Summary
La grave escasez de órganos ha dado lugar a un mayor uso de los injertos renales marginales para el trasplante. Esto ha provocado el interés en los métodos de almacenamiento alternativos, ya que los injertos marginales especialmente toleran mal almacenamiento en frío. La técnica de la normotérmica ex vivo de perfusión de riñón (NEVKP) representa un método de conservación novedoso para injertos renales antes del trasplante.
Introduction
Los riñones son los órganos sólidos trasplantados con mayor frecuencia. Para los pacientes que sufren de enfermedad renal en etapa terminal, el trasplante renal ofrece una mayor esperanza de vida, y una mejor calidad de vida en comparación con la diálisis 1-4. La escasez de órganos persistente representa un grave problema en el campo de la medicina de trasplantes (Tabla 1) 5.
| Estados Unidos * | Región Eurotransplant ** | |
| Los pacientes en lista de espera de trasplante renal | 101.563 (febrero de 2015) | 10.689 (diciembre de 2014) |
| Riñones de donantes fallecidos trasplantaron en 2014 | 10650 | 3119 |
| La mediana de tiempo de espera para trasplante de riñón de un donante fallecido (en años) | Hasta 5 años * | Hasta 4 años ** |
Tabla 1. RiñónEscasez del injerto en Estados Unidos y Eurotransplant Región.
El resultado del trasplante de riñón se ve afectada negativamente por el tiempo de espera, con un peor resultado para los pacientes sometidos a diálisis prolongada 6. Esto ha provocado interés en injertos renales marginales como una fuente adicional de los donantes, como los riñones de donantes mayores, donantes con múltiples comorbilidades (extendidos criterios de los donantes (ECD) y los riñones donados después de la muerte cardíaca (DCD). Riñones de donantes marginales que hubieran sido disminuido en el pasado ahora son considerados para trasplante 7.
Un obstáculo importante para el uso de injertos renales marginales es la técnica de preservación de almacenamiento en frío anóxica. Actualmente, los injertos renales se almacenan estáticamente en hielo o perfundidos a 4 ° C sin oxígeno. La técnica de preservación anóxica frío se asocia con la lesión del injerto en curso durante la preservación del riñón y no permite la evaluación del injerto debido a la falta de metabmetabo- y la producción de orina. En particular, los injertos renales marginales toleran mal almacenamiento en frío, lo que resulta en daño renal significativa, y los altos índices de la función retardada del injerto (DGF) 8,9. DGF es un factor pronóstico para la función del injerto pobres a largo plazo.
Perfusión renal extracorpórea representa un método alternativo para la conservación, evaluación y reparación de órganos. En un modelo porcino, resultados beneficiosos fueron presentados para los riñones perfundidos ex vivo en condiciones normotérmicas 10,11. El primer ensayo clínico realizado en 2013 demostró una tasa más baja de la función retardada del injerto cuando los riñones recuperados de criterios extendidos donantes fueron perfundidos durante 1 h inmediatamente antes del trasplante 12.
En este trabajo se presenta un modelo de normotérmica ex vivo de perfusión renal (NEVKP). El objetivo de este estudio es el de reducir el tiempo de isquemia fría aplicada al mínimo y ampliar el período de NEVKP. NEVKPes un método de conservación alternativa que tiene como objetivo reducir el daño que puede ser causado por técnicas de almacenamiento en frío.
Protocol
Nota: Una vista general esquemática del protocolo de estudio se presenta en la Figura 1.
Figura 1. Protocolo de estudio. Este protocolo de estudio de normotérmica ex vivo de perfusión renal se basa en un modelo porcino. Después de la disección quirúrgica de los vasos del injerto renal y el lavado con 500 ml de histidina-triptófano-cetoglutarato (HTK), el injerto puede ser recuperada. Después de almacenamiento en frío (SCS) durante 3 horas, el injerto renal es perfundido normotérmica ex vivo (NEVKP) para múltiples horas hasta el trasplante designado.
Todos los animales recibieron atención humanitaria en el cumplimiento de las '' Principios de Laboratorio Animal Care '' formulados por la Sociedad Nacional para la Investigación Médica y la '' Guía para el Cuidado de Animales de Laboratorio '' publicado por los Institutos Nacionales de Salud,Ontario, Canadá. El Comité de Cuidado Animal del Instituto de Investigación General de Toronto aprobó todos los estudios.
1. Los animales
- Utilice los cerdos macho Yorkshire (27-33 kg) en este protocolo.
2. Recuperación de Órganos
- Procedimiento preoperatorio
- La Casa de los cerdos Yorkshire masculinos en un centro de investigación durante al menos una semana para reducir su nivel de estrés. Fast los cerdos durante un mínimo de 6 horas antes de la inducción de la anestesia.
- Iniciar anestesia del cerdo por una inyección intramuscular de ketamina (25 mg / kg), atropina (0,04 mg / kg), y midazolam (0,15 mg / kg). Posteriormente, el transporte de los animales de las instalaciones de vivienda para la sala de operaciones (OR).
- Coloque el cerdo en una posición supina sobre la mesa de quirófano. Deja que respire 2 litros de oxígeno con el 5% de isoflurano espontáneamente. Después de la relajación, exponer las cuerdas vocales con un laringoscopio y rociarlas con lidocaína al 2% para evitar un espasmo causado por intubación. Afintubación ter con un tubo 6,5 mm, bloquear el manguito con de 3 - 5 ml de aire.
Nota: capnometría revela la posición correcta del tubo traqueal. - Baje el gas isoflurano al 2,5%. Ajuste el ventilador al 14 - 16 respiraciones / min y el volumen tidal a 10 - 15 ml / kg de peso corporal. Vigilar estrechamente el cerdo. La frecuencia cardiaca y saturación de oxígeno se registran por pulsioximetría.
- En condiciones estériles, introducir un 8,5 P. x 10 cm catéter en la vena yugular en la técnica de Seldinger 13. Por lo tanto, utilizar una aguja para perforar el vaso venoso. Después de la introducción de un alambre, reemplace la aguja con un catéter. Eliminar el alambre y fijar el catéter a la piel. Administrar 200 ml de solución de lactato de Ringer por hora durante toda la cirugía.
- Procedimiento Quirúrgico
- Después de la desinfección y la cobertura del campo quirúrgico, realizar una incisión en la línea media del xifoides a la sínfisis púbica. Para mejorar la exposición, ampliar el abordaje quirúrgico conuna incisión lateral izquierdo. Cubra los grandes y pequeños intestinos con una toalla y la posición hacia el lado izquierdo para un acceso óptimo a el riñón derecho.
- Separar la vena cava inferior (VCI) de la aorta abdominal. Ramas aórticas Se ligan los de la parte posterior de la aorta.
- Después de la disección aórtica completa a la espalda, pasar una ligadura alrededor de la aorta craneal a las ramas renales. Además, colocar dos ligaduras craneales de la bifurcación ilíaca. Coloque un lazo alrededor de la arteria renal izquierda.
- Libertad para los riñones derecha desde su tejido adherente. Diseccionar la vena renal, la arteria y uréter.
- Abra el diafragma y administrar 1.000 UI de heparina por kg de peso del donante en el corazón. Para un modelo de DCD, inyecte 40 mval de KCl intracardially 3 minutos después de heparinización sistémica para inducir un paro cardíaco. El paro cardiaco es valorado como el punto de partida de la isquemia caliente.
- Mientras tanto, para la recogida de sangre, conectar las líneas de CPDA bolsas (citrato, fosfato, dextrosa, undenosine) al catéter introducido en la vena yugular izquierda superior. Efectuar un lanzamiento suave (1500 xg sin freno). Retire el plasma y la capa leucocitaria en condiciones estériles (bioseguridad clase II del gabinete) y almacenar los eritrocitos para transfusión.
- Canular la aorta con una línea de lavado de órganos por encima de la bifurcación ilíaca. Ate las ligaduras de la aorta y la arteria renal izquierda.
- Enjuague el riñón con histidina-triptófano-cetoglutarato solución (HTK) con una presión de 100 cm H 2 O. Sujete el cava torácica y recoger la sangre a través del catéter yugular. Cortar la cava abdominal por debajo de la vena renal para asegurar una descarga óptima del riñón.
- Después de un lavado completo del riñón derecho, recuperar el injerto con un segmento de la aorta. Cortar la vena renal y el uréter dejar mucho tiempo.
- Volver Tabla Preparación del injerto renal para la perfusión
- Libertad para los riñones a partir de tejido adherente. Cierre la parte craneal de la aorta con una corbata de unnd canular la parte inferior con un reductor de 1/4 "x 3/8". Ate las ramas arteriales más pequeñas procedentes de la aorta.
- Canular la vena renal con un 1/4 "x 3/8" reductor directamente. Intubar el uréter con un 8 P. sonda de alimentación.
- Coloque el riñón en hielo hasta el inicio de la NEVKP.
3. Normotérmica ex vivo de perfusión renal (NEVKP)
- Preparación del circuito de perfusión
El circuito de perfusión se compone de equipos de derivación cardiopulmonar neonatal (Figura 2).
Figura 2. Esquema de dibujo del circuito de perfusión. El circuito consta de la tecnología de bypass cardiopulmonar neonatal. La solución de perfusión se recoge en el depósito venoso. Una bomba centrífuga impulsa la solución en el oxigenador, donde se enriquece con oxígeno y se calentó a 37 ° C. Después de passing el filtro de burbujas arterial, el líquido de perfusión es impulsado con una presión de 60 a 80 mmHg a través de la arteria renal en el riñón. El flujo de salida venoso (a 0 - 3 mmHg) conduce el perfundido de nuevo en el depósito venoso. Las bombas de jeringa e infusión asegurar el suministro con compuestos adicionales. La orina se recogió durante toda la perfusión. Características del circuito de perfusión se registran continuamente. Se analizaron muestras de gas venoso y arterial por hora, y los marcadores de lesión renal.- Conecte el circuito de perfusión por encargo al dispositivo de perfusión renal.
- Conectar el tubo al depósito venoso y oxigenador. Conecte la tubería de la línea arterial para la salida arterial del oxigenador y coloque el filtro de burbujas en su soporte. Conecte la línea de purga. Conectar la tubería de la línea venosa a la entrada del depósito venoso.
- Para la evaluación durante la perfusión, conecte la sonda de temperatura en la salida arterial, conecte el medidor de flujo y el busensor Bble a la tubería de la línea arterial, y conecte las líneas de presión. Conecte el sensor de nivel.
- Conecte las líneas de muestra venosa y arterial a los puertos de muestras venosas y arteriales.
- Coloque la cámara de órganos en un soporte e introducir el tubo venoso y arterial a través de los agujeros preparados. Fije el tubo a la mesa y la cámara con firmeza.
- Introduzca el tubo de aspiración en la bomba de rodillo y la posición de un extremo en la cámara para recoger los fluidos.
- Conecte el tubo de oxígeno al tanque de gas que contiene 95% de O2 / 5% de CO 2 y el oxigenador. Conectar el tubo unidad de calentamiento para el oxigenador y la cámara de órgano.
- Utilice tubos abrazaderas para cerrar las líneas de flujo venoso y arterial. Aplique otra abrazadera de tubo para el flujo de salida del depósito venoso.
- Preparación de la solución de perfusión, los suplementos adicionales, y cebado del circuito
- Utilice una bomba de infusión para reemplazar la orina producida conLactato de Ringer.
- Utilice una bomba de jeringa para administrar nutrición (glucosa 0,5 ml / h, aminoácidos 0,5 ml / hr) e insulina (5 UI / hr) en el depósito venoso. Utilizar una segunda bomba de jeringa para infundir un vasodilatador (verapamilo, 0,25 mg / h) directamente en la línea arterial.
- Llene el depósito venoso con la solución de perfusión. Por lo tanto, verter Lactato de Ringer (175 ml), solución STEEN (200 ml), DRO (27 ml), heparina (1000 IU), bicarbonato de sodio para ajustar el pH, y gluconato de calcio en el depósito venoso. Por último, añadir los eritrocitos lavados (125 ml).
- Encienda la máquina corazón-pulmón (HLM). Activar los paneles de presión, temperatura, nivel y sensores de burbujas. Activar el Sistema de Gestión de Datos (DMS) para grabar los datos en toda la perfusión. Activar la unidad de calentamiento para calentar la solución de perfusión y la cámara de órganos a 37 ° C. Abra el suministro de O2.
- Abra la pinza de la línea detrás del reservorio venoso y liberar al centrifugcabeza de la bomba al del aire por completo. Arranque la bomba centrífuga a 1000 rpm y permite la solución a ser propulsado por todo el circuito. Abrazadera de la tubería sin pasar por el filtro arterial y liberar el aire desde el filtro arterial.
- Cero las líneas de presión. Activar las bombas de jeringa y de infusión.
- Riñón injerto de perfusión
- Retire el riñón del hielo, y la posición de los riñones en la ropa de cama en la cámara de órganos. Coloque el catéter orina en el colector de orina. Después de asegurar que el venosa y el tubo arterial están libres de aire, enchufe los conectores a la tubería.
- Cierre el atajo entre las líneas arterial y venosa de tubería. Ajustar la presión arterial a 75 mmHg mediante la regulación de la velocidad de la bomba centrífuga.
- Presiones de Registros, el flujo arterial, temperatura y presencia de burbujas de forma continua con el DMS. Observe los valores cuidadosamente a lo largo de la perfusión. Durante la perfusión, fugas de sangre en la cámara es Collected a través de la tubería de succión de nuevo en el depósito venoso.
- Registre la cantidad de orina producida. Recoger muestras de sangre y orina venosas por hora. Supervisar la perfusión tomando venosa y las muestras de gases en sangre arterial y la aspartato aminotransferasa (AST), y el análisis de lactato.
- Al final de la perfusión, desconecte el tubo de la arteria y vena renal, lave el injerto de frío HTK, y almacenarla en el hielo en una bolsa de órganos estéril hasta el trasplante.
Representative Results
En la raíz de los resultados de seis experimentos utilizando un modelo de recuperación de riñón corazón latiente se presentan. Después de ras situ y la recuperación de los riñones, los injertos fueron almacenadas en hielo durante 3 horas (SCS), mientras que se prepararon los eritrocitos. Para el entorno clínico, esto simula el tiempo requerido para la recuperación y la preparación posterior de la tabla. NEVKP se realizó durante 10 hr.
Para mantener las condiciones fisiológicas y simular un in vivo que rodea el riñón, la cámara de órganos debe ser calentado y se sella. Perfusión y solución de reemplazo de la orina deben representar valores fisiológicos para el análisis de gases en sangre, la presión oncótica y osmolaridad. Los valores normales (valores basales) obtenidos a partir de cerdos Yorkshire in situ, se encuentran en la descripción de cada figura, respectivamente (Figuras 3 - 13). El objetivo de NEVKP es asegurar que el injerto se suministra con suficiente oxígeno y nutrición. Como la isquemia cautiliza la vasoconstricción, lo que aumenta la resistencia intrarrenal, logrando un flujo constante con una presión estable es un buen indicador para la oxigenación adecuada. Después de que se alcanza la temperatura de injerto objetivo de 37 ° C a través de recalentamiento del órgano después de SCS, los valores de flujo y la resistencia intrarrenal permanecen estables con una presión fisiológica constante de alrededor de 60-80 mmHg durante toda la perfusión (Figuras 3 y 4). La cantidad de la producción de orina depende principalmente de la composición de la solución de perfusión (Figura 5).
Mediciones por hora de venosa y arterial pO 2 revelan la actividad metabólica del riñón. El consumo de oxígeno se calculó utilizando la ecuación ((pO2 arte - pO2 ven) x caudal / peso) (Figura 6) 14. Durante el pH de la perfusión, HCO 3, y los electrolitos son estables sin necesidad de intervenciones (Figuras 7-10). En tiempo real AST y las mediciones de lactato sirven para controlar el daño celular. No se detecta aumento de los parámetros de lesión de las células durante el período NEVKP (Figuras 11 y 12). La osmolaridad de la solución de perfusión es estable (Figura 13). Evaluación histológica revela cambios menores (Figura 14-16).
Figura 3. flujo arterial media con desviación estándar (ml / min). A lo largo de la perfusión del flujo permanece en un rango fisiológico. Valores fisiológicos porcinos, medidos in situ: significa el arte. flujo: 170 ± 57 ml / min (rango de 83 a 325 ml / min).
Figura 4. resistencia intrarrenal (TIR), media y desviación estándar (mmHg / Ml / min). La presión arterial media (MAP) se mantiene constante entre 60 y 80 mmHg. La resistencia intrarrenal está por debajo de 0,5 mmHg / ml / min constantemente.
Figura 5. El volumen total de orina, media y desviación estándar (ml). El volumen total de orina depende principalmente de la composición de la solución de perfusión. Cuanto mayor sea la presión oncótica y la osmolaridad, menor es la producción de orina.
Figura 6. consumo de oxígeno, la media y la desviación estándar (ml / min / g).
Figura 7. venosa pH, desviación media y estándar. La rema pHins constante en un rango fisiológico sin la administración de bicarbonatos. Valores Porcino fisiológicos medidos in situ: pH 7,46 ± 0,06 (rango 7,34-7,63).
Figura 8. HCO 3 venosa, media y desviación estándar (mmol / l). El HCO 3 permanece en un rango fisiológico sin la administración de bicarbonatos. Porcino valores fisiológicos, medidos in situ: HCO 3 30,3 ± 2,4 mmol / L (rango de 21,6 a 35,8 mmol / L).
9. concentración de sodio venosa Figura, la desviación media y estándar (mmol / L). El sodio permanece en un rango fisiológico. Valores fisiológicos porcinos, medidos in situ: 137.1 y# 177; 3,8 mmol / L (rango de 118,7 a 140,9 mmol / L).
10. concentración de potasio venosa Figura, la desviación media y estándar (mmol / L). El potasio se mantiene constante en un rango fisiológico. Porcino valores fisiológicos, medidos in situ: 3,85 ± 0,46 mmol / L (rango de 3,5 a 5,36 mmol / l).
Figura 11. aspartato aminotransferasa venosa, media y desviación estándar. (AST; U / L) En la perfusión renal normotérmica ex vivo, AST demuestra un marcador de daño celular. Los valores de AST son bajos en toda la perfusión.
Figura 12: El lactato , Desviación media y estándar (mmol / L). En la perfusión renal ex vivo normotérmica, lactato representa un marcador de lesión celular. Los valores son estables a lo largo de la perfusión.
Figura 13:. Osmolaridad del suero, media y desviación estándar (mOsm / L) A osmolaridad constante en la solución de perfusión asegura bajo pero constante la producción de orina. Porcino valores fisiológicos, medidos in situ: 282 ± 1,7 mOsm / L (rango de 279 a 283 mOsm / L).
Figura 14:. Histología (H & E) 50X / 200X ampliación de unión corticomedular mostrando vacuolización tubular leve. No hay signos de necrosis.arget = "_ blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 15: Histología (PAS) 50X / 200X ampliación de unión corticomedular mostrando vacuolización tubular leve.. No hay signos de necrosis. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 16:. Histología (tinción TUNEL) 25X / 200X aumentos. Muy de vez en cuando los núcleos se tiñen demostrando tasas muy bajas de la apoptosis. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Discussion
Este estudio demuestra que NEVKP con una solución basada en eritrocitos se puede realizar con excelentes resultados para un período de tiempo prolongado en un modelo porcino. Durante las 10 horas de perfusión ex vivo los riñones demostraron parámetros estables de perfusión, el metabolismo renal activa, la homeostasis y la lesión renal mínima.
La producción de orina y lesión renal dependen de la composición de la solución de perfusión. Es importante mantener la presión oncótica y la osmolaridad del líquido de perfusión dentro de un rango fisiológico. En particular, una presión oncótica baja dará lugar a una producción no fisiológicamente alto orina con edema renal significativa y el aumento de marcadores de lesión renal. STEEN solución que contiene albúmina se elige en este modelo para regular la presión oncótica y para simular las condiciones fisiológicas para el riñón. El bicarbonato de sodio y gluconato de calcio se añaden al sistema para lograr valores fisiológicos de pH, HCO 3
La técnica de la normotérmica ex vivo de perfusión de riñón tiene varias limitaciones. Perfusión ex vivo no está asociado con el apoyo hormonal del riñón, lo que podría impactar negativamente en períodos más largos de perfusión. Además, la nueva tecnología, en este punto en el tiempo, se asocia con un aumento de los costos. Futuras mejoras podrían simplificar la tecnología y reducir los costes. El desarrollo de un dispositivo de perfusión renal portátil podría permitir evitar por completo el almacenamiento en frío de riñón en el futuro.
La escasez de órganos severa y persistente conduce a un mayor uso de órganos marginales (ECD o DCD renales injertos) 7. En la actualidad, la preservación de órganos se basa en el almacenamiento en frío estático o máquina de perfusión hipotérmica. Como el tiempo de isquemia fría prolongado tiene un imp significativaacto en el resultado de la función renal de los criterios estándar 15 e injertos marginales 8,9, las nuevas técnicas de preservación minimizando el almacenamiento en frío son de particular interés 16-19.
Un obstáculo importante para utilizar injertos marginales más extensa es la incapacidad para evaluar la calidad y la viabilidad de los órganos antes del trasplante. Actualmente, parámetros sólo clínicos como la edad de los donantes, las enfermedades relacionadas con los donantes, y el tiempo de isquemia caliente de los injertos se utilizan para la decisión de si un órgano es aceptado o rechazado para trasplante. Al preservar el injerto bajo condiciones normotérmicas, la evaluación de injerto basa en las características de perfusión y de datos es posible. Parámetros en tiempo real tales como el flujo vascular renal, presión, resistencia intrarrenal, la producción de orina, el consumo de oxígeno, y los parámetros de daño renal (como la AST y lactato) se supone que son parámetros útiles para evaluar la viabilidad del injerto.
En Additión, el metabolismo activo durante NEVKP permite la aplicación de estrategias de reparación para mejorar los injertos renales marginales antes del trasplante. Por ejemplo, la inhibición de las vías de pro-inflamatorias, la inmunomodulación, la transferencia de genes, así como la administración de células madre podría ser futuras técnicas para modificar los injertos renales durante el tiempo de conservación y mejorar el resultado destinatario.
Acknowledgments
Queremos dar las gracias a Sorin Group (Milano, Italia) para que nos proporciona circuitos de perfusión renal por encargo. Además agradecemos XVIVO perfusión Inc. (Gotemburgo, Suecia) para que nos proporciona la solución Steen, BBraun AG (Melsungen, Alemania) para el suministro de bombas de jeringa, y Rieber GmbH & Co KG (Reutlingen, Alemania).
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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