概要

移植片評価のための受動的左心房圧与と受動的後負荷を使用した心臓負荷

Published: August 02, 2024
doi:

概要

このプロトコルは、左心室の直接負荷が移植片の健康評価技術として役立つと同時に、移植片機能の全体的な評価を提供するブタの ex vivo 心臓灌流システムについて説明しています。また、システム設計と可能な評価メトリックについても説明します。

Abstract

Ex vivo 機械灌流または常温機械灌流は、移植分野で非常に重要性を増している保存方法です。心臓の鼓動状態による評価の計り知れない機会にもかかわらず、現在の臨床診療は移植片評価の限られた代謝傾向に依存しています。左心室負荷から得られる血行動態測定は、客観的な評価パラメーターとしての可能性から、この分野で大きな注目を集めています。事実上、このプロトコルは、追加のリザーバーを追加するだけで、確立されたランゲンドルフ灌流システムにローディング機能を組み込むための簡単で効果的な方法を提供します。さらに、負荷に受動的な左心房圧法を採用する可能性を示しています。これは、私たちの知る限り、これまで実証されたことのないアプローチです。このアプローチは、拡張期の心筋灌流を最大化するコンプライアンスチャンバーとして機能するパッシブWindkesselベースアフターロードによって補完されます。最後に、左心室脈圧、収縮性、弛緩など、心臓負荷時の機能指標をキャプチャする能力を強調し、長期間の保存時間(˃6時間)後に心移植機能の欠陥を明らかにします。

Introduction

同所性心移植は、末期心不全の現在のゴールドスタンダードです1。残念ながら、深刻なドナー不足の危機により、この分野は大幅に制限されており、毎年2,000件しか心臓移植が行われていませんが、20,000人以上が救命手術の恩恵を受けることになります2。この臓器不足は、米国だけでも心不全の有病率が2030年までに800万人を超えると予測されているため、悪化すると予想されています3。医学的管理の改善、機械的循環支援の進歩、およびUNOS割り当て方針の改正の結果として、待機リストの生存時間が着実に増加したため、移植を必要とする患者の数はいつでもさらに増加しています4,5

ex vivo 機械灌流または常温機械灌流 (NMP) は、循環器死 (DCD) 後に提供された臓器の使用を可能にし、保存時間 5,6,7,8 の延長を達成することにより、供給プールの拡大を促進した保存モダリティです。現在の保存のゴールドスタンダードである静的冷蔵とは異なり、NMPは臓器を代謝的に活性な状態に維持するため、リアルタイムのモニタリングとグラフト評価の機会が生まれ、DCDグラフトの標準的な保存方法になります8,9。ただし、現在臨床で使用されている NMP デバイスは、移植結果を予測するための定量的な指標がなく、機能パラメーターをキャプチャできないランゲンドルフ灌流モードに限定されています6。例えば、ランゲンドルフ灌流中の乳酸蓄積は、移植後の転帰の最良の代謝予測因子として示されており、現在、心臓移植片の健康の代理として臨床現場で使用されています10。しかし、最良の評価バイオマーカーとしても、移植後の機械的循環補助の必要性を確実に予測することはできません11,12。同様に、一般的に使用される血行動態パラメータ(すなわち、大動脈圧および冠状動脈血流)の予測能力は、心臓機械灌流9のために現在臨床的に使用されている構成の逆行性によって大きく制限される。

NMP中の心臓移植片の健康状態を正確かつ精密に決定するための評価プロトコルの開発は、移植後の転帰を改善するだけでなく、この分野で大きな影響を与えるでしょう。客観的な予測ツールは、限界基準または拡張基準臓器(すなわち、長期の温冷(>30分)および寒冷虚血時間(>6時間)、ドナー年齢の増加(>55歳、その他の併存疾患など)の信頼性の高い評価と、可能な利用を可能にするでしょう DCDと脳死ドナー(DBD)の両方から、厳しい選択基準13のために移植が拒否されています.限界心臓の使用を可能にすることにより、NMPは、現在未使用の心臓の半分の移植が成功すれば、2〜3年以内に心臓の待機リストをなくすのに十分であると推定されているため、臓器供給の増加を促進することができます14。NMP中の左心室負荷から得られる血行動態測定は、客観的な評価パラメータとしての可能性により、この分野で大きな注目を集めています。以前の研究では、左心室脈圧、収縮性、および弛緩などのこれらのパラメーターが、代謝傾向15,16,17よりも心移植機能を示していることが示されています。

実際、評価精度を最大化するための最適なローディング方法の開発と特定に力を注いできました。これらの努力を通じて、他のグループは、負荷中の大動脈灌流の最も関連性の高いモードを特定し、それにより、ポンプで支えられた後負荷(すなわち、負荷中の大動脈への逆行性灌流)と比較して、受動的な後負荷(すなわち、負荷中に大動脈への逆行性灌流がない)を実施すると、血行動態パラメータと移植後機能との間により強い相関関係が見られました18。.これは、介助された冠動脈灌流が機能的欠陥を隠す可能性が高いことを示しています。以前の研究では、Windkessel効果を模倣するシステムを実装することにより、受動的後負荷を灌流セットアップに組み込むことに成功しています18,19,20。ウィンドケッセル効果は、血圧の変動を抑え、組織への継続的な血流を維持し、冠状動脈灌流を改善するのに役立ちます。このプロトコルは、冠状動脈灌流が心臓駆出のみに依存する2つのバネ式プレートに囲まれた修正された静脈内(IV)バッグを使用して、ウィンドケッセルベースのパッシブアフターロードを実現します(特許出願中)。

ローディング中の受動的左心房(LA)加圧(すなわち、重力依存加圧)の使用は、小動物の心臓灌流では一般的な方法であるが、大きな心臓のローディングではめったに利用されない21,22,23。代わりに、文献で報告されている方法の大部分は、LA加圧18,24,25,26,27,28の二次ポンプに依存しています。ポンプではなく、重力に依存するリザーバーを介してLAを加圧することで、ローディングプロトコルの実装が大幅に簡素化されます。重力を利用することで、固定された一定の圧力源が得られるため、適切なLA加圧を達成・維持するための複雑な制御システムの必要性が大幅に減少します。さらに、この加圧アプローチにより、二次ポンプの要件が排除され、追加のリザーバーのみが必要なため、現在のランガードフのセットアップにローディング機能を組み込むことが容易になります。ローディング機能を臨床的に利用されている機械灌流システムに統合することで、保存期間中の心臓移植片の詳細な評価が容易になり、心臓NMPデバイスの応用が促進されます。事実上、輸送およびデバイスの利用による患者ケアに多額の財政的コミットメントをもたらすシステムの有用性を最大化する29

このプロトコルは、左心室負荷中にパッシブアフターロードとパッシブLA加圧の両方を採用する可能性を示しています。このプロトコルは、ローディング方法としてのパッシブアフターロード/LA加圧の検証を通じて、確立されたランゲンドルフ灌流システムにローディング機能を簡単かつ効果的に組み込む方法を提供します。重要なのは、長期間の保存期間(˃6時間)後に生存可能な心臓と機能不全の心臓の違いを明らかにする機能評価の能力を強調していることです。

Protocol

この研究は、Institutional Animal Care and Use Committee(IACUC)、Massachusetts General Hospital、およびJove’s Animal Guidelinesに従って実施されました。心臓(170〜250g)は、脳死後の提供モデルを使用してヨークシャー豚(30〜35 kg、生後3〜4ヶ月、男女混合)から採取し、ロード前に6時間逆行性(Langendorff)灌流しました。すべての移植片は、計装中に約1時間の低温虚血時間にさらされました。 …

Representative Results

4頭のヨークシャー豚(30 – 35 kg)の心臓を収穫し、ランゲンドルフNMPで6時間保存した後、4時間の連続負荷を行いました。この実験条件は、6時間が平均臨床保存期間(5.1時間±0.7時間)であるため、選択された。4時間の追加連続負荷(合計10時間の ex vivo 時間)の追加により、灌流時間と心筋機能低下との間の明確な相関関係が以前に報告されていた?…

Discussion

ノーマザーミックマシン灌流は、臓器の保存と評価のための強力なモダリティであり、成人の心臓のドナープールを拡大することにより、心臓移植の分野に大きな影響を与えました36。この拡張は、以前は移植に適さないと考えられていた小さな心臓のプールを現在利用できるようになった結果です。Normothermic機械灌流は、心臓移植片を鼓動状態で?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Materials

4- way Stopcock  Smiths Medical  MX9341L
4-0 Prolene sutures  Ethicon  8711
5-0 Suture Fine Scientific Tools 18020-50
Aortic Connector  VentriFLO Inc  Custom Made
Aortic root cannula Medtronic Inc  10012
Bovine Serum Albumin Sigma A7906
Calcium Chloride Sigma C7902
Cell Saver  Medtronic Inc  ATLG
Cell Saver cartridges  Medtronic Inc  ATLS00
Dextran Sigma 31389
EKG epicardial leads  VentriFLO Inc  Custom Made
Equipment stand and brackets  VentriFLO Inc  Custom Made
External Pace maker  Medtronic Inc  5392
Falcon High Clarity 50mL conical tubes Fisher Scientific 14-432-22
Flow Probes  TranSonic Sytems inc  1828
Heparin sodium Injection Medplus G-0409-2720-0409-2721
Hollow fiber oxygenator and Venous  Resevior Medtronic Inc  BBP241 Affinity Pixie, 1L
HTP 1500  Heat Therapy Pump HTP 6826619
Insulin Humulin R MGH Pharmacy
Iworx Data Acquisition System Iworx IX-RA-834
Krebs-Henseleit Buffer Sigma K3753
Leukocyte Filter Haemonetics SB1E
Organ Chamber VentriFLO Inc  Custom Made
Pacing Wires Biopolar Medtronic Inc  6495
Penicillin-Streptomycin ThermoFisher Scientific 15140122
Pressure Trasnducers  Iworx BP100
Pulsatile Pump VentriFLO Inc  2100-0270
PVC Tubing  Medtronic Inc  HY10Z49R9
Right Angle Metal Tip Cannula 20F Medtronic Inc  67318
Sodium Bicarobonate Sigma 5761
Standard PHD ULTRA CP Syringe Pump Harvard Aparatus 88-3015
Tourniquet kit 7in  Medtronic Inc  79006
Transonic Flow box TranSonic Sytems Inc  T402
Venous Resevior  Medtronic Inc  CB841 Affinity Fusion, 4L
WIndKessel Bag VentriFLO Inc  Custom Made
Y adapter Medtronic Inc  10005

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記事を引用
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