Summary
La grave carenza di organi ha portato ad un maggiore uso di innesti renali marginali per il trapianto. Ciò ha scatenato l'interesse in metodi di deposito alternativi, dal momento che gli innesti marginali soprattutto tollerare celle frigorifere male. La tecnica di normotermica ex vivo perfusione renale (NEVKP) rappresenta un metodo di conservazione romanzo per trapianti di rene prima del trapianto.
Introduction
I reni sono gli organi solidi più frequentemente trapiantati. Per i pazienti affetti da malattia renale allo stadio terminale, il trapianto di rene offre una migliore aspettativa di vita, e una migliore qualità della vita, rispetto alla dialisi 1-4. La carenza di organi persistente rappresenta un grave problema nel campo della medicina dei trapianti (Tabella 1) 5.
| Stati Uniti * | Regione Eurotransplant ** | |
| I pazienti in lista d'attesa di trapianto di rene | 101.563 (febbraio 2015) | 10.689 (dicembre 2014) |
| Reni trapiantati donatore deceduto nel 2014 | 10.650 | 3.119 |
| Mediana tempi di attesa per trapianto di rene del donatore deceduto (in anni) | Fino a 5 anni * | Fino a 4 anni ** |
Tabella 1. reneGraft Carenza negli Stati Uniti e Eurotransplant Regione.
L'esito del trapianto di rene è influenzato negativamente dal tempo di attesa, con esito peggiore per i pazienti sottoposti a dialisi prolungata 6. Ciò ha scatenato l'interesse negli innesti renali marginali come fonte donatore aggiuntivo, come ad esempio i reni da donatori anziani, i donatori con più comorbidità (criteri estesi donatori (ECD) e reni donati dopo la morte cardiaca (DCD). Reni dei donatori marginali che sarebbero state declinato in passato sono ormai considerati per il trapianto 7.
Un ostacolo importante per l'uso di innesti renali marginali è la tecnica di conservazione di stoccaggio anossico fredda. Attualmente, innesti renali sono memorizzati staticamente su ghiaccio o perfusi a 4 ° C in assenza di ossigeno. La tecnica di conservazione anossica freddo è associato con la ferita graft continuo durante la conservazione rene e non consente la valutazione dell'innesto a causa della mancanza di Metabolism e produzione di urina. In particolare, gli innesti renali marginali tollerare celle frigorifere male, con conseguente significativo danno renale, e alti tassi di funzione del trapianto ritardato (DGF) 8,9. DGF è un fattore prognostico per scarsa funzione del trapianto a lungo termine.
Perfusione renale extracorporea rappresenta un metodo alternativo per la conservazione, la valutazione e la riparazione di organi. In un modello di suini, i risultati positivi sono stati presentati per i reni perfusi ex vivo in condizioni normotermici 10,11. Il primo studio clinico eseguito nel 2013 ha dimostrato un tasso più basso di funzione del trapianto ritardato quando i reni recuperati da criteri estese donatori sono stati perfusi per 1 ora immediatamente prima del trapianto 12.
Questo articolo presenta un modello di normotermico ex vivo perfusione renale (NEVKP). L'obiettivo di questo studio è quello di ridurre il tempo di ischemia fredda applicata al minimo e di estendere il periodo di NEVKP. NEVKPè un metodo di conservazione alternativa che mira a ridurre i danni che possono essere causati da tecniche di stoccaggio a freddo.
Protocol
Nota: Una panoramica schematica del protocollo di studio è presentato in Figura 1.
Figura 1. Studio Questo protocollo di studio normotermica ex vivo perfusione renale protocollo. Si basa su un modello suino. Dopo la dissezione chirurgica dei vasi del rene trapiantato e lavaggio con 500 ml di istidina-triptofano-chetoglutarato (HTK), l'innesto può essere recuperato. Dopo lo stoccaggio a freddo (SCS) per 3 ore, il trapianto di rene è perfuso normotermica ex vivo (NEVKP) per più ore fino al trapianto designato.
Tutti gli animali hanno ricevuto la cura umana nel rispetto dei '' Principi di cura degli animali da laboratorio '' formulate dalla Società Nazionale per la ricerca medica e la '' Guida per la cura di animali da laboratorio '' pubblicato dal National Institutes of Health,Ontario, Canada. Il Comitato del Research Institute di Toronto Generale cura degli animali ha approvato tutti gli studi.
1. Gli animali
- Utilizzare suini maschi Yorkshire (27-33 kg) in questo protocollo.
2. Organo Retrieval
- Procedura preoperatoria
- Casa i maiali Yorkshire maschili in una struttura di ricerca per almeno una settimana per ridurre il loro livello di stress. Digiunare suini per almeno 6 ore prima dell'induzione dell'anestesia.
- Avviare anesthetization del maiale tramite iniezione intramuscolare di ketamina (25 mg / kg), atropina (0,04 mg / kg), e midazolam (0,15 mg / kg). Successivamente, trasportare l'animale dalla struttura custodia alla sala operatoria (OR).
- Posizionare il maiale in posizione supina sul tavolo o. Lascia respirare 2 litri di ossigeno con il 5% di isoflurano spontaneamente. Dopo il relax, esporre le corde vocali con un laringoscopio e spruzzarli con lidocaina al 2% per evitare un spasmo causato da intubazione. After intubazione con un tubo di 6,5 millimetri, bloccare il bracciale con 3 - 5 ml di aria.
Nota: capnometria rivela la corretta posizione del tubo tracheale. - Abbassare il gas isoflurano al 2,5%. Impostare il ventilatore 14 - 16 respiri / min e il volume corrente a 10 - 15 ml / kg di peso corporeo. Monitorare il maiale da vicino. La frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno sono registrate da pulsossimetri.
- In condizioni sterili, introdurre un 8.5 p x 10 cm catetere nella vena giugulare in Seldinger tecnica 13. Pertanto, utilizzare un ago per forare il vaso venoso. Dopo l'introduzione di un filo, sostituire l'ago con un catetere. Eliminare il filo e fissare il catetere alla pelle. Somministrare 200 ml di soluzione di Ringer lattato per ora in tutta la chirurgia.
- Procedura chirurgica
- Dopo la disinfezione e la copertura del campo chirurgico, eseguire un'incisione mediana da xifoidea a sinfisi pubica. Per migliorare l'esposizione, di estendere l'approccio chirurgico conun'incisione laterale sinistra. Coprire le grandi e piccole viscere con un asciugamano e posizionarli sul lato sinistro per un accesso ottimale al rene destro.
- Separare la vena cava inferiore (IVC) dall'aorta addominale. Rami aortici legare dal retro della aorta.
- Dopo la completa dissezione aortica alla schiena, passare una legatura attorno al cranio all'aorta ai rami renali. Inoltre, posizionare due legature cranici della biforcazione iliaca. Mettere una cravatta intorno all'arteria renale sinistra.
- Liberare il rene destro dal suo tessuto aderente. Sezionare la Vena renale, l'arteria, e dell'uretere.
- Aprire il diaframma e amministrare 1.000 UI di eparina per kg di peso donatore nel cuore. Per un modello DCD, iniettare 40 mval di KCl intracardiaca 3 minuti dopo eparinizzazione sistemica per indurre l'arresto cardiaco. L'arresto cardiaco è valutato come punto di partenza di ischemia calda.
- Nel frattempo, per la raccolta di sangue, collegare le linee di borse CPDA (citrato, fosfato, destrosio, undenosine) al catetere introdotto nella vena giugulare sinistra superiore. Eseguire un lancio morbido (1.500 xg senza freno). Rimuovere plasma e buffy coat in condizioni sterili (classe biosicurezza cabinet II) e memorizzare gli eritrociti per la trasfusione.
- Incannulare l'aorta con una linea a filo organo sopra la biforcazione iliaca. Legare le legature presso l'aorta e l'arteria renale sinistra.
- Lavare il rene con la soluzione istidina-triptofano-chetoglutarato (HTK) con una pressione di 100 cm H 2 O. Bloccare la cava toracica e raccogliere il sangue attraverso il catetere giugulare. Tagliare il cava addominale sotto la vena renale Per garantire una pulizia ottimale del rene.
- Dopo un lavaggio completo del rene destro, recuperare l'innesto con un segmento dell'aorta. Tagliare la vena renale e lasciare l'uretere lungo.
- Torna Tabella Preparazione del rene trapiantato per la perfusione
- Liberare il rene dal tessuto aderente. Chiudere la parte craniale dell'aorta con un legame and cannulate la parte inferiore con un riduttore da 1/4 "x 3/8". Legare i rami arteriosi più piccoli provenienti dalla dell'aorta.
- Incannulare vena renale con un "x 3/8" riduttore direttamente 1/4. Intubare l'uretere con un 8 p tubo di alimentazione.
- Posizionare il rene in ghiaccio fino all'inizio del NEVKP.
3. normotermica ex vivo Kidney Perfusion (NEVKP)
- Preparazione del circuito di perfusione
Il circuito di perfusione costituito da neonatale attrezzature bypass cardiopolmonare (Figura 2).
Figura 2. Schema di disegno del circuito di perfusione. Il circuito è costituito da neonatale tecnologia bypass cardiopolmonare. La soluzione di perfusione viene raccolta nel serbatoio venoso. Una pompa centrifuga spinge la soluzione nel ossigenatore, dove viene arricchito con ossigeno e riscaldato a 37 ° C. Dopo passo a ip filtro bolla arteriosa, il perfusato è azionato con una pressione di 60 - 80 mmHg attraverso l'arteria renale nel rene. Il deflusso venoso (0 - 3 mmHg) conduce perfusato nel serbatoio venoso. Siringa e infusione pompe garantire l'approvvigionamento con composti addizionali. L'urina viene raccolta in tutta la perfusione. Caratteristiche del circuito di perfusione vengono registrati in continuo. Campioni di gas venoso e sangue arterioso orari, e gli indicatori danno renale vengono analizzati.- Collegare il circuito di perfusione su misura per il dispositivo di perfusione renale.
- Collegare il tubo al serbatoio venoso e ossigenatore. Collegare il tubo linea arteriosa al deflusso arteriosa del ossigenatore e posizionare il filtro bolla nel supporto. Collegare la linea di spurgo. Collegare il tubo linea venosa all'ingresso del serbatoio venoso.
- Per la valutazione durante la perfusione, collegare la sonda di temperatura nella presa arteriosa, collegare il flussometro e la busensore bble al tubo linea arteriosa, e collegare le linee di pressione. Collegare il sensore di livello.
- Collegare le linee dei campioni venosi e arteriosi alle porte di esempio venose e arteriose.
- Posizionare la camera organo su un supporto e di introdurre il tubo venose e arteriose attraverso i fori predisposti. Fissare la tubazione al tavolo e la camera saldamente.
- Inserire il tubo di aspirazione nella pompa rullo e posizionare un capo nella camera per la raccolta dei liquidi.
- Collegare il tubo di ossigeno del serbatoio di gas contenente 95% O 2/5% di CO 2 e l'ossigenatore. Collegare il tubo generatore alla ossigenatore e la camera di organo.
- Utilizzare tubi morsetti per chiudere le linee di deflusso venoso e arterioso. Applicare un altro morsetto del tubo per il deflusso del serbatoio venoso.
- Preparazione della perfusione Solution, Supplementi, e Adescamento il Circuito
- Utilizzare una pompa di infusione per sostituire l'urina prodotta conRinger lattato.
- Utilizzare una pompa a siringa per somministrare la nutrizione (glucosio 0,5 ml / hr, aminoacidi 0,5 ml / h) e di insulina (5 UI / ora) nel serbatoio venoso. Utilizzare una seconda pompa a siringa per infondere un vasodilatatore (verapamil, 0,25 mg / hr) direttamente nella linea arteriosa.
- Riempire il serbatoio venoso con la soluzione di perfusione. Pertanto, versare lattato di Ringer (175 ml), soluzione STEEN (200 ml), DRO (27 ml), eparina (1000 IU), bicarbonato di sodio per regolare il pH, e gluconato di calcio nel serbatoio venoso. Infine, aggiungere eritrociti lavati (125 ml).
- Accendere la macchina cuore-polmone (HLM). Attivare i pannelli di pressione, temperatura, livello e sensore di bolla. Attivare il Data Management System (DMS) per registrare i dati in tutta la perfusione. Attivare l'unità di riscaldamento per scaldare il liquido di perfusione e la camera di organo a 37 ° C. Aprire la fornitura di O 2.
- Aprire il morsetto tubo dietro il serbatoio venoso e liberare il centrifugal testa della pompa da aria completamente. Avviare la pompa centrifuga a 1000 rpm e lasciare che la soluzione ad essere spostate in tutto il circuito. Bloccare il tubo bypassando il filtro arterioso e rilasciare aria dal filtro arterioso.
- Zero i tubi di raccordo. Attivare le pompe siringa e infusione.
- Rene Graft Perfusion
- Rimuovere il rene dal ghiaccio, e posizionare il rene su biancheria da letto nella camera di organo. Posizionare il catetere urina nel collettore urine. Dopo aver verificato che la venoso e il tubo arteriosa sono privi di aria, collegare i connettori al tubo.
- Chiudere il collegamento tra il arterioso e linee tubi venose. Impostare la pressione arteriosa di 75 mmHg regolando la velocità della pompa centrifuga.
- Registrare le pressioni, il flusso arterioso, temperatura, e la presenza di bolle continuamente con il DMS. Osservate con attenzione i valori durante la perfusione. Durante la perfusione, che perde sangue nella camera è colleCTED tramite il tubo di aspirazione nel serbatoio venoso.
- Registrare la quantità di urina prodotta. Raccogliere sangue e delle urine campioni venosi oraria. Monitorare la perfusione prendendo venoso e campioni di gas del sangue arterioso e aspartato aminotransferasi (AST), e l'analisi del lattato.
- Al termine della perfusione, staccare il tubo dalla arteria renale e la vena, lavare l'innesto con fredda HTK, e memorizzarlo sul ghiaccio in un sacchetto organo sterili fino al trapianto.
Representative Results
Di seguito i risultati di sei esperimenti utilizzando un modello di recupero rene-cuore pulsante sono presentati. Dopo in situ a filo e il recupero del rene, gli innesti sono stati conservati in ghiaccio per 3 ore (SCS), mentre gli eritrociti sono stati preparati. Per l'impostazione clinica, questo simula il tempo richiesto per il recupero e la preparazione posteriore tavolo. NEVKP è stata effettuata per 10 ore.
Per mantenere condizioni fisiologiche e simulare in vivo circostante al rene, la camera organo deve essere riscaldata e sigillato. Perfusione e la soluzione di sostituzione delle urine devono rappresentare valori fisiologici per l'analisi dei gas del sangue, pressione oncotica, e osmolarità. I valori normali (valori basali) ottenuti da suini Yorkshire in situ, si trovano in ogni descrizione figura, rispettivamente (Figure 3-13). Lo scopo di NEVKP è garantire che l'innesto viene fornito con ossigeno e nutrimento sufficiente. Come ischemia cautilizza vasocostrizione, aumentando così la resistenza intrarenale, ottenendo un flusso costante con una pressione stabile è un buon indicatore per un'adeguata ossigenazione. Dopo la temperatura target innesto di 37 ° C viene raggiunta tramite rewarming dell'organo dopo SCS, i valori di portata e resistenza intrarenal rimangono stabili con una pressione costante fisiologica di circa 60-80 mmHg tutta la perfusione (figure 3 e 4). La quantità di produzione di urina dipende principalmente dalla composizione della soluzione di perfusione (Figura 5).
Misure orarie di venosa e arteriosa pO 2 rivelano l'attività metabolica del rene. Il consumo di ossigeno è stato calcolato con l'equazione ((pO 2 art - pO 2 ven) x portata / peso) (Figura 6) 14. Durante il pH perfusione, HCO 3, e elettroliti sono stabili senza richiedere interventi (Figure di 7 - 10). In tempo reale ASMisure lattato T e servono per monitorare il danno cellulare. È stato rilevato alcun aumento dei parametri di danno cellulare durante il periodo NEVKP (figure 11 e 12). L'osmolarità della soluzione di perfusione è stabile (figura 13). Valutazione istologica rivela piccole modifiche (Figura 14-16).
Figura flusso arterioso 3. media con deviazione standard (ml / min). Durante la perfusione del flusso rimane in un range fisiologico. Valori fisiologici Suini, misurati in situ: significano art. flusso: 170 ± 57 ml / min (range 83-325 ml / min).
Figura 4. resistenza intrarenali (IRR), media e deviazione standard (mmHg / Ml / min). La pressione arteriosa media (MAP) rimane costante tra 60 e 80 mmHg. La resistenza intrarenal è inferiore a 0,5 mmHg / ml / min costantemente.
Figura 5. Il volume totale delle urine, medio e deviazione standard (ml). Il volume totale delle urine dipende principalmente dalla composizione della soluzione di perfusione. Maggiore è la pressione oncotica e l'osmolarità, minore è la produzione di urina.
Figura 6. consumo di ossigeno, deviazione media e standard (ml / min / g).
Figura 7. pH venoso, media e deviazione standard. La rema pHcostante ins in un range fisiologico senza somministrazione di bicarbonati. Suini valori fisiologici, misurati in situ: pH 7.46 ± 0.06 (range 7,34-7,63).
Figura 8. HCO 3 venoso, media e deviazione standard (mmol / l). L'HCO 3 rimane in un range fisiologico senza somministrazione di bicarbonati. Suini valori fisiologici, misurati in situ: HCO 3 30.3 ± 2.4 mmol / L (range 21,6-35,8 mmol / L).
Figura 9. concentrazione di sodio venosa, media e deviazione standard (mmol / L). Il sodio rimane in un range fisiologico. Valori fisiologici Suini, misurati in situ: 137,1 &# 177; 3,8 mmol / L (range 118,7-140,9 mmol / L).
10. concentrazione di potassio venosa Figura, media e deviazione standard (mmol / L). Il potassio rimane costante in un range fisiologico. Suini valori fisiologici, misurati in situ: 3.85 ± 0.46 mmol / L (range 3,5-5,36 mmol / L).
Figura 11. venosa aspartato aminotransferasi, media e deviazione standard. (AST; U / L) Nella perfusione renale normotermico ex vivo, AST dimostra un marker danno cellulare. I valori AST sono bassi in tutta perfusione.
Figura 12: lattato , Media e deviazione standard (mmol / L). In perfusione renale normotermico ex vivo, lattato rappresenta un indicatore di danno cellulare. I valori sono stabili durante la perfusione.
Figura 13:. Osmolarità del siero, media e deviazione standard (mOsm / L) A osmolarità costante nella soluzione di perfusione protegge produzione basso ma costante urina. Suini valori fisiologici, misurati in situ: 282 ± 1,7 mOsm / L (range 279-283 mOsm / L).
Figura 14:. Istologia (H & E) 50X / 200 ingrandimenti di giunzione corticomidollare mostrando lieve tubolare vacuolizzazione. Nessun segno di necrosi.Arget = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 15: Istologia (PAS) 50X / 200 ingrandimenti di giunzione corticomidollare mostrando lieve tubolare vacuolizzazione.. Nessun segno di necrosi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 16:. Istologia (TUNEL) 25X / 200 ingrandimenti. Molto raramente i nuclei sono macchiati dimostrando molto bassi tassi di apoptosi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Discussion
Questo studio dimostra che NEVKP con una soluzione basata eritrociti può essere eseguita con ottimi risultati per un periodo prolungato di tempo in un modello suino. Durante le 10 ore ex vivo di perfusione renale dimostrato parametri stabili di perfusione, metabolismo renale attiva, omeostasi, e danno renale minimo.
Produzione di urina e danno renale dipendono dalla composizione della soluzione di perfusione. È importante mantenere la pressione oncotica e osmolarità del perfusato entro un range fisiologico. In particolare, una bassa pressione oncotica comporterà una produzione unphysiologically alta urina con notevole edema rene e crescenti marcatori di danno renale. STEEN soluzione contenente albumina è scelto in questo modello per la regolazione della pressione oncotica e per simulare condizioni fisiologiche per il rene. Il bicarbonato di sodio e gluconato di calcio sono aggiunti al sistema di raggiungere valori fisiologici di pH, HCO 3
La tecnica di normotermica ex vivo perfusione renale ha diversi limiti. Ex vivo perfusione non è associato con il supporto ormonale del rene, che potrebbe avere un impatto negativo periodi più lunghi di perfusione. Inoltre, la nuova tecnologia, a questo punto nel tempo, è associata ad un aumento dei costi. Futuri miglioramenti potrebbero semplificare la tecnologia e ridurre i costi. Lo sviluppo di un dispositivo portatile perfusione renale potrebbe consentire di evitare completamente stoccaggio rene freddo in futuro.
La carenza di organi grave e persistente porta ad un maggiore uso di organi marginali (ECD o DCD renali innesti) 7. Attualmente, la conservazione degli organi si basa su celle frigorifere statica o ipotermica perfusione macchina. Come un tempo di ischemia fredda prolungato ha un imp significativoagire sui risultati della funzione renale di criteri standard 15 e innesti marginali 8,9, le nuove tecniche di conservazione minimizzando celle frigorifere sono di particolare interesse 16-19.
Uno dei principali ostacoli per usare innesti marginali più esteso è l'incapacità di valutare la qualità e la sostenibilità degli organi prima del trapianto. Attualmente, solo i parametri clinici quali l'età del donatore, le malattie legate donatori, e il tempo di ischemia calda degli innesti sono usati per la decisione se un organo è accettato o rifiutato per il trapianto. Conservando il trapianto in condizioni normotermici, valutazione trapianto basa sulle caratteristiche di perfusione e dati è possibile. Parametri in tempo reale come il flusso renale vascolare, pressione, resistenza intrarenale, la produzione di urina, consumo di ossigeno, ei parametri danno renale (come AST e lattato) dovrebbero essere i parametri utili per valutare la fattibilità del trapianto.
In additione, il metabolismo attivo durante NEVKP permette l'applicazione di strategie di riparazione per migliorare innesti renali marginali prima del trapianto. Ad esempio, l'inibizione di percorsi pro-infiammatorie, immunomodulazione, trasferimento di geni, così come amministrazione di cellule staminali potrebbe essere tecniche future di modificare innesti rene durante il tempo di conservazione e migliorare il risultato del destinatario.
Acknowledgments
Vogliamo ringraziare Sorin Group (Milano, Italia) per averci fornito i circuiti di perfusione renale custom made. Inoltre ringraziamo XVIVO perfusione Inc. (Goteborg, Svezia) per averci fornito la soluzione Steen, BBraun AG (Melsungen, Germania) per la fornitura di pompe siringa e Rieber GmbH & Co KG (Reutlingen, Germania).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Neonatal cardiopulmonary bypass technology | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | Custom made | Neonatal venous reservoir D100 (500 ml, 1/16" in- and outflow), neonatal oxygenator D100, centrifugal pump head (Revolution), arterial bubble filter (D130) |
| Heart lung machine, Stöckert S3 | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | Custom made | Centrifugal pump, roller pump, control panel (sensors for pressure, flow, temperature, bubbles, and level), oxygen blender, heater unit |
| Tubing | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | 01906BPC SG XS | 3/16" x 1/16" |
| 019071PC SG XS | 1/4" x 1/16" | ||
| 019060PC SG XH | 3/8" x 1/16" | ||
| Tubing connectors | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | Various sizes | |
| STEEN solution | XVIVO (Göteborg, SWE) | 19004 | 200 ml |
| Ringer's lactate | Baxter (Mississauga, ON, CAN) | JB2324 | 175 ml |
| Sodium bicarbonate | Hospira (Montréal, QC, CAN) | 6625050 | pH-dependent |
| Calcium gluconate | Pharmaceutical Partners of Canada (Richmond Hill, ON) | C31110 | Calcium-dependent |
| Heparin | Sandoz Canada Inc (Toronto, ON, CAN) | 10750 | 1,000 IU |
| Amino acid and glucose, Travasol 10% | Baxter (Mississauga, ON, CAN) | JB6760 | 1 ml/hr |
| Fast acting insulin, Novorapid | Novo Nordisk Canada Inc (Mississauga, ON, CAN) | DS6H748 | 5 IE/hr |
| Verapamil | Sandoz Canada Inc (Quebec, QC, CAN) | 52216 | 0.25 mg/hr |
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