Summary

En præklinisk Porcin model af Ortotopisk hjerte transplantation

Published: April 27, 2019
doi:

Summary

Her beskriver vi en præklinisk stor-animalsk (svin) model af ortotopisk hjertetransplantation, der er blevet solidt etableret og udnyttet til at undersøge nye kardioprotektive strategier.

Abstract

50-år efter den første vellykkede rapport, er hjertetransplantation fortsat den Gold-standardbehandling for kvalificerede patienter med fremskreden hjerteinsufficiens. Flere smådyrs modeller af hjertetransplantation er blevet brugt til at studere de akutte og langsigtede virkninger af nye terapier. Men kun få er testet og demonstreret succes i kliniske forsøg. Det er af afgørende betydning at evaluere nye terapier i en klinisk relevant model for store dyr for at sikre en effektiv og pålidelig oversættelse af de grundlæggende undersøgters resultater. Her beskriver vi en præklinisk stor-animalsk (svin) model af ortotopisk hjertetransplantation, der er blevet fast etableret og tidligere anvendt til at undersøge nye kardioprotektive strategier. Denne procedure fokuserer på akut iskæmi-reperfusion skade og er en pålidelig metode til at undersøge nye interventioner, som er blevet testet og valideret i mindre eksperimentelle modeller, såsom murine model. Vi viser, at det er nyttigt at vurdere hjertets ydeevne i den tidlige periode efter transplantationen og andre potentielle muligheder, som modellen har givet mulighed for.

Introduction

50-år efter den første vellykkede rapport er hjertetransplantation fortsat den Gold-standardbehandling for kvalificerede patienter med fremskreden hjerteinsufficiens1. Selvom iskæmiske tider på op til fire timer tolereres tilstrækkeligt, en iskæmisk tid på mere end seks timer er forbundet med ringere resultater2. Primær transplantations dysfunktion er fortsat den vigtigste årsag til tidlig sygelighed og dødelighed efter transplantation2,3. Årsagerne til primær transplantat dysfunktion er multifaktorielle og omfatter brugen af marginale organer, recipient pulmonal vaskulær sygdom, hyperakut afstødning og iskæmi-reperfusion skade på tidspunktet for transplantation3.

Flere undersøgelser har undersøgt nye metoder til donor hjerte bevaring at reducere forekomsten af primær transplantat dysfunktion4,5,6,7. Det er almindelig praksis at vurdere nye teknikker og behandlinger i murine modeller af iskæmi-reperfusion skade eller heterotop hjertetransplantation. Derudover tillader små dyremodeller overlevelses modeller og langsigtet opfølgning for at undersøge udviklingen af afstødning og hjerte-allograft-vasculopati11,12,13. Men, de fleste af disse strategier mislykkes indledende kliniske pilotforsøg eller aldrig nå denne fase. Det er af afgørende betydning at evaluere nye terapier i en klinisk relevant model for store dyr for at sikre en effektiv og pålidelig oversættelse af de grundlæggende undersøgters resultater.

Den svin hjerte er ofte betragtes som den mest anatomisk ligner det menneskelige hjerte, når du bruger store-animalske modeller. Som sådan er det en ideel platform til at udføre kardiel kirurgisk forskning. Men, der er flere vigtige faktorer at overveje, når du bruger en svine model. For det første beskrives vævet typisk som skrøbeligt og friable, især i det højre atrium og lungearterien, der er tilbøjelig til at græde14. Desuden, gris hjerte anses for følsom over for manipulation og tilbøjelige til arytmier, hvilket er grunden til man bør rutinemæssigt administrere en anti-arrythmetic til hvert dyr i begyndelsen af eksperimentet. En vigtig anatomisk forskel mellem svine modellen og klinisk hjertetransplantation er den venstre hemiazygøse vene i svinet, som dræner direkte ind i koronar sinus. Dette skal være ligeret under modtager proceduren for at undgå kontinuerlig blødning. Endelig, svine modellen er meget følsom over for iskæmi, men det er stadig hensigtsmæssigt for akutte undersøgelser i hjertetransplantation15.

Dette manuskript beskriver en præklinisk stor-animalsk (svin) model af ortotopisk hjertetransplantation, der er blevet solidt etableret og udnyttet til at undersøge nye kardioprotektive strategier5,6,8 ,9.

Protocol

Den institutionelle dyrepleje Komité godkendte alle forsøgsprotokoller og dyr blev behandlet efter “vejledning til pleje og anvendelse af forsøgsdyr” udarbejdet af instituttet for Laboratoriedyrs ressourcer, National Research Council, 1996. Mandlige Yorkshire grise (40 – 50 kg) blev brugt til at udføre de ortotopiske hjertetransplantationer (dyrs størrelse kan variere efter investigatorerne skøn og eksperimentelle mål). 1. donor procedure Anæstesi induktion og tilberedning …

Representative Results

Denne prækliniske model er blevet anvendt med succes siden 19945,6,8,9. Tabel 1 viser repræsentative resultater fra tryk-volumen relationer og ekko kardiografiske parametre taget ved baseline, og 3 h efter transplantation i et sæt af 5 eksperimenter. Selvom vi ser et fald i myocadial kontraktilitet efter transplantation, var dette ikke statistisk signifikant. <p class="j…

Discussion

Dette manuskript beskriver en stor-animalsk præklinisk model for ortotopisk hjertetransplantation. Forskellige små dyr modeller af heterotop hjertetransplantation er blevet anvendt med succes til at studere virkningerne af nye behandlinger til at forbedre organ bevaring og mindske iskæmi-reperfusion skade11,12, 13. Derudover tillader små dyremodeller overlevelses modeller og langsigtet opfølgning for at undersøge udviklin…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Forfatterne har ingen bekræftelser.

Materials

Amiodarone Purchased from institutional pharmacy
Angiocath 20G BD 381704
Calcium Chloride 1g/10ml Purchased from institutional pharmacy
Cardioplegia solution This should be chosen at the investigators discretion. 
Cautery Pencil Covidien E2515H
Central Venous Catheter double-lumen Cook Medical C-UDLM-501J-LSC
CPB pack Medtronic Custom-made cardiopulmonary bypass perfusion circuit.
D5W 5% 250ml Baxter JB1064
DLP Aortic Root Cannula/stabber Medtronic 12218
DLP single-lumen venous cannula (24F or 28F) This should be chosen at the investigators discretion. 
Dobutamine Purchased from institutional pharmacy
Electrode Polyhesive Covidien E7507
EOPA arterial cannula (17F or 21F) This should be chosen at the investigators discretion. 
Epinephrine Purchased from institutional pharmacy
Eppendorf Tubes, 1.5 mL Sarstedt  72.690.001
Gloves, nitrile, medium Fischer 27-058-52
Heparin 1000 IU/ml Purchased from institutional pharmacy
Ketalean (Ketamine) inj. 100mg/ml, 50ml/vial Health Canada Requires health canada approval
Lidocaine/Xylocaine 1% Purchased from institutional pharmacy
Magnesium Sulfate 5g/10ml Purchased from institutional pharmacy
Midazolam inj. USP 5mg/ml vial/10ml Health Canada Requires Health canada approval
MPS Quest delivery disposable pack Quest medical 5001102-AS
NACL 0.9% 1L Baxter JB1324
Organ Bag CardioMed 2990
Pipette Tips, 1 mL Fisherbrand 02-707-405
Propofol 1mg/ml Purchased from institutional pharmacy
Rocuronium Purchased from institutional pharmacy
Set Admin Prim NF PB W/Checkvalve Smith Medical 21-0442-25 Intravenous infusion pump line. Researchers should choose infusion lines compatible with the infusion pump available at their facilities
Set Intro Sheath 8.5FRx 10CM Arrow SI-09880
Sofsilk 0 wax coated Covidien S316
Solumedrol 500mg/5ml Purchased from institutional pharmacy
Suction tip Covidien 8888501023
Suction Tubing 1/4" x 120" Med-Rx 70-8120
Suture 5.0 Prolene BB Ethicon 8580H
Suture Prolene Blum 4-0 SH 36 Ethicon 8521H
Sutures 2.0 Prolene Blu M SH Ethicon 8523H
Sutures BB 4.0 Prolene  Ethicon 8881H
Tracheal Tube, 6.5mm Mallinckrodt 86449

References

  1. Lund, L. H., Edwards, L. B., et al. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: Thirty-third Adult Heart Transplantation Report-2016; Focus Theme: Primary Diagnostic Indications for Transplant. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 35 (10), 1158-1169 (2016).
  2. Lund, L. H., Edwards, L. B., et al. The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation_ Thirty-first Official Adult Heart Transplant Report-2014; Focus Theme_ Retransplantation. The. Journal of Heart and Lung Transplantation. 33 (10), 996-1008 (2014).
  3. Cosío Carmena, M. D. G., Gómez Bueno, M., et al. Primary graft failure after heart transplantation: characteristics in a contemporary cohort and performance of the RADIAL risk score. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 32 (12), 1187-1195 (2013).
  4. Fedak, P. W. M., Rao, V., et al. Combined endothelial and myocardial protection by endothelin antagonism enhances transplant allograft preservation. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 129 (2), 407-415 (2005).
  5. Ramzy, D., Rao, V., et al. Cardiac allograft preservation using donor-shed blood supplemented with L-arginine. The Journal of Heart and Lung Transplantation. 24 (10), 1665-1672 (2005).
  6. Rao, V., Feindel, C. M., Weisel, R. D., Boylen, P., Cohen, G. Donor blood perfusion improves myocardial recovery after heart transplantation. Journal of Heart and Lung Transplantation. 16 (6), 667-673 (1997).
  7. Wicomb, W. N., Cooper, D. K., Barnard, C. N. Twenty-four-hour preservation of the pig heart by a portable hypothermic perfusion system. Transplantation. 34 (5), 246-250 (1982).
  8. Badiwala, M. V., Ramzy, D., et al. Donor pretreatment with hypertonic saline attenuates primary allograft dysfunction: a pilot study in a porcine model. Circulation. 120, 206-214 (2009).
  9. Ribeiro, R. V. P., Badiwala, M. V., Ramzy, D., Tumiati, L. C., Rao, V. Recipient Hypertonic Saline Infusion Prevents Cardiac Allograft Dysfunction. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. , (2018).
  10. Townsend, D. Measuring Pressure Volume Loops in the Mouse. Journal of Visualized Experiments. (111), e53810 (2016).
  11. Ratschiller, T., Deutsch, M. -. A., et al. Heterotopic Cervical Heart Transplantation in Mice. Journal of Visualized Experiments. (102), e52907 (2015).
  12. Fukunaga, N., Bissoondath, V., Rao, V. Submandibular Gland-preserving Technique for Heterotopic Cervical Heart Transplantation in Mice. Transplantation. 1, (2018).
  13. Gong, W. Mouse Heterotopic Abdominal Heart Transplant Model. Rodent Transplant Medicine. , 107-118 (2014).
  14. Robinson, N., Souslian, L., Gallegos, R. P., Rivard, A. L., Dalmasso, A. P., Bianco, R. W. Animal Models for Cardiac Research. Handbook of Cardiac Anatomy, Physiology, and Devices. , 469-491 (2015).
  15. Bianco, R. W., Gallegos, R. P., Rivard, A. L., Voight, J., Dalmasso, A. P. Animal Models for Cardiac Research. Handbook of Cardiac Anatomy, Physiology, and Devices. , 393-410 (2009).

Play Video

Cite This Article
Ribeiro, R. V. P., Alvarez, J. S., Yu, F., Adamson, M. B., Fukunaga, N., Serrick, C., Bissoondath, V., Meineri, M., Badiwala, M. V., Rao, V. A Pre-Clinical Porcine Model of Orthotopic Heart Transplantation. J. Vis. Exp. (146), e59197, doi:10.3791/59197 (2019).

View Video