肺动脉瓣使用异位心脏移植小鼠模型移植

Medicine

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Summary

为了了解neotissue形成和狭窄的发展在组织工程心脏瓣膜相关的细胞和分子机制,开发了异位心脏瓣膜移植的小鼠模型。使用异位心脏移植术肺动脉心脏瓣膜移植到收件人。

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Lee, Y. U., Yi, T., James, I., Tara, S., Stuber, A. J., Shah, K. V., Lee, A. Y., Sugiura, T., Hibino, N., Shinoka, T., Breuer, C. K. Transplantation of Pulmonary Valve Using a Mouse Model of Heterotopic Heart Transplantation. J. Vis. Exp. (89), e51695, doi:10.3791/51695 (2014).

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Abstract

组织工程心脏瓣膜,特别是脱细胞瓣膜,也开始获得动力在临床使用重建手术的结果好坏参半。然而,neotissue发展,阀增厚和狭窄发展的细胞和分子机制尚未广泛研究。要回答上述问题,我们开发了一个小鼠异位心脏瓣膜移植模型。心脏瓣膜是从阀供体小鼠收获移植到心脏供体小鼠。用一个新的阀的心脏异位移植到受体小鼠。移植心脏表明自己的心跳,独立收件人的心跳。使用高频超声系统用脉冲多普勒血流进行定量。通过植入肺动脉瓣流量呈正向流量以最小的反流和洪峰流量接近100毫米/秒。心脏瓣膜移植的这个小鼠模型是highlÝ通用性,因此它可以被修改和调整以提供不同的血流动力学的环境和/或可用于各种转基因小鼠来研究neotissue发展在组织工程心脏瓣膜。

Introduction

先天性心血管缺陷的婴儿死亡率在西方世界1,2的主要原因之一。其中,肺动脉瓣狭窄和主动脉瓣二瓣缺陷是一个经常出现的形式3。心脏瓣膜置换手术是修复手术的常规选择;然而,并发症,包括狭窄的心脏瓣膜的钙化,以及终身抗凝药物的依赖是慢性疾病和死亡4-7一个显著来源。此外,缺乏增长潜力,需要重新进行手术,这进一步增加了这些年轻患者4,8,9的死亡率。

在试图开发一种功能置换心脏瓣膜的增长潜力,Shinoka 等。种子自体细胞到可生物降解的合成心脏瓣膜8。合成阀转换成一个原生心脏瓣膜状结构与增长电位人。初步大型动物的研究表明使用这种方法来创建一个功能心脏瓣膜10的可行性。然而,长期植入的研究表明耐用性差,由于该阀neotissue导致心脏瓣膜变窄的逐渐增厚。从Sodian工作使用的Shinoka方法,但最终换成了PGA矩阵,可生物降解弹性体,这给了组织工程瓣膜的生物力学特性构建一个更符合生理轮廓9,11,12。体内研究中,尽管植入的成功,一个融合的内皮细胞衬里没有形成这可能限制了长期的成功这个支架12。

为了合理设计改进的第二代人造心脏瓣膜,建立心脏瓣膜移植的小鼠模型来研究underlyin的细胞和分子机制克neotissue形成,瓣膜增厚,管腔狭窄和发展。小鼠模型提供了分子试剂繁多,包括转基因,这是不是在其他物种7一应俱全。在这种心脏瓣膜移植模型, 离体同源的肺心脏瓣膜置换首先执行;然后与植入心脏瓣膜的心脏被植入异位成利用显微外科技术一同源主机。通过此模型,心脏瓣膜置换,无需体外循环。

在本文中,心脏瓣膜收获的详细说明,供体心脏的准备工作,心脏瓣膜移植和异位心脏移植模型描述。结果表明,连续的心跳从供体心脏,这是独立于接收者的心跳。通过植入肺动脉瓣的血流使用高频超声系统用脉冲波执行测量ppler。

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Protocol

注:所有动物的程序批准了全国儿童医院实验动物管理和使用委员会。

1,肺动脉心脏瓣膜收获从心脏瓣膜供体小鼠

  1. 高压灭菌所有的外科手术工具手术前:1倍罚款剪刀,3微型镊子,微型2倍血管钳,1x夹紧应用镊子,1个微型针器,1个弹簧剪刀,1卷收器。
  2. 6-8周龄雌性C57BL / 6小鼠作为肺动脉心脏瓣膜捐助。从笼中取出小鼠并称重,然后用安乐死氯胺酮/甲苯​​噻嗪鸡尾酒(氯胺酮200 mg / kg和甲苯噻嗪,20毫克/千克,IP)过量。
  3. 夹在胸部,然后将鼠标在垫背部靠着位置。然后进行开胸手术。暴露心脏,请在右心房一小截,并灌注左心室与冰冷的生理盐水。
  4. 说白了从升一解剖肺动脉(PA)奥尔塔。切出肺动脉瓣(PV)以及肺动脉2毫米袖口。处置的心脏的其余部分。
  5. 存储在PV中冷肝素和生理盐水溶液(100单位/ ml)。注意:该PV可以保持在溶液中进行移植前两小时到供体心脏。

2,供心准备

  1. 6-8周龄雌性C57BL / 6小鼠作为供体心脏。从笼中取出小鼠并称重,然后用安乐死氯胺酮/甲苯​​噻嗪鸡尾酒(氯胺酮200 mg / kg和甲苯噻嗪,20毫克/千克,IP)过量。这是一个终端程序。
  2. 夹在胸部,然后将鼠标在垫背部靠着位置。然后进行开胸手术。说白了分离心脏,下腔静脉(IVC),上腔静脉(SVC),升主动脉,PA和肺静脉。灌注下腔静脉与冰冷的无菌生理盐水。
  3. 结扎下腔静脉,SVC和肺静脉用6-0丝线缝合再切优于连字。
  4. 切开主动脉和​​PA为2 mm袖带。
  5. 切出的PV和处置。

3,心脏瓣膜移植到供心

  1. 步骤2.5之后,立即将心脏瓣膜步骤1.5到供体心脏和定向心脏瓣膜。
  2. 固定光伏与右侧用10-0单丝缝线上锥形针的阀的针脚,并开始与从PV的另一侧5-6拆线连续缝合。
  3. 整理的前侧之后,水平旋转的心脏,并开始到PV的背面侧缝合到供体心脏。
  4. 在寒冷的无菌肝素/生理盐水存储的心脏。注:供体心脏能保持在溶液中对植入前两小时到受体小鼠。

4,异位心脏移植到一个受体小鼠

  1. 6-8周龄雌性C57BL / 6小鼠作为一个RECIpient。从笼中取出小鼠并称重,然后用氯胺酮/甲苯​​噻嗪鸡尾酒(氯胺酮100 mg / kg和甲苯噻嗪10毫克/公斤)麻醉。酮洛芬(5毫克/千克)作为麻醉前镇痛。
  2. 检查镇静乘尾水平捏后,夹在腹部和胸部的头发。润滑眼睛用无菌眼药膏,然后将鼠标在垫背部靠着位置。消毒腹部与优碘和酒精垫。然后覆盖鼠标,用无菌的悬垂性和唯一暴露在切口区域。
  3. 使从剑突至耻骨上区域下方中线剖腹切口,然后插入一个自固定牵引器。在包裹蘸生理盐水纱布的肠子。说白了定义下腹主动脉和腔静脉。
  4. 将两个6-0丝线缝合近端和远端主动脉周围及下腔静脉抑制血液循环。
  5. 将供体心脏在右侧腹主动脉并用无菌GAU覆盖它泽。用生理盐水滋润它。
  6. 使一个织脉切开术中使用30号针头的腹主动脉和延伸开口用剪刀给施主主动脉的大小。
  7. 使用在锥形针无菌10-0单丝缝合线进行端至端吻合术。确保供体主动脉与一个线圈上的开口在腹主动脉的近端,并开始与从腹主动脉的远端4-5拆线连续缝合。
  8. 翻转的心脏的左侧,用生理盐水注入纱布覆盖它,并开始与从腹主动脉的远端4-5拆线连续缝合。
  9. 使用30号针头在IVC一个venotomy并延长开放供体肺动脉的大小。
  10. 使用在锥形针无菌10-0单丝缝合线执行端侧吻合。固定施主PA​​与一个线圈上的开口中的下腔静脉的近端,并开始与4-5拆线连续缝合下腔静脉的远端。这一次,因为主动脉的方式,确保捐赠者的​​功率放大器的左壁上的缝合是对下腔静脉的内侧。
  11. 冲洗腔静脉管腔用肝素和生理盐水溶液(100单位/ ml)。通过不断地缝合他们到远端关闭捐助PA和接受者下腔静脉的右侧壁。
  12. 删除远端结扎并通过应用外用无菌可吸收止血剂控制出血。当出血完全停止后,取出近端缝合线和控制出血的方法相同。
  13. 返回的肠子,用6-0黑色尼龙单丝缝合关闭腹部肌肉和皮肤的两层。
  14. 注射0.5毫升皮下注射生理盐水,然后将鼠标在一个变暖垫恢复笼,直到鼠标是完全移动。恢复后,返回鼠标到一个新的笼子纸床上用品。给予止痛药(布洛芬,30毫克/千克,生活饮用水)48小时。做不会返回已经动过手术,以其他动物的公司,直到完全康复的动物。

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Representative Results

图1说明了心脏瓣膜移植模型采用异位心脏移植的原理图。心脏瓣膜是从供体心脏收获,并从第二供体小鼠植入到心脏。然后用新的心脏瓣膜的心脏被植入到受体小鼠的腹部。 图2显示了植入心脏的插图上腹部空间(A),心脏移植后(B)的权利,移植后5分钟。在剔除对主动脉和下腔静脉的两侧缝线,心脏开始后打1-2分钟,成为平克与更多的血液循环。注意,右心房比(B)的更散瞳(C)中。在心脏跳动逐渐强大,稳定24小时后。

通过植入肺动脉瓣的血流,用经皮测量植入后第10天高频超声系统与脉冲波多普勒模式( 图3)。主动脉的位置,右心室(RV),植入肺动脉瓣(PV)和肺动脉(PA)中的B模式图3(A)中的显示。黄色的样品体积覆盖位于植入PV 图3(B)表示的解剖结构和样品体积叠加层的位置的图。 如图3(C),供体心脏的QRS波检测节奏和独立的接受者心脏浪潮。测得的收缩压和舒张压量在植入光伏匹配的供体心脏浪潮。峰值速度为约100毫米/秒。

图1
图1。60;示意图心脏瓣膜移植的肺心脏瓣膜是从第一供体小鼠收获,从第二供体小鼠植入心脏。然后用新的阀门的心脏被植入异位成一个受体小鼠。

图2
图2,移植的心脏。一)心脏的新的心脏瓣膜的图表植入到腹部的空间(B)植入之后,和(C)5分钟后植入。

图3
我在图3。血流量测量mplanted肺动脉瓣A)B型图像显示主动脉的位置,右心室(RV),植入肺动脉瓣(PV)和肺动脉(PA),B)的样品体积覆盖的解剖和位置的示意图。 C)速度测量在植入光伏心电图波。

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Discussion

死亡率此程序是接近20%,这主要是由出血在PV移植部位吻合捐助主动脉到受体腹主动脉造成的。在大多数情况下,死亡率显著减小后48小时的手术。存活小鼠表现出通过植入光伏强劲的心脏跳动和血液的流动。整个过程需要四个小时有经验的外科医生微。这将需要大约250小鼠掌握的技术。异位心脏移植是比较直截了当相比,光伏植入的供体心脏。其中一个成功的高压移植中最关键的步骤是收获从供体小鼠的光伏结构。光伏结构应该围绕1-2毫米的阀门下面横断。如果剩余的组织太短,吻合术将是具有挑战性的。如果PV低于组织太长( ,功率放大器将过长相比,递增植入后ING主动脉),植入的PA可以扭曲或弯折。另一个关键步骤是植入PA和接收者之间的下腔静脉吻合。由于下腔静脉是非常薄的,它是非常容易缝合时撕裂。

在此模型中,主动脉血来通过主动脉,流经冠状动脉,然后通过冠状窦的施主RA退出。因此,血容量穿过植入PV是在估计总血量,这是该模型的学习TEHV最显著限制为5%。为了增加血流量,虽然光伏,创建了三个额外的模型。首先,第三吻合是从供体RV创建收件人IVC。第三吻合术可以增加10%的血流量,以总血量的50%。第二,以进一步增加血流量,把第三吻合后,下腔静脉结扎近端到第三吻合。该方法通过投保血流的50%植入PV。第三,为了通过植入光伏,增加流量,维持更符合生理循环,心脏被移植的肺。这种方法可以提高流量可达总血流量的50%,并且更重要的是,左心室和左心房维持其循环。这些不同的生理流模型使我们能够研究生理流动条件的差异如何影响neotissue和狭窄的移植心脏瓣膜的发展。

最近,我们利用上述技术在本文中进行了试点研究,以脱细胞移植高压无细胞种植。植入的PV显示出相似的血液流动特性的控制,predecellularized移植PV。在未来,不同类型的细胞将被接种研究neotissue形成和狭窄的发展,移植的HV。此外,使用转基因小鼠,如绿色荧光蛋白(GFP)的小鼠或谋高压症的SE车型,neotissue形成的过程,可以机械地通过研究细胞填充脱细胞或病变的心脏瓣膜采用免疫组化,这将有助于更合理的设计,第二代组织工程心脏瓣膜的发展之源研究。使用不同的生理流动条件下,转基因小鼠中,脱细胞的光伏植入,所有三个可能的组合的可能性,显示了通用性和本HV移植模型的潜在的重要临床前程序。

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Disclosures

我们什么都没有透露。

Acknowledgements

这项工作是支持的,部分由一个津贴从美国国立卫生研究院(RO1 HL098228)到CKB。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
DPBS Gibco 14190-144
Microscope Leica M80
C57BL/6J (H-2b), Female Jackson Laboratories 664 8-12 weeks
Ketamine Hydrochloride Injection Hospira Inc. NDC 0409-2053
Xylazine Sterile Solution Akorn Inc. NADA# 139-236
Ketoprofen Fort Dodge Animal Health NDC 0856-4396-01
Ibuprofen PrecisionDose NDC 68094-494-59
Heparin Sodium Sagent Pharmaceticals NDC 25021-400
Saline solution (Sterile 0.9% sodium chloride) Hospira Inc. NDC 0409-0138-22
0.9% Sodium chloride Injection Hospira Inc. NDC 0409-4888-10
Petrolatum Ophthalmic Ointment Dechra Veterinary Products NDC 17033-211-38
Iodine Prep Pads Triad Disposables, Inc. NDC 50730-3201-1
Alcohol Prep Pads McKesson Corp. NDC 68599-5805-1
Cotton tipped applicators Fisher Sientific 23-400-118
Fine Scissor FST 14028-10
Micro-Adson Forcep FST 11018-12
Clamp Applying Forcep FST 00072-14
S&T Vascular Clamp FST 00396-01
Spring Scissors FST 15008-08
Colibri Retractors FST 17000-04
Dumont #5 Forcep FST 11251-20
Dumont #7 - Fine Forceps FST 11274-20
Dumont #5/45 Forceps FST 11251-35
Tish Needle Holder/Forceps Micrins MI1540
Black Polyamide Monofilament Suture, 10-0 AROSurgical Instruments Corporation TI638402 For sutureing the graft
Black Polyamide Monofilament Suture, 6-0 AROSurgical Instruments SN-1956 For musculature and skin closure
Non Woven Sponges McKesson Corp. 94442000
Absorbable hemostat Ethicon 1961
1 ml Syringe BD 309659
3 ml Syringe BD 309657
10 ml Syringe BD 309604
18 G 1 1/2 in, Needle BD 305190
25 G 1 in., Needle BD 305125
30 G 1 in., Needle BD 305106
Warm Water Recircultor Gaymar TP-700
Warming Pad Gaymar TP-22G
Trimmer Wahl 9854-500
VEVO2100 High Frequency Ultrasound VisualSonics http://www.visualsonics.com/vevo2100 The catalog number and pricing can be acquired from the sales representatives.
Ultrasound transmission gel Parker Laboratories,
INC.
01-02
Table Top Laboratory Animal Anesthesia System VetEquip, INC. 901806
Isoflurane Baxter 1001936060

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References

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