Method Article

Sıçan ex vivo akciğer perfüzyonu modelinde yeni nesil polimerize hemoglobin bazlı oksijen taşıyıcıları kullanılarak alternatif perfüzyon çözümlerinin araştırılması

DOI:

10.3791/66702

⸱

June 14th, 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1COPPER Laboratory, Department of Surgery, The Ohio State University Wexner Medical Center, 2Division of Cardiac Surgery, Department of Surgery, The Ohio State University Wexner Medical Center, 3William G. Lowrie Department of Chemical and Biomolecular Engineering, College of Engineering, The Ohio State University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada, polimerize insan hemoglobin (PolyhHb) bazlı bir oksijen taşıyıcısının bir perfüzat olarak uygulanmasını ve bu perfüzyon çözeltisinin bir sıçan ex vivo akciğer perfüzyonu modelinde test edilebileceği protokolü açıklıyoruz.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Akciğer nakli, uygun donör eksikliği nedeniyle engellenir. Daha önce marjinal veya yetersiz olduğu düşünülen bağışçılar atılıyordu. Bununla birlikte, ex vivo akciğer perfüzyonu (EVLP) gibi yeni ve heyecan verici teknoloji, akciğer nakli sağlayıcılarına marjinal donör allogreftleri için genişletilmiş bir değerlendirme sunmaktadır. Bu dinamik değerlendirme platformu, akciğer naklinde bir artışa yol açmış ve sağlayıcıların daha önce atılan donörleri kullanmasına izin vererek donör havuzunu genişletmiştir. Mevcut perfüzyon teknikleri, hücresel veya aselüler perfüzatları kullanır ve her ikisinin de belirgin avantajları ve dezavantajları vardır. Perfüzyon bileşimi, homeostatik bir ortamın korunması, yeterli metabolik destek sağlanması, iltihabın ve hücresel ölümün azaltılması ve nihayetinde organ fonksiyonunun iyileştirilmesi için kritik öneme sahiptir. Perfüzyon çözeltileri, uygun onkotik basıncı korumak için yeterli protein konsantrasyonu içermelidir. Bununla birlikte, mevcut perfüzyon solüsyonları sıklıkla pulmoner endotel yoluyla sıvı ekstravazasyonuna yol açarak yanlışlıkla pulmoner ödem ve hasara neden olur. Bu nedenle, uygun hücresel homeostazı korurken aşırı hasarı önleyen yeni perfüzyon solüsyonları geliştirmek gereklidir. Burada, polimerize insan hemoglobin (PolyhHb) bazlı bir oksijen taşıyıcısının bir perfüzat olarak uygulanmasını ve bu perfüzyon çözeltisinin bir sıçan EVLP modelinde test edilebileceği protokolü açıklıyoruz. Bu çalışmanın amacı, akciğer nakli topluluğuna yeni perfüzyon solüsyonlarının tasarlanması ve geliştirilmesinde temel bilgilerin yanı sıra bunları klinik olarak ilgili translasyonel nakil modellerinde test etmek için uygun protokolleri sağlamaktır.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Katı organ naklindeki herhangi bir alan gibi, akciğer nakli de donör organ sıkıntısından muzdariptir. Donör havuzunu artırmak için, bir zamanlar transplantasyon için uygun olmadığı düşünülen allogreftlerin, yani genişletilmiş kriterli donörlerin (ECD) potansiyelini araştırmaya önemli araştırmalar yapılmıştır. Bu allogreftler, şüpheli kalite, kötü fonksiyon, enfeksiyon, travma, uzun süreli sıcak veya soğuk iskemik zamanlar ve ileri yaş 1,2 gibi çeşitli nedenlerle ECD olarak kabul edilebilir. Bu akciğerlerin acil nakil3 için uygun olduğu bazı durumlarda, nakil için uygunluklarını belirlemek için bu akciğerleri ek bir süre değerlendirmek hem sağlayıcılar hem de alıcılar için genellikle avantajlıdır. Ex vivo akciğer perfüzyonu (EVLP), donör 2,4,5,6,7 dışındaki kapalı bir devrede potansiyel akciğer allogreftlerinin genişletilmiş değerlendirmesine izin veren ve nakil sağlayıcısına nakil uygunluğunu belirleme yeteneği veren bir teknolojidir. EVLP, donör organları 8,9,10,11 yeterince değerlendirme, iskemik reperfüzyon hasarının (IRI)12,13 etkilerini azaltma ve donör havuzunuartırma 14,15 yeteneğini göstermiştir, böylece akciğer naklini herkes için daha erişilebilir bir tedavi haline getirmiştir.

Genel olarak, bir EVLP sistemi, bir ventilasyon devresi (sisteme hava vermek için trakeaya bir ventilatör bağlanarak elde edilir) ve bir vasküler devre (sol atriyumun (LA) pulmoner artere (PA) boru ile bağlanmasıyla elde edilir) kapalı bir sistemdir7. Vasküler devre, soğuk iskemik zamanı (CIT) sınırlarken akciğere hayati besinler ve oksijen vermek için borudan geçen perfüzata sahiptir5,8,16,17. Bu çözelti ya kan bazlıdır (ör., paketlenmiş kırmızı kan hücrelerinin eklenmesi yoluyla (PRBC'ler))16,17 ya da hücre bazlıdır (ör., PRBC'ler yok)4,5. Bununla birlikte, PRBC'leri kullanmanın birkaç önemli dezavantajı vardır. Travmadan ölen donörlerden veya beyin ölümü gerçekleşen donörlerden (BDD) PRBC'ler kullanılıyorsa, bu sıvılar genellikle büyük miktarlarda inflamatuar sitokin içerir, bu da EVLP sırasında hücresel hasarı artırabilir ve ayrıca hücresiz hemoglobin (Hb), heme, demir ve hücrelere ek hasar veren hücre fragmanlarının seviyelerini artırabilir18,19. Ayrıca, bu donörler genellikle çok organlı olduğundan, tedarikten önce PRBC'lerin toplanması, donördeki kan hacminin azalmasına ve ardından tüm organlarda iskeminin artmasına neden olabilir. PRBC'leri başka bir kaynaktan kullanıyorsanız, sağlayıcılar kan kıtlığı ile karşı karşıya kalabilir, çünkü bu kendi başına kıt bir malzemedir20,21. Son olarak, PRBC'ler, kaynaklarından bağımsız olarak EVLP devresinde mekanik parçalanmaya eğilimlidir ve Hb ve hücresel hasara katkıda bulunan diğer bileşenleri serbest bırakır.

Bu nedenle, birçok nedenden dolayı, yapay bir kırmızı kan hücresi ikamesi, yani hemoglobin bazlı oksijen taşıyıcıları (HBOC'ler) bir perfüzat takviyesi olarak kullanmak avantajlı olabilir. Özellikle umut verici bir HBOC, polimerize insan hemoglobinidir (PolyhHb). PolihHb, hemen transfüzyon için uygun olmadığı düşünülen süresi dolmuş PRBC'lerden saflaştırılmış Hb'den sentezlenir22. Hemorajik şok23 ve transplantasyon24'te canlı kan ikameleri oldukları ve büyük miktarlarda üretilebildiklerigösterilmiştir 22. Bununla birlikte, vazokonstriksiyon, artan kan basıncı ve kalp durması gibi öngörülemeyen komplikasyonlar nedeniyle PolyhHb'nin geniş çaplı benimsenmesi başarısız olmuştur23,25. Bu bulguların arkasındaki nedenler muhtemelen PolyhHb çözeltisinde hücresiz Hb veya düşük moleküler ağırlıklı Hb polimerlerinin (500 kDa'dan <) varlığından kaynaklanıyordu, çünkü bunlar doku boşluğuna ekstravaze olma eğilimindedir, bu da nitrik oksit mevcudiyetinin azalmasına, müteakip vazokonstriksiyona, sistemik hipertansiyona ve nihayetinde oksidatif doku hasarına neden olmuştur26,27. Bu sorunları iyileştirmek için Palmer Laboratuvarı, minimum düşük MW türleri ve hücresiz Hb içeren, gelişmiş biyofiziksel özellikler ve in vivo yanıtlar gösteren yeni nesil bir PolyhHb geliştirmek için çalıştı 22,28,29,30. Hayvanlarda yapılan çeşitli transfüzyon çalışmaları, düşük moleküler ağırlıklı Hb polimerlerinin HBOC'den elimine edilmesi durumunda vazokonstriksiyon, sistemik hipertansiyon ve oksidatif hasarın hafifletilebileceğini göstermiştir 28,29,31,32,33,34,35. Bu nedenle, bu yeni nesil PolyhHb'yi umut verici bir perfüzat adayı haline getiriyor.

Burada, bir perfüzatta kullanılacak yeni nesil bir PolyhHb'nin uygulamasını ve bu perfüzyon solüsyonunun bir sıçan EVLP modelinde test edilebileceği protokolü açıklıyoruz. Bu çalışmanın amacı, akciğer nakli topluluğuna yeni perfüzyon solüsyonları tasarlama ve geliştirme konusunda temel bilgiler sağlamak ve bunları klinik olarak ilgili translasyonel nakil modellerinde test etmek için protokoller sağlamaktır.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sprague-Dawley sıçanları (300 g vücut ağırlığı) ticari olarak elde edildi ve Ohio Eyalet Üniversitesi Wexner Tıp Merkezi Hayvan Tesisi'nde patojen içermeyen koşullar altında barındırıldı. Tüm prosedürler, NIH ve Ulusal Araştırma Konseyi'nin Laboratuvar Hayvanlarının İnsani Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na göre ve Ohio Eyalet Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi'nin (IACUC Protokolü 2023A00000071) onayıyla insancıl bir şekilde gerçekleştirildi.

1. PolyhHb sentezi ve saflaştırılması

NOT: Aşağıdaki EVLP deneyleri için kullanılan PolyhHb malzemesinin üretimi ve sentezi ilk olarak Cuddington ve ark. 2020'de22. PolyhHb sentezinin derinlemesine şemaları ve analizi için lütfen bu çalışmaya bakın. Aşağıda, PolyhHb'nin pilot ölçekte sentezi ve saflaştırılmasının ve ardından bir perfüzat olarak hazırlanmasının bir özeti yer almaktadır.

  1. RBC yıkama, lizis ve Hb saflaştırma
    1. 18 ünite son kullanma tarihi geçmiş insan PRBC'si temin edin ve bunları 20 L'lik bir filtrasyon kabına dökün, ağırlıkça% 0.9 salin ile% 22'lik bir nihai hematokrit ile seyreltin (Şekil 1B, C).
    2. RBC çözeltisi üzerinde ağırlıkça %0,9 tuzlu su ile 0,65 μm modifiye polietilen sülfon (mPES) teğetsel akış filtrasyon (TFF) modülünde altı sistem hacmi değişimi (diyasikl) gerçekleştirin. NOT: Bu yıkama adımının amacı, hemolizden önce hasarlı eritrositleri, membran parçalarını ve diğer hücre dışı materyalleri uzaklaştırmaktır (Şekil 1B,C).
    3. RBC çözeltisini 10 L fosfat tamponu (PB, 3.75 mM, pH 7.4) ile 4 ° C'de 1 saat boyunca sürekli karıştırarak parçalayın.
    4. Çözeltiyi 500 kDa'lık bir TFF modülü üzerinde filtreleyerek ve süzüntüyü 30 L'lik kesikli reaktör kabında toplayarak parçalanmış membran parçalarını ve diğer agregaları çıkarın (Şekil 1A-C).
    5. Reaktöre 480 g Hb girdikten sonra, PB'yi fosfat tamponlu saline (PBS) dönüştürmek için bir tuz yükü ekleyin.
    6. Proteini gece boyunca oksijenden arındırmak için Hb'yi nitrojenle beslenen bir gaz kontaktörü aracılığıyla yeniden dolaştırın ve reaktörde bir nitrojen kafa boşluğunu koruyun. Methemoglobin (metHb) oluşumunu sınırlamak için 14 °C'ye soğutun.
  2. Hb polimerizasyonu
    1. Çözeltiyi bir gaz kontaktör döngüsü üzerinde yeniden dolaştırırken Hb çözeltisini fizyolojik sıcaklığa (37 ° C) ısıtın.
      NOT: Amaç, Hb'nin çoğunun gergin kuaterner durumda olmasını sağlamak için proteini 0-10 mmHg arasında bir pO2'ye oksijenden arındırmaktır (Şekil 1A).
    2. Etkili deoksijenasyonu sağlamak için gerektiği gibi 1 g sodyum ditiyonit yükü ekleyin.
    3. Devridaim döngüsünü korurken ve Hb çözeltisini gazdan arındırırken, 3 L oksijeni giderilmiş PBS (pH 7.4) içinde seyreltilmiş Hb'ye 30:1 molar oranda glutaraldehit (GA) ekleyin.
    4. Ek bir saatlik reaksiyon süresi ile reaktör kabına 3 saat boyunca çözelti ekleyin.
    5. Çapraz bağlanma reaksiyonunu, 3 L PBS (pH 7.4) içinde seyreltilmiş 7: 1 molar sodyum siyanoborohidrit GA oranı ile söndürün. Reaktöre 10 dakikadan fazla ekleyin.
    6. Reaktörü gece boyunca 14 °C'de soğutun.
  3. PolyhHb arıtma
    1. Reaktör içeriğini 10 L'lik bir filtrasyon kabına pompalayın ve 0,2 μm polietilen sülfon (PES) TFF modülü (Aşama 1) aracılığıyla sirkülasyona başlayın. Bu adım, büyük agregaları ve istenmeyen kirleticileri ortadan kaldıracaktır.
    2. Süzüntüyü, dolduğunda 500 kDa'lık bir polisülfon (PS) TFF modülü (Aşama 2) üzerinde dolaşacak olan 10 L'lik ikincil bir filtrasyon kabına besleyin. Reaktör boşalana kadar devam edin (Şekil 1B,D).
    3. Reaktör arıtma devresine boşaltıldıktan sonra, modifiye edilmiş laktasyonlu Ringer çözeltisi (pH 7.4) ile Aşama 1'de eksipiyan değişimini başlatın. Her tam hacim değişiminden sonra, UV görünür spektroskopi kullanarak Aşama 1'in süzüntüsündeki protein konsantrasyonunu ölçün.
    4. Aşama 1 süzüntüsü 1 mg Hb / mL'den daha düşük bir konsantrasyona sahip olduğunda, modifiye edilmiş Ringer çözeltisini Aşama 2'ye aktarın. Aşama 1'deki herhangi bir bekletme bir israftır ve uygun şekilde imha edilmelidir. Toplamda, değiştirilmiş Ringer çözümünün 12 tam hacimli değişiminin her iki aşamada da gerçekleştirildiğinden emin olun.
    5. Diyasikllerin tamamlanmasının ardından, Aşama 2'nin içeriğini 500 kDa TFF modülü üzerinde en az 10 g/dL'ye konsantre edin.
    6. Konsantre çözeltiyi 50 mL konik tüplerde paketleyin ve kullanana kadar -80 ° C'de saklayın.

2. Perfüzat formülasyonu

  1. Perfüzatı 165 mL'lik son hacme hazırlayın. PolyhHb'yi William's E Medium ile 3.7 g / dL'lik bir nihai konsantrasyona seyreltin.
  2. İnsan serum albüminini (HSA) ağırlıkça% 3 HSA'lık bir nihai konsantrasyona ekleyin. Son çözeltiye 1 mL heparin ekleyin.

3. Ex Vivo akciğer perfüzyon devresi kurulumu

  1. PolyhHb perfüzatını EVLP devre rezervuarına yerleştirin ve ılık su banyosunu 37 °C'ye getirin. Makaralı pompaları açarak perfüzatın devre içinde dolaştığından emin olun.
  2. Perfüzatın oksijenini gidermek için oksijenden arındırma gazını (yani %6 O2, %8 CO2, %84 N2) içi boş fiber oksijenatöre bağlayın. Bu, akciğerin perfüzatı oksijenlendirme yeteneğini değerlendirmek için yapılır.
  3. Yakındaki bir bilgisayarda veri toplama yazılımını açın. Pulmoner arter basıncı, trakeal diferansiyel basınç, solunum akışı diferansiyel basıncı, akciğer ağırlığı ve pompa hızı dönüştürücülerinin hem devreye hem de veri dönüştürücü kutusuna bağlı olduğundan emin olun.
  4. Tüm boru bağlantılarını dikkatlice inceleyerek sistem genelinde sızıntı olmadığından ve her yerde ılık suyun dolaştığından emin olun (Şekil 2). Tüm basınç transdüserlerinin çalıştığından emin olmak için veri toplama yazılımında Çalıştır'a basın. Sistem düzgün bir şekilde çalıştığında, makaralı pompaları kapatın.

4. Donör sıçan akciğer bloğu alımı

  1. Ameliyat masasını kurun ve aletleri yerleştirin (Şekil 3). Tüm aletleri 121 °C'de 30 dakika otoklavlayın.
  2. 1200 U/kg heparin, anestezik için bir ketamin/ksilazin karışımı (60 mg/kg ketamin ve 5 mg/kg) ve ayrıca 5-10 cm uzunluğunda ipek sütürler (3-0 veya 4-0) hazırlayın.
  3. Ketamin / ksilazin çözeltisini sıçanın içine intraperitoneal olarak enjekte edin. Anestezik düzlemin gelişmesi için 5-10 dakika bekleyin. Uygun bir anestezi seviyesi sağlamak için, bir reaksiyon ortaya çıkarmak için fareyi ayak parmağınızla sıkıştırın. Herhangi bir reaksiyon yoksa, uygun anestezi seviyesi karşılanmıştır.
  4. Sıçanın karnını tıraş edin ve sıçanı cerrahi tahta üzerinde sırtüstü pozisyonda yerleştirin. Karnı povidon-iyot ve% 70 etanol ile temizleyin. Kuruluğu önlemek için farenin gözlerinin altına oftalmik merhem yerleştirin.
  5. Fareyi cerrahi tahtaya taşıyın ve fareyi yerine sabitleyin (Şekil 4A). Veri toplama yazılımını açın ve kaydetmeye başlayın. Ventilatörü 4 mL/kg'da açın ve pozitif son ekspiratuar basıncın (PEEP) yaklaşık 2 cm/sa2O olduğundan emin olun.
    NOT: Bu başlangıç ayarları deneye özeldir. Bireysel deneyler için en iyi ventilasyon stratejilerini belirlemek tüm araştırmacılara bağlıdır.
  6. Uygun anestezik derinliğe ulaşıldığında, bir makas kullanarak ksifoid prosesten kasık simfizine kadar bir orta hat laparotomisi yapın. Daha sonra, medial-lateral viseral rotasyon gerçekleştirin ve künt bir alet (IVC) kullanarak infra-hepatik inferior vena kava'yı görselleştirin36,37,38 (Şekil 4B). Heparini 20G'lik bir iğne ile IVC'ye enjekte edin (Şekil 4C).
  7. Dikkati boyuna çevirin ve cildi sternal çentikten mandibula açısının hemen altına kadar bir makasla kesin. Ardından, trakeaya doğru incelemeye başlayın (Şekil 5A).
  8. Bboyunda, trakeayı ortaya çıkarmak için gerekli kayış kaslarını künt bir şekilde inceleyin (Şekil 5B). Endotrakeal (ET) tüp (birkaç milimetre) için yeterince büyük kıkırdaklı halkalar arasındaki ön trakea üzerinde bir makasla enine bir kesi yapın, ancak trakeanın arka kısmını kesmeyin. Soluk borusunun etrafına 5-0 ipek sütür yerleştirin (Şekil 5C).
  9. Endotrakeal tüpü yerleştirin ve yukarıda belirtilen 5-0 ipek sütür ile yerine sabitleyin (Şekil 5D). ET tüpünü ventilatöre bağlayın ve göğsün uygun şekilde yükseldiğinden emin olun.
  10. Medyan sternotomi yapın ve makas kullanarak tekrar göğüs boşluğuna girin. Kalbi ve akciğerleri açığa çıkarmak için göğüs duvarı ekartörlerini yerleştirin (Şekil 6A). İnanılmaz derecede kırılgan oldukları için akciğerlerin yanlışlıkla manipüle edilmesinden kaçının.
  11. Keskin (makas) ve künt diseksiyon kombinasyonu ile timusu anterior mediastenden çıkarın. Büyük damarlara veya akciğerlere zarar vermemeye dikkat edin.
  12. Pulmoner arteri tanımlayın (PA; Şekil 6B) ve kanülasyona hazırlanmak için etrafına 5-0 ipek sütür yerleştirin (Şekil 6C). Sıçanın büyük damarlarının mikroskobik anatomisi nedeniyle, sütürü aynı anda PA ve aort etrafına yerleştirmek genellikle daha kolaydır.
  13. Arteriyel kanülü PA içine yerleştirmek için bir makas (Şekil 6D-E) kullanarak sağ ventrikül çıkış yolunda (RVOT) 2-3 mm'lik bir kesi yapın ve bir adım önce açıklanan 5-0 sütür ile yerine sabitleyin (Şekil 6F).
  14. Sıçanı ötenazi yapmak için bir makas kullanarak sol ventrikülde (LV) ve ayrıca infra-hepatik IVC'de 5 mm'lik bir kesi yapın. Akciğer koruma sıvısını hızlı bir şekilde arteriyel kanüle bağlayın, akciğerleri yaklaşık 20 mL ile yerçekimi ile yıkayın (Şekil 7A-B). Hava embolileri akciğerlere çok zarar verdiğinden, arteriyel kanüle bağlamadan önce akciğer koruma sıvısının havasının alındığından emin olun.
  15. Arteriyel kanülü EVLP devresine bağlayın. Silindir pompasını açın ve az miktarda perfüzatın akciğerden ve sol ventrikülden göğüs boşluğuna akmasına izin verin. Perfüzat sol atriyumdan dışarı akmaya başladığında, silindir pompasını kapatın (Şekil 7C). Perfüzatın akmasına izin verirken, PA basıncının yükselmediğinden emin olun - bu tıkanıklığı veya yanlış yerleştirmeyi gösterir.
  16. LV'ye küçük forsepsler yerleştirin ve mitral kapak halkasını hafifçe gerin, bu da sol atriyum (LA) kanülünün girmesine izin verecektir (Şekil 8A). Kalbin etrafına 5-0 ipek bir bağ yerleştirin ve gevşek bir şekilde bağlayın (Şekil 8B).
  17. LA kanülünü LV'ye yerleştirin ve LA kanülünü atriyum içinde görünene kadar ilerletin. LA'yı önceden bağlanmış 5-0 sütür ile sabitlemeyi bitirin (Şekil 8C).
  18. Yemek borusunu tanımlayın ve diyaframa mümkün olduğunca yakın bir hemostat ile klempleyin. Göğüs boşluğuna dökülme olmadığından emin olmak için yemek borusunu kanama durdurucunun altından kesin (Şekil 9A).
  19. Omurgayı kılavuz olarak kullanarak, kalp-akciğer bloğunu çevredeki yapılara bağlayan tüm ligamentöz ekleri bir makas kullanarak kesin (Şekil 9B). Kalp-akciğer bloğu serbestçe hareket edebildiğinde, trakeayı boyundan diseke edin ve son olarak kalp-akciğer bloğunu serbest bırakmak için bir makas kullanarak trakeayı ET tüpünün üzerinden kesin (Şekil 9C).
  20. Kalp-akciğer bloğunu EVLP devresi içindeki torasik cekete taşıyın ve LA kanülünü EVLP devresine takın (Şekil 9D). Silindir pompasını açın ve vantilatör monitörünü bağlayın.
  21. Sisteme hava embolisi girmediğinden emin olmak için kabarcık kapanını kontrol edin.
  22. İlk 15 dakikaboyunca ventilasyon ve perfüzyon ayarlarını yavaşça istenen deneysel seviyelere değiştirin 36,37,38. Ek olarak, bu ilk hızlandırma aşamasında, perfüzyon akış hızını istenen hıza ve/veya basınca yükseltin.
  23. Deney tarafından belirlenen zaman noktalarında, solunum fonksiyon testlerinin yanı sıra perfüze gaz seviyelerini kontrol edin.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

PolyhHb bazlı perfüzatımızın doğrulanması ve ayrıca bu perfüzatın birkaç saat boyunca stabilitesi Şekil 10'da gösterilmiştir. İlk 1 saat boyunca, test edilen tüm perfüzatlar (PolyhHb, Kontrol (Williams Media +% 5 HSA), RBC bazlı) LA pO2'de (Post pO2) hafif bir azalma gösterdi. Bununla birlikte, RBC bazlı perfüzat, PolyhHb'ye kıyasla 1 saatte önemli bir azalma göstermiştir (p < 0.05). Önümüzdeki birkaç saat boyunca test edildiğinde, hem PolyhHb hem de Kontrol perfüzatları stabil LA pO2'ye sahipken, PolyhHb daha yüksek pO2'de anlamlı olmayan bir eğilime (p > 0.05) sahipti (Şekil 10A). Delta pO2, yani PA pO2'den LA pO2'deki değişim, RBC perfüzat grubunda 1 saatte tekrar önemli ölçüde azaldı (p < 0.05), PolyhHb'de stabil kalırken ve Kontrol perfüzasyonları PolyhHb grubunda anlamlı olmayan bir eğilim (p > 0.05) ile daha yüksek pO2 (Şekil 10B). LA pCO2, ilk saatten sonra PolyhHb perfüzat ile karşılaştırıldığında RBC perfüzatında ve Kontrol perfüzatında önemli ölçüde daha düşüktü (p < 0.05) ve bu, PolyhHb ve Kontrol perfüzatını karşılaştırırken sonraki birkaç saat boyunca geçerliydi (Şekil 10C). Son olarak, delta pCO2 (yani, PA pCO2'den LA pCO2'deki değişiklik) 1 saat sonra RBC perfüzatında önemli ölçüde artmıştır (p < 0.05) ve birkaç saat sonra hem PolyhHb hem de Kontrol perfüzatında stabil kalmıştır (Şekil 10D).

Edinim yazılımı aracılığıyla toplanan gerçek zamanlı akciğer fizyolojik verileri, gaz seviyelerini perfüze etmek için tamamlayıcı bilgiler sağlar (Şekil 11). Pulmoner vasküler direnç (PVR) yine RBC perfüzatının ilk bir saat içinde anlamlı olarak arttığını gösterdi (p < 0.05). Kalan birkaç saat boyunca, hem PolyhHb hem de Kontrol perfüzatları stabil ve düşük PVR'ye sahipti (Şekil 11A). Akciğer ağırlığındaki değişiklik de ilk saat boyunca RBC perfüzatında önemli ölçüde artmıştır (p < 0.05) ve kalan saatlerde hem PolyhHb hem de Kontrol perfüzatında artmıştır ve PolyhHb perfüzatında biraz daha yüksek bir ağırlık vardır (Şekil 11B). Son olarak, RBC perfüzat grubunda ilk saat içinde uyum önemli ölçüde azalırken (p < 0.05), PolyhHb ve Kontrol perfüzatında anlamlı olmayan bir azalma oldu (p > 0.05), PolyhHb 4 saat sonra en yüksek kompliyana sahipti (Şekil 11C).

Teknik başarı ve/veya başarısızlık açısından (Şekil 12), dikkat edilmesi gereken birkaç nokta önemlidir. Şekil 12A'da pulmoner vasküler sistem içinde olası bir pıhtıya bağlı sağ üst lob nekrozuna bağlı allogreft yetmezliğini görebiliriz. Şekil 12B'de, sağ lobda da deneysel başarısızlığa yol açan ciddi doku ödemi görüyoruz. Şekil 12C-E, ilgili deneysel koşullar içinde uygun doku korumasını ve görünümünü göstermektedir. Son olarak, Şekil 12F'de, bir akciğer koruma solüsyonu ile yıkamayı takiben ideal doku korumasını görebiliriz.

figure-results-1
Şekil 1: Pilot ölçekte PolyhHb'nin sentezi ve saflaştırılması. (A) Polimerizasyon için biyoreaktör. (B) Teğetsel akış filtrasyonu (TFF) işlemleri 4 °C'lik bir buzdolabında kurulur. (C) Kırmızı kan hücresi (RBC) yıkaması ve hemoglobin (Hb) saflaştırması için paralel TFF kurulumunun yakın çekimi. (D) PolyhHb saflaştırması için iki aşamalı seri TFF sisteminin yakın çekimi. Birinci ve ikinci aşamalar için kaplar sırasıyla filtrelerin solunda ve sağında bulunur. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-2
Şekil 2: Ex vivo akciğer perfüzyonu (EVLP) devresine genel bakış. (A) EVLP devresinin şematik çizimi. (B) Pulmoner arter kanülünün ve sol atriyal kanülün in vivo yerleştirilmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-3
Şekil 3: Ex vivo akciğer perfüzyonu için kullanılan cerrahi aletler. (A) İpek sütür. (B) İnce uçlu forseps (orta uzunlukta). (C) İnce uçlu forseps (uzun uzunluk). (D) Kavisli ince uçlu forseps. (E) Mayonez makası. (F) Trakeal kanül. (G) Pulmoner arter (PA) kanülü. (H) Sol atriyal (LA) kanül. (I) Göğüs kafesi ekartörleri. (J) Yaylı makas. (K) DeBakey forseps. (L) Kanama durdurucu. (M) Küçük makas. (N) Küçük kavisli ince uçlu forseps. (O) Adson alıcıları. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-4
Şekil 4: İnferior vena kava'nın (IVC) cerrahi pozisyonlanması ve açığa çıkarılması. (A) Akciğer temini için sıçan konumlandırma. (B) İnfra-hepatik IVC'nin açığa çıkarılması. (C) IVC'nin kanüle edilmesi ve 27G iğne ile heparin enjekte edilmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-5
Şekil 5: Trakeanın endotrakeal (ET) tüp ile kanüle edilmesi. (A) Boyun bölgesinin derisini keserek başlayın. (B) Trakeayı ortaya çıkarmak için kayış kaslarını ve bağ dokusunu inceleyin. (C) ET tüpü için yeterince büyük kıkırdaklı halkalar arasındaki ön trakea üzerinde enine bir kesi yapılması. (D) ET tüpünü trakeaya yerleştirin ve ipek sütür ile yerine sabitleyin. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-6
Şekil 6: Pulmoner arter kanülü yerleşimi. (A) Kalbi ve akciğerleri görselleştirmek için göğüs boşluğunu açığa çıkarmak. (B) Filistin Yönetimi'nin tanımlanması ve izole edilmesi. (C) PA çevresine sütür yerleştirmek. (D) PA kanülü için sağ ventrikül çıkış yolunda (RVOT) küçük bir delik açmak. (E) PA kanülünün PA içine uygun şekilde yerleştirilmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-7
Şekil 7: Akciğerlerin koruma solüsyonu ile yıkanması. (A) Yıkama kanülünün pulmoner arter (PA) kanülüne bağlanması. (B) Berrak sıvı sol atriyumdan (LA) çıkmalıdır. (C) PA kanülünün uygun akışını ve yerleştirilmesini sağlamak için PA kanülünün ex vivo akciğer perfüzyon devresine bağlanması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-8
Şekil 8: Sol atriyal (LA) kanülün yerleştirilmesi. (A). Mitral kapak halkasını bir çift forseps ile hafifçe genişletin. (B) Sol ventrikül (LV) etrafına gevşek bir şekilde ipek bir sütür yerleştirmek. LA kanülünün sol atriyuma yerleştirilmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-9
Şekil 9: Kalp-akciğer bloğunun çıkarılması. (A) Yemek borusunun hemostatın altına bağlanması. (B) Diseksiyon, kalp-akciğer bloğunu omurgadan kurtarır. (C) Trakeanın diseksiyonu serbest bırakılmalıdır. (D) Ex vivo akciğer perfüzyonu (EVLP) kanülünün uygun bağlantıları ve yerleştirilmesi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-10
Şekil 10. Zamanla gaz seviyelerini dezenfekte edin. (A) Post pO2, yani sol atriyal (LA) pO2, 4 saatlik bir perfüzyon üzerinde. (B) Delta pO2, yani 4 saatlik bir perfüzyon boyunca pulmoner arter (PA) pO 2'den LA pO2'deki değişiklik. (C) pCO2'yi sonrası, yani LA pO2, 4 saatlik bir perfüzyon üzerinde. (D) Delta pCO2, yani 4 saatlik bir perfüzyon boyunca PA pO 2'denLA pO2'deki değişiklik. Mavi, PolyhHb perfüzatını, siyah, Control perfüzatını (standart William's media) ve kırmızı, RBC tabanlı perfüzatı temsil eder. Grup başına N=6. Hata çubukları standart sapmayı gösterir. Anlamlılık, Student T-testi kullanılarak test edildi ve *, p < 0.05 ile gösterildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-11
Şekil 11. Gerçek zamanlı akciğer fizyolojik verileri. (A) 4 saat reperfüzyonun üzerinde pulmoner vasküler direnç (PVR). (B) Zamanla akciğer ağırlığındaki değişim (Δ ile gösterilir). (C) 4 saatlik reperfüzyonun üzerinde uyumluluk. Mavi, PolyhHb perfüzatını, siyah, Control perfüzatını (standart William's media) ve kırmızı, RBC tabanlı perfüzatı temsil eder. Grup başına N=6. Hata çubukları standart sapmayı gösterir. Anlamlılık, Student T-testi kullanılarak test edildi ve *, p < 0.05 ile gösterildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-results-12
Şekil 12: Temsili teknik sonuçlar. (A) Sağ üst lob enfarktüsüne bağlı greft başarısızlığı. (B) Şiddetli sağ lob ödemi nedeniyle greft başarısızlığı. (C) Akciğer allogreftinin RBC perfüzat ile başarılı kanülasyonu ve perfüzyonu. (D) Akciğer allogreftinin PolyhHb perfüzat ile başarılı kanülasyonu ve perfüzyonu. (E) Standart perfüzat ile akciğer allogreftinin başarılı kanülasyonu ve perfüzyonu. (F) Akciğer koruma solüsyonu ile yıkamayı takiben ideal doku koruması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Perfüzyon solüsyonlarının geliştirilmesi ve test edilmesi, dünya çapında birçok kişinin başlattığı yeni bir çabadır. Geleneksel olarak, standart perfüzatlar iskemik zamanı askıya alma ve iskemi ile ilişkili yaralanmaları hafifletme ve ayrıca reperfüzyon18 yeteneği sunar. Bununla birlikte, EVLP'nin bir sonraki evrimi, mevcut perfüzat teknolojisini iyileştirmenin yanı sıra onarım ve yenileme terapilerini 39,40,41,42,43 dahil etmektir.

Bu çalışmada tarif edilen PolyhHb, malzemenin devreden akciğere dışarı çıkmasını önlemek için500 kDa ile 0.2 μm arasında braketlenir, bu da vazokonstriksiyonu ve artan PA basıncını 30 önleyecektir. Bu sentezin polimerizasyon adımları boyunca, oksijenin kısmi basıncının (pO2 ) istenen oksijen afinitesi PolihHb ürünü için uygun değerde tutulması kritik öneme sahiptir. Bu, biyoreaktöre eşleşen bir pO2'ye sahip olan (yani nitrojen ile gazı alınmış, oksijenlendirilmiş, vb.) reaksiyon boyunca eklenen tüm çözeltileri (yani çapraz bağlayıcı, su verme çözeltisi, vb.) içerir. Bu sentez prosedürünün önemli bir avantajı, nihai ürünün, farklı oksijen taleplerine sahip farklı uygulamalara izin vermek için değiştirilebilir oksijen dengesine sahip olmasıdır (yani, transfüzyon tıbbı için düşük oksijen afinitesi PolyhHb, akciğer perfüzyonu için orta oksijen afinitesi veya hedeflenen oksijen iletimi için yüksek oksijen afinitesi). Biyoreaktör üzerinde, temas noktalarında aşırı ısınmaya neden olmayan ve bu da hasarlı proteinlerin oluşumuna neden olmayan bir ısıtma mekanizmasının olduğundan emin olmak da önemlidir. Kap boyunca bir bakır bobinin, kabın dışındaki yalıtılmış bir ısıtma ceketinden daha eşit ve daha az zarar verici ısıtma/soğutma sağladığını bulduk (Şekil 1A).

Bir EVLP sıçan modelinin geliştirilmesi yeni olmasa da37,38, daha iyi sonuçlara yol açabilecek birkaç alana dikkat çektik. İlk olarak, dolaşım yoluyla akciğerlere girebilecek ek hava olmadığından emin olmak için fedakarlık üzerine IVC'de küçük kesiler yapmak gerekir. Akciğer allogreftini akciğer koruma solüsyonu ile yıkarken, akciğerlerin tek tip soluk beyaz rengi, mikro cerrahın tedarik süreci için teknik başarı olduğunu bilmesini sağlar. Parankim içinde hala pembe renkli bir akciğer varsa, bazen PA kanülünün tüm akciğerin eşit şekilde perfüze edileceği şekilde ayarlanması tavsiye edilir. PA kanülü genellikle prosedürün tamamlanması daha kolay bir kısmı olsa da, LA kanülünün tanıtılması biraz daha zordur. LA kanülünün LA'ya ulaşması için mitral kapak halkasını genişletmek her zaman gereklidir. Bununla birlikte, ventrikül veya kulakçıkları delmek kolay olduğu için bu çok dikkatli yapılmalıdır. Kanülün ucu kulak kulakçığının içine girdikten sonra, sütürü ventrikül etrafına sabitlerken sıklıkla yanlış yerleştirilebilir. Çoğu zaman masa açısını ayarlamak (daha yatay) veya kanülün altına bir parça gazlı bez yerleştirmek gerekir, böylece yerinde kalır.

Sınırlama
Bu model için bazı sınırlamalar vardır. Perfüzatların etkinliğini ve potansiyel allogreftleri iyileştirme yeteneklerini değerlendirmek yararlı olsa da, bu bize farklı perfüzatların ve teknolojilerin in vivo sonuçlarını söyleyebilecek bir nakil modeli değildir. Ek olarak, PolyhHb heyecan verici yeni bir perfüzat teknolojisi olsa da, bu teknolojinin yaygın olarak benimsenmesi düşünülmeden önce kullanımı, etkinliği ve potansiyel sınırlamalarının ek klinik öncesi ve klinik perfüzyon deneylerinde daha fazla doğrulanması gerekecektir.

Sonuç
Burada, yeni nesil bir PolyhHb perfüzatın uygulamasını ve bu perfüzyon çözeltisinin bir sıçan EVLP modelinde test edilebileceği protokolü gösterdik. Perfüzat teknolojisi ilerledikçe, PolyhHb'yi geleneksel perfüzatların30 potansiyel bir ikamesi olarak kullanma olanaklarını araştırmak avantajlı olacaktır. Önceki nesil PolyhHb, bileşimlerine bağlı olarak zararlı yan etkilere yol açmıştır; Bununla birlikte, sentezdeki iyileştirmeler, ekstravaze olma, ödem yol açma ve dolayısıyla hücresel hasara neden olma olasılığı daha düşük olan bir polimer yaratmıştır30. PolyhHb ile akciğer allogreftlerinin metabolik talebini karşılamaya devam ederken RBC'lere ihtiyaç duymadan EVLP yapmak mümkündür. Bu şüphesiz ex vivo olarak daha iyi allogreft fonksiyonuna izin verecektir. Bununla birlikte, PolyhHb'nin hem klinik öncesi hem de klinik ortamlarda daha fazla doğrulanması gereklidir. Bu protokolün, akciğer nakli topluluğuna yeni perfüzyon solüsyonları tasarlama ve geliştirme konusunda önemli bilgilerin yanı sıra bunları klinik olarak ilgili, translasyonel nakil modellerinde test etmek için uygun protokolleri sağladığını umuyoruz.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada sunulan materyal için A.F.P., A.G. ve C.C., ABD patent başvurusu PCT/US2022/041743'in mucitleridir. AFP, CC, BOW ve SMB, ABD patent başvurusu PCT/US2023/017765'in mucitleridir.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu araştırma, Jewel ve Frank Benson Aile Vakfı ve Jewel ve Frank Benson Araştırma Profesörlüğü tarafından cömertçe desteklenmiştir. B.A.W. kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) hibe R01HL143000 tarafından desteklenmektedir. AFP, NIH hibeleri R01HL126945, R01EB021926, R01HL131720 ve R01HL138116 ve ABD Ordusu Tıbbi Araştırma ve Malzeme Komutanlığı hibe W81XWH1810059 tarafından desteklenmektedir. S.M.B., NIH R01 DK123475 tarafından desteklenmektedir.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
10 cc insülin şırıngası 29 G x 1/2" iğneBD309301
30 L Cam Toplu BiyoreaktörAce Cam
30g İğneMed İğnelerBD-305106
Baytril (enrofloksasin) Antibakteriyel TabletlerElancoNA
Kalsiyum Klorür dihidrat (CaCl2< / sub>.2H2< / sub>O)Sigma Aldrich10035-04-8Modifiye Ringer'ın laktat
CFBA taşıyıcı frekans köprüsü amplifikatörü için tip 672Harvard Aparatı731747
Bağlantı kiti D150Cole-Parmer  VK 73-3763
Dumont #5 ForsepsGüzel Bilim araçları11252-50
Dumont Medical #5/45 Forseps - Açılı 45°Güzel Bilim araçları11253-25
Ecoline Star Edition 003, E100 Su IsıtıcıLaudaLCK 1879
Süresi dolmuş insan lökosyonu azaltılmış, paketlenmiş RBC üniteleriWexner Tıp Merkezi
Kanada Kan Hizmetleri
Zen-Bio Inc
Fiberoksijenatör D150Hugo Sachs ElektronikPY2 73-3762
ForsepsGüzel Bilim araçları11027-12
Gluteraldehit (C5H8O2 ağırlıkça %70)Sigma Aldrich111-30-8 (G7776)
Halsted-Sivrisinek HemostatRoboz CerrahiRS-7112
Heparin 30 ml başına 30.000 birimAPP İlaç
İnsan Serumu Albümin (HSA)OctaPharma PlazmaPerfüzat katkı maddesi
IL2 Perfüzat için tüp setiHarvard Aparatı733842
IPL-2 Temel Akciğer Perfüzyon SistemiHarvard Aparatı
5 ml başına 500 mgJHP İlaç
730712
Liqui-Cel EXF Serisi G420 Membran Kontaktör3MG420gaz kontaktörü
düşük potasyum dekstran glikoz çözeltisi (perfadex)akciğeri yıkayanXVIVO
Masterflex Platin Kaplı Boru (Boyut: 73,17,16,24)Cole-Palmer
N-Asetil-L-sistein (NALC, C5H9NO3S)Sigma Aldrich616-91-1 (A7250)Modifiye Ringer'ın laktat
Nalgene Damarları için ( 10L, 20L)NalgeneFiltrasyon kapları
Peristaltik Pompave nbsp; İsmatek  ISM 827B
PES, 0.65 ve mikro; m TFF modülüRepligenN02-E65U-07-N
PhysioSuiteKent Scientific CorporationPS-MSTAT-RT
polietersülfon (PES), 0.2 ve mikro; m TFF modülüRepligenN02-S20U-05-N
Polisülfon (PS), 500 kDa TFF modülüRepligenN02-P500-05-N
Potasyum Klorür (KCl)Fisher Scientific7447-40-7PBS
PowerLab 8/35  Pulmoner Arter kanülü730045
Harvard Aparatı730710
Pompa Kafası hortumu (Boyut: 73,17,16,24)PharMed BPT
Puralube  Oftalmik MerhemDechraNA
MakasGüzel Bilim araçları14090-11
Perfüzyon tipi için SCP Servo kontrolör 704Harvard Aparatı732806
Küçük Hayvan Vantilatörü modeli 683Harvard Aparatı55-000
Sodyum Klorür (NaCl)Fisher Scientific7647-14-5 (S271-10)PBS ve salin için
Sodyum siyanoborohidrit (NaCNBH3)Sigma Aldrich25895-60-7
Sodyum Ditiyonit (Na2S2O4)Sigma Aldrich7775-14-6
Sodyum Hidroksit (NaOH)Fisher Scientific1310-73-2Modifiye Ringer'ın laktatı için
Sodyum Laktat (NaC < sub > 3 < / sub >H < sub > 5 < / sub > O < sub > 3 < / sub >)Sigma Aldrich867-56-1Modifiye Ringer'ın laktatı için
Sodyum fosfat dibazik (Na2< sub>HPO4< / sub>)Fisher Scientific7558-79-4PBS
Sodyum fosfat monobazik (NaH2< / sub>PO4)PBS için Fisher Scientific7558-80-7
SomnoSuite Küçük Hayvan Anestezi SistemiKent Scientific CorporationSS-MVG-Modülü
Sprague-Dawley sıçanlarıEnvigo
TAM-A dönüştürücü amplifikatör modülü tipi 705/1Harvard Aparatı73-0065
TAM-D dönüştürücü amplifikatör tipi 705/2Harvard Aparatı  73-1793
TCM zaman kontrol modülü tipi 686Harvard Aparatı731750
Trakeal kanülHarvard Aparatı733557
Nemli oda için tüp setiHarvard Aparatı  73V83157
Boru KasetiCole-ParmerIS 0649
Cımbız #5 DumostarKent Scientific Corporation  INS500085-A
Cımbız #5 paslanmaz çelik, kavisliKent Scientific CorporationIND500232
Cımbız #7 TitanyumKent Scientific Corporation 
Tygon E-3603 Boru 2.4 mm IDHarvard Aparatı721017perfüsyon hattı akciğere giriyor
Tygon E-3603 Boru 3.2 mm IDHarvard Aparatı721019perfüze hattı akciğerden çıkıyor
Vannas-Tübingen Yaylı MakasGüzel Bilim Araçları15008-08
VCM ventilatör kontrol modülü tipi 681Harvard Aparatı731741
William's E MediaGibco, ThermoFisher ScientificA12176-01Perfusate katkı maddesi
Xylazine 1 ml Akorn
Sol Atriyum kanülü Harvard Aparatı çözeltisiCihazlarINS600187 başına 100 mg

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Valapour, M., et al. OPTN/SRTR 2021 annual data report: Lung. Am J Transplant. 23, 2 Suppl 1 S379-S442 (2023).
  2. Gouchoe, D. A., et al. Ex vivo lung perfusion in donation after circulatory death: A post hoc analysis of the normothermic Ex Vivo lung perfusion as an assessment of extended/marginal donors lungs trial. J Thorac Cardiovasc Surg. , 10.1016/j.jtcvs.2024.03.011 (2024).
  3. Bobba, C. M., et al. Trends in donation after circulatory death in lung transplantation in the United States: Impact of era. Transpl Int. 35, 10172(2022).
  4. Steen, S., et al. Transplantation of lungs from a non-heart-beating donor. Lancet. 357 (9259), 825-829 (2001).
  5. Cypel, M., et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. N Engl J Med. 364 (15), 1431-1440 (2011).
  6. Cypel, M., Neyrinck, A., Machuca, T. N. Ex vivo perfusion techniques: state of the art and potential applications. Intens Care Med. 45 (3), 354-356 (2019).
  7. Gouchoe, D. A., et al. XPS™ Jensen lung as a low-cost, high-fidelity training adjunct to ex-vivo lung perfusion. Artif Organs. , 10.1111/aor.14623 (2023).
  8. Van Raemdonck, D., Rega, F., Rex, S., Neyrinck, A. Machine perfusion of thoracic organs. J Thorac Dis. 10, Suppl 8 S910-S923 (2018).
  9. Andreasson, A. S., Dark, J. H., Fisher, A. J. Ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation--state of the art. Eur J Cardiothorac Surg. 46 (5), 779-788 (2014).
  10. Ahmad, K., Pluhacek, J. L., Brown, A. W. Ex vivo lung perfusion: A review of current and future application in lung transplantation. Pulm Ther. 8 (2), 149-165 (2022).
  11. Kim, J. L., et al. Biometric profiling to quantify lung injury through ex vivo lung perfusion following warm ischemia. Asaio j. 69 (8), e368-e375 (2023).
  12. Jeon, J. E., et al. Acellular ex vivo lung perfusate silences pro-inflammatory signaling in human lung endothelial and epithelial cells. J Transl Med. 21 (1), 729(2023).
  13. Baciu, C., et al. Altered purine metabolism at reperfusion affects clinical outcome in lung transplantation. Thorax. 78 (3), 249-257 (2023).
  14. Peel, J. K., et al. Evaluating the impact of ex vivo lung perfusion on organ transplantation: A retrospective cohort study. Ann Surg. 278 (2), 288-296 (2023).
  15. Peel, J. K., et al. Determining the impact of ex vivo lung perfusion on hospital costs for lung transplantation: A retrospective cohort study. J Heart Lung Transpl. 42 (3), 356-367 (2023).
  16. Warnecke, G., et al. Normothermic ex vivo preservation with the portable Organ Care System Lung device for bilateral lung transplantation (INSPIRE): a randomised, open-label, non-inferiority, phase 3 study. Lancet Respir Med. 6 (5), 357-367 (2018).
  17. Loor, G., et al. Portable normothermic ex vivo lung perfusion, ventilation, and functional assessment with the Organ Care System on donor lung use for transplantation from extended-criteria donors (EXPAND): a single-arm, pivotal trial. Lancet Resp Med. 7 (11), 975-984 (2019).
  18. Loor, G., et al. Prolonged EVLP using OCS lung: Cellular and acellular perfusates. Transplantation. 101 (10), 2303-2311 (2017).
  19. Bansal, S., Biswas, G., Avadhani, N. G. Mitochondria-targeted heme oxygenase-1 induces oxidative stress and mitochondrial dysfunction in macrophages, kidney fibroblasts and in chronic alcohol hepatotoxicity. Redox Biol. 2, 273-283 (2014).
  20. Park, S., et al. Initial investigation on the feasibility of porcine red blood cells from genetically modified pigs as an alternative to human red blood cells for transfusion. Front Immunol. 14, 1298035(2023).
  21. Ellingson, K. D., et al. Continued decline in blood collection and transfusion in the United States-2015. Transfusion. 57, Suppl 2 1588-1598 (2017).
  22. Cuddington, C. T., et al. Pilot scale production and characterization of next generation high molecular weight and tense quaternary state polymerized human hemoglobin. Biotechnol Bioeng. 119 (12), 3447-3461 (2022).
  23. Moore, E. E., et al. Human polymerized hemoglobin for the treatment of hemorrhagic shock when blood is unavailable: the USA multicenter trial. J Am Coll Surg. 208 (1), 1-13 (2009).
  24. Shonaka, T., et al. Impact of human-derived hemoglobin based oxygen vesicles as a machine perfusion solution for liver donation after cardiac death in a pig model. PLoS One. 14 (12), e0226183(2019).
  25. Chen, G., Palmer, A. F. Hemoglobin-based oxygen carrier and convection enhanced oxygen transport in a hollow fiber bioreactor. Biotechnol Bioeng. 102 (6), 1603-1612 (2009).
  26. Bucci, E., Kwansa, H., Koehler, R. C., Matheson, B. Development of zero-link polymers of hemoglobin, which do not extravasate and do not induce pressure increases upon infusion. Artif Cells Blood Substit Immobil Biotechnol. 35 (1), 11-18 (2007).
  27. Schaer, C. A., et al. Haptoglobin preserves vascular nitric oxide signaling during hemolysis. Am J Respir Crit Care Med. 193 (10), 1111-1122 (2016).
  28. Muller, C. R., et al. Safety and efficacy of human polymerized hemoglobin on guinea pig resuscitation from hemorrhagic shock. Sci Rep. 12 (1), 20480(2022).
  29. Greenfield, A., et al. Biophysical analysis and preclinical pharmacokinetics-pharmacodynamics of tangential flow filtration fractionated polymerized human hemoglobin as a red blood cell substitute. Biomacromolecules. 24 (4), 1855-1870 (2023).
  30. Cuddington, C., et al. Polymerized human hemoglobin-based oxygen carrier preserves lung allograft function during normothermic ex vivo lung perfusion. Asaio j. , 10.1097/mat.0000000000002118 (2024).
  31. Cabrales, P., et al. Effects of the molecular mass of tense-state polymerized bovine hemoglobin on blood pressure and vasoconstriction. J Appl Physiol. 107 (5), 1548-1558 (2009).
  32. Baek, J. H., et al. Down selection of polymerized bovine hemoglobins for use as oxygen releasing therapeutics in a guinea pig model. Toxicol Sci. 127 (2), 567-581 (2012).
  33. Williams, A. T., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock with fresh and stored blood and polymerized hemoglobin. Shock. 54 (4), 464-473 (2020).
  34. Muller, C. R., et al. Resuscitation from hemorrhagic shock after traumatic brain injury with polymerized hemoglobin. Sci Rep. 11 (1), 2509(2021).
  35. Lamb, D. R., et al. The molecular size of bioengineered oxygen carriers determines tissue oxygenation in a hypercholesterolemia guinea pig model of hemorrhagic shock and resuscitation. Mol Pharm. 20 (11), 5739-5752 (2023).
  36. Bobba, C. M., et al. A novel negative pressure-flow waveform to ventilate lungs for normothermic ex vivo lung perfusion. Asaio j. 67 (1), 96-103 (2021).
  37. Nelson, K., et al. Method of isolated ex vivo lung perfusion in a rat model: lessons learned from developing a rat EVLP program. J Vis Exp. (96), e52309(2015).
  38. Nelson, K., et al. Animal models of ex vivo lung perfusion as a platform for transplantation research. World J Exp Med. 4 (2), 7-15 (2014).
  39. Wong, A., et al. Potential therapeutic targets for lung repair during human ex vivo lung perfusion. Eur Respir J. 55 (4), 1902222(2020).
  40. Machuca, T. N., et al. The role of the endothelin-1 pathway as a biomarker for donor lung assessment in clinical ex vivo lung perfusion. J Heart Lung Transpl. 34 (6), 849-857 (2015).
  41. Gouchoe, D. A., et al. Mitsugumin 53 Mitigation of ischemia reperfusion injury in a mouse model. J Thorac Cardiovasc Surg. 10, 10.1016/j.jtcvs.2023.08.005 (2023).
  42. Gouchoe, D. A., Whitson, B. A., Zhu, H. The next frontier in lung transplantation: Protecting the endothelium and repairing organs for transplant utilizing MG53. Clin Transl Dis. 3 (6), e255(2023).
  43. Gouchoe, D. A., et al. MG53 mitigates warm ischemic lung injury in a murine model of transplantation. J Thorac Cardiovasc Surg. , 10.1016/j.jtcvs.2023.10.056 (2023).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Ex Vivo Lung PerfusionPolymerized HemoglobinOxygen CarrierLung TransplantationPerfusion SolutionPulmonary EdemaRat EVLP ModelPulmonary Vascular ResistanceLung ComplianceHemoglobin Based Perfusate

Related Articles