Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Medicine

En pre-klinisk svin modell av Orthotopic hjertet transplantasjon

doi: 10.3791/59197 Published: April 27, 2019

Summary

Her beskriver vi en pre-klinisk stor-dyr (svin) modell av orthotopic hjertet transplantasjon som er godt etablert og utnyttet til å undersøke romanen Kardioprotektive strategier.

Abstract

50-årene etter den første vellykkede rapporten, forblir hjerte transplantasjon gull-standard behandling for kvalifiserte pasienter med avansert hjertesvikt. Flere små-dyr modeller av hjertet transplantasjon har blitt brukt til å studere akutte og langsiktige effekter av romanen terapier. Men få er testet og demonstrert suksess i kliniske studier. Det er av avgjørende betydning å evaluere nye terapier i en klinisk relevant stor-dyr modell for effektiv og pålitelig oversettelse av grunnleggende studier funn. Her beskriver vi en pre-klinisk stor-dyr (svin) modell av orthotopic hjertet transplantasjon som har vært fast etablert og tidligere brukt til å undersøke romanen Kardioprotektive strategier. Denne prosedyren fokuserer på akutt iskemi-reperfusion skade og er en pålitelig metode for å undersøke romanen intervensjoner som har blitt testet og validert i mindre eksperimentelle modeller, for eksempel murine modellen. Vi viser dens nytte i å vurdere CARDIAC ytelse under tidlig post-transplantasjon periode og andre potensielle muligheter aktivert av modellen.

Introduction

50-årene etter den første vellykkede rapporten, forblir hjerte transplantasjon gull-standard behandling for kvalifiserte pasienter med avansert hjertesvikt1. Selv om iskemiske tider på opptil fire timer tolereres tilstrekkelig, en iskemiske tid på større enn seks timer er forbundet med dårligere utfall2. Primære pode dysfunksjon forblir den viktigste årsaken til tidlig sykelighet og dødelighet etter transplantasjon2,3. Årsakene til primære pode dysfunksjon er multifaktoriell og inkluderer bruk av marginale organer, mottaker lunge vaskulær sykdom, hyperacute avvisning, og iskemi-reperfusion skade opprettholdes ved transplantasjon3.

Flere studier har undersøkt romanen metoder for donor hjerte bevaring å redusere forekomsten av primære pode dysfunksjon4,5,6,7. Det er vanlig praksis å vurdere nye teknikker og behandlinger i murine modeller av iskemi-reperfusion skade eller heterotopic hjertet transplantasjon. I tillegg små dyremodeller tillater overlevelse modeller og langsiktig oppfølging for å undersøke utviklingen av avvisning og CARDIAC allograft vasculopathy11,12,13. Men de fleste av disse strategiene mislykkes innledende klinisk pilot forsøk eller aldri nå dette stadiet. Det er av overordnet betydning å evaluere nye terapier i en klinisk relevant stor-dyr modell for effektiv og pålitelig oversettelse av grunnleggende studier funn.

Svin hjerte er ofte betraktet som den mest anatomisk lik den menneskelige hjertet ved bruk av store-dyr modeller. Som sådan, det er en ideell plattform for å utføre hjerte kirurgisk forskning. Det er imidlertid flere viktige faktorer å vurdere når du bruker en svin modell. Først vevet er vanligvis beskrevet som skjøre og friable, spesielt i riktig Atrium og lungearterien, blir utsatt for tårer14. I tillegg er gris hjertet anses følsom for manipulasjon og utsatt for arytmi, som er grunnen til at man bør rutinemessig administrere en anti-arrythmetic til hvert dyr i begynnelsen av eksperimentet. En viktig anatomiske forskjellen mellom svin modellen og klinisk hjerte transplantasjon er venstre hemiazygous vene i svin som drenerer direkte inn i koronar sinus. Dette må ligaturer under mottakerens prosedyre for å unngå kontinuerlig blødning. Endelig er svin modellen svært følsom for iskemi, men det er fortsatt hensiktsmessig for akutte studier i hjertet transplantasjon15.

Dette manuskriptet beskriver en pre-klinisk stor-dyr (svin) modell av orthotopic hjerte transplantasjon som har vært fast etablert og utnyttet til å undersøke romanen Kardioprotektive strategier5,6,8 ,9.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den institusjonelle dyr omsorg komiteen godkjent alle eksperimentelle protokoller og dyr ble behandlet etter "guide for omsorg og bruk av laboratorium Animals" utarbeidet av Institutt for laboratorium Animal Resources, National Research Council, 1996. Mannlige Yorkshire griser (40 – 50 kg) ble brukt til å utføre orthotopic hjertet transplantasjon (dyr størrelse kan variere i henhold til etterforskerne skjønn og eksperimentelle mål).

1. giver prosedyre

  1. Bedøvelse induksjon og dyr forberedelse:
    1. Premedicate dyret ved hjelp av en intramuskulær injeksjon av ketamin (20 mg/kg), midazolam (0,3 mg/kg) og atropin (0,04 mg/kg). Utfør bedøvelse induksjon og vedlikehold ved hjelp av inhalativ isoflurane (slutten tidevanns konsentrasjon: 1% – 3%) + 3 L/min O2 via ansiktsmaske.
    2. Bekreft bedøvelse tilstrekkelighet ved å sikre en avslappet kjeve tone og et fravær av smerte under toe knipe. Bedøvelse tilstrekkelighet må følge institusjonelle retningslinjer.
    3. Når bedøvelse tilstrekkelighet er bekreftet, utføre en orotracheal intubering ved hjelp av en endotrakeal tube med størrelse 6.5 – 8 mm.
    4. Plasser en oksygenmetning skjerm på øret eller nederste leppe for kontinuerlig overvåking. Plasser den cauterization elektrode puten på dyrets bakside.
    5. Sett inn en perifer intravenøs tilgang via øre vene (f.eks. 20 g Angiocath). Start en vedlikeholds infusjon (f.eks. 0,9% NaCl). Administrer 2 g magnesium sulfat for å forhindre arytmi.
    6. Sett inn en perkutan sentral venøs skjede Introducer ved hjelp av Seldinger teknikken i høyre hals vene hvis høyre-sidig hjerte catheterization og CARDIAC output målinger skal utføres. Plasser dyret i Trendelenburg posisjon for å lette venøs tilgang. Alternativt kan dette gjøres i venstre interne hals vene. Hvis tilgang ikke kan opprettes, kan dette trinnet utføres etter midtlinjen sternotomy ved å dissekere den interne halsen vene (venstre eller høyre) og sette inn skjede direkte.
  2. Donor hjerte anskaffelser:
    1. Utfør en midtlinjen sternotomy fra midten av livmorhals området til under xiphoid prosessen ved hjelp av en cauterization penn. Åpne brystbenet med en bein sag. Sørg for tilstrekkelig hemostase gjennom hele prosedyren (f.eks. cauterize brystbenet og/eller påføring av bein voks).
    2. I livmorhalsen, trekke sternocleidomastoid muskelen til sentrum og analysere høyre hals puls arterien (alternativt kan dette gjøres med venstre hals puls arterien). Plasser en arterie tilgangs linje (f. eks 20 g Angiocath) inn i høyre halspulsåren for invasiv arteriell trykk overvåking.
    3. Analysere og fjerne thymus fra over pericardium. Forsiktig løfte thymus fra pericardium, ved hjelp av cauterization, og analysere strukturen fra pericardium. For å unngå blødning, cauterize de små fartøyene som stammer fra aorta og overlegen vena cava (SVC) for å vanne thymus.
    4. Åpne pericardium. Analysere aortopulmonary plass ved hjelp av cauterization. For dette, har assistenten trekke høyre ventrikkel utløp spor forsiktig og lungearterien til venstre og har kirurgen trekke inn aorta til høyre. Gjør dette nøye for å unngå direkte lesjoner i lungearterien.
    5. Tøm fremre aspekt av stigende aorta fra bindevev. Trekk forsiktig inn høyre ventrikkel utløp og plassere en veske-streng Sutur ved hjelp av en 4-0 prolene på proksimale stigende aorta adventitia (unngå full tykkelse sting). Sikre denne Sutur med en tourniquet.
    6. Administrer 30 000 enheter av heparin (> 300 U/kg) for å oppnå systemisk antikoagulasjons. Sett inn cardioplegia levering kanyle (f. eks DLP aorta rot kanyle) i stigende aorta mellom vesken-streng Sutur tidligere plassert og sikker ved å stramme tourniquet. Klargjør den cardioplegic løsningen som skal brukes, og koble til leverings kanyle.
    7. Åpne SVC og dårligere vena cava (IVC), og venstre underlegne lunge vene for å sikre tilstrekkelig hjerte ventilering. Plasser aorta Cross-Clamp på den gående stigende aorta (over cardioplegia kanyle). Alternativt kan venstre ventrikkel luftes ved å åpne venstre atrieflimmer vedheng og plassere sug.
    8. Initiere cardioplegia infusjon rettet mot en aorta rot Trykk på 80 til 100 mmHg.
      Merk: forfatterne brukte en modell med 1,5 L av en standard ekstracellulære hyperkalemic cardioplegic løsning ved 4 ° c. Ulike løsninger og volumer kan brukes i henhold til det eksperimentelle oppsettet.
    9. Plasser is slaps (0,9% NaCl) i bryst hulen og over orgelet for avkjøling etter initiering av cardioplegia. Etter at cardioplegia infusjon er ferdig, Fortsett med cardiectomy på en tradisjonell måte. § Aorta og lungearterien etter Innominate arterien og ved bifurkasjonen, henholdsvis for å sikre tilstrekkelig lengde for implantatet.
    10. Etter fjerning, plasser orgelet i en organ pose med minst 500 mL konserverings løsning (standard ekstracellulære hyperkalemic løsning). Plasser dette på is og hold ved 4 ° c. Dette trinnet kan endres i henhold til eksperimentell design og objektiv.

2. mottaker prosedyre:

  1. Bedøvelse induksjon og dyr forberedelse:
    1. Utfør anestesi og overvåkning som beskrevet i giver prosedyren (trinn 1.1.1 til 1.1.6).
    2. Etter innsetting av perkutan sentrale venøs skjede Introducer inn i høyre hals vene, sett inn et sentralt venekateter (f. eks dobbel lumen) i venstre hals vene ved hjelp av Seldinger teknikken. Alternativt kan dette gjøres etter midtlinjen sternotomy som beskrevet ovenfor.
  2. Hjerte bypass (CPB):
    1. Utfør midtlinjen sternotomy og utsett hjertet og de store fartøyene som beskrevet i giver prosedyren (trinn 1.2.1 til 1.2.4).
    2. Analysere mellom SVC og Innominate arterien, og IVC og pericardium ved hjelp av Metzenbaum og "rett vinkel" tang. Omringe SVC og IVC ved hjelp av en navle tape (alternativt en enkel O silke Sutur kan brukes). Fest hver tape/Sutur med en tourniquet.
    3. Plasser 2 konsentriske veske-streng sting ved hjelp av en 4-0 prolene Sutur på den stigende aorta adventitia (unngå full tykkelse sting). Plasser vesken-streng sting bruker 4-0 prolene på IVC og SVC på nivå med perikard refleksjon. Sikre disse sting med gummitourniqeter.
    4. Under CPB forberedelse, har en assistent oppsett og Prime systemet i henhold til etterforskerne og eksperimentelle behov. Den gjeldende prosedyren bruker samme oppsett brukt som institusjonens hjertekirurgi divisjon og sysselsetter hjelp av en utdannet perfusionist. Bypass systemet er primet med 2 liter crystalloid løsning (f. eks Plasmalyte) med 500 mg Solumedrol.
    5. Administrer 30 000 enheter av heparin (> 300 U/kg) for å oppnå systemisk antikoagulasjons. Aktivert blodpropp tid (ACT) bør være over 300 s, hvis testen er tilgjengelig.
    6. Kannelerer aorta med en 17 til 21 F arteriell kanyle. Bruk en ekstrakorporal membran oxygenator (ECMO) kanyle (f. eks EOPA arteriell kanyle) satt inn ved hjelp av Seldinger teknikk for å lette dette trinnet og unngå blodtap. Alternativt kan en standard bypass arteriell kanyle brukes.
    7. Koble kanyle til arterie linjen i bypass-kretsen ved hjelp av en 3/8-3/8 kontakt. Sørg for fullstendig deairing for å unngå luft emboli.
    8. Utfør en bicaval kanyleringen. For dette kannelerer SVC og deretter IVC ved hjelp av 24 til 28 F høyre vinklet enkelt trinns venøs kanyle (f.eks. DLP enkelt lumen vinklet venøs kanyle).
      1. Først gjør et lite snitt (5 mm) i midten av vesken-string Sutur. Dilate snittet med et lite vinklet instrument (f.eks. rett vinkel eller et blunk). Sett inn kanyle dirigere vinkelen superiorly i SVC og forsiktig i IVC (vekk fra hjertet). Sikre ved å stramme tourniquet holde vesken-streng Sutur.
      2. Mellom hvert trinn, dekker snittet med en finger for å unngå overdreven blødning. Koble kanyler til vene linjen i bypass-kretsen ved hjelp av en 3/8-3/8-1/2 Y-kontakt. Sørg for deairing for å unngå en luftslusen i systemet.
    9. Starte CPB. Juster flowrates for å opprettholde et arterietrykk over 50 mmHg (ca 4 L/min). Oppretthold normothermia gjennom hele prosedyren.
      Merk: disse innstillingene kan endres i henhold til den eksperimentelle designen. Vasoactive medikamenter skal kun administreres under CPB om nødvendig for å hjelpe til med trykkregulering (f.eks. adrenalin infusjon).
  3. Donor hjerte implantation:
    1. Etter initiering av CPB, åpne venstre pleura og trekke tilbake det opprinnelige hjertet til høyre. Analysere og omringe det igjen hemiazygous vene benytter en skarp disseksjon instrument (e.g. Metzenbaum) og en rett-innfallsvinkel, respectively. Ombinde distally med en O Silk slips. Bare én ligatur er nødvendig som det opprinnelige hjertet vil bli fjernet.
    2. Cross-klemme mottakeren aorta proksimalt til arteriell kanyle. Snare både vena cava med gummitourniqeter tidligere plassert ved hjelp av O silkebånd. Fjern mottakerens eget hjerte. Alternativt kan hjertet bli arrestert ved hjelp av standard hypotermi blod-basert cardioplegia.
    3. Under cardiectomy, sørg for å opprettholde store mansjetter i mottakeren for å lette donor hjerte implantat. For dette, § aorta og lungearterien proksimalt, nær sine røtter. På samme måte må venstre og høyre Atrium oppbevares med store mansjetter. La høyre og venstre atrieflimmer vedheng i håndjernene, som kan være nødvendig under anastomoser.
    4. Forbered donorhjertet for implantat.
      1. Analysere lungearterien av venstre Atrium og skille lungearterien helt fra aorta. La det være minst 2-3 cm av hvert fartøy som skal beskjæres under implantatet etter behov. Ombinde både vena cava med en O silke slips. Forene alle lunge årer, og skaper en enkelt venstre atrieflimmer å være endetarms.
      2. Sammenlign venstre atrieflimmer størrelser (donor og mottaker) og trim hver etter behov for å bli tilsvarende størrelser. Mottakerens venstre atrieflimmer vedheng kan forkortes, eller donor venstre atrieflimmer og vedheng kan åpnes for dette.
    5. Lever den første cardioplegia dosen til giver hjertet ved hjelp av den tidligere plasserte cardioplegia kanyle som beskrevet i trinn 1.2.6. Cardioplegic beskyttende løsning består av 500 mL av en 2:1 blanding av blod: crystalloid inneholdende 24 mEq av kalium og levert ved 10 ° c. Oppnå ønsket kalium konsentrasjon ved å legge kalium klorid til cardioplegic blandingen.
    6. Etter at hver anastomose er fullført, skal det leveres en ekstra dose på 300 mL cardioplegia ved 10 ° c som inneholder 8 mEq kalium.
    7. Etter alle anastomoser og før fjerning av aorta Cross-Clamp, administrere en ekstra dose av 500 mL varm (37 ° c) blod cardioplegia med 8 mEq av kalium.
    8. Fjern donorhjertet fra lagring og implantat med standard biatrial anastomotiske teknikk i følgende rekkefølge: venstre Atrium, høyre Atrium, lungearterien, og aorta. Bruk en 4-0 prolene Sutur med en SH nål for venstre og høyre Atrium, og aorta og en 5-0 prolene Sutur med en BB nål for lungearterien.
      1. Venstre Atrium: plassere en 4-0 prolene Sutur i krysset mellom venstre Atrium og IVC (høyre dårligere margin) og en annen på 180 ° fra den første, kobler donor og mottaker mansjetter. Fullfør den bakre vegg anastomose. Fullfør fremre vegg anastomose. Dette er utført fra overlegen Sutur til dårligere Sutur.
      2. Høyre Atrium: åpne donor høyre Atrium fra vedheng mot IVC, lage en donor cuff som matcher mottakerens cuff størrelse. Starter på dårligere vinkel (knutepunkt mellom IVC og høyre Atrium), fullføre innvendig vegg anastomose og deretter lateral veggen.
      3. Lungearterien: trim kantene på både mottaker og donor lunge arterier for å lage matchende størrelser. Plasser en 5-0 prolene Sutur på venstre sidevegg forene donor og mottaker fartøy og en annen på høyre sidekanten. Fullfør den underlegne vegg anastomose og deretter fremre vegg anastomose.
      4. Aorta: trim som beskrevet med lungearterien. Plasser en Sutur på venstre sidevegg kobler donor og mottaker fartøy. Fullfør den underlegne veggen og deretter fremre vegg anastomose.
      5. Utfør enkelt lags anastomoser, bortsett fra lungearterien, der det kreves en dobbel lagdelt anastomose. Den svin vev er svært skjør og bør håndteres nøye for å unngå tårer. Viktigere, er lungearterien anastomose det mest delikate trinn av implantatet og må gjøres med ekstrem forsiktighet. Implantatet teknikken kan endres i henhold til kirurger preferanse og eksperimentell design.
    9. Etter fullføring av alle anastomoser og varm cardioplegia dose levering som beskrevet ovenfor, fjerne aorta kryss-Clamp. Inspiser alle anastomoser for områder av blødning, bør de rettes på dette punktet.
    10. Reperfuse giver hjertet for 60 min på CPB. Arytmi kan behandles med indre defibrillering (20-50 J). Hvis det er nødvendig, kan ventrikkel pacing brukes til å opprettholde en puls på 100 slag per min. Antiarrytmisk legemidler (f.eks. amiodaron, lidokain eller magnesium sulfat) kan brukes på etter søkerne, hvis det er nødvendig.
    11. Etter 60 minutter av reperfusion, administreres 1 g kalsiumklorid. Innlede venne fra CPB av avtagende strømmen å halv, så ettall-kvart og så av. Den sentrale vene linjen kan brukes til å overvåke sentralt venetrykk, rettet mot 10 mmHg. Initiere infusjon av vasoactive og inotrop medisiner (f. eks dobutamin, adrenalin, noradrenalin og vasopressin) i henhold til eksperimentell design eller etterforskerne skjønn.
    12. Avvenning anses vellykket hvis dyret opprettholder en systolisk arterietrykk over 60 mmHg for over 30 min etter seponering av CPB. Ettersom dette ikke er en overlevelse modell, ikke reversere heparin; kan forekomme ved kontinuerlig blødning fra nåle hull og dissekert strukturer (f.eks. brystbenet). Donor hjerter reagerer godt på små og gjentatte doser av volum erstatning ved hjelp av CPB systemet. I tillegg svarer svin modellen godt til dobutamin.
      Merk: mottakeren ledelsen bør skreddersys til etterforskerne erfaring og eksperimentell design. En CARDIAC anesthesiologist kan hjelpe på denne måten.

3. vurdering av pode:

  1. Funksjonell vurdering:
    1. Denne store dyre modellen har fordelen av å ha en åpen bryst tilnærming til enhver tid, noe som forenkler direkte funksjonell vurdering. For å måle CARDIAC contractility, bruk trykk volum (PV) loop analyser, ekkokardiografi, og/eller høyre-sidig catheterization.
    2. Trykk-volum løkker10: Plasser en navle tape rundt IVC, og sett inn a PV konduktans kateter inn i venstre ventrikkel gjennom en liten apikale ventriculotomy å tillate kontinuerlige målinger av venstre ventrikkel PV relasjoner. Skaff opptak med fast status for å generere volum avhengige parametere (f.eks. utviklet trykk og strek arbeid), og få deretter okklusjon opptak i tre eksemplarer ved å okkluderer IVC-en for å generere volum uavhengige parametere (f.eks. forhåndsinnlasting recruitable hjerneslag arbeid).
    3. Ekkokardiografi: har CARDIAC anestesileger få epicardial bilder ved hjelp av en standard transesophageal sonde.
    4. Høyre-sidig catheterization: Sett inn et svaner-Ganz kateter gjennom venøs skjede plassert i begynnelsen av prosedyren og GUID mot lungearterien. Dette gjør det mulig å måle sentralt venetrykk, høyre ventrikkel trykk, lunge arterietrykk, lunge kapillær kile trykk, og CARDIAC output ved hjelp av thermodilution teknikken.
    5. Utfør kontraktile evaluering ved Baseline og følgende 2 og 3 h post-reperfusion av donorhjertet i mottakeren. Dette kan endres av etterforskerne i henhold til eksperimentell design.
  2. Metabolsk vurdering:
    1. For metabolske vurderinger, samle arteriell og venøs (alternativt: blandet venøs) blodprøver og lagre plasma for senere analyser. Det bør også innhentes blod gass analyser i sanntid og melkesyre nivåer.
    2. Samle disse prøvene ved Baseline i donor, før anskaffelser i donor, ved Baseline i mottaker, og ved 15, 30 og 60 min av reperfusion av donorhjertet (etter fjerning kryss-klemme). Dette kan endres i henhold til eksperimentell design.
  3. Oppsigelse og døds aktiv for eksperimenter:
    1. Når alle vurderingene er ferdig, exsanguinate mottakeren dyret i venøs reservoar av CPB krets ved å åpne venøs line Clamp. Alternativt kan exsangination oppnås ved høsting av CARDIAC alograft å samle prøver (dvs. hjerte biopsier).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denne pre-klinisk modellen har blitt brukt med hell siden 19945,6,8,9. Tabell 1 demonstrerer representative resultater fra forholdet mellom trykk og volum og echocardiographic parametre tatt ved Baseline, og 3 timer etter transplantasjon i et sett med 5 eksperimenter. Selv om vi ser en nedgang i myocadial contractility etter transplantasjon, var ikke dette statistisk signifikant.

Figur 1 viser representative trykk-volum løkker samlet fra ett eksperiment på samme tid-poeng. Under "steady-state" vurderinger (figur 1, øverste rad). volum avhengige parametere registreres, for eksempel maksimums-og minimums hastighet for utviklet trykk. Volum uavhengige parametere oppnås ved periodisk okklusjon av IVC. Med dette, volumet av venstre ventrikkel avtar gradvis og ulike forhold kan beregnes. I den midterste raden av figur 1, ser vi ende-systolisk og diastolisk trykk-volum relasjoner blir registrert, som representerer forholdet mellom ende-systolisk eller ende-diastolisk press, henholdsvis med tilsvarende diastolisk volum. I den nederste raden OD figur 1, ser vi innspillingen av Forhåndslasting recruitable slag arbeid, som er forholdet mellom slag arbeidet og tilsvarende diastolisk volum.

Til slutt, som sett i figur 2, ulike andre metabolske (f. eks, melkesyre nivåer og pH) og funksjonelle parametre (f. eks, CARDIAC output) kan måles med denne modellen for å teste ulike hypoteser.

Figure 1
Figur 1 . Representative trykk-volum løkker i en steady state, under interiør vena cava (IVC) okklusjon, og relasjoner (forhåndsinnlasting recruitable slag arbeid). (A) ett eksperiment ved Baseline. (B) ett eksperiment etter 3 h av reperfusion. PRSW = forhåndsinnlasting recruitable strek arbeid. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2 . Melkesyre og pH trender under hjertet transplantasjon protokollen. Etter reperfusion, er det en betydelig økning i melkesyre og reduksjon i pH. Dette kan administreres ved å opprettholde tilstrekkelig lufttrykk med riktig volum erstatning og vasoactive narkotikabruk. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Opprinnelig plan 3 timer etter transplantasjon p-verdi
Pulmonal arterie kateter
CARDIAC index (L/min) 3,7 ± 0,8 2,8 ± 0,3 0,485
Trykk-volum analyse
PRSW (Erg ∙ cm-3∙ 103)
Maks dP/dt (mmHg ∙ s-1)
Min dP/dt (mmHg ∙ s-1)
62,1 ± 7
2500 ± 425
-1537 ± 238
53,8 ± 10
1815 ± 410
-1427 ± 317
0,841
0,309
0,547
Ekkokardiografi
LV EF (%)
LV FAC (%)
RV FAC (%)
47,3 ± 3,0
53,8 ± 3,6
39,2 ± 1,3
37,0 ± 4,2
46,4 ± 2,9
32,8 ± 3,6
0,095
0,222
0,309

Tabell 1. Representative press-volum relasjoner og echocardiographic parametre fra et sett av 5 transplantasjon utført ved Baseline og følgende 3 h av reperfusion. Data presentert som gjennomsnittet ± standard feil og sammenlignet med Wilcoxon signert Rank test. EF = utstøting brøk. FAC = brøk område endring. LV = venstre ventrikkel. Max dP/dt = maksimal hastighet av trykkendring i venstre ventrikkel. Min dP/dt = minimums hastighet PF trykkendring i venstre ventricule. PRSW = forhåndsinnlasting recruitable strek arbeid. RV = høyre ventrikkel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dette manuskriptet beskriver en stor-dyr pre-klinisk modell av orthotopic hjertet transplantasjon. Ulike små dyr modeller av heterotopic hjertet transplantasjon har blitt brukt til å studere virkningene av romanen behandlinger for å forbedre organ bevaring og redusere ischemia-reperfusion skade11,12, 13. i tillegg små dyremodeller tillater overlevelse modeller og langsiktig oppfølging for å undersøke utviklingen av avvisning og CARDIAC allograft vasculopathy11,12,13. Men de fleste av disse romanen terapier mislykkes i eller aldri gjøre det til kliniske forsøk. For å lette og effektivisere klinisk oversettelse, en pålitelig og klinisk relevant stor-dyr modell er nødvendig.

Denne protokollen ble utviklet for å undersøke ulike behandling og organ bevaring strategier for å forebygge eller redusere primære pode dysfunksjon og iskemi-reperfusion skade. Som nevnt ovenfor, har denne modellen blitt brukt siden 1994. Forfattere tidligere demonstrert gunstige effekter av hypertonic saltvann infusjon i donor8 eller mottaker9 før organ anskaffelser eller implantat, henholdsvis. Videre, forfattere undersøkt ulike bevaring protokoller og strategier, slik som bruk av donor skur blod infusjoner ved kald lagring6 og effekten av insulin tilskudd til cardioplegic løsning5.

Den store begrensningen av teknikken er beskrevet her er den kortsiktige oppfølging. En langsiktig overlevelse svin hjertet transplantasjon modellen ville være ressurs-intens og involvere høy-kostnader. Prosedyren beskrevet her fokuserer på akutt iskemi-reperfusion skade og er en pålitelig pre-klinisk metode for å undersøke romanen intervensjoner som har blitt testet og validert i mindre eksperimentelle modeller, for eksempel murine modellen. I tillegg kan denne teknikken enkelt ved å tilpasses for langsiktige oppfølgingseksperimenter. Dette vil innebære tilstrekkelig heparin reversering, dyr decannulation, tilstrekkelig hemostase, og brystet nedleggelse.

Svin hjerte er ofte betraktet som den mest anatomisk lik den menneskelige hjertet ved bruk av store-dyr modeller. Som sådan, det er en ideell plattform for å utføre hjerte kirurgisk forskning. Det er imidlertid viktig å merke seg at vevet er vanligvis beskrevet som skjør og friable, spesielt i riktig Atrium og lungearterien, blir utsatt for tårer14. I tillegg er gris hjertet betraktet som følsom for manipulasjon og utsatt for arytmi, noe som er grunnen til magnesium sulfat må rutinemessig administreres til hvert dyr i begynnelsen av eksperimentet. En viktig forskjell mellom svin modellen og klinisk hjerte transplantasjon er venstre hemiazygous vene i svin, som drenerer direkte inn i koronar sinus. Dette må ligaturer under mottakerens prosedyre for å unngå kontinuerlig blødning. Endelig er svin modellen svært følsom for iskemi, som synes hensiktsmessig for akutte studier i hjertet transplantasjon15.

Mottaker behandling etter transplantasjon kan være utfordrende til tider. Det er viktig å revidere alle anastomoser og sikre ingen blødning. Et spesielt plagsomt område er rundt den bakre lungearterien. Som nevnt ovenfor, svin vev og skjøre og kan lett rive; Hvis denne hender, kirurgen kanne rask gå tilbake opp på CPB å korrekt utsendelsen og prøve avvenning nok en gang. Ventrikkel atrieflimmer oppstår vanligvis under innledende reperfusion; Hvis dette ikke løser med enkle defibrillering, farmakologiske intervensjoner, for eksempel 2 g magnesium sulfat eller 1 mg/kg lidokain, kan administreres og en følgende defibrillering bør påføres. Normal sinus rytme kan lett oppnås på under 3 min.

Denne prosedyren krever minst en utdannet kirurg som skal utføres; ytterligere, 3 til 5 eksperimenter er nødvendig for å optimalisere protokollen i hver forskergruppe. I tillegg bør teamet tildele ett medlem til å utelukkende utføre dyr anestesi og mottaker ledelse etter behov (f. eks inotrop støtte). På grunn av de viktige betraktninger om svin modellen som er beskrevet ovenfor, er følgende trinn avgjørende i denne prosedyren: bedøvelse induksjon og intubering (viktig for å unngå å forlenge hypoksemirespirasjonssvikt perioder), hjerte manipulasjon under vurdering, kanyleringen for hjerte bypass, og rett atrieflimmer og anastomose av lungearterien. Men, da disse er rutinemessige trinn utført i klinisk praksis, bør de utføres med forsiktighet og oppmerksomhet på detaljer. Konsistens og repetisjon vil føre til en optimalisert og pålitelig modell for ulike bruksområder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne har ingen bekreftelser.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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, 11 Suppl 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. Chapter 11 107-118 (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. Chapter 27 469-491 (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. Chapter 25 393-410 (2009).
En pre-klinisk svin modell av Orthotopic hjertet transplantasjon
Play Video
PDF DOI

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).More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter