Ex-Vivo ריאות זלוף (EVLP) אפשר השתלת ריאות בבני אדם להפוך לזמינה יותר בכך שיאפשר את היכולת להעריך איברים ולהרחיב את המאגר התורם. כאן אנו מתארים את הפיתוח של תכנית EVLP חולדה וחידודים המאפשרים למודל לשחזור להתרחבות עתידית.
מספר ריאות תורם המקובלים זמינות להשתלת ריאה הוא מוגבל מאוד בשל איכות ירודה. Ex-Vivo ריאות זלוף (EVLP) אפשר השתלת ריאות בבני אדם להפוך לזמינה יותר בכך שיאפשר את היכולת להעריך איברים ולהרחיב את המאגר התורם. ככל שטכנולוגיה זו מרחיבה ומשפרת, היכולת הפוטנציאלית להעריך ולשפר את איכות ריאות ירודות לפני ההשתלה הוא צורך קריטי. על מנת להעריך יותר בקפדנות גישות אלה, מודל חיה לשחזור צריך להיות הוקם שיאפשר בדיקה של טכניקות שיפור וניהול של הריאות שנתרמו, כמו גם למקבל ריאות ההשתלה. בנוסף, מודל חיה EVLP של פתולוגיות הקשורות, למשל, פציעת ריאות אוורור מושרה (וילי), תספק שיטה חדשה להערכת טיפולים לפתולוגיות אלה. כאן אנו מתארים את הפיתוח של תכנית עכברוש EVLP ריאות וחידודים לי זהthod המאפשר למודל לשחזור להתרחבות עתידית. אנו גם מתארים את היישום של מערכת EVLP זה מודל וילי בריאות חולדה. המטרה היא לספק לקהילת המחקר עם מידע חשוב ו" פניני חוכמה "/ טכניקות שעלו מהניסוי וטעייה והם קריטיים להקמת מערכת EVLP שהיא חזק ושחזור.
רלוונטיות קליני
אין כרגע מיעוט הריאות מתאימות זמינות להשתלה עם רק 19% מריאות להיות מסוגלים להיות מנוצלים ארצי מוביל לעת רשימת ההמתנה ממושכת או חולים הגוססים ממתין להשתלה 1. המחסור יכול להיות בגלל תורמים מבוגרים, טראומה, זיהום, כשל איברים רב מערכתי וריאות תורם לפעמים נפגעו על קציר 2. בנוסף, הריאות היא איבר חלש מחוץ לחלל בית החזה וטכניקות הובלה ושימור סטנדרטיים יכול להוביל להידרדרות ריאות ושאינן ברות-קיימא. לכן, שמירה ושיפור לשעבר vivo כדאיות ריאות הפכה לאחרונה למוקד מרכזי ברפואת השתלת ריאות.
Ex-vivo ריאות זלוף (EVLP)
Ex-vivo זלוף הריאה (EVLP) התפתח לינקב ברציפות איברים נבדקים להשתלה ומאפשר תקופה של הערכה שכלOWS לפוטנציאל של החייאת ריאות או שיפוץ. EVLP יכול להאריך כולל מחוץ לזמן איסכמי איבר הגוף ולאפשר תרומות האיברים לנסוע למרחקים עוד 3. בדרך כלל, הריאות מאווררות ב 50% מכלל קיבולת ריאות או 20 CMH 2 O של לחץ אוויר שיא עם חלק קטן של חמצן נשאף (FiO 2) של 30% עד 50% 4. פתרון שימור הוא perfused ב 40-60 מיליליטר / קילוגרם (כ -40% מתפוקת הלב החזויה של 100 מיליליטר / קילוגרם) בבני אדם ובעלי חיים גדולים 5,6, אבל הוא perfused בכ -20% מתפוקת הלב לחולדות 7. הכללת פתרון Steen אפשרה ריאות אדם לנסוע בסביבות RT ללא פיתוח של בצקת ריאות 9. עבודת חלוצית זו שוכללה על ידי השתלת ריאות אוניברסיטת טורונטו תכנית 10-13 ונבחנת להערכה משופרת של ריאות תורם שוליות להשתלה 14,15. עם זאת, ventilatio האופטימליתנאי n וזלוף צורך להתחדש ריאות שוליות ו / או תת-תקניות להשתלה אינו ידועים, וכיום הוא אזור פעיל של מחקר.
מערכות זלוף הריאה מבודדות כבר בשימוש בבעלי חיים קטנים כדי לגרום לפציעת ריאות, צור מחדש מחלות בדרכי הנשימה, ותנקבנה ריאות עם פתרונות שונים כדי למנוע נזק איסכמי. חוקרים יצרו מודל קטן של בעלי חיים של השתלת ריאות באמצעות מערכת הריאות זלוף המבודדת לחקות את פרוטוקולי EVLP שיכול לשמש בבני אדם ובעלי חיים גדולים יותר 16-18. עם זאת, יש מודל ניסיוני זה אתגרים רבים בכל הקשור לטכניקות השונות ופרמטרים המשמשים לחקות פיזיולוגיה אנושית. בפרט, יש דקויות רבות בשמירה על כדאיות ריאות במהלך EVLP. דקויות אלה יכולים להתעורר עקב הבדלים בטכניקת קציר, הגדרות אוורור לחץ חיוביות, תנאי הרכב וזרימת perfusate וcannulation של הריאה. Therefore, המטרה כאן היא לספק את קהילת המחקר עם מספר תקלות ויישום הטיפים שמצאנו להוביל לשיטה חזקה ליישום EVLP במודל מכרסם.
מערכת ניטור
איך דברים נראים בעת הניסוי פועל היטב:
ברגע שcannulae הוצב במעגל וריאות אוורור, יש דרכים רבות כדי להבטיח את המערכת פועלת כהלכה. לא צריך להיות שום הדלפות של perfusate לאורך הקו. התנגדות הריאות וכלי הדם (PVR) צריכה להישאר קבועה יחסית (בהנחה שזרם בלתי פוסק). חילופי החמצן צריכים להגדיל פעם ההנשמה פועלת כהלכה והרחבת הריאות לגייס יותר alveoli לחילוף גזים. איור 12 א תערוכות מאווררים כראוי וperfused ריאות מחוברות למעגל EVLP בתוך בית החזה המלאכותי.
איך דברים נראים בעת הניסוי אינו פועל היטב:
יש כמה בעיות נפוצות שיש לי השיעור הגבוה ביותר של התרחשות במהלך השלבים הראשונים של ניסוי EVLP. T הראשון והקל ביותרo תרופה היא דליפה בקו יציאה מהריאות. הדבר בולט בברכה של איגום perfusate תחת חלק מהמעגל והרמה במאגר יורדת ללא הרף. בדקו ולהדק כל מחברים צינור מסביב לאזור הדליפה ולבדוק את הצינור עצמו לדליפה. אם דליפה זה מתרחשת לפני הריאות, זה יכול גם להכניס בועות לתוך הריאות. זה צריך להיות מתוקן במהירות אפשרית כבועות אוויר בperfusate תגרום נזק לרקמות וגורמות לעלייה משמעותית בPVR. כמו כן יכולה להיות דליפה מגיעה מהריאות או אחד מcannulae. זה עשוי להיגרם על ידי אחד הגלישה של צינורית או חסימה בקו היציאה גורמת להצטברות לחץ. בדוק את המצב עבור שני cannulae כדי להבטיח לא חמק או מעוות. גם הלחץ של הרשות הפלסטינית צריך להיות במעקב במהלך תהליך זה, כי עלייה מיידית בלחץ הרשות הפלסטינית הוא סימן ברור שחסימה מסוג כלשהו התרחשה לאחרונה. איור 12 בתערוכות ריאות מקרע שנקרעו בשל לחצים גבוהים. דליפה מהריאה עצמו עשוי להיגרם גם על ידי קרע ברקמה. בעיה זו עשויה או לא עשויה להיות לתקנו, אך מיקום מחדש וretightening cannulae היא האפשרות הטובה ביותר בתרחיש זה.
למידה נקודות / הזדמנויות עיקריות:
משפט ופיתוח שגיאה של מערכת זלוף הריאה לשעבר vivo אפשר לנו לזהות כמה נושאים מרכזיים שאנו מתארים כאן כדי לסייע ליישום יעיל של מערכת EVLP. ראשית, ביחס לרכש, זה חשוב כי טכניקות הרדמה סטנדרטית הן בעקבות להרדים כראוי בעלי החיים (מספיק חומר הרדמה, זריקה לתוך הצפק) והקפדה על כל פוליסות IACUC נדרש. Cannulae (שמוצג באיור 13 A, B, ו- C) צריך להיות סמוק שוב ושוב על מנת להסיר כל קריש ו / או פסולת בתוך vasculat ריאתייור. עם כל כבוד לבחירה של בעלי חיים, אנו ממליצים להשתמש חולדות ספראג Dawley או לואיס במשקל 250-350 g. יש לנקוט זהירות מיוחדת בעת cannulating חולדות במשקל קרוב ל- 250 גר 'מאז כלי יהיו קטן יותר, ולכן הרבה יותר קשה cannulate מבלי לפגוע בכלי הדם. אם חולדות קטנות יותר, או מודל של עכברים, הוא לשמש, צינורית קטנה יותר ייתכן שתהיה הצורך בשימוש.
cannulation לקנה הנשימה הוא בדרך כלל לא מאתגר כל עוד התפר מאובטח כראוי על ידי העברה הראשונה אחורי תפר משי לקנה הנשימה לאחר לנתח fascia שמסביב ולפני cannulation. בצע את זה עם טבעות לקנה הנשימה חתך 1-2 קדמית מעל התפר לעבור את הצינורית. לקשור קשרים מרובעים בין הטבעות לקנה הנשימה כדי לאבטח אותו בתוך חריץ לאבטחה טובה יותר (איור 4C). Cannulation של עורק הריאה (PA) הוא מאתגר יותר בהשוואה לצינורית לקנה הנשימה. הצעדים הבאים היו בשימוש במחקר זהלהליך זה. ראשית, לתפוס את קודקוד לב עם זוג המלקחיים. תעבור עוד זוג מלקחיים בסינוס הרוחבי וחוט תפר כדי לאבטח את הצינורית ברשות הפרוקסימלי. לחתוך את החדר ממני מייד לפני מערכת יצוא החדר ממני (RVOT) (איור 14 א). לאחר החתך לRVOT, הצינורית תהיה לכוון את מערכת יצוא עורק הריאה. לאחר התפר בעמדה מאחורי עורק / אב העורקים ריאתי לפני ventriculotomy תקין מגביר את יעילות (איור 5 ג). הצינורית צריכה להיות מאובטחת למקום עם התפר כדי למנוע ליפה. סיבוך עיקרי יכול להתרחש אם צינורית הרשות הפלסטינית אינה בכיוון הנכון אנטומיים. הצינורית עשויה להיות מוכנסת רחוקה מדי ורק תנקב סניף אחד או להיות עם פיתול של דגימת לב-ריאה עם ההסרה מחלל חזה מיקום mal. זה בקלות יכול להיות מכוון בחזרה למיקום המקורי כדי לשמור על הזווית הנכונה של anatomiעמדת cal. לבסוף, cannulation שמאל פרוזדורים (לוס אנג'לס) הוא החלק המאתגר ביותר של ההליך. צינורית LA צריכה להיות ממוקמת בתוך הפרוזדור השמאלי. עם הרקמות להיות מאוד פריכים, להיות מודע לא להשתמש בכוח או פיתול משמעותי על מנת למנוע קרע בעורק הריאה ואטריום שמאל שלאחר מכן לבצע את הניסוי unsalvageable. צינורית הרשות הפלסטינית ממוקמת הטוב ביותר לפני צינורית LA. Ventriculotomy שמאל עם הסרת הקודקוד הוכח לשבש את tendinae cordae ולאפשר גישה קלה יותר באמצעות עלוני צניפי. כמו כן, ventriculotomy מקל להתרחב ולדמיין את שסתום צניפי ולהאכיל את הצינורית דרך שסתום צניפי. התרחבות של annulus שסתום צניפי עם זוג של טנדרים בוטים הסתיים קטנים ניתן לעשות על מנת להמחיש את דרכי ללוס אנג'לס (איור 14 ב). תפר צריך להיות ממוקם מאחורי הלב לפני cannulation. ניתן לעשות זאת פשוט על ידי הרמת לבו של דבר באמצעות זוג small הבוטה, הסתיים טנדרים והצבת התפר מתחת ועל פני הלב. LA מוכן לcannulated עכשיו. להאכיל את הצינורית דרך LA הטנדרים כדי להמחיש כראוי את המיקום של הצינורית לתוך הפרוזדור השמאלי. קח טיפול מיוחד שלא לעקור את הצינורית בחזרה לתוך החדר השמאלי. התפר אמור להיות מאובטח היטב לאורך שריר הלב של החדר השמאלי. הבטחת התפר לאטריום השמאל יכול לחסום את כל או חלק מהצינורית.
במהלך ההליך, זה קריטי, כי אין אוויר יישאר בסעיף יבוא של המכשיר. כל אוויר משמעותי יכול לייצר תסחיף אוויר להגדיל את PVR (ביעילות "אוויר-מנעול") אשר יגרום לזרימת perfusate נמוכה בהרבה לחצים נתון. נקודות שונות יכולות לשמש כדי להסיר את האוויר בתוך המערכת. אוויר בתוך סעיף יצוא צפוי ולא צריך להיות שום השפעה מזיקה על הריאות. מודל חזירי ללחץ דם ריאתי כברמוצג לשחזר את הפתולוגיה מכמויות קטנות רציפות של אוויר במשך 8 שבועות. האוויר המוגבר מפחית את כמות הנוכחית זלוף, תוך גרימת דלקת ברקמות המקיפות את 19.
תחילתו של זלוף יכולה להתרחש פעם cannulation הושלם אך לפני הצינור שמגיע מלוס אנג'לס מחוברת לקו EVLP. יש להפעיל perfusate דרך לנקות את כל קרישי דם וperfusate זה יכול לרוקן אותם לקיר החזה ללא כל בעיות. החלפת משאבת perfusate למצב ידני והגדלת קצב הזרימה ל~ 2 מיליליטר לאט / min מאפשר מעקב צמוד של לחץ הרשות הפלסטינית. לחצים על 20-30 CMH 2 O יכולים להצביע על חסימה וצופים לperfusate יציאת LA הוא גם אינדיקטור אבל זה יכול להיות קשה מאוד לראות. אם הלחץ אינו להגדיל ליותר מ 20-30 CMH 2 O, לעצור את המשאבה ולבדוק שוב את שני cannulations. ברגע שהלחץ הוא קבוע סביב 10-20 CMH 2 O לאפשר הperfusate הדואר לרוץ דרך ולתוך חלל החזה למשך 2 דקות. בשלב זה הקו מLA יכול להיות מחובר למעגל EVLP. מהירות משאבת perfusate ניתן להגדיל 5-10 מיליליטר / דקה. כנוזל הראש מתקדם במעגל, יהיה גידול בלחץ הרשות הפלסטינית בשל העלייה בגובה של נוזל הראש ולכן הלחץ הסטטי. אם הנוזל לא יכול לזרום מעל הנקודה הגבוהה ביותר בענף, ייתכן שיהיה צורך לאו להחיל כוח יניקה בצד השני של הקו, או תנסה להוריד את האחוז הגבוה ביותר של הקו. ברגע שהנושא הזה הוא להתגבר, perfusate צריך לזרום ללא כל בעיות.
כמה בעיות צריכים להיות במעקב ביחס למכונת הנשמה. ראשית, פיתול של הסמפונות / קנה נשימה ומיקום לב-ריאה עלול להתרחש כריאות נעשות יותר בצקים ועליות במשקל. זה חשוב לcannulae להישאר בעמדה אנטומיים קרובה יחסית, ולכן שינוי או שניהם הצינוריתדואר עשוי להיות נחוץ. לחץ או מאווררי נפח נשלט וכן אוורור חיובי או שלילי ניתן להשתמש במערכת EVLP זה. למודל של החולדה, שמצאנו באמצעות לחץ חיובי, אוורור נפח מבוקר עובד היטב בהיקפים של גאות ושפל בין 4-10 מיליליטר / ק"ג ובלחצים חיוביים הסוף-נשיפה (PEEP) בין 2-8 CMH 2 O. עם זאת, PEEP של 8 CMH 2 O יכול לגרום לקרע אפשרי בהסתעפות של קנה הנשימה. לאחר כל ניסוי (או קבוצה של ניסויים אם ביצעו גב-אל-גב), קו האוורור המוביל לקנה הנשימה יש לנקות מכל נוזל שטיפת רונכואלוואולרית (BAL) שאולי נסע עד לקנה הנשימה. נוזל זה יקשיח אם נותר ללא שינוי והוא יכול לחסום את קו האוורור לגמרי.
הרכב perfusate הוא קריטי לניסוי EVLP מוצלח. תערובת dextran 5% מאפשרת לזלוף ריאה שקרוב לתנאים פיסיולוגיים, שומרת על לחץ oncotic יציב לנהוג ב נוזלack לכלי הדם כדי למנוע בצקות ומונעים קרישים בתוך כלי ריאתי. חשוב לציין כי כמה מינים של חולדות יכולים להיות אלרגיים לdextran שעלול לגרום לבצקת ריאות 20. התוכן של perfusate היה עקבי בכל קבוצות הניסוי במחקר זה, ולכן התוכן dextran לא צריך להיות גורם מתערב אפשרי. לחץ oncotic הוא משתנה קריטי שיש לו הפוטנציאל לשיפור או לייצר בצקת רקמה. פתרונות זלוף זמינים מסחרי שאינם מותאמים לאחסון סטטי קר או הזלפות normothermic כבר בשימוש במערכת זו כדי להגדיל את כדאיות פעמים ריאות. נציין כי חלק מהפתרונות אלה מכילים אלבומין ודאגה אחת היא האפשרות של אלבומין השור מפעילה תגובה דלקתית בריאות מכרסמים. למרות הרכב perfusate האופטימלי הוא נושא מתמשך של חקירה, perfusate צריך לקחת בחשבון את לחץ oncotic, קיבולת לחץ האוסמוטי וחציצה. Wדואר ממליץ שהפתרון יתבסס על תקשורת פתרון או תרבית תאי קרבס-Henseleit שונה. לחץ oncotic צריך להיות מתוחזק על ידי dextran או אלבומין, בהתאם ליישום. שיעור לחץ זלוף והזרימה משפיע על הפרמטרים זלוף האיבר והעל-פיסיולוגי יכולים להפוך את האיבר נוטה טראומה מכאנית.
מחוונים חזותיים במהלך ניסוי:
יש הרבה רמזים חזותיים כמו גם אינדיקציות מנתונים בזמן אמת, שניתן להשתמש כדי לקבוע אם ניסוי EVLP פועל היטב. הריאות תישאר באותו הגודל ולהוציא את האוויר לאותו הנפח אחרי כל נשימה. יהיה גם לא דולפים מהריאה עצמו. PVR, משקל ריאות, והתאימות יישארו קבועים יחסית. ייצור חמצן יישאר קבוע או להגדיל מעט.
ישנם אינדיקטורים חזותיים רבים, כאשר הריאות הופכת נפגעו במהלך ניסוי. הריאות הופכת לבצקיםnd גדל במהירות בגודל ובמשקל. הצבע של שינויי הריאות (משיזוף-ורוד ללבן) וכיסים של נוזל יכול להיות מזוהה ברקמות. אם קרעי קנה הנשימה או ריאות בארוטראומה או על התנפחות, שם יהיה מבעבע מנקודת פגיעה (איור 12 ב). ייצור חמצן יקטן וPVR ועמידה באופן דרמטי יגדלו גם כן.
הפוטנציאל של שימוש במודל EVLP על בעלי חיים קטנים כמו מכרסמים פותח את הדלת למחקרים עתידיים שיפור הטיפול בהשתלות ריאה. עם זאת, מודל החיה הקטן דורש הבנה טובה יותר באמת לחקות השתלת ריאות. מודל זה עשוי לשמש בעתיד לשיפור טיפולים רפואיים ולהגדיר פרמטרים בסיסיים ללימודי השתלת ריאות בעתיד.
The authors have nothing to disclose.
המחברים רוצים להכיר הסיוע של הרווארד Apparatus, במיוחד סטפני Pazniokas, MS (פיזיולוגיה מערכות ורפואת רגנרטיבית) על סיועם במעגל הרכבה, שינוי ופתרון בעיות של מעגל זלוף וXVIVO זלוף (דניאל מרטינלי, המפלגה הקומוניסטית הסינית, CTP) ל מתן שימוש לא-קליני plegia ריאתי.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
IPL-2 Basic Lung Perfusion System | Harvard Apparatus | ||
Tweezer #5 stainless steel, curved 11cm | Kent Scientific Corporation | IND500232 | |
Tweezer #5 Dumostar, 11cm | Kent Scientific Corporation | INS500085-A | |
Tweezer #7 Titanium, 12cm tips curved | Kent Scientific Corporation | INS600187 | |
McPherson-Vannas Scissors 8cm, Str 5mm | Kent Scientific Corporation | INS14124 | |
Vannas Scissors 8cm Str 5mm | Kent Scientific Corporation | INS14003 | |
Instrument Sterilization Tray 5" x 7" | Kent Scientific Corporation | INS800101 | |
Heparin 30,000 units per 30mL | APP Pharmaceuticals | Supplied from OSU Pharmacy | |
Ketamine 500mg per 5mL | JHP Pharmaceuticals | Supplied from OSU Pharmacy | |
Xylazine 100mg per 1mL | Akorn | Supplied from OSU Pharmacy | |
10cc insulin syringe 29 Ga x 1/2" needle | B-D | 309301 | |
Hyflex NBR | Ansell | S-17310M | Bite proof gloves |
BL1500 | Sartarius | Practum 1102-1S | Scale |
Large Flat Bottom Restrainer | Braintree Scientific Inc | FB L 3.375 dia x 8.5, 250-500gm rat | Rat tunnel for injection |
Sterling Nitrile Powder-free Exam Gloves, Large | Kiberly-Clark | 50708 | |
Rapidpoint 405 | Siemens | blood gas analyzer | |
Fiberoxygenator D150 | Hugo Sachs Elektronik | PY2 73-3762 | |
LabChart v7.3.7 | ADInstruments | ||
Tracheal cannula | Harvard Apparatus | 733557 | |
Pulmonary Artery cannula | Harvard Apparatus | 730710 | |
Left Atrium cannula | Harvard Apparatus | 730712 | |
Peristaltic Pump | Ismatec | ISM 827B | |
Small Animal Ventilator model 683 | Harvard Apparatus | 55-000 | |
Ecoline Star Edition 003, E100 | Lauda | LCK 1879 | Water Heater |
Tubing Cassette | Cole-Parmer | IS 0649 | |
Connect kit D150 | Cole-Parmer | VK 73-3763 | |
PowerLab 8/35 | ADInstruments | 730045 | |
TAM-A transducer amplifier module type 705/1 | Hugo Sachs – Harvard Apparatus | 73-0065 | |
TAM-D transducer amplifier type 705/2 | Hugo Sachs – Harvard Apparatus | 73-1793 | |
SCP Servo controller for perfusion type 704 | Hugo Sachs – Harvard Apparatus | 732806 | |
CFBA carrier frequency bridge amplifier type 672 | Hugo Sachs – Harvard Apparatus | 731747 | |
VCM ventilator control module type 681 | Hugo Sachs – Harvard Apparatus | 731741 | |
TCM time control module type 686 | Hugo Sachs – Harvard Apparatus | 731750 | |
IL2 Tube set for perfusate | Harvard Apparatus | 733842 | |
Tube set for moist chamber | Harvard Apparatus | 73V83157 | |
Tygon E-3603 Tubing 2.4mm ID | Harvard Apparatus | 721017 | perfusate line entering lung |
Tygon E-3603 Tubing 3.2mm ID | Harvard Apparatus | 721019 | perfusate line leaving lung |
low potassium dextran glucose solution | flushing the lung |