Een normotherm ex vivo leverperfusie (NEVLP) systeem werd gecreëerd voor muizenlevers. Dit systeem vereist ervaring in microchirurgie, maar zorgt voor reproduceerbare perfusieresultaten. Het vermogen om muizenlevers te gebruiken vergemakkelijkt het onderzoek van moleculaire routes om nieuwe perfusaatadditieven te identificeren en maakt de uitvoering van experimenten gericht op orgaanherstel mogelijk.
Dit protocol presenteert een geoptimaliseerd erytrocytenvrij NEVLP-systeem met behulp van muizenlevers. Ex vivo conservering van muizenlevers werd bereikt door gebruik te maken van gemodificeerde canules en technieken die waren aangepast aan conventionele commerciële ex vivo perfusieapparatuur. Het systeem werd gebruikt om de conserveringsresultaten na 12 uur perfusie te evalueren. C57BL / 6J-muizen dienden als leverdonoren en de levers werden geëxplanteerd door de poortader (PV) en galwegen (BD) te cannuleren en vervolgens het orgaan te spoelen met warme (37 ° C) gehepariniseerde zoutoplossing. Vervolgens werden de geëxplanteerde levers overgebracht naar de perfusiekamer en onderworpen aan normotherme zuurstofrijke machineperfusie (NEVLP). Inlaat- en uitlaatperfuaatmonsters werden met tussenpozen van 3 uur verzameld voor perfuaatanalyse. Na voltooiing van de perfusie werden levermonsters verkregen voor histologische analyse, waarbij de morfologische integriteit werd beoordeeld met behulp van gemodificeerde Suzuki-Score door hematoxyline-eosine (HE) kleuring. De optimalisatie-experimenten leverden de volgende bevindingen op: (1) muizen met een gewicht van meer dan 30 g werden geschikter geacht voor het experiment vanwege de grotere omvang van hun galwegen (BD). (2) een 2 Fr (buitendiameter = 0,66 mm) polyurethaan canule was beter geschikt voor het cannuleren van de poortader (PV) in vergelijking met een polypropyleen canule. Dit werd toegeschreven aan de verbeterde grip van het polyurethaanmateriaal, wat resulteerde in minder slippen van de katheter tijdens de overdracht van het lichaam naar de orgaankamer. (3) voor cannulatie van de galwegen (BD) bleek een polyurethaancanule van 1 Fr (buitendiameter = 0,33 mm) effectiever te zijn in vergelijking met de polypropyleen UT – 03 (buitendiameter = 0,30 mm) canule. Met dit geoptimaliseerde protocol werden muizenlevers met succes bewaard voor een duur van 12 uur zonder significante impact op de histologische structuur. Hematoxyline-eosine (HE) kleuring onthulde een goed bewaard gebleven morfologische architectuur van de lever, gekenmerkt door overwegend levensvatbare hepatocyten met duidelijk zichtbare kernen en milde verwijding van hepatische sinusoïden.
Levertransplantatie vertegenwoordigt de gouden standaardbehandeling voor personen met een leverziekte in het eindstadium. Helaas overtreft de vraag naar donororganen het beschikbare aanbod, wat leidt tot een aanzienlijk tekort. In 2021 stonden ongeveer 24.936 patiënten op de wachtlijst voor een levertransplantatie, terwijl slechts 9.234 transplantaties succesvol werden uitgevoerd1. Het aanzienlijke verschil tussen vraag en aanbod van levertransplantaten benadrukt de dringende noodzaak om alternatieve strategieën te onderzoeken om de donorpool te verbreden en de toegankelijkheid van levertransplantaten te verbeteren. Een manier om de donorpool uit te breiden is het gebruik van marginale donoren2. Marginale donoren zijn mensen met gevorderde leeftijd, matige of ernstige steatose. Hoewel de transplantatie van marginale organen gunstige resultaten kan opleveren, blijven de algemene resultaten suboptimaal. Als gevolg hiervan is de ontwikkeling van therapeutische strategieën gericht op het verbeteren van de functie van marginale donoren momenteel aan de gang 3,4.
Een van de strategieën is om machineperfusie te gebruiken, met name normotherme zuurstofrijke machineperfusie, om de functie van deze marginale organen te verbeteren5. Er is echter nog steeds een beperkt begrip van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de gunstige effecten van normotherme zuurstofrijke machineperfusie (NEVLP). Muizen, met hun overvloedige beschikbaarheid van genetisch gemodificeerde stammen, dienen als waardevolle modellen voor het onderzoeken van moleculaire routes. Bijvoorbeeld, het belang van autofagie pathways bij het verminderen van hepatische ischemie-reperfusie letsel is in toenemende mate erkend 6,7. Een belangrijke moleculaire route in de hepatische ischemie-reperfusie schade is de miR-20b-5p/ATG7 pathway8. Momenteel zijn er een aantal ATG knock-out en voorwaardelijke knock-out muizenstammen beschikbaar, maar geen overeenkomstige rattenstammen9.
Op basis van deze achtergrond was het doel om een geminiaturiseerd NEVLP-platform voor muizenlevertransplantaten te genereren. Dit platform zou de verkenning en evaluatie van potentiële genetisch gemodificeerde strategieën vergemakkelijken die gericht zijn op het verbeteren van de functionaliteit van de lever van de donor. Bovendien was het essentieel dat het systeem geschikt was voor langdurige perfusie, waardoor de ex vivo behandeling van de lever mogelijk werd, gewoonlijk “orgaanreparatie” genoemd.
Gezien de beperkte beschikbaarheid van relevante in vitro gegevens over leverperfusie bij muizen, richtte het literatuuronderzoek zich op studies uitgevoerd bij ratten. Een systematische zoektocht van literatuur van 2010 tot 2022 werd uitgevoerd met behulp van trefwoorden zoals “normotherme leverperfusie”, “ex vivo of in vitro” en “ratten“. Deze zoektocht was gericht op het identificeren van optimale omstandigheden bij knaagdieren, waardoor we de meest geschikte aanpak konden bepalen.
Het perfusiesysteem bestaat uit een afgesloten glazen bufferreservoir met watermantel, een peristaltische rollenpomp, een oxygenator, een bellenvanger, een warmtewisselaar, een orgelkamer en een gesloten cyclusbuizensysteem (figuur 1). Het systeem zorgt voor een nauwkeurige handhaving van een constante perfusietemperatuur van 37 °C met behulp van een speciale thermostatische machine. De peristaltische rollenpomp drijft de stroom van het perfusaat door het hele circuit aan. Het perfusiecircuit begint bij het geïsoleerde wateromhulde reservoir. Vervolgens wordt het perfusaat door de oxygenator geleid, die een gasmengsel van 95% zuurstof en 5% koolstofdioxide uit een speciale gasfles ontvangt. Na oxygenatie passeert het perfusaat de bellenvanger, waarbij eventuele ingesloten bellen door de peristaltische pomp terug naar het reservoir worden geleid. Het resterende perfusaat stroomt door de warmtewisselaar en komt in de orgelkamer, van waaruit het terugkeert naar het reservoir.
Hier rapporteren we onze ervaringen met het opzetten van een NEVLP voor muizenlevers en delen we de veelbelovende resultaten van een proefexperiment uitgevoerd met behulp van het zuurstofrijke medium zonder zuurstofdragers.
Kritieke stappen in het protocol
De twee cruciale stappen bij leverexplantatie zijn de cannulatie van de poortader (PV) en de daaropvolgende cannulatie van het galkanaal (BD). Deze stappen zijn van het grootste belang voor het succesvol ophalen van organen en de daaropvolgende perfusie- of transplantatieprocedures.
Uitdagingen en oplossingen
PV-cannulatie brengt drie uitdagingen met zich mee: letsel van de vaatwand, verplaatsing van de katheter en uitvoe…
The authors have nothing to disclose.
Tijdens het schrijven van dit artikel heb ik veel steun en hulp gekregen. Ik wil in het bijzonder mijn teamgenoot XinPei Chen bedanken voor zijn geweldige samenwerking en geduldige ondersteuning tijdens mijn operatie.
0.5 ml Micro Tube PP | Sarstedt | 72699 | |
1 Fr Rubber Cannula | Vygon | Sample Cannula | |
10 µL Micro Syringe | Hamilton | 701N | |
2 Fr Rubber Cannula | Vygon | Sample Cannula | |
24 G Butterfly Cannula | Terumo | SR+OF2419 | |
26 G Butterfly Cannula | Terumo | SR+DU2619WX | |
30 G Hypodermic Needle | Sterican | 100246 | |
50 ml Syringe Pump | Braun | 110356 | |
6-0 Perma-Hand Seide | Ethicon | 639H | |
Arterial Clip | Braun | BH014R | |
Autoclavable Moist Chamber | Hugo Sachs Elektronik | 73-4733 | |
Big Cotton Applicator | NOBA Verbandmittel Danz GmbH | 974018 | |
Bubble Trap | Hugo-Sachs-Elektronik | V83163 | |
Buprenovet (0.3 mg / ml) | Elanco | / | |
CIDEX OPA solution (2 L) | Cilag GmbH | 20391 | |
Electrosurgical Unit for Monopolar Cutting VIO® 50 C | ERBE | / | |
Fetal Bovine Serum(500 ml) | Sigma-Aldrich | F7524-500ML | |
Gas Mixture (95 % oxygen & 5 % carbon dioxide) | House Supply | / | |
Heating Circulating Baths | Harvard-Apparatus | 75-0310 | |
Heparin 5000 (I.E. /5 ml) | Braun | 1708.00.00 | |
Hydrocortisone (100 mg / 2 ml) | Pfizer | 15427276 | |
Insulin(100 IE / ml) | Sigma | I0516-5ML | |
Iris Scissors | Fine Science Instruments | 15000-03 | |
Isofluran (250 ml) | Cp-Pharma | 1214 | |
Membrane Oxygenator | Hugo Sachs Elektronik | T18728 | |
Microsurgery Microscope | Leica | M60 | |
Mouse Retractor Set | Carfil Quality | 180000056 | |
NanoZoomer 2.0 HT | Hamamatsu | / | |
Non-Woven Sponges | Kompressen | 866110 | |
Penicillin Streptomycin (1 mg / ml) | C.C.Pro | Z-13-M | |
Perfusion Extension Tube (30 cm) | Braun | 4256000 | |
Peristaltic Pump | Harvard-Apparatus | P-70 | |
Petri Dishc 100×15 mm | VWR® | 391-0578 | |
Povidon-Jod (Vet-Sep Spray) | Livisto | 799-416 | |
Pressure Transducer Simulator | UTAH Medical Products | 650-950 | |
Reusable Blood Pressure Transducers | AD Instruments | MLT-0380/D | |
S & T Vessel Cannulation Forceps | Fine Science Instruments | 00608-11 | |
Small Cotton Applicator | NOBA Verbandmittel Danz GmbH | 974116 | |
Straight Forceps 10 cm | Fine Science Instruments | 00632-11 | |
Suture Tying Forceps | Fine Science Instruments | 11063-07 | |
Syringe 50ml Original Perfusor | Braun | 8728810F-06 | |
UT – 03 Cannula | Unique Medical, Japan | / | |
Vannas Spring Scissors | Fine Science Instruments | 15018-10 | |
Veterinary Saline (500 ml) | WDT | 18X1807 | |
Water Jacketed Reservoir 2 L | Harvard-Apparatus | 73-3441 | |
William's E Medium (500 ML) | Thermofischer Scientific | A1217601 |