Orthotopic rat nier transplantatie: een nieuwe en vereenvoudigde chirurgische aanpak
Summary
Het doel van dit manuscript en protocol is uit te leggen en in detail de chirurgische ingreep van orthotopic nier transplantatie bij ratten te tonen. Deze methode is vereenvoudigd om de juiste doorbloeding van de donor nier te bereiken en de reperfusie tijd te verkorten met behulp van de veneuze en urineleider manchet anastomosis techniek.
Abstract
Nier transplantatie biedt verhoogde overlevingskansen en een betere kwaliteit van leven voor patiënten met een eindstadium nierziekte, in vergelijking met elk type van renale substitutietherapie. In de afgelopen decennia, de rat nier transplantatie model is gebruikt om de immunologische verschijnselen van afwijzing en tolerantie studie. Dit model is uitgegroeid tot een onmisbaar instrument om nieuwe immunomodulerende geneesmiddelen en regimes te testen voorafgaand aan de procedure met dure preklinische grote dierlijke studies.
Dit protocol biedt een gedetailleerd overzicht van hoe op betrouwbare wijze uit te voeren orthotopic nier transplantatie bij ratten. Dit protocol omvat drie onderscheidende stappen die de kans op succes te vergroten: doorbloeding van de donor nier door blozen door de poortader en het gebruik van een manchet systeem om de renale aderen en urineleiders te anastomose, waardoor afnemende koude en warme ischemie keer. Gebruikend deze techniek, hebben wij overlevingstarieven voorbij 6 maanden met normaal serumcreatinine bij dieren met syngeneic of verdraagzaam nier transplantaties bereikt. Afhankelijk van het doel van de studie, kan dit model door pre-of posttransplant behandelingen worden gewijzigd om de scherpe, chronische, cellulaire, of antilichaam-bemiddelde afwijzing te bestuderen. Het is een reproduceerbaar, betrouwbaar en kosteneffectief diermodel om verschillende aspecten van de nier transplantatie te bestuderen.
Introduction
Historisch, de eerste transplantatie afwijzing studies werden uitgevoerd door Brent en Medawar met behulp van huidtransplantaties in knaagdieren1. Het werd al snel duidelijk dat de huid heeft verschillende immunologische kenmerken, waardoor het een zeer immunogeen orgaan dat anders is in afwijzing van andere vasculaire vaste organen2. Rat studies van Solid orgaantransplantatie afwijzing zijn gewoonlijk beperkt tot hart-, lever-en nier transplantaties. Hoewel elk van deze organen geschikt is om afwijzing te bestuderen, zijn er voordelen en nadelen aan elk van hen. Harttransplantaties worden vaak geplant in de buik en geanastomoseerd aan de aorta en vena cava, met inheemse hart van de ontvanger in plaats3. Dit is niet recreëren menselijke klinische, anatomische en fysiologische omstandigheden. Bovendien, zijn de harten zeer gevoelig voor koude ischemie en moeten bij voorkeur binnen 1 h worden reperfused om hun functie4te kunnen terugkrijgen. Lever transplantaties worden over het algemeen beschouwd als chirurgisch meer uitdagend en tijd-gevoelig te presteren. Na het verwijderen van de inheemse lever, de donorlever moet worden geïmplanteerd en reperfused binnen 30 min als de ontvangers niet langer kan duren zonder een functionerende lever5. De Leverslagader, poortader, en vooral de galwegen reconstructie vereist geraffineerde chirurgische vaardigheden. Naast de chirurgische uitdagingen, is de lever gekend om tolerogenic eigenschappen te bezitten en de knaagdieren en de mensen kunnen operationeel verdraagzaam6,7,8worden. De nier, in tegenstelling tot de bovengenoemde organen, kan worden geplant in een orthotopic mode, is bekend dat een immunogeen orgaan met consistente, reproduceerbare afwijzing episodes (indien niet immuungecompromitteerde), en zorgt voor langdurige koude ischemie tijden van verschillende Uur. Dit maakt de rat nier transplantatie een ideaal model voor het bestuderen van Allograft afwijzing en tolerantie.
Nier transplantatie (KT) is de beste keuze van de behandeling voor patiënten met een eindstadium nierziekte. In de afgelopen decennia, op korte termijn overlevingsresultaten na KT drastisch zijn verbeterd, maar op lange termijn Overleving uitkomsten zijn stagnerende9. Conventionele immunosuppressieve regimes blijven de standaard anti-afwijzing therapie. Nochtans, veroorzaakt het chronische gebruik van immunosuppressieve therapie significante morbiditeit en mortaliteit, zoals nefrotoxiciteit, diabetes, en secundaire maligniteiten10,11,12. Op de lange termijn, chronische antilichaam-en cellulaire-gemedieerde afwijzing bedreigen transplantaat overleving, met beperkte therapeutische opties beschikbaar.
Een belangrijk doel in transplantatie is de inductie van transplantatie tolerantie om de behoefte aan chronische immunosuppressie te ondervangen. De rat KT model is een robuust instrument om de immunologische afwijzing proces te onderzoeken en om nieuwe benaderingen van Immunomodulatie en transplantatie tolerantie te evalueren. De rat dient ook als geschikt model om scherpe en chronische cel-en antilichaam-gemedieerde verwerping13,14,15,16,17te bestuderen. Dit chirurgische model heeft bewezen een betrouwbaar, reproduceerbaar, en kosteneffectieve instrument om verschillende aspecten van Allograft afwijzing en tolerantie studie. Het wordt vaak gebruikt om nieuwe tolerantie-inducerende protocollen te testen voorafgaand aan de onderneming dure en omslachtige studies met grote dieren. Het uitvoeren van KT in ratten vereist uitgebreide chirurgische opleiding en deskundigheid om overlevingspercentages van > 90% te bereiken. In dit manuscript en in de bijbehorende educatieve video, bieden wij een stap-voor-stap schets voor orthotopic KT in de rat, zoals met succes uitgevoerd voor vele jaren bij onze instelling.
Voorafgaand aan het starten van een procedure, donor en ontvanger selectie is kritisch en hangt af van de aard van het experiment. Idealiter, donoren en ontvangers moeten wegen tussen 220-260 g en tussen de 8 tot 12 weken oud. Dieren onder 220 g hebben kleine diameter slagaders, aders en urineleiders, waardoor de anastomosis in de ontvanger bijzonder uitdagend. Minor bloedverlies kan leiden tot hypovolemie en leiden tot de dood in kleinere dieren. Dieren zwaarder dan 260 g display meer vet rond hun schepen, en schip isolatie zal meer operatieve tijd en verhoging van de koude ischemie tijd.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit manuscript beschrijven we de chirurgische methode voor orthotopic KT in ratten in detail, met inbegrip van alle benodigde apparatuur die nodig is om deze procedure uit te voeren (Figuur 5). In 1965, Fisher en Lee publiceerde het eerste rapport over KT in ratten, die werd het begin van een spannend onderzoek veld18. Sindsdien zijn er veel wijzigingen aangebracht om de reproduceerbaarheid van dit model te verbeteren. Het heeft gediend als een effectief diermodel …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door een gulle gift van het Bombeck familielandgoed.
Materials
| Buprenorphine HCL | Reckitt Benckiser Healthcare UK | NDC12496-0757-5 | |
| Dissecting forceps, curved | Zhenbang, China | 11cm Flat handle | |
| Heparin sodium injection USP | Sagent Pharmaceuticals | NDC25021-400-10 | |
| Micro-forceps, straight, smooth | Jingzhong, China | WA3010 | |
| Micro needle holder | Jingzhong, China | WA2010 | |
| Micro vessel clamps | Jingzhong, China | WA40120 | |
| Micro spring sciccor 1 | ROBOZ | RS-5620 | |
| Micro spring sciccor 2 | F.S.T. | 91501-09 | |
| Micro spring sciccor 3 | Zhenbang, China | 8.5cm Vannas,curved | |
| Prograf (Tacrolimus/FK506) | Astellas | ||
| Rats | Charles River & Taconic Biosciences | LEW/Crl & DA-M | |
| Shaver | Wahl | 79600-2101 | |
| Suture 4-0 | Ethicon | J304H | |
| Suture, 4-0 | Ethicon | 683G | |
| Suture, 10-0 | Ethicon | 2820G | |
| Syringes & Needles | BD | ||
| Thread, 8-0 | Ashaway | 75290 | |
| Ureteral cuff | Microlumen | 160-1 | Polymide Tubing, Diameter 0.41 mm |
| Venous cuff | Intramedic BD | 7441 | PE-200 Non-radiopaque polyethylene tubing ID: 1.4 mm, OD: 1.9 mm |
References
- Billingham, R. E., Brent, L., Medawar, P. B. Actively acquired tolerance of foreign cells. Nature. 172 (4379), 603-606 (1953).
- Murray, J. E. Organ transplantation (skin, kidney, heart) and the plastic surgeon. Plastic and Reconstructive Surgery. 47 (5), 425-431 (1971).
- Liu, F., Kang, S. M. Heterotopic heart transplantation in mice. Journal of Visualized Experiments. (6), e238 (2007).
- Ruzza, A., et al. Heterotopic heart transplantation in rats: improved anesthetic and surgical technique. Transplant Proceedings. 42 (9), 3828-3832 (2010).
- Oldani, G., Lacotte, S., Morel, P., Mentha, G., Toso, C. Orthotopic liver transplantation in rats. Journal of Visualized Experiments. (65), e4143 (2012).
- Lang, K. S., et al. Immunoprivileged status of the liver is controlled by Toll-like receptor 3 signaling. Journal of Clinical Investigation. 116 (9), 2456-2463 (2006).
- Sun, Z., et al. Recruitment of host progenitor cells in rat liver transplants. Hepatology. 49 (2), 587-597 (2009).
- Orlando, G., Soker, S., Wood, K. Operational tolerance after liver transplantation. Journal of Hepatolgy. 50 (6), 1247-1257 (2009).
- Lodhi, S. A., Lamb, K. E., Meier-Kriesche, H. U. Solid organ allograft survival improvement in the United States: the long-term does not mirror the dramatic short-term success. American Journal of Transplantation. 11 (6), 1226-1235 (2011).
- Engels, E. A., et al. Spectrum of cancer risk among US solid organ transplant recipients. Journal of the American Medical Association. 306 (17), 1891-1901 (2011).
- Kasiske, B. L., Snyder, J. J., Gilbertson, D., Matas, A. J. Diabetes mellitus after kidney transplantation in the United States. American Journal of Transplantation. 3 (2), 178-185 (2003).
- de Mattos, A. M., Olyaei, A. J., Bennett, W. M. Nephrotoxicity of immunosuppressive drugs: long-term consequences and challenges for the future. American Journal of Kidney Diseases. 35 (2), 333-346 (2000).
- Hu, X., et al. Chimeric Allografts Induced by Short-Term Treatment With Stem Cell-Mobilizing Agents Result in Long-Term Kidney Transplant Survival Without Immunosuppression: A Study in Rats. American Journal of Transplantation. 16 (7), 2055-2065 (2016).
- Shrestha, B., Haylor, J. Experimental rat models of chronic allograft nephropathy: a review. International Journal of Nephrology and Renovascular Disease. 7, 315-322 (2014).
- Fu, Y., et al. Successful transplantation of kidney allografts in sensitized rats after syngeneic hematopoietic stem cell transplantation and fludarabine. American Journal of Transplantation. 14 (10), 2375-2383 (2014).
- Grau, V., et al. Immune Complex-Type Deposits in the Fischer-344 to Lewis Rat Model of Renal Transplantation and a Subset of Human Transplant Glomerulopathy. Transplantation. 100 (5), 1004-1014 (2016).
- Vogelbacher, R., et al. Bortezomib and sirolimus inhibit the chronic active antibody-mediated rejection in experimental renal transplantation in the rat. Nephrology Dialysis Transplantation. 25 (11), 3764-3773 (2010).
- Fisher, B., Lee, S. Microvascular surgical techniques in research, with special reference to renal transplantation in the rat. Surgery. 58 (5), 904-914 (1965).
- Mahabir, R. N., Guttmann, R. D., Lindquist, R. R. Renal transplantation in the inbred rat. X. A model of “weak histoincompatibility” by major locus matching. Transplantation. 8 (4), 369-378 (1969).
- Wang, J. J., Hockenheimer, S., Bickerstaff, A. A., Hadley, G. A. Murine renal transplantation procedure. Journal of Visualized Experiments. (29), e1150 (2009).
- Bickerstaff, A. A., Wang, J. J., Pelletier, R. P., Orosz, C. G. Murine renal allografts: spontaneous acceptance is associated with regulated T cell-mediated immunity. Journal of Immunology. 167 (9), 4821-4827 (2001).
- Silber, S. J., Crudop, J. Kidney transplantation in inbred rats. American Journal of Surgery. 125 (5), 551-553 (1973).
- D’Silva, M., et al. Rat kidney transplantation update with special reference to vesical calculi. Microsurgery. 11 (2), 169-176 (1990).
- Yin, M., Booster, M. H., Bogaard, A. E. J. M., Kootstra, G. A simple technique to harvest two kidneys from one donor rat for transplantation. Lab Animal. 28 (4), 387-390 (1994).
- Lopez-Neblina, F., Toledo-Pereyra, L. H., Suzuki, S. Ultrarapid orthotopic technique for renal transplantation in the rat. Microsurgery. 15 (4), 274-278 (1994).
- Blom, D., Orloff, M. S. A more versatile and reliable method for renal transplantation in the rat. Microsurgery. 18 (4), 267-269 (1998).
- Engelbrecht, G., Kahn, D., Duminy, F., Hickman, R. New rapid technique for renal transplantation in the rat. Microsurgery. 13 (6), 340-344 (1992).
- Kline, R., Churchill, M., Churchill, P., Bidani, A., Schwartz, M. High osmolality-low pH flush solutions improve renal transplant function in rats. Urology Research. 19 (2), 81-86 (1991).
- Fray, J. C. Mechanism by which renin secretion from perfused rat kidneys is stimulated by isoprenaline and inhibited by high perfusion pressure. The Journal of Physiology. 308, 1-13 (1980).
- Fry, D. L. Acute vascular endothelial changes associated with increased blood velocity gradients. Circulation Research. 22 (2), 165-197 (1968).
- Pahlavan, P. S., Smallegange, C., Adams, M. A., Schumacher, M. Kidney transplantation procedures in rats: assessments, complications, and management. Microsurgery. 26 (5), 404-411 (2006).
- Savas, C. P., et al. Renal transplantation in the rat–a new simple, non-suture technique. Urology Research. 13 (2), 91-93 (1985).
- Fabre, J., Lim, S. H., Morris, P. J. Renal transplantation in the rat: details of a technique. The Austalian and New Zealand Journal of Surgery. 41 (1), 69-75 (1971).
- Cameron, A. M., et al. Chimeric Allografts Induced by Short-Term Treatment With Stem Cell Mobilizing Agents Result in Long-Term Kidney Transplant Survival Without Immunosuppression: II, Study in Miniature Swine. American Journal of Transplantation. 16 (7), 2066-2076 (2016).
