В настоящем протоколе описана техника использования манжеты для модели трансплантации левого легкого у мыши. Этот метод разрабатывался в течение нескольких лет и хорошо зарекомендовал себя, эффективно служа в иммунологических исследованиях.
Методическая статья
В настоящем протоколе описана техника использования манжеты для модели трансплантации левого легкого у мыши. Этот метод разрабатывался в течение нескольких лет и хорошо зарекомендовал себя, эффективно служа в иммунологических исследованиях.
За последнее десятилетие наша лаборатория добилась значительного прогресса в разработке и совершенствовании моделей васкуляризированной трансплантации легких мышей с использованием эффективной и высоконадежной «манжетной техники» трансплантации. В данной статье описывается сложный и комплексный метод ортотопической трансплантации легких в васкуляризированной ортотопической модели легкого, представляющий собой наиболее физиологическую и клинически значимую модель трансплантации легких мышей на сегодняшний день. Процесс трансплантации состоит из двух отдельных этапов: забор донора и последующая имплантация реципиенту. Метод был успешно освоен, и после нескольких месяцев достаточного обучения опытный практикующий специалист может выполнить процедуру примерно за 90 минут от кожи к коже. Удивительно, но как только люди преодолевают начальную кривую обучения, выживаемость в периоперационном периоде приближается почти к 100%. Мышиная модель позволяет использовать несколько коммерчески доступных трансгенных и мутантных штаммов мышей, что позволяет изучать толерантность и отторжение. Кроме того, уникальные особенности этой модели делают ее ценным инструментом для изучения биологии опухолей и иммунологии.
В то время как заместительная терапия, такая как диализ и желудочковые вспомогательные устройства, существуют для пациентов с почечной и сердечной недостаточностью, трансплантация легких остается основным вариантом лечения для пациентов, страдающих терминальной стадией легочной болезни. Эта процедура служит единственным спасительным выбором для людей с диагнозом легочный фиброз1. Кроме того, он используется для продления продолжительности жизни тех, кто сталкивается с терминальной стадией обструктивных заболеваний легких, таких как эмфизема, а также тех, кто страдает гнойными состояниями, такими как муковисцидоз1.
В то время как краткосрочные показатели выживаемости улучшились благодаря техническим усовершенствованиям, усовершенствованию периоперационного ухода и достижениям в области иммуносупрессии, долгосрочные результаты после трансплантации легких заметно уступают таковым при других солидных органах. Общая пятилетняя выживаемость реципиентов легочного трансплантата составляет всего 50%, что намного ниже, чем у тех, кто получает аллотрансплантаты сердца, почек или печени1. Наша команда и другие специалисты подозревают, что причиной такого расхождения является отсутствие клинически значимых биологических моделей для полного понимания путей, ведущих к отторжению и/или толерантности к аллотрансплантату легких, поскольку экспериментальные манипуляции с физиологически значимыми мышиными моделями внесли значительный вклад в долгосрочную выживаемость других твердых или клеточных аллотрансплантатов.
До разработки мышиной модели ортотопической трансплантации легких исследователи полагались на более крупные животные модели для своих исследований. Тем не менее, эти более крупные модели имели ограничения, в том числе отсутствие трансгенных мутантов, необходимых для изучения механистическихвопросов. Кроме того, исследования на крысах столкнулись с аналогичными ограничениями4, а неваскуляризированные гетеротопические модели трансплантации трахеи у мышей также были ограничены их полезностью5. Исследования показали важность использования васкуляризированных трансплантатов вместо неваскуляризированных в различных системах органов. Например, неваскуляризированные трансплантаты неонатальной сердечной ткани, вставленные в ушную раковину мышей-реципиентов, не имеют прямого взаимодействия с эндотелием сосудов и кровотоком реципиента. Поэтому их актуальность ограничена по сравнению с васкуляризированными сердечными трансплантатами человека6. Аналогичным образом, модель гетеротопной трансплантации трахеи, в которой отсутствует васкуляризация и аэрация, значительно отличается от трансплантации легких человека, особенно в наблюдаемых изменениях дыхательных путей в мелких дыхательных путях после трансплантации. Более того, быстрое начало фиброзной окклюзии в гетеротопических аллотрансплантатах трахеи не отражает наблюдений в легких человека или в васкуляризированных трансплантатах легких у более крупных животных иликрыс7.
В нашей исследовательской лаборатории создание ортотопической модели трансплантации легких у мышей было вдохновлено ортотопической моделью трансплантации одного легкого, установленной на крысах 8,9. В отличие от людей, мыши и крысы имеют только одну долю в левом легком, составляющую всего двадцать пять процентов от общей массы легких. Эта функция позволяет успешно выполнять трансплантацию левого легкого на мышиных моделях без необходимости поддержки кровообращения10,11. Со временем мы внесли технические изменения в модель, и в этом контексте были выяснены ключевые шаги, которые повышают простоту выполнения процедуры.
Помимо своего значения в исследованиях в области трансплантационной иммунобиологии, ортотопическая модель трансплантации легких у мышей предлагает надежный инструмент для изучения роли легочных негемопоэтических стромальных клеток в различных патологических процессах. Это происходит потому, что мутантный сингенный трансплантат одного легкого приводит к почти полной замене гемопоэтических клеток на клетки, полученные от реципиента, в то время как негемопоэтические стромальные клетки продолжают происходить от донора. Следовательно, «химерный орган» может быть создан без облучения хозяина или специфической для легких экспрессии трансгена12. Более того, нативное легкое противоположной стороны может функционировать как внутренний контроль в пределах одного и того же животного, не вызывая широкомасштабных изменений в иммунной системе хозяина. Эта модель имеет большие перспективы для продвижения исследований в области трансплантации легких и других путей заболевания, связанных с тромбальными клетками легочной артерии.
Все процедуры, связанные с животными, проводились в соответствии с Комитетом по уходу за животными и их использованию в Университете штата Мэриленд в Балтиморе и получили от него одобрение. Рекомендуется использовать самцов мышей BALB/c в возрасте 8-12 недель (20-25 г) в качестве донора и мышей C57BL/6 в качестве реципиента. Животные были получены из коммерческого источника (см. Таблицу материалов).
1. Подготовка бронхиальных и сосудистых манжет
Хронометраж: 10 мин (для трех манжет)
2. Процедура донорства
Хронометраж: 10-15 мин
3. Порядок действий получателя
Хронометраж: 50-60 мин
4. Восстановление животных
Хронометраж: 12 ч
Основываясь на опыте работы с этой моделью за последние 10 лет, особям с базовыми навыками микрохирургии обычно требуется кривая обучения примерно в 50 животных. После того, как уровень владения языком достигнут, процедуры для доноров обычно занимают 15-30 минут, в то время как процедуры для реципиентов занимают около 60 минут. После начальной кривой обучения периоперационная смертность, как правило, очень низкая.
На рисунках 4A,B морфология легких через семь дней после приживления левых легких донора Balb/cJ реципиентам C57/B6J показывает, что у мышей, получавших костимулирующую блокаду, наблюдалась сохраненная, нормальная морфология. Напротив, у мышей без иммуносупрессии наблюдались признаки отторжения.
На рисунках 4C,D окрашивание H & E мышей, получавших костимулирующую блокаду, показало минимальную иммунореактивность, что свидетельствует об иммунной толерантности. Напротив, у мышей без иммуносупрессии наблюдалась выраженная лимфоцитарная инфильтрация, свидетельствующая о реакции отторжения.

Рисунок 1: Создание манжеты. Используя лезвие #11, (A) сосудистые и бронхиальные манжеты изготовлены с удлинительной ручкой манжеты для облегчения размещения. (B) Катетеры 18 G/20 G/24 G использовались для бронхов/легочной вены/легочной артерии (слева направо). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Донорская операция. Донорская процедура заключается в инъекции гепарина через вену полового члена (А), интубации (В), рассечении диафрагмы (С) и стернотомии по средней линии (D). Иссеченный блок легкого (E) поддерживали во влажном состоянии, закрывая гуазовые прокладки (F). Ворота рассекаются, начиная с донорской плюмонарной артерии (G), легочной вены (H). Сосуд захватывали через просвет манжеты, а затем заворачивали поверх манжеты, обнажая эндотелиальную/эпителиальную поверхность (I). Далее он был закреплен нейлоновым швом 10-0 вокруг манжеты (2 узла) (J). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Операция с получателем. Процедура реципиента продолжается эндотрахеальной интубацией, правым боковым пролежнем (А) и левой торакотомией (В). Левое легкое реципиента освобождается от прикреплений в воротнике, передняя проекция (С) и реципиент рассекается легочной артерии (D), легочная вена (Е) и бронх. Проксимальный контроль ворот реципиента достигается с помощью клипсы для аневризмы (F). Донорская легочная артерия с манжетой вставляется в легочную артерию реципиента с помощью V-образной артериотомии 1/3 (G), а ручка манжеты контролируется вторым зажимом для аневризмы для поддержания стабильности манжеты, а затем фиксируется нейлоновой завязкой 10-0 (2 узла) (H). Был удален2-й клипс, и та же процедура была применена для легочной вены (I) и бронха (J). 1-й зажим был удален, чтобы дать легкому возможность реперфузии (К). легкое надувается, а затем помещается обратно в грудную клетку (L). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Морфология и гистология трансплантированного легкого. Через семь дней после приживления донорских левых легких Balb/cJ реципиентам C57/B6J у мышей, получавших костимулирующую блокаду, наблюдалась сохраненная нормальная морфология (A). Напротив, у мышей, получавших лечение без иммуносупрессии, наблюдались признаки отторжения (В). Окрашивание H & E мышей, получавших костимулирующую блокаду, показало минимальную иммунореактивность, что свидетельствует об иммунной толерантности (C). У мышей, получавших лечение без иммуносупрессии, наблюдалась выраженная лимфоцитарная инфильтрация, что свидетельствует об ответе на отторжение (D). Масштабные линейки: 100 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Техника «манжеты» для трансплантации левого легкого у мышей представляет собой значительный шаг вперед в исследованиях в области трансплантации10,11. Важнейшие шаги включают точное и тщательное рассечение прикорневой структуры и безопасные анастомозы. Модификации могут быть внесены в соответствии с экспериментальными потребностями, но для этого потребуется пройти кривую обучения. Наша группа изменила положение мыши-реципиента с заднего на переднее, получив лучший обзор ворот за счет изгиба мыши-реципиента, что сокращает кривую обучения.
Ограничения включают проблемы с мышами за пределами указанного диапазона веса и потребность в квалифицированных хирургах с предыдущим опытом в микрохирургии. Чтобы снизить риск ателектаза трансплантата, настоятельно рекомендуется применять положительное давление в конце выдоха (PEEP) после приживления и обеспечить соответствующее введение анальгетиков. Для профилактики венозных разрывов рекомендуется использовать манжету меньшего размера (22 г). Кроме того, для предотвращения перекрута артерии рекомендуется свести к минимуму движение трансплантата после подготовки и проявлять максимальную осторожность при корректировке ориентации донорского легкого во время процедуры анастомоза.
Несмотря на ограничения, васкуляризированный подход метода превосходит неваскуляризированные модели и обеспечивает лучшую физиологическую значимость. Она также преодолевает недостатки гетеротопических моделей трахеи7, что делает ее идеальной моделью для изучения трансплантационной иммунобиологии и патологических процессов. Преобразующая особенность модели позволяет постепенно заменять донорские гемопоэтические клетки клетками-хозяевами, облегчая исследования болезней излокачественных новообразований. Кроме того, он дает представление о вкладе легочных стромальных клеток, что важно для понимания патофизиологии легких и таргетной терапии.
В целом, метод манжеты обещает продвинуть исследования в области трансплантационной биологии, заболеваний легких и иммунологии с потенциальными применениями в различных областях. Исследователи должны помнить о его кривой обучения и способности адаптироваться к конкретным исследовательским потребностям. Мы стремимся повысить эффективность и успех процедуры путем внесения практических изменений, таких как изменение положения животного после торакотомии для лучшего хирургического обзора. Хотя основная техника остается прежней, эти усовершенствования могут значительно облегчить процесс, особенно для своевременного анастомоза легких в экспериментальных условиях. В этой статье содержатся ценные советы по улучшению технических характеристик в полевых условиях.
Авторам нечего раскрывать, относящемуся к тематике данной рукописи.
ASK, AEG и DK поддерживаются P01 AI116501. ASK и EJ также поддерживаются R01AI145108-01, R01HL166402. ASK поддерживается стандартом I01 BX002299-05. AEG и DK также поддерживаются RO1HL09601. CL поддерживается R01 HL128492. Эта работа частично поддержана Чаком и Мэри Майерс, а также Ричардом и Эйблин Хенггелер.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 10-0 Нейлоновый шовный материал | Surgical Specialties Corporation, Рединг PA | AK-0106 | |
| 2 Пинцы Dumont #5 | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 11251-20 | |
| 2 Зажим Холстед-Москито изогнутый наконечник | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 91309-12 | |
| 6-0 плетеный шелковый шовный материал | Henry Schein Inc., Мелвилл, Нью-Йорк, | 100-5597 | |
| 6-0 Полидиоксанон PDS II шовный материал и | Ethicon Inc., Сомервилль, Нью-Джерси. | Z117H | |
| 70% этанол | Pharmco Products Inc., Брукфилд, Коннектикут, | 111000140 | |
| щипцы Адсона | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 91127-12 | |
| Мышей Balb/c | Jackson Laboratories, Бар-Харбор, Мэн, США | 000651 | 8– 12 недель; Мужской |
| Биполярный коагулятор | Valleylab Inc., Боулдер, Колорадо | SurgII-20, E6008/E6008B | |
| C57BL/6 мышей | Jackson Laboratories, Бар-Харбор, Мэн, США | 000664 | 8– 12 недель; Мужской |
| Прозрачный хлоргексидин | Hibiclens, Mö lnlycke Health Care US, LLC, Норкросс, Джорджия | 57591 | |
| Электрокаутерия | Bovie | ||
| Fine vannas стиль пружинные ножницы | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 15000-03 | |
| Иглодержатель Хэлси | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 91201-13 | |
| Гарвардский аппарат Аппарат искусственной вентиляции легких для мыши VentElite | Гарвардский аппарат, Холлистон, Массачусетс | 55-7040 | настроек 3L O2/minute, частота дыхания 130 уд/мин, 0,4 куб. см дыхательного объема |
| раствор гепарина | Abraxis Pharmaceutical Products, Шаумбург, Иллинойс | 504031 | 100 Ед/мл |
| Инъекционный нормальный физиологический раствор | Hospira Inc., Лейк Форест, Иллинойс; | NDC 0409-4888-20 | |
| Кетамин | VetOne, Бойсе, ID | 501072 | 50 мг/кг |
| Konig Mixter Микро Педиатрические щипцы Прямоугольные челюсти | Medline, Нортфилд, Иллинойс, | MDS1247714 | Экстра Мелкий, Общая Длина 5 1/2" (14 см) |
| Высокотемпературное прижигание Medline, с тонким наконечником | Leica Microsystems, Inc., Аллендейл, Нью-Джерси | 10 450 290 | |
| Микроскоп Leica M80 F12 Напольная подставка | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 15396-00 | |
| Мория экстратонкие пружинные ножницы | Parkland Scientific, Корал Спрингс, Флорида | V3000i | |
| Огайо Изофлурановый вапорайзер | Vitrolife Inc., Энглвуд, Колорадо, | 19001 | |
| Перфадекс раствор глюкозы с низким содержанием декстрана | калия Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ | 353025 | раствор для консервации электролитов |
| полистирол петридиш | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 00632-11 и 00649-11 | 150 × 25 мм и 60 × & 25 mm |
| S& T SuperGrip Щипцы с прямым и угловым наконечником | Fine Science Tools Inc., Фостер-Сити, Калифорния | 18200-20 | |
| Система втягивания мелких животных | Puritan Medical Company LLC, Гилфорд, Мэн | 823-WC | конические мини-аппликаторы с хлопковым наконечником 3 дюйма |
| стерильные ватные палочки | Terumo Medical Corporation, Элктон, Мэриленд | ||
| Катетер для внутривенного вливания Surflo etfe, желтый, 24 G x 0,75 дюйма | Terumo Medical Corporation, Элктон, штат Мэриленд | SROX1851Z | |
| катетер для внутривенного вливания Surflo etfe; Зеленый, 18 G x 2" | Terumo Medical Corporation, Элктон, Мэриленд | SROX2032Z | |
| Surflo etfe IV катетер; Розовый, 20 г x 1,25 дюйма Thermocare | , Inc., Инклайн Виллидж, Невада; | ||
| Система интенсивной терапии для мелких животных ThermoCare, | от А до Я Vet Supply, Дрезден, Теннесси | 008679 | 10 мг/кг |
| ксилазина | Эскулап, Инк., Сентер-Вэлли, Пенсильвания, | FT480T | |
| Yasargil Clip Applier | Aesculap, Inc., Сентер-Вэлли, Пенсильвания, | FT264T | |
| Yasargil Зажимы для временной аневризмы | Medline, Нортфилд, Иллинойс; |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение