מודל מכרסמים של פעולת רוס: השתלת שתל עורק ריאות סינגני במיקום מערכתי
Summary
אנו מדגימים כיצד ליצור מודל מורין של השתלת שורש ריאתי לתוך אבי העורקים היורד כדי לדמות את הליך רוס. מודל זה מאפשר הערכה לטווח בינוני/ארוך של שיפוץ השתלת ריאות במצב מערכתי, המייצג את הבסיס לפיתוח אסטרטגיות טיפוליות לקידום הסתגלותו.
Abstract
פעולת רוס למחלת שסתום אבי העורקים חזר עניין חדש בשל התוצאות לטווח ארוך יוצא מן הכלל שלה. עם זאת, כאשר מועסקים כתחליף שורש עצמאי, מתוארת ההתרחבות האפשרית של השתלת הריאות וההתארגנות הבאה של אבי העורקים. מספר מודלים של בעלי חיים הוצעו. עם זאת, אלה מוגבלים בדרך כלל לדגמי ex-vivo או לניסויים in-vivo עם דגמים בעלי חיים גדולים ויקרים יחסית. במחקר זה, ביקשנו להקים מודל מכרסם של השתלת עורק ריאות (PAG) השתלה במצב מערכתי. בסך הכל נכללו 39 חולדות לואיס בוגרות. מיד לאחר המתת החסד, שורש הריאות נקצר מבעל חיים תורם (n = 17). נמען סינגני (n = 17) ועכברושים המופעלים בזיוף (n = 5) היו מורדמים ומאווררים. בקבוצת המטופלים, PAG הושתל עם anastomosis מקצה לקצה במצב אבי העורקים בטן אינפרא כליות. חולדות המופעלות על ידי בלוף עברו רק טרנספורמציה והרדמה מחדש של אבי העורקים. בעלי חיים היו במעקב עם מחקרי אולטרסאונד סדרתיים במשך חודשיים וניתוח היסטולוגי שלאחר המוות. קוטר PAG החציוני במיקום המקורי היה 3.20 מ”מ (IQR = 3.18-3.23). במעקב, הקוטר החציוני של ה- PAG היה 4.03 מ”מ (IQR = 3.74-4.13) בשבוע אחד, 4.07 מ”מ (IQR = 3.80-4.28) ב 1 חודש, ו 4.27 מ”מ (IQR = 3.90-4.35) ב חודשיים (p<0.01). מהירות שיא הסיסטולית הייתה 220.07 מ"מ/ש' (IQR=210.43-246.41) בשבוע אחד, 430.88 מ"מ/ש' (IQR=375.28-495.56) ב-1 חודש, ו-373.68 מ"מ/ש' (IQR=305.78-429.81) בחודשיים (p=0.02) ולא הייתה שונה מהקבוצה המופעלת בלוף בסוף הניסוי (p=0.5). ניתוח היסטולוגי לא הראה שום סימן של פקקת אנדותל. מחקר זה הראה כי מודלים מכרסמים עשויים לאפשר הערכה של הסתגלות ארוכת טווח של שורש הריאות למערכת בלחץ גבוה. השתלת PAG סינגנית הממוקמת באופן שיטתי מייצגת פלטפורמה פשוטה וישימה לפיתוח והערכה של טכניקות כירורגיות חדשניות וטיפולים תרופתיים כדי לשפר עוד יותר את התוצאות של פעולת רוס.
Introduction
היצרות שסתום אבי העורקים המולדת היא תת קבוצה של מחלת לב מולדת המאופיינת בחסימה של מערכת החדר השמאלית שבה הנגע ממוקם ברמה valvular. המום משפיע על כ 0.04-0.38 לכל 1000 לידות חיות1.
האפשרויות הזמינות לתיקון הן רבות, שלכל אחת מהן יתרונות וחסרונות משלה. עבור חולים המתאימים לתיקון דו-חדרי2, הגישה עשויה להיות מכוונת לתיקון שסתום (valvulotomy מלעורי או כירורגי) או להחלפתו3. האחרון מועדף כאשר שסתום אבי העורקים נחשב בלתי ניתן להצלה; עם זאת, האפשרויות הזמינות מוגבלות עבור חולי ילדים. ואכן, שסתומים ביו-פרוסטטיים אינם מסומנים להחלפה אבי העורקים באוכלוסייה הצעירה בשל הסתיידותם המוקדמת4. מצד שני, ניוון שסתומים מכניים הוא הרבה יותר איטי, אבל אלה דורשים טיפול נוגד קרישה לכל החיים5. בנוסף, המגבלה העיקרית של תותבות אלה מיוצגת על ידי היעדר פוטנציאל צמיחה, אשר נוטה את המטופלים להמציא מחדש נוספים.
אפשרות טיפולית מעניינת באוכלוסיית הילדים היא העברת השתלה הריאתית לעמדת אבי העורקים בשם “פעולת רוס”. במקרה זה, שסתום הריאות מוחלף לאחר מכן בהומוגרפט (איור 1)6. הליך זה יכול אולי לייצג את הבחירה הכירורגית הטובה ביותר לילדים כי autograft ריאתי שומר על פוטנציאל הצמיחה שלה ואינו נושא את הסיכונים של טיפול נוגד קרישה לכל החיים. יתר על כן, הליך רוס יכול להיות בעל ערך רב גם אצל מבוגרים צעירים כדי למנוע שסתום מכני או ביולוגי, בעל פוטנציאל להיות הפתרון הכירורגי הטוב ביותר.
תוצאות לאחר החלפת שסתום אבי העורקים עם autograft ריאתי מצוינים, עם הישרדות גדולה מ 98% ותוצאות טובות לטווח ארוך7. מחקרי ספרות מדווחים על חופש של 93% ו-90% מהחלפת ההומוגרפט הריאתי בגיל 4 ו-12 שנים, בהתאמה.
המגבלה העיקרית של הליך זה היא הנטייה של autograft להתרחב בטווח הארוך, במיוחד כאשר מועסק כתחליף שורש עצמאי. זה יכול לגרום אוזלת יד valvular אשר עשוי לדרוש המצאה מחדש. ואכן, מחקר המעקב הארוך ביותר שנערך עד כה מדווח על חופש מפתיחה מחדש של 88% ב-10 שנים ו-75% בגיל 209.
האפשרות ליצור מחדש פעולת רוס בסביבה ניסיונית מייצגת תנאי מוקדם בסיסי לחקור את המנגנון הבסיסי של התאמת autograft ריאתי ללחצים מערכתיים. מספר מודלים הוצעו בעבר. עם זאת, אלה מוגבלים בדרך כלל לניסויים לשעבר ויוו או מודלים בעלי חיים in-vivo עם בעלי חיים גדולים יקרים יחסית. במחקר זה, ביקשנו להקים מודל מכרסם של השתלת שתל עורק ריאות (PAG) במצב מערכתי, כשורש עצמאי.
Protocol
Representative Results
Discussion
החלפת שסתום אבי העורקים עם שורש הריאות האוטולוגי (פעולת רוס) מייצגת אפשרות אטרקטיבית לתיקון היצרות שסתום אבי העורקים מולד בשל הפרופיל החיובי וצמיחה פוטנציאלית של autograft10. המגבלה העיקרית להליך זה היא הרחבה פוטנציאלית של ניאו שסתום אבי העורקים, אשר נוטה להתפתחות של regurgitation לטוו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר מומן על ידי התקציב המשולב למחקר בין-מחלקתי (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).
