повреждения. Способность захватывать все интересующие иммунные клетки в сердце является предпосылкой для развития точного понимания иммунных реакций на повреждение сердца. Описанные методы могут быть объединены с вышеупомянутыми кардиологическими платформами ex situ и NRP для изучения иммунитета при сохранении, повреждении и восстановлении сердца.
В этой коллекции методов собраны некоторые из самых современных методов оценки сердечного повреждения и функции. В то время как многие модели предназначены для изучения ПГД после сохранения сердца, эта коллекция остается актуальной для изучения сердечной функции в других условиях (например, глобальная или региональная теплая ишемия, генетические кардиомиопатии). Мы оптимистично настроены в отношении того, что эти исследовательские инструменты улучшат понимание ПГД и облегчат открытие новых методов лечения для сохранения сердечной функции после травмы.