큰 동물 모델에 대한 격리 된 작업 심장 시스템
Summary
Most studies involving the Langendorff apparatus use small animal models due to the increased complexity of systems for larger mammals. We describe a Langendorff system for large animal models that allows for use across a range of species, including humans, and relatively easy data acquisition.
Abstract
후반 19 세기에 도입 이후, 랑겐 고립 된 심장 관류 장치 및 작업 심장 모델의 후속 개발, 심장 혈관 기능과 질환 1-15 공부를위한 귀중한 도구가되고있다. 랑겐 마음의 준비는 모든 포유 동물의 심장에 사용할 수 있지만,이 장치를 포함하는 대부분의 연구로 인해 큰 포유 동물 1,3,11을위한 시스템의 복잡성 증가에 작은 동물 모델 (예를 들어, 마우스, 쥐, 토끼)를 사용합니다. 이 장치 1,11를 이용하는 모든 실험의 핵심 구성 요소 – 하나의 주요 어려움은 다른 심장 크기의 범위에 대해 일정한 관상 동맥 관류 압을 보장하는 것입니다. 원심 펌프와 정압 고전 후 부하 열을 대체함으로써, 후술 랑겐 작업 심장 장치는 동일한 셋업 각종 정화를 위해 사용될 수있다 의미 쉬운 조정 및 관류 압력의 타이트 규제 허용s 또는 심장 크기. 또한,이 구성은 완벽하게 사용자의 기본 설정에 따라 재관류 동안 일정한 압력 또는 일정한 흐름 사이를 전환 할 수 있습니다. 이 설정의 개방성은, 다른 디자인보다 온도 조절이 더 어려워에도 불구하고, 유출 및 심실 압력 볼륨의 데이터를 쉽게 수집 할 수 있습니다.
Introduction
기본 심장 생물학 및 생리학에 대한 우리의 이해의 대부분은 고립, 역 행성 – 관류 랑겐 마음과 격리 된 작업 심장 시스템을 활용 한 실험에서왔다. 이 실험 시스템은 여전히 널리 손상된 심근 5,7 4, 세포 기반 치료를 전처리, 허혈 – 재관류 손상 2를 포함하여 중요한 주제, 우리의 심장 혈관 지식을 확장하기 위해 현재 사용되는 약물 6,9, 및 심장 동종 이식 보존의 심장 효과 기술 8,15-18.
고립 된 심장 시스템 모두가 어떤 포유 동물 종에 대해 사용할 수 있지만, 그들은 주로 기니 돼지, 쥐, 또는 토끼 3,12,13 같은 작은 포유 동물에 사용됩니다. 같은 돼지와 인간과 같은 큰 동물 모델은 더 많은 임상 적으로 관련 데이터를 제공하지만, 자주로 인해 높은 비용, 더 큰 생물 다양성, 혈액 관류 솔루션의 큰 볼륨 및 보리에 사용되는장비 1,12-15의 조각 어. 또한, 데이터 수집, 특히 고립 된 작업의 마음 1,3,12-15을 위해, 더 어렵습니다. 이러한 복잡성의 결과로서, 임상 적으로 중요한 절연 심장 모델은 거의 심각 심혈관 병진 연구의 진행을 방해하고, 사용되지 않는다.
이러한 복잡성을 해결하기위한 시도로, 고립 된 작업 심장 준비 쉽게 일정한 압력 또는 일정한 흐름 랑겐 조건 중 하나에 따라, 인간을 포함한 다른 종의 마음에 적용 할 수있는 시스템을 만들기 위해 수정되었습니다. 후 부하의 대응 챔버는 작동 모드 랑겐 모드와 후 부하의 관류 압력을 조정하는 프로세스를 간소화하기 위해 원심 펌프 대체되었다. 대신 마음을 포함하는 밀폐 된, 재킷 저수지,이 시스템은 전도성 도관의 transapical 접근 방법의 사용을 가능하게함으로써, 데이터 수집을 쉽게하기 위해 열린 챔버를 사용합니다. Moreov어,이 개방형 설계는 더이 실험 중에 측정 할 수있는 생리 학적 매개 변수를 확대, 심장의 심 초음파 평가에 액세스 할 수 있습니다. 이러한 개선 잘하면 큰 동물의 번역 연구를위한이 시스템을 사용하는 다른 사람을 격려 할 것이다.
Protocol
Representative Results
Discussion
랑겐 절연 심장 관류 장치 및 근무 심장 모델은 심장 생리학, 병리학, 약리학에서 가장 중요한 발견 중 일부를 이끌고있다. 이 모델의 다양성은 정상 및 병적 인 상태 1-18의 다양한 아래 종의 다양한의 사용을 허용한다. 그러나 절연 심장 모델은 일반적으로 인해 장치의 디자인 및 데이터 수집 양의 증가 복잡 부분에서 특히 사람의 마음, 대형 포유 동물에 사용되지 않는다. 따라서 여기에 제시된 프로토콜은 고립 된 돼지의 마음을 공부 상대적으로 재현 수단에서 결과 이러한 복잡성을 개선하기위한 시도를 보여줍니다.
우리의 설치의 중요한 구성 요소는 원심 펌프 동맥 준수 / 후 부하 챔버의 보충이다. 이 교환 랑겐에있는 관상 동맥 관류 압 및 후 부하의 향상된 제어 및 작업 심장 모드 respecti 수 있습니다되었습니다 Vely이 셋업은 쉽게 서로 다른 크기와 종의 마음에 적용 할 수 있습니다. 인간의 마음이 60 ~ 65 mmHg로에서 재관류하는 동안 예를 들어,이 디자인에, 돼지의 마음은, 40 ~ 45 mmHg로에서 재관류됩니다. 압력의 변화는 원심 펌프의 설정을 조정하여 간단하게 달성된다; 시스템의 관련 구성 요소는 물리적으로 조절 될 필요가 없다. 또한, 루트의 압력을 모니터링하기 위해 대동맥 루트 내의 압력 변환기를 배치하면 랑겐 모드 동안 일정한 유량 및 일정한 압력 사이의 기후 전환을 가능하게한다. 이 변화는 양방향 흐름이 압력 구배에 따라 발생하게함으로써 고전 준수 실, 원심 펌프를, 제거되지만, 준수 챔버 역할을 할 수 있습니다. 수축기 및 배출 박출량으로, 펌프에서 역행 흐름은 대동맥 탄성을 복제, 후 부하 압력을 감소시키는 역할을한다.
이 장치의 개방형 설계가 중요하다. 마음이 열려에 걸려 한정말이에요, 대신 반 밀폐 된 챔버 또는 깔때기, 압력 – 볼륨 측정을 위해 쉽게 계측 할 수 있습니다. 개방형 설계 transvalvular 접근의 방지, LV 카테터 배치를위한 transapical 절개의 사용을 가능하게한다. transvalvular 접근 방식은 기술적으로 어렵고, 일반적으로 적절한 배치를위한 투시가 필요합니다. 또한,이 접근법은 또한 판막 부전증을 유도 할 수있다. 추가 비용과 투시의 불편 함을 제거하면서 transapical 접근 방식을 사용함으로써, 우리는 안전하고 쉽게 좌심실 내에 카테터를 배치합니다. 오픈 디자인은 더 이상이 시스템에있는 동안 평가 될 수 기능 및 생화학 적 확대, 심 초음파 및 폐기물 수집에 대한 쉬운 접근을 제공한다.
개방형 설계, 데이터 수집을 용이하게하면서, 심근 온도 조절이 더 어려워 않습니다. 생리적 온도를 유지하는 것은 랑겐의 알려진 문제 중 하나입니다또는 심장 시스템 1,3,11,13 작업. 랑겐 시스템은 전형적으로 적절한 온도를 유지하는 데 도움이 열적 챔버를 포함하고 있지만,이 챔버는 또한 심실 압력 볼륨 카테터의 삽입을 더욱 어렵게 만든다. 오픈 디자인의 하부 온도 조절을 해결하려면, 산화 기 / 열교환 저장 후 배치했다. 열교환 기 및 대동맥 캐뉼라 사이의 최소 공간은 열 손실을 감소시키고, 심근 온도 프로브 normothermia을 보장한다. 자켓 튜빙 또는 외부 열원의 사용은 또한 온도 조절하는 데 도움이 될 수있다.
이 프로토콜의 또 다른 독특한 요소는 연구에서 돼지의자가 혈액을 세척하고 생리 식염수로 재구성된다. 결정 성 버퍼로 보강 전체 혈액 관류 또는 적혈구 하나의 사용이 드문 일이 아니다,하지만,이 문제에 존재하지 않습니다. 전자는 일반적으로 SUBST를 추가 기증자 동물을 필요로실험에 antial 비용, 그것은 보통 소의 혈액 1,11-13로부터 유도되기 때문에, 후자는, 면역 원성의 문제를 가질 수있다. 원래 돼지의 자신의 피를 빠는, 프로토콜은 하나의 동물을 필요로하고 면역 원성 문제가 절제되어있다. 또한, 세척 공정은 그들이 쉽게 실험 파라미터마다 조작 할 수있는 즉, 전해질의 대부분을 제거한다. 마지막으로, 혈액 보존 장치를 사용하는 것은이 공정의 장점과 단점을 모두 인, 혈액 내 단백질의 대부분을 제거한다. 장점은 응고 및 면역학 / 감염성 단백질이 혈전이나 오염의 가능성을 감소, 제거된다는 것이다. 단점은이 혼합물은 심근 부종과 시간에 심장 기능의 가능성 손실로 이어질 수있는 낮은 oncotic 압력을 가지고 있다는 것입니다. 이 문제는 알부민 또는 다른 콜로이드의 추가를 통해, 그러나 해결 될 수 있습니다.
제대로 크기의 것을 보장근위 카테터는 제대로 작동 심장 장치를 사용하는 것만 큼 중요합니다 선정되었다. 이상적으로, 카테터는 심실 공간의 외부 두 여자 전극 (즉, 가장 인접 전극)와, 심실 공간 내부의 모든 감지 전극을 배치됩니다. 동물의 심실 캐비티가 너무 작고, 또는 전극들 사이의 간격이 너무 큰 경우, 모든 세그먼트는 LV 공간에 적합하지 않을 것이다. 여진 전극의 위치가 조절 될 수 있지만, 작은 LV 캐비티는 카테터가 구부리거나 곡선, 데이터 수집이 어려워 발생할 수있다. 따라서 큰 동물의 마음의 기능 분석을 위해, 적어도 60kg의 동물의 크기를 권장합니다. 이 크기의 동물로, 7mm의 전극 간격은 일반적으로 카테터의 삽입이 완료 할 수 있습니다.
결론적으로,이 원고는 관류 압력 조절을 간단하게 고립 된 작업 심장 시스템, 데이터 콜을 설명성귀 및 전체적인 디자인, 단지 약간 더 어려운 온도 제어하면서. 격리 된 작업 심장에 이러한 수정 희망 심장 병리에 대한 우리의 이해를 발전하고 발견하기 위해 더 많은 임상 관련 치료 옵션을 가능하게 인간을 포함한 많은 포유 동물의 마음과의 사용 증가를 허용합니다.
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
There are no acknowledgments.
Materials
| PowerLab 16/35 with LabChart Pro | ADInstruments | PL3516/P | |
| MPVS Ultra Pressure-Volume Unit | ADInstruments | 880-0168 | |
| Ventri-Cath Catheter (5F, 12E, 7mm, DField, Straight, 122cm) | Millar | VENTRI-CATH-507s | |
| Pressure Catheter (3.5F, Single, Straight, 100cm, Ny, Non Repairable) | Millar | SPR-524 | |
| PV Extension Cable (10ft) | ADInstruments | CEC-10PV | |
| Catheter Interface Cable (10ft) | ADInstruments | PEC-10D | |
| Rho Calibration Cuvette | ADInstruments | 910-1060 | |
| MPVS Ultra BNC Cable Pack | ADInstruments | 880-0172 | |
| Autotransfusion system | Sorin | 7320000 | |
| Bowl Set with Low Volume (135 ml) Centrifuge Bowl | Sorin | 7135100 | |
| Oxygenator/Heat Exchanger | Terumo | 3CXSX18RX | |
| Perivascular flow probe | Transonic Systems | PAU Series | Size of flow probe will depend on animal size; for 60 kg pig, recommend 20 or 24 mm probe |
| Perivascular flowmeter module | Transonic Systems | TS420 | |
| Myocardial temerpature sensor | Smiths Medical | MTS-40015 | |
| 16 G 1" Regular needle | BD Inc. | 305197 | |
| 4-0 polypropylene suture (double-arm) | Ethicon | 8526H | For purse-string stitches |
| 2-0 polypropylene suture (single-arm) | Ethicon | 8833H | |
| Cable ties | ULINE | S-1021 | |
| Cable tie gun | ULINE | H-241 | |
| Clear, Flexible PVC Tubing | VWR International | 89068 | Inner diameter depends on cannulas, pumps and other equipment used; most commonly use 1/4", 3/8" tubing |
| Straight Tubing Connectors | VWR International | 46600 | |
| Y-Shaped Tubing Connectors | Thermo Scientific | 6152 | |
| Jacketed Bubble Trap | Radnoti | 14040 | For preload chamber |
| Centrifugal pump | Maquet | 70105 | The centrifugal pump and roller pumps were obtained used from perfusion department after clinical use. |
| Roller pumps | Maquet | HL-20 | |
| Hemostasis Valve | Merit Medical | MAP150 | |
| Blood gas analyzer | Instrumentation Laboratory | 570001000 |
Referencias
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