Summary
על מנת להבין את המנגנונים התאיים ומולקולריים שבבסיס neotissue היווצרות והתפתחות היצרות במסתמי לב רקמה מהונדסת, מודל עכברי של השתלת שסתום לב heterotopic פותח. שסתום לב ריאה הושתל לנמען באמצעות טכניקת השתלת לב heterotopic.
Abstract
שסתומי רקמות מהונדסות לב, שסתומים decellularized במיוחד, מתחילים לצבור תאוצה בשימוש הקליני של ניתוח שחזור עם תוצאות מעורבות. עם זאת, המנגנונים התאיים ומולקולריים של התפתחות neotissue, עיבוי שסתום, ופיתוח היצרות לא נחקרו בהרחבה. כדי לענות על השאלות לעיל, פיתחנו מודל עכברי heterotopic לב שסתום השתלה. שסתום לב היה שנקטפו מן עכבר תורם סתום ולהשתיל לעכבר תורם לב. הלב עם שסתום חדש הושתל heterotopically לעכבר נמען. הלב המושתל הראה דופק משלו, ללא תלות בקצב הלב של הנמען. זרימת הדם הייתה לכמת באמצעות מערכת אולטרסאונד בתדירות גבוהה עם דופלר גל פעם. הזרימה דרך המסתם הריאתי המושתל הראתה קדימה זרימה עם regurgitation המינימלי וזרימת השיא הייתה קרובה ל100 מ"מ / שנייה. מודל עכברי זה של השתלת שסתום לב הוא highly צדדי, כך שזה יכול להיות שונה ומותאם לספק סביבות המודינמית שונות ו / או יכול להיות בשימוש עם עכברים הטרנסגניים שונים ללמוד פיתוח neotissue בשסתום לב רקמות מהונדסות.
Introduction
מומי לב וכלי דם מולדים הם אחד הגורמים המובילים לתמותת תינוקות ב1,2 העולם המערבי. ביניהם, היצרות של המסתם pulmonic ופגמי שסתום אב העורקים bicuspid הם צורה שכיחה 3. ניתוח החלפה מסתם בלב הוא בחירה שגרתית של ניתוחים שיקומיים; עם זאת, סיבוכים כוללים היצרות והסתיידות של שסתום הלב, ותלות לכל החיים בתרופות נגד קרישת דם הם מקור משמעותי של בריאות לקויה כרונית ומוות 4-7. יתר על כן, חוסר פוטנציאל צמיחה דורש ניתוחי תיקון, דבר המגדיל את התמותה של חולים צעירים אלו 4,8,9 נוספים.
בניסיון לפתח שסתום לב החלפה פונקציונלי עם פוטנציאל צמיחה, Shinoka et al. תאים עצמיים זורעים על לב שסתום סינטטי מתכלה 8. השסתום הסינתטי הפך לשסתום לב ילידים כמו מבנה עם potenti הצמיחהאל. מחקרים בבעלי חיים גדולים ראשוניים הוכיחו את הכדאיות של שימוש במתודולוגיה זו כדי ליצור שסתום לב פונקציונלי 10. עם זאת, מחקרי השתלה לטווח ארוך הוכיחו עמידות ירודה עקב עיבוי הדרגתי של neotissue הסתום וכתוצאה מכך הצמצום של שסתום הלב. לעבוד מSodian et al. משמש את המתודולוגיה Shinoka, אבל סופו של דבר החליף את מטריצת PGA עם אלסטומר מתכלה, אשר נתן את מאפייני יומכנית של שסתום הרקמות המהונדס לבנות פרופיל פיסיולוגי יותר 9,11,12. במחקר in vivo, למרות ההצלחה של ההשתלה, רירית תא האנדותל מחוברות לא נוצרה שעלול להגביל את ההצלחה לטווח הארוך של פיגום זה 12.
כדי לעצב דור השני שסתום לב סינטטי משופר באופן רציונלי, מודל עכברי של השתלת שסתום לב נוצר כדי לחקור את המנגנונים התאיים ומולקולריים underlyinהיווצרות neotissue גרם, עיבוי שסתום, ופיתוח היצרות. מודלים עכבריים מציעים מגוון רחב של חומרים כימיים מולקולריים, כוללים transgenics, אשר אינם זמינים במינים אחרים 7. במודל השתלת שסתום הלב הזה, vivo לשעבר החלפת שסתום לב הריאה syngeneic בוצעה לראשונה; ולאחר מכן הלב עם שסתום לב המושתל הושתל heterotopically למארח syngeneic באמצעות טכניקת microsurgical. מודל זה מאפשר החלפה מסתם לב ללא הצורך במעקפי cardiopulmonary.
במאמר זה, הסבר מפורט על קציר שסתום לב, הכנות לב תורם, השתלת שסתום לב, והשתלת לב heterotopic מתוארת. התוצאות הראו דופק רציף מהלב התורם, שלא היה תלוי בקצב לב הנמען. זרימת הדם דרך שסתום ריאתי הושתל נמדדה באמצעות מערכת אולטרסאונד בתדירות גבוהה עם גל פעם האםppler.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הערה: כל נהלי בעלי החיים אושרו על ידי הוועדה בבית חולים בבעלי חיים מוסדי הטיפול ושימוש של הילדים ארצי.
1. ריאתי שסתום לב קציר מתורם שסתום לב מאוס
- החיטוי כל הכלים הניתוחיים לפני הניתוח: X 1 מספריים בסדר, מלקחיים מייקר 3x, מלחציים כלי דם מיקרו 2x, מלקחיים החלת מהדק 1x, בעל מחט מייקר 1x, מספריים אביב 1x, מפשק 1x.
- C57BL / 6 עכבר נשי 6-8 בשבוע ישן משמש כתורם שסתום לב ריאה. הסר את העכבר מהכלוב שלה ולשקול אותה, ולאחר מכן להרדים עם קוקטייל קטמין / xylazine (קטמין, 200 מ"ג / קילוגרם ו xylazine, 20 מ"ג / קילוגרם, IP) ממנת יתר.
- קליפ אזור החזה ומניח את העכבר בעמדת recumbence גב על כרית. לאחר מכן לבצע את פתיחת בית החזה. לחשוף את הלב, לעשות חתך קטן בעלייה הימנית, ותנקב החדר השמאלי עם מי מלח קר כקרח.
- בוטות לנתח את עורק הריאה (PA) מעולהאורטה. גזור את המסתם הריאתי (PV), יחד עם 2 שרוול מ"מ של עורק ריאה. השלך את השארית של הלב.
- אחסן את PV בהפרין הקר ותמיסת מלח (100 יחידות / מיליליטר). הערה: אפשר לשמור PV בפתרון עבור שתי שעות לפני ההשתלה ללב התורם.
2. הכנת לב תורם
- C57BL / 6 עכבר נשי 6-8 בשבוע ישן משמש כתורם לב. הסר את העכבר מהכלוב שלה ולשקול אותה, ולאחר מכן להרדים עם קוקטייל קטמין / xylazine (קטמין, 200 מ"ג / קילוגרם ו xylazine, 20 מ"ג / קילוגרם, IP) ממנת יתר. זהו הליך מסוף.
- קליפ אזור החזה ומניח את העכבר בעמדת recumbence גב על כרית. לאחר מכן לבצע את פתיחת בית החזה. בוטות להפריד את הלב, נחות וריד נבוב (IVC), קאווה מעולה נבוב (SVC), אב העורקים עולים, הרשות הפלסטינית, ועורק ריאה. Perfuse IVC עם תמיסת מלח סטרילית קרה כקרח.
- ולקשור IVC, SVC, ועורק ריאה עם 6-0 תפר משי ואז לחתוך מעולהחיבורי אותיות.
- חותכים את אב העורקים ואת הרשות הפלסטינית עם 2 שרוול מ"מ.
- לגזור PV ולהיפטר ממנו.
3. שסתום לב להשתלות על לב תורם
- מייד לאחר שלב 2.5, למקם את שסתום לב מהצעד 1.5 ללב התורם ולכוון את שסתום הלב.
- Secure PV עם תפר בצד ימין של המסתם באמצעות 10-0 תפרים monofilament על מחטים מחודדות ולהתחיל לתפור ברציפות עם 5-6 stiches מהצד השני של PV האחר.
- לאחר שסיימתי את הצד הקדמי, סובב את הלב בצורה אופקית ולהתחיל לתפור את הצד האחורי של PV על הלב התורם.
- אחסן את הלב בפתרון הפרין / תמיסת מלח סטרילית קרה. הערה: לב התורם יכול להיות כל הזמן בפתרון עבור שתי שעות לפני ההשתלה לעכבר הנמען.
4. Heterotopic לב השתלה לנמען מאוס
- C57BL / 6 עכבר נשי 6-8 בשבוע ישן שימש כrecipient. הסר את העכבר מהכלוב שלה ולשקול אותה, ולאחר מכן הרדים עם קוקטייל קטמין / xylazine (10 מ"ג / קילוגרם קטמין, 100 מ"ג / קילוגרם ו xylazine). Ketoprofen (5 מ"ג / קילוגרם) משמש כמשכך כאבי preanesthesia.
- לאחר שבדק את רמת הרגעה בזנב צביטות, קליפ בבטן ושיער חזה. לשמן את העיניים עם משחת עיניים סטריליות, ומניח את העכבר בעמדת recumbence גב על כרית. לחטא את הבטן עם רפידות בטאדין ואלכוהול. ואז לכסות את העכבר עם וילון סטרילי ולחשוף את אזור החתך בלבד.
- לעשות חתך פיום בטן קו האמצע מלמטה xyphoid לאזור suprapubic, ולהכניס את מפשק התמך עצמי. עטוף את המעיים בגזה טבול מלוחה. בוטות להגדיר את אב העורקים infrarenal ווריד נבוב.
- הנח שני 6-0 תפרי משי proximally וdistally סביב אב העורקים וIVC לרסן את זרימת דם.
- הנח את הלב התורם בצד ימין של אב העורקים בבטן ולכסות אותו עם גאו סטריליze. לחות זה עם מי מלח.
- הפוך aortotomy באב העורקים בבטן באמצעות מחט G 30 ולהאריך את הפתיחה עם מספריים לגודל של אב העורקים התורמים.
- לבצע מקצה לצד השקה באמצעות תפרי 10-0 monofilament סטרילי במחטים מחודדות. אבטח את אב העורקים תורם עם תפר אחד בקצה הפרוקסימלי של הפתח באב העורקים בבטן ולהתחיל לתפור ברציפות עם 4-5 stiches מהקצה הדיסטלי של אב העורקים בבטן.
- להעיף את הלב לצד השמאל, לכסות אותו עם גזה מלוחה רווי, ולהתחיל לתפור ברציפות עם 4-5 stiches מהקצה הדיסטלי של אב העורקים בבטן.
- הפוך venotomy בIVC באמצעות מחט G 30 ולהאריך את הפתיחה לגודל של עורק הריאה התורם.
- מבצע סוף להשקת צד שימוש בתפרי 10-0 monofilament סטרילי במחטים מחודדות. Secure תורם הרשות הפלסטינית עם תפר אחד בקצה הפרוקסימלי של הפתח בIVC ולהתחיל לתפור ברציפות עם 4-5 מstichesהקצה הדיסטלי של נחות הווריד הנבוב. הפעם, בגלל שאב העורקים הוא בדרך, לוודא שתפירה של הקיר השמאלי של הרשות הפלסטינית של התורם היא על החלק הפנימי של IVC.
- לשטוף את לומן IVC עם הפרין ותמיסת מלח (100 יחידות / מיליליטר). סגור את הקיר הימני של תורם הרשות הפלסטינית ונמען IVC על ידי תפירתם ברציפות לקצה הדיסטלי.
- הסר את מייתר דיסטלי ולשלוט בדימום על ידי הפעלת סוכן hemostat אקטואלי נספג סטרילי. כאשר הדימום מפסיק לחלוטין, להסיר את התפר הפרוקסימלי ולשלוט בדימום באותו אופן.
- להחזיר את המעיים ולסגור את השרירים ועור הבטן בשתי שכבות באמצעות תפר monofilament 6-0 פוליאמיד השחור.
- הזרק 0.5 מיליליטר תת עורי מלוח ומניח את העכבר בכלוב התאוששות על כרית חימום עד שהעכבר הוא נייד באופן מלא. עם ההתאוששות, להחזיר את העכבר לכלוב חדש עם מצעי נייר. תן משככי כאבים (איבופרופן, 30 מ"ג / קילוגרם, מי שתייה) ל48 שעות. לעשותלא יחזור בעלי חיים שעברו ניתוח לחברתם של בעלי חיים אחרים, עד שהתאושש באופן מלא.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
איור 1 מדגים את השרטוטים של מודל ההשתלה שסתום לב באמצעות השתלת לב heterotopic. שסתום הלב היה שנקטפו מן לב תורם ומושתל אל לב מעכבר תורם שני. אז הלב עם שסתום הלב החדש הושתל בבטן של עכבר נמען. איור 2 מראה איור של הלב המושתל בחלל הבטן (א '), מייד לאחר השתלת לב (ב'), ו -5 דקות לאחר השתלה. לאחר הסרת תפרים בשני הצדדים של אב העורקים וIVC, הלב מתחיל להכות 1-2 דקות מאוחר יותר והופך להיות ורוד יותר עם יותר זרימת דם. שים לב שהעלייה הימנית היא יותר מורחב ב( C) מ (ב '). הלב פועם בהדרגה לחזק יותר ויציב לאחר 24 שעות.
זרימת הדם דרך שסתום ריאתי הושתל נמדדה percutaneously 10 ימים לאחר ההשתלה באמצעותמערכת בתדירות גבוהה עם אולטרסאונד דופלר המצב פעמו גל (איור 3). המיקומים של אב העורקים, חדר ימין (RV), מושתלים המסתם הריאתי (PV), ועורק ריאה (PA) בB מצב שמוצג באיור 3 (א). מדגם כיסוי הנפח הצהוב ממוקם בPV המושתל. איור 3 (ב) מראה תרשים של האנטומיה ומיקום שכבת נפח דגימה. כפי שניתן לראות באיור 3 (ג), גל QRS לב התורם זוהה בקצב ועצמאי של גל לב נמען. סיסטולי ודיאסטולי נמדד נפח הדם בPV המושתל תאמו את גל הלב התורם. מהירות השיא הייתה בסביבות 100 מ"מ / שנייה.
איור 1.60; סכמטי של השתלת שסתום לב שסתום לב ריאתי היה שנקטפו מן עכבר תורם ראשון ומושתל לתוך לב מעכבר תורם שני.. אז הלב עם השסתום החדש הושתל heterotopically לעכבר נמען.
איור 2. הלב המושתל.) תרשים של לב עם שסתום לב חדש הושתל בחלל בטן (ב ') מייד לאחר ההשתלה, ו (ג) 5 דקות לאחר השתלה.
איור 3. זרימת דם מדידה בimplanted המסתם הריאתי.) תמונת B-מצב המציינת את מיקומם של אב העורקים, חדר ימין (RV), שסתום מושתל ריאה (PV) ועורק ריאה (הרשות הפלסטינית). B) תרשים של האנטומיה ומיקום שכבת נפח דגימה. ג) מדידת מהירות בPV המושתל עם גל אק"ג.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
שיעור התמותה של הליך זה הוא קרוב ל20%, שרובו נגרמו על ידי שטף דם באתר PV ההשתלה וההשקה באב העורקים התורם לאב העורקים בבטן של הנמען. ברוב המקרים, שיעור התמותה יורד באופן משמעותי 48 הודעה שעה ניתוח. עכברי ההישרדות הראו פעימות לב חזקות וזרימת דם דרך PV המושתל. התהליך כולו לוקח ארבע שעות למנתח מיקרו מנוסה. זה ייקח בערך 250 עכברים להשתלט על הטכניקה. השתלת לב heterotopic היא יחסית ישרה קדימה בהשוואה להשתלת PV ללב התורם. אחד השלבים הקריטיים ביותר להשתלת HV מוצלחת הוא קציר של מבנה PV מעכבר תורם. מבנה PV צריך להיות transected סביב 1-2 מ"מ מתחת לשסתום. אם הרקמה שנותרה היא קצרה מדי, ההשקה תהיה מאתגרת. אם הרקמה מתחת לPV היא ארוכה מדי (כלומר. הרשות הפלסטינית תהיה ארוכה מדי בהשוואה לAscending אב העורקים לאחר השתלה), הרשות הפלסטינית המושתלת יכולה לסובב או שריטה. עוד צעד קריטי הוא ההשקה בין הרשות הפלסטינית המושתלת ונמען IVC. מאז IVC הוא דק מאוד, זה מאוד קל לקרוע במהלך תפירה.
במודל זה, את דם אב העורקים מגיע דרך אב העורקים, זורם דרך העורקים הכליליים, ואז יוצא דרך הסינוס כלילית לRA התורם. אז נפח הדם לעבור PV המושתל הוא 5% מכלל נפח הדם להערכת, שהיא המגבלה המשמעותית ביותר של מודל זה בלימוד TEHV. כדי להגדיל את זרימת הדם אם כי PV, שלושה דגמים נוספים נוצרו. ראשית, השקה שלישית נוצרה מקרווני התורם למקבל IVC. ההשקה השלישית יכולה להגביר את זרימת דם על ידי 10% ל50% מכלל נפח דם. שנית, כדי להגביר עוד יותר את זרימת הדם, לאחר הצבת ההשקה השלישית, IVC היה ligated הפרוקסימלי להשקה השלישית. שיטה זו מבוטחת 50% מזרימת דם דרךPV המושתל. שלישית, על מנת להגביר את הזרימה דרך PV המושתל ולשמור על זרימת פיזיולוגית יותר, הלב הושתל עם הריאות. שיטה זו יכולה להגביר את הזרימה עד 50% בסך הכל זרימת דם וחשוב יותר, החדר השמאלי והפרוזדור שמאלי לשמור על מחזור הדם שלהם. זרימת מודלים פיסיולוגיים שונים אלו מאפשרים לנו ללמוד איך ההבדל בתנאי זרימה פיסיולוגיים משפיע על התפתחות neotissue והיצרות בשסתום לב מושתל.
לאחרונה, נערך מחקר פיילוט לHV השתלת decellularized ללא זריעת תאים תוך שימוש בטכניקה שתוארה במאמר זה. PV המושתל הראה זרימת דם מאפיינים דומים כמו השליטה, predecellularized PV המושתל. בעתיד, סוגים שונים של תאים יהיו זרע ללמוד היווצרות neotissue ופיתוח היצרות של HV המושתל. יתר על כן, שימוש בעכברים מהונדסים, כגון חלבון פלואורסצנטי ירוק עכברים (GFP) או mouדגם se של מחלת HV, התהליך של היווצרות neotissue ניתן ללמוד באופן מכניסטי על ידי לימוד המקור של תאי אכלוס סתום decellularized או חולה הלב באמצעות אימונוהיסטוכימיה, אשר יסייע בפיתוח של יותר נועדו באופן רציונלי, מסתמי לב רקמות מהונדסות דור השני. האפשרות של שימוש בתנאים שונים זרימה פיזיולוגית, עכברים הטרנסגניים, השתלות PV decellularized, וצירופים אפשריים של כל שלוש להראות את הרבגוניות ושירות קליני פוטנציאלי חשוב של מודל השתלת HV זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
יש לנו מה למסור.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה, בין שאר, על ידי מענק מ-NIH (RO1 HL098228) לCKB.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DPBS | Gibco | 14190-144 | |
| Microscope | Leica | M80 | |
| C57BL/6J (H-2b), Female | Jackson Laboratories | 664 | 8-12 weeks |
| Ketamine Hydrochloride Injection | Hospira Inc. | NDC 0409-2053 | |
| Xylazine Sterile Solution | Akorn Inc. | NADA# 139-236 | |
| Ketoprofen | Fort Dodge Animal Health | NDC 0856-4396-01 | |
| Ibuprofen | PrecisionDose | NDC 68094-494-59 | |
| Heparin Sodium | Sagent Pharmaceticals | NDC 25021-400 | |
| Saline solution (Sterile 0.9% sodium chloride) | Hospira Inc. | NDC 0409-0138-22 | |
| 0.9% Sodium chloride Injection | Hospira Inc. | NDC 0409-4888-10 | |
| Petrolatum Ophthalmic Ointment | Dechra Veterinary Products | NDC 17033-211-38 | |
| Iodine Prep Pads | Triad Disposables, Inc. | NDC 50730-3201-1 | |
| Alcohol Prep Pads | McKesson Corp. | NDC 68599-5805-1 | |
| Cotton tipped applicators | Fisher Sientific | 23-400-118 | |
| Fine Scissor | FST | 14028-10 | |
| Micro-Adson Forcep | FST | 11018-12 | |
| Clamp Applying Forcep | FST | 00072-14 | |
| S&T Vascular Clamp | FST | 00396-01 | |
| Spring Scissors | FST | 15008-08 | |
| Colibri Retractors | FST | 17000-04 | |
| Dumont #5 Forcep | FST | 11251-20 | |
| Dumont #7 - Fine Forceps | FST | 11274-20 | |
| Dumont #5/45 Forceps | FST | 11251-35 | |
| Tish Needle Holder/Forceps | Micrins | MI1540 | |
| Black Polyamide Monofilament Suture, 10-0 | AROSurgical Instruments Corporation | TI638402 | For sutureing the graft |
| Black Polyamide Monofilament Suture, 6-0 | AROSurgical Instruments | SN-1956 | For musculature and skin closure |
| Non Woven Sponges | McKesson Corp. | 94442000 | |
| Absorbable hemostat | Ethicon | 1961 | |
| 1 ml Syringe | BD | 309659 | |
| 3 ml Syringe | BD | 309657 | |
| 10 ml Syringe | BD | 309604 | |
| 18 G 1 1/2 in, Needle | BD | 305190 | |
| 25 G 1 in., Needle | BD | 305125 | |
| 30 G 1 in., Needle | BD | 305106 | |
| Warm Water Recircultor | Gaymar | TP-700 | |
| Warming Pad | Gaymar | TP-22G | |
| Trimmer | Wahl | 9854-500 | |
| VEVO2100 High Frequency Ultrasound | VisualSonics | http://www.visualsonics.com/vevo2100 | The catalog number and pricing can be acquired from the sales representatives. |
| Ultrasound transmission gel | Parker Laboratories, INC. |
01-02 | |
| Table Top Laboratory Animal Anesthesia System | VetEquip, INC. | 901806 | |
| Isoflurane | Baxter | 1001936060 |
References
- Polito, A., et al. Increased morbidity and mortality in very preterm VLBW infants with congenital heart disease. Intens Care Med. 39, 1104-1112 (2013).
- Wren, C., Reinhardt, Z., Khawaja, K. Twenty year trends in diagnosis of life threatening neonatal cardiovascular malformations. Arch Dis Child Fetal. 93, F33-F35 (2008).
- Vacanti, J. P. Beyond transplantation Third annual Samuel Jason Mixter lecture. Archives of surgery. 123, Chicago Ill. 545-549 (1960).
- Tudorache, I., et al. Orthotopic replacement of aortic heart valves with tissue-engineered grafts. Tissue engineering Part A. 19, 1686-1694 (2013).
- van Geldorp, M. W., et al. Patient outcome after aortic valve replacement with a mechanical or biological prosthesis weighing lifetime anticoagulant related event risk against reoperation risk. The Journal of thoracic and cardiovascular surgery. 137, 881-886 (2009).
- El Oakley, R., Kleine, P., Bach, D. S. Choice of prosthetic heart valve in today's practice. Circulation. 117, 253-256 (2008).
- Quinn, R. W. Animal Models for Bench to Bedside Translation of Regenerative Cardiac Constructs. Progress in Pediatric cardiology. 35, (2013).
- Shinoka, T., et al. Tissue engineering heart valves valve leaflet replacement study in a lamb model. The Annals of thoracic surgery. 60, S513-S516 (1995).
- Sodian, R., et al. Tissue engineering of heart valves in vitro experiences. The Annals of thoracic surgery. 70, 140-144 (2000).
- Shinoka, T., et al. Tissue engineered heart valves. Autologous valve leaflet replacement study in a lamb model. Circulation. 94, II164-II168 (1996).
- Sodian, R., et al. Evaluation of biodegradable three dimensional matrices for tissue engineering of heart valves. ASAIO journal (American Society for Artificial Internal Organs. 46, 107-110 (1992).
- Sodian, R., et al. Early in vivo experience with tissue-engineered trileaflet heart valves). Circulation. 102, III22-III29 (2000).
