In diesem Protokoll diskutieren wir die Implementierung eines Modells für eine erfolgreiche orthotope Lebertransplantation (OLT) bei Mäusen. Darüber hinaus werden auch Adjuvantien zur weiteren Analyse der Durchgängigkeit von Transplantaten nach erfolgreicher OLT in einer Maus diskutiert, insbesondere unter Verwendung von Mikrocomputertomographie (microCT)-Scans.
Die Mikrocomputertomographie (MikroCT) ist eine unschätzbare Ressource für Forscher. Neue Fortschritte in dieser Technologie haben es ermöglicht, qualitativ hochwertige Bilder von Mikrogefäßen zu erhalten, und sind High-Fidelity-Werkzeuge im Bereich der Organtransplantation. In diesem Modell der orthotopen Lebertransplantation (OLT) bei Mäusen bietet die Mikro-CT die Möglichkeit, die Allotransplantat-Anastomose in Echtzeit zu bewerten, und hat den zusätzlichen Vorteil, dass keine Versuchstiere geopfert werden müssen. Die Wahl des Kontrasts sowie die Einstellungen für die Bildaufnahme erzeugen ein hochauflösendes Bild, das den Forschern unschätzbare Informationen liefert. Dies ermöglicht die Bewertung der technischen Aspekte des Verfahrens sowie die mögliche Bewertung verschiedener Therapeutika über einen längeren Zeitraum. In diesem Protokoll beschreiben wir schrittweise ein OLT-Modell in Mäusen und schließlich ein MikroCT-Protokoll, das qualitativ hochwertige Bilder liefern kann, die Forschern bei der eingehenden Analyse der Transplantation solider Organe helfen. Wir bieten eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Lebertransplantation bei einer Maus und besprechen kurz ein Protokoll zur Beurteilung der Durchgängigkeit des Transplantats durch MikroCT-Angiographie.
Die Transplantation ist die einzige wirksame Therapie bei Lebererkrankungen im Endstadium. Unbestreitbar ist der Nutzen einer Lebertransplantation ausgezeichnet, mit einer medianen Überlebenszeit von 11,6 Jahren gegenüber 3,1 Jahren auf der Warteliste1. Es gibt jedoch erhebliche Einschränkungen, die die breite Anwendung der Lebertransplantation einschränken und vor allem einen Mangel an geeigneten, qualitativ hochwertigen Spenderorganen umfassen. Die Erweiterung des Spenderorganpools erfordert daher innovative Strategien, die die Verwendung von Allotransplantaten ermöglichen, die derzeit als ungeeignet gelten, und die Sicherheitsmarge für die Transplantation erhöhen. Um den Zugang zur Lebertransplantation zu verbessern, ist es daher unerlässlich, präklinische Studien an Kleintieren durchzuführen.
Besonders wichtig für die Transplantationsforschung sind In-vivo-Modelle der Transplantation. Die orthotope Lebertransplantation (OLT) von Mäusen gibt es seit fast 30 Jahren2 und ist für die Untersuchung vieler Aspekte der Transplantation von entscheidender Bedeutung, einschließlich der Charakterisierung von Immunantworten, Ischämie-Reperfusionsschäden, akuter Abstoßungsreaktionen, therapeutischer Wirkungen neuartiger Wirkstoffe und des Langzeitüberlebens 3,4,5,6,7 . Die Verwendung von Mäusen zur Untersuchung von Transplantationen ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Verwendung transgener Mauslinien ermöglicht, um die Auswirkungen bestimmter molekularer Signalwege auf die Ergebnisse der Transplantation zu untersuchen. Etablierte Protokolle der Lebertransplantation von Mäusen wurden bereits gut beschrieben 8,9.
Es gibt mehrere Methoden der Anastomose für die supra- und infrahepatische untere Hohlvene (IVC), die Pfortader (PV) und den Gallengang (CBD). Sie beruhen in der Regel auf einer Handanastomose oder einer modifizierten Gefäßmanschettentechnik, ähnlich der Lungentransplantation bei Mäusen 10,11,12. Ein wichtiger Schritt für die Langzeituntersuchung und das Überleben der Empfängermäuse sowie für die Entwicklung eines nachhaltigen Lebertransplantationsprogramms für Mäuse ist die Fähigkeit, diese kritischen Anastomosen zu bewerten. Bildgebende Verfahren zur Beurteilung der Durchgängigkeit von Lebertransplantaten beruhen im klinischen Umfeld häufig auf Ultraschall und Computertomographie (CT)13,14. Die CT hat einen deutlichen Vorteil gegenüber dem Ultraschall, da sie Ansichten des gesamten Abdomens einschließlich aller Anastomose bieten kann, obwohl es bei kleinen Tieren besonders schwierig sein kann, diese Ansichten mit Ultraschall zu erhalten. Umfangreiche Forschungsarbeiten und Ressourcen wurden in die Entwicklung präziser Mikro-CT gesteckt, um Tierversuche und die Informationen, die wir aus diesen Modellen von Verletzungen und Krankheiten gewinnen können, zu verbessern15,16. Hier beschreiben wir ein Protokoll für die orthotope Lebertransplantation von Mäusen (Abbildung 1) und beschreiben kurz ein Protokoll für die MikroCT zur Bewertung der Durchgängigkeit und Haltbarkeit von Anastomosen.
OLT bei Nagetieren ist in der Literatur gut beschrieben 2,8. Um diesen technisch anspruchsvollen Eingriff durchzuführen, ist oft eine mehrjährige Mikrochirurgie (oder Chirurgie im Allgemeinen) erforderlich, da dies ein solides Verständnis der Anatomie und der technischen Fähigkeiten erfordert. Bei der Entwicklung dieses Modells standen wir vor mehreren technischen Problemen, die sich alle um die Anastomosen drehten. Gerade bei der PV-Anastomose ist es oft schwierig, die Vene für die Anastomose zu stabilisieren. Wir haben festgestellt, dass das Platzieren von ein oder zwei Nähten (Präferenz des Chirurgen) dazu beiträgt, das Einsetzen von Manschetten zu erleichtern. Es ist zu beachten, dass das Platzieren von mehr Haltenähten die Operationszeit verlängert.
Darüber hinaus befindet sich der SHIVC tief in der Bauchhöhle und es ist schwierig, eine Klemme anzubringen, um eine ausreichende Belichtung zu gewährleisten. Wir haben festgestellt, dass, wenn die Maus in ihrer Zurückhaltung so entspannt wie möglich ist, dies die Flexibilität der Vene erhöht. Letztendlich liegt es am Chirurgen, die richtige Platzierung mit der Praxis zu bestimmen. Des Weiteren ist der Gang bei der CBD-Anastomose wieder sehr empfindlich. Es kann schwierig sein, Stegnähte zu platzieren, um den Kanal zu stabilisieren, und möglicherweise hilft das Auflegen auf ein kleines Stück Gaze bei der Stabilisierung. Da alle kleinen Säugetiere in Bezug auf die Anästhesiezeit besonders empfindlich sind, ist es wichtig, die Operation so schnell wie möglich durchzuführen. Ideale Operationszeiten sind wie folgt: 1) Spenderoperation, 45-60 min; 2) Vorbereitung des hinteren Tisches, 15 min; 3) Empfängerbetrieb, 60-80 Min. Übung wird dabei helfen, verschwendete Bewegung zu verringern.
Mit der Weiterentwicklung von Tiermodellen hat sich auch die Fähigkeit verbessert, den Erfolg von Studieninterventionen zu bewerten. MicroCT wurde erstmals in den späten 1990er Jahren zur Durchführung von Studien zur Gefäßbildung bei Ratten eingesetzt17. Es gibt viele Herausforderungen bei der Durchführung genauer und klarer MikroCT-Angiographie-Studien bei Nagetieren. Die meisten Herausforderungen ergeben sich jedoch aus den kurzen Herz- und Atemzyklen dieser Säugetiere. Dies wird durch die Verwendung kurzer Belichtungszeiten zur Begrenzung von Bewegungsartefakten sowie durch höhere Photonenfluenzraten überwunden18. Im Allgemeinen stellten wir fest, dass die Verwendung von kardialem Gating sowie die Anpassung der Isofluran-Konzentrationen zur Verringerung der Atemfrequenz die klarsten Bilder erzeugten. Wir haben auch festgestellt, dass die Verwendung von nagetierspezifischem Kontrastmittel-Timing für bestimmte Phasen: hepatische arterielle Phase, portalvenöse Phase und verzögerte Phase ebenfalls die Visualisierung verbessert hat19. Die Verwendung von ExiTron nano 12000 Kontrast hat mehrere Vorteile und kann die allgemeine Bildqualität verbessern. Es bietet die stärkste Kontrastverstärkung in der Leber20 und im Blut21. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Kontrastmittel bis zu 120 Stunden nach der ersten Injektion in der Leber vorhanden ist, was die damit verbundene Lebertoxizität verringern könnte, da bei wiederholten Scans weniger Kontrastmittel benötigt wird20.
Da die Scans mit der mit Isofluran sedierten Maus durchgeführt werden, wird die Kontrastverstärkung durch diese Änderung der Physiologie nicht verändert20. Durch den Einsatz dieser bildgebenden Verfahren und des ExiTron-Kontrasts ist eine eindeutige Beurteilung erfolgreicher Anastomosen in der OLT möglich. Die MikroCT ermöglicht die nicht-invasive Beurteilung von In-vivo-Allotransplantaten über einen längeren Zeitraum. Dieses Protokoll verringert die Anzahl der Tiere, die für die Bewertung von vaskulären Anastomosen getötet werden müssen, und bietet die Möglichkeit, Therapeutika über mehrere Wochen und ihre Wirkung auf das Gefäßsystem zu untersuchen.
Begrenzungen
Es ist anzumerken, dass das OLT-Modell zwar mehrfach überarbeitet wurde, um seine Technik zu perfektionieren, die Visualisierung der Anastomosen mit Hilfe von MikroCT jedoch noch ein fortlaufender Prozess ist. Darüber hinaus bietet die Maus-OLT einen einzigartigen Einblick in die Transplantationsmedizin. Es handelt sich jedoch nicht um ein umfassendes Modell, da es schwierig ist, diese Mäuse länger als 1 Woche am Leben zu erhalten. Zusätzliche Transplantationsmodelle sollten ebenfalls verwendet werden, um präklinische Experimente weiter zu untermauern.
Schlüsse
Die Fortschritte in der Mikro-CT sind in den letzten zehn Jahren rasant vorangeschritten und bieten Forschern unschätzbare neue Werkzeuge auf dem Gebiet der Tiermodelle und der Transplantation. In Zukunft wird eine detailliertere 3D-Bildgebung weitere Einblicke in die Forschung und Entdeckung bieten.
The authors have nothing to disclose.
SMB wird durch das National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (NIDDK) R01DK1234750 unterstützt. BAW wird durch das National Institutes of Health National Heart Lung and Blood Institute Grant R01HL143000 unterstützt.
#11 Blade | Fisher Scientific | 3120030 | |
4-0 silk suture | Surgical Specialties Corp. | SP116 | |
6-0 nylon suture | AD Surgical | S-N618R13 | |
7-0 nylon suture | AD Surgical | S-N718SP13 | |
8-0 nylon suture | AD Surgical | XXS-N807T6 | |
10-0 nylon suture | AD Surgical | M-N510R19-B | |
20 G Angiocath | Boundtree | 602032D | |
30 G Needle | Med Needles | BD-305106 | |
Baytril (enrofloxacin) Antibacterial Tablets | Elanco | NA | |
Bovie Chang-A-Tip High Temp Cauterizer | USA Medical and Surgical Supplies | BM-DEL1 | |
Bulldog Vein Clamp 1 1/8 | Ambler Surgical USA | 18-181 | |
C57BL/6J mice | Jackson Labs | ||
Castroviejo Micro Dissecting Spring Scissors | Roboz Surgical Store | RS-5668 | |
Dumont #5 – Fine Forceps | Fine Science tools | 11254-20 | |
Dumont #5 Forceps | Fine Science tools | 11252-50 | |
Dumont Medical #5/45 Forceps – Angled 45° | Fine Science tools | 11253-25 | |
ExiTron nano 12000 | Miltenyi Biotec | 130 - 095 - 698 | CT contrast agent |
Forceps | Fine Science tools | 11027-12 | |
Halsted-Mosquito Hemostat | Roboz Surgical | RS-7112 | |
heparin | Fresnius Lab, Lake Zurich, IL | C504701 | |
histidine-trypotophan-ketoglutarate | University Pharmacy | NA | |
Insulated Container | YETI | ROADIE 24 HARD COOLER | https://www.yeti.com/coolers/hard-coolers/roadie/10022350000.html |
Isoflurane | Piramal Critical Care | NDC 66794-017-25 | |
ketamine | Hikma Pharmaceuticals PLC | NDC 0413-9505-10 | |
Mirco Serrefines | Fine Science tools | 18055-05 | |
Mouse Rectal Temperature Probe | WPI Inc | NA | |
NEEDLE HOLDER/FORCEPS straight | Micrins | MI1540 | |
PE10 Tubing | Fisher Scientific | BD 427400 | |
perfadex | XVIVO Perfusion AB | REF99450 | |
PhysioSuite | Kent Scientific | PS-MSTAT-RT | |
Puralube Ophthalmic Ointment | Dechra | NA | |
saline | PP Pharmaceuticals LLC | NDC 63323-186-10 | |
Scissors | Fine Science tools | 14090-11 | |
Small Mouse Restraint – 1” inner diameter | Pro Lab Corp | MH-100 | |
SomnoSuite Small Animal Anesthesia System | Kent scientific | SS-MVG-Module | |
Surgical microscope | Leica | M500-N w/ OHS | |
U-CTHR | MI Labs | NA | CT Scanner software |
Vannas-Tubingen Spring Scissors | Fine Science Tools | 15008-08 | |
xylazine | Korn Pharmaceuticals Corp | NDC 59399-110-20 | |
Yasagil clamp | Aesculap | FT351T | |
Yasagil clamp | Aesculap | FT261T | |
Yasagil clamp applicator | Aesculap | FT484T |