Een knaagdiermodel van de Ross-operatie: syngenetische longslagadertransplantatie in een systemische positie
Summary
We laten zien hoe een muizenmodel van pulmonale wortelimplantatie in de dalende aorta kan worden vastgesteld om de Ross-procedure te simuleren. Dit model maakt de evaluatie op middellange/lange termijn van pulmonale autograftremodellering in een systemische positie mogelijk en vormt de basis voor het ontwikkelen van therapeutische strategieën om de aanpassing ervan te bevorderen.
Abstract
De Ross-operatie voor aortaklepaandoeningen heeft nieuwe interesse herwonnen vanwege de uitstekende langetermijnresultaten. Niettemin, wanneer gebruikt als vrijstaande wortelvervanging, wordt de mogelijke verwijding van de pulmonale autograft en de daaropvolgende aortaregurgitatie beschreven. Er zijn verschillende diermodellen voorgesteld. Deze zijn echter meestal beperkt tot ex-vivo modellen of in-vivo experimenten met relatief dure grote diermodellen. In deze studie probeerden we een knaagdiermodel van pulmonale arterietransplantaat (PAG) implantatie in een systemische positie vast te stellen. In totaal werden 39 volwassen Lewis-ratten opgenomen. Direct na euthanasie werd de longwortel geoogst bij een donordier (n=17). Syngeneïsche recipiënte (n=17) en schijngeoperatieerde (n=5) ratten werden verdoofd en geventileerd. In de ontvangende groep werd de PAG geïmplanteerd met een end-to-end anastomose in infra-renale abdominale aortapositie. Sham-geopereerde ratten ondergingen alleen transsectie en re-anastomose van de aorta. De dieren werden gevolgd met seriële echografie gedurende twee maanden en postmortale histologische analyse. De mediane PAG-diameter in de oorspronkelijke positie was 3,20 mm (IQR = 3,18-3,23). Bij follow-up was de mediane diameter van de PAG 4,03 mm (IQR=3,74-4,13) na 1 week, 4,07 mm (IQR=3,80-4,28) na 1 maand en 4,27 mm (IQR=3,90-4,35) na 2 maanden (p<0,01). De piek systolische snelheid was 220,07 mm/s (IQR=210,43-246,41) na 1 week, 430,88 mm/s (IQR=375,28-495,56) na 1 maand en 373,68 mm/s (IQR=305,78-429,81) na 2 maanden (p=0,02) en verschilde niet van de schijngroep aan het einde van het experiment (p=0,5). Histologische analyse toonde geen enkel teken van endotheeltrombose. Deze studie toonde aan dat knaagdiermodellen de evaluatie van de langetermijnadaptatie van de longwortel aan een hogedruksysteem mogelijk maken. Een systemisch geplaatste syngenetische PAG-implantatie vertegenwoordigt een eenvoudig en haalbaar platform voor de ontwikkeling en evaluatie van nieuwe chirurgische technieken en medicamenteuze therapieën om de resultaten van de Ross-operatie verder te verbeteren.
Introduction
Congenitale aortaklepstenose is een subgroep van aangeboren hartaandoeningen die wordt gekenmerkt door een obstructie van het linkerventrikelkanaal waarin de laesie zich op valvulair niveau bevindt. De misvorming treft ongeveer 0,04-0,38 per 1000 levendgeborenen1.
De beschikbare opties voor de correctie zijn talrijk, elk met zijn eigen voor- en nadelen. Voor patiënten die geschikt zijn voor een biventriculaire correctie2, kan de aanpak gericht zijn op klepreparatie (percutane of chirurgische valvulotomie) of de vervanging ervan3. Dit laatste heeft de voorkeur wanneer de aortaklep als onherstelbaar wordt beschouwd; de beschikbare opties zijn echter beperkt voor pediatrische patiënten. Bioprothetische kleppen zijn inderdaad niet geïndiceerd voor aortavervanging bij de jonge populatie vanwege hun vroege verkalking4. Aan de andere kant is degeneratie in mechanische kleppen aanzienlijk langzamer, maar deze vereisen levenslange antistollingstherapie5. Bovendien wordt de belangrijkste beperking van deze prothesen vertegenwoordigd door het gebrek aan groeipotentieel, waardoor de patiënten vatbaar zijn voor extra re-interventies.
Een interessante therapeutische optie in de pediatrische populatie is de overdracht van de pulmonale autograft naar de aortapositie genaamd “Ross-operatie”. In dit geval wordt de longklep dan vervangen door een homograft (figuur 1)6. Deze procedure kan mogelijk de beste chirurgische keuze voor kinderen zijn, omdat het pulmonale autograft zijn groeipotentieel behoudt en niet de risico’s van levenslange antistollingstherapie met zich meebrengt. Bovendien kan de Ross-procedure ook bij jonge volwassenen van grote waarde zijn om een mechanische of biologische klep te vermijden, met het potentieel om de beste chirurgische oplossing te worden.
De resultaten na vervanging van de aortaklep met pulmonale autograft zijn uitstekend, met een overleving van meer dan 98% en goede resultaten op lange termijn7. Literatuurstudies melden 93% en 90% vrijheid van vervanging van het pulmonale homograft na respectievelijk 4 en 12 jaar8.
De belangrijkste beperking van deze procedure is de neiging van de autograft om op de lange termijn te verwijden, vooral wanneer het wordt gebruikt als een vrijstaande wortelvervanger. Dit kan valvulaire incompetentie veroorzaken die een herinterventie kan vereisen. Inderdaad, de langste follow-upstudie die tot nu toe is uitgevoerd, meldt een vrijheid van heroperatie voor autograftvervanging van 88% na 10 jaar en 75% na 20 jaar9.
De mogelijkheid om een Ross-operatie in een experimentele setting te recreëren, is een fundamentele voorwaarde om het onderliggende mechanisme van de pulmonale autograftaanpassing aan systemische druk te onderzoeken. In het verleden zijn verschillende modellen voorgesteld. Deze zijn echter meestal beperkt tot ex-vivo experimenten of in-vivo diermodellen met een relatief duur groot dier. In deze studie probeerden we een knaagdiermodel van pulmonale artery graft (PAG) implantatie in een systemische positie vast te stellen, als vrijstaande wortel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aortaklepvervanging door de autologe longwortel (Ross-operatie) is een aantrekkelijke optie voor aangeboren aortaklepstenoseherstel vanwege het gunstige profiel en de potentiële groei van het autograft10. De belangrijkste beperking van deze procedure is de potentiële dilatatie van de aorta neo-klep, die vatbaar is voor de ontwikkeling van langdurige regurgitatie. De mogelijkheid om de modificaties op de longslagader na blootstelling aan systemische druk te karakteriseren, zou de basis kunnen vor…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De studie werd gefinancierd uit het integraal budget voor interdepartementaal onderzoek (BIRD) 2019.
Materials
| 0.9% Sodium Chloride | Monico SpA | AIC 030805105 | Two bottles of 100 mL. The cold one (4°C) for flushing the harvesting organ; the warm one (39°C) for moistening, and rehydration of the recipient |
| 7.5% Povidone-Iodine | B Braun | AIC 032151211 | |
| Barraquer | Aesculap | FD 232R | Straight micro needle holder for the vascular anastomoses |
| Castroviejo needle holder | Not available | J 4065 | To close the animal |
| Clip applying forceps | Rudolf Medical | RU 3994-05 | For clip application |
| Cotton swabs | Johnson & Johnson Medical SpA | N/A | Supermarket product. Sterilized |
| Curved micro jeweller forceps | Rudolf Medical | RU 4240-06 | Used to pass sutures underneath the vases. |
| Depilatory cream | RB healthcare | N/A | Supermarket product |
| Electrocautery machine | LED SpA | Surton 200 | |
| Fine scissors | Rudolf Medical | RU 2422-11 | For opening the abdomen (recipient) |
| Fine-tip curved Vannas micro scissors | Aesculap | OC 497R | Only for preparing the pulmonary root, cut the lumbar vases and the 10/0 Prolene |
| Fluovac Isoflurane/Halotane Scavanger unit | Harvard Apparatus Ltd | K 017041 | Complete of anesthesia machine, anesthesia tubing, induction chamber and scavenger unit with absorbable filter |
| Gentamycin | MSD Italia Srl | AIC 020891014 | Antibiotic. Single dose, 5 mg/kg intramuscular, administered during surgery |
| Heparin | Pharmatex Italia Srl | AIC 034692044 | 500 IU into the recipient abdominal vena cava |
| I.V. Catheter | Smiths Medical Ltd | 4036 | 20G |
| Insulin Syringe, 1 mL | Fisher Scientific | 14-841-33 | To inject heparin in the harvesting animal and to flush the sectioned aorta in the recipient |
| Jeweler bipolar forceps | GIMA SpA | 30665 | 0.25 mm tip. For electrocautery of very small vases |
| Lewis rats (LEW/HanHsd) | Envigo RMS SRL, San Pietro al Natisone, Udine, Italy | 86104M | Male or female, weighing 200-250 g (pulmonary root harvesting animals) and 320-400 g (recipients) |
| Micro-Mosquito | Rudolf Medical | RU 3121-10 | In number of four, with tips covered with silicon tubing. To keep in traction the Prolene suture during anastomosis |
| Operating microscope | Leica Microsystems | M 400-E | Used with 6x, 10x and 16x in-procedure interchangeable magnifications |
| Perma-Hand silk 2-0 | Johnson & Johnson Medical SpA | C026D | To lift the aorta |
| Petrolatum ophthalmic ointment | Dechra | NDC 17033-211-38 | |
| Prolene 10-0 | Johnson & Johnson Medical SpA | W2790 | Very fine non-absorbable suture, with a BV75-3 round bodied needle, for the vascular anastomoses |
| Retractors | Not any | N/A | Two home-made retractors |
| Ring tip micro forceps | Rudolf Medical | RU 4079-14 | For delicate manipulation |
| Sevoflurane | AbbVie Srl | AIC 031841036 | Mixed with oxygen, for inhalatory anesthesia |
| Spring type micro scissors | Rudolf Medical | RU 2380-14 | Straight; 14 cm long |
| Standard aneurysm clips | Rudolf Medical | RU 3980-12 | Two clips (7.5 mm; 180 g; 1.77 N) to close the aorta |
| Sterile gauze of non-woven fabric material | Luigi Salvadori SpA | 26161V | 7.5×7.5 cm, four layers |
| Straight Doyen scissors | Rudolf Medical | RU/1428-16 | For use to the donor |
| Straight micro jeweller forceps | Rudolf Medical | RU 4240-04 | 10.5 cm long. Used throughout the anastomosis |
| Syringes | Artsana SpA | N/A | 20 mL (for the harvesting animal) and 5 mL (for the recipient). For saline flushing and dipping |
| TiCron 4-0 | Covidien | CV-331 | For closing muscles and skin |
| Tissue forceps V. Mueller | McKesson | CH 6950-009 | Used for skin and muscles |
| Tramadol | SALF SpA | AIC 044718029 | Analgesic. Single dose, 5 mg/kg intramuscular |
| Virgin silk 8-0 | Johnson & Johnson Medical SpA | W818 | For arterial branch ligation |
References
- Botto, L. D., Correa, A., Erickson, J. D. Racial and temporal variations in the prevalence of heart defects. Pediatrics. 107 (3), 32 (2001).
- Vergnat, M., et al. Aortic stenosis of the neonate: A single-center experience. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 157 (1), 318-326 (2019).
- Hraška, V., et al. The long-term outcome of open valvotomy for critical aortic stenosis in neonates. The Annals of Thoracic Surgery. 94 (5), 1519-1526 (2012).
- Kaza, A. K., Pigula, F. A. Are bioprosthetic valves appropriate for aortic valve replacement in young patients. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. 19 (1), 63-67 (2016).
- Myers, P. O., et al. Outcomes after mechanical aortic valve replacement in children and young adults with congenital heart disease. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 157 (1), 329-340 (2019).
- Donald, J. S., et al. Ross operation in children: 23-year experience from a single institution. The Annals of thoracic surgery. 109 (4), 1251-1259 (2020).
- Khwaja, S., Nigro, J. J., Starnes, V. A. The Ross procedure is an ideal aortic valve replacement operation for the teen patient. Seminars in Thoracic and Cardiovascular Surgery: Pediatric Cardiac Surgery Annual. , 173-175 (2005).
- Elkins, R. C., Lane, M. M., McCue, C. Ross operation in children: late results. The Journal of Heart Valve Disease. 10 (6), 736-741 (2001).
- Chambers, J. C., Somerville, J., Stone, S., Ross, D. N. Pulmonary autograft procedure for aortic valve disease: long-term results of the pioneer series. Circulation. 96 (7), 2206-2214 (1997).
- Mazine, A., et al. Ross procedure in adults for cardiologists and cardiac surgeons: JACC state-of-the-art review. Journal of the American College of Cardiology. 72 (22), 2761-2777 (2018).
- Sengupta, P. The laboratory rat: Relating its age with humans. International Journal of Preventive Medicine. 4 (6), 624-630 (2013).
- Ashfaq, A., Leeds, H., Shen, I., Muralidaran, A. Reinforced ross operation and intermediate to long term follow up. Journal of Thoracic Disease. 12 (3), 1219-1223 (2020).
- Vida, V. L., et al. Age is a risk factor for maladaptive changes of the pulmonary root in rats exposed to increased pressure loading. Cardiovascular Pathology: The Official Journal of the Society for Cardiovascular Pathology. 21 (3), 199-205 (2012).
- Nappi, F., et al. An experimental model of the Ross operation: Development of resorbable reinforcements for pulmonary autografts. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 149 (4), 1134-1142 (2015).
- Vanderveken, E., et al. Mechano-biological adaptation of the pulmonary artery exposed to systemic conditions. Scientific Reports. 10 (1), 2724 (2020).
