非原生离体胰腺灌注用于移植前胰腺同种异 体 移植物的保存

摘要

常母离 体 机灌注（NEVP）在胰腺同种异体移植物的保存中几乎没有被探索过。我们提出了一种在移植前用于胰腺同种异体移植物的创新保存技术。

摘要

胰腺移植（PTx）是一种治愈性治疗方法，适用于患有糖尿病（DM）诊断负担的人。然而，由于器官短缺和越来越多的患者被列入PTx，需要新的策略来增加可用于移植的移植物数量。

静态冷藏（SCS）被认为是标准标准器官的黄金标准。然而，标准标准供体（SCD）正变得稀缺，迫切需要能够提高延长标准供体（ECD）器官接受率的新策略。

常母离 体 灌注（NEVP）是过去几十年中越来越流行的策略之一。这种保存方法已经在其他器官（肝脏、肾脏和肺）中成功使用，但在胰腺移植中的探索很少。描述胰腺方法的少数论文收效甚微，水肿是主要问题之一。以下手稿描述了我们小组开发的成功的NEVP方法和装置，用于灌注猪胰腺。

引言

根据国家糖尿病统计报告，2019年美国共有2870万人被诊断为糖尿病。其中约有180万人被诊断为1型糖尿病¹。PTx是目前最有效和唯一的治疗方法，可以治愈复杂的1型糖尿病²，并且是一种既能延长这些患者的预期寿命又能提高生活质量的手术³。

胰腺是从已故捐献者那里取回后最常丢弃的器官⁴.随着持续的器官短缺和等待名单时间的增加，移植中心正在使用更多来自ECD的胰腺移植物，包括循环死亡后捐赠（DCD）⁵。需要安全保存、灌注、评估和修复来自扩展标准供体的同种异体移植物的策略。

NEVP已被证明在保存肺⁶，肝脏⁷，⁸和肾脏移植物^9，10方面是成功的。然而，由于移植物水肿和损伤，研究胰腺机器灌注的小组数量（低温或正常体温）以及出版物数量很少且有限¹¹，^12，13，14。

本研究的目的是提出一种使用猪模型的常温 离体 胰腺灌注（NEVPP）方案，目的是最终为移植前的长期保存，器官评估和修复提供一个平台。这将允许其他研究小组建立用于胰腺同种异体移植物研究的灌注模型。

研究方案

本研究使用的所有动物都根据国家医学研究学会制定的“实验动物护理原则”和加拿大安大略省国立卫生研究院出版的“实验动物护理指南”接受了人道护理。所有研究均由多伦多综合研究所动物护理委员会批准。

注意：本研究方案基于猪模型。将移植物在冷中储存2小时，然后在移植前进行3小时的常温机器灌注（图1）。

1. 动物

1. 使用公约克郡猪（40-50公斤）。

2. 器官采购

注意：术前程序和部分外科程序与我们^小组15 发表的先前论文相同，如下所示：

1. 将猪饲养在研究设施中至少7天，以便适应环境并降低其压力水平。
2. 在诱导麻醉之前将猪禁食至少6小时。
3. 用肌肉注射咪达唑仑（0.15毫克/千克）、氯胺酮（25毫克/千克）和阿托品（0.04毫克/千克）使猪镇静。
   注意：这是在住房设施中完成的。
4. 将动物从收容设施转移到手术室（OR），在那里将进行器官恢复。
5. 将猪仰卧在手术台上，并放置装有2L氧气和5%异氟醚的面罩，直到下颌放松。
6. 使用喉镜观察声带，并喷洒 2% 利多卡因，以防止插管时痉挛。在尝试插管之前，用氧气和异氟醚更换面罩至少 30 秒。
7. 引入 7 mm 气管插管，并用 5 mL 空气堵塞袖带。使用二氧化碳法确保管子处于正确的位置。
8. 将异氟醚气体减少到2.5%。打开呼吸机并将其设置为 15-20 次呼吸/分钟，潮气量设置为 10-15 mL/kg 体重。持续监测心率和血氧饱和度。
9. 使用Seldinger技术¹⁶，将8.5 Fr. x 10 cm的导管引入颈静脉（右侧或左侧）。
10. 使用颈静脉导管以 250 mL/hr 的速度开始输注芬太尼（2.5 mL 在 500 mL 林格中）。
11. 检查肌肉反射以确定麻醉深度。下颌张力是最可靠的肌肉反射 ¹⁷.
    注意：如果注意到下颌肌肉僵硬，请增加异氟醚和/或芬太尼输注。

3. 外科手术

1. 消毒并覆盖手术区域。从木骨到耻骨联合进行中线切口。用左侧切口延长手术区域，以获得更好的暴露。
2. 从腹主动脉解剖下腔静脉 （IVC）。进一步将主动脉从周围组织中释放出来，并结扎小的腰椎主动脉分支。识别并在双侧肾动脉周围放置结扎。
   注意：此时不得绑定连字。
3. 一旦主动脉的后部自由，在其周围通过两个结扎。下结扎最终将绑在髂动脉分叉上方，上结扎将在前一条结扎上方 5 厘米处绑扎。
4. 解剖肝门。将所有动脉尽可能靠近肝脏。识别胆总管，将两个结扎线靠近肝脏，并划分结构。
5. 在主动脉周围解剖，但此时不要切开。识别并解剖主动脉上部周围，并在其周围系上领带。
   注意：此时不得绑定连字。
6. 打开小囊，让冰冷却胰腺。冲洗前尽可能少地调动胰腺。
7. 通过中心插管每公斤供体体重施用 500 IU 肝素。等待 5 分钟，然后使用颈静脉导管开始在柠檬酸盐、磷酸盐、葡萄糖、生理盐水、腺嘌呤、葡萄糖和甘露醇 （CPD/SAG-M） 袋中采集血液。
8. 系好主动脉下结扎，在髂分叉系带上方用齐平线插住主动脉，并用上系带固定套管。结扎双条肾动脉。
9. 收集足够的血液（600 mL）后，绑住主动脉上部（交叉夹）。施用10mL氯化钾处死。
10. 启动威斯康星大学 （UW） 保存解决方案的冲洗。在门静脉（尽可能高）和腔中切开一个开口以进行通风。将冰块放在腹腔中。
11. 冲洗 1 L UW 溶液后评估胰尾和十二指肠 C 环。如果充分冲洗，开始清扫、识别和夹紧肠系膜血管。减慢第二升 UW 的冲洗速度。
12. 取回胰腺移植物和一段腔静脉或髂静脉以延伸门静脉。
    注意：胰腺移植物与脾脏一起切除。
13. 将器官放在一个器官袋中，该器官袋放置在装满冰的盆中。

4.胰腺移植物的背台准备（图2A）

1. 从主动脉远端取下冲洗线并用扎带闭合。用剩余的UW溶液填充器官袋。将胰腺从粘附组织中解放出来，包括脾脏。
2. 使用先前恢复的腔静脉或髂静脉与6-0 Prolene进行门静脉延伸。用 1/4 英寸 x 3/8 英寸的缩小器插管门静脉和近端主动脉。
3. 用Malecot导管和系带插管十二指肠的远端。夹住导管末端，避免十二指肠内容物溢出。监督肠系膜血管与4-0普罗琳。
4. 记录移植物的重量。将移植物保存在静态冷库（SCS）中，直到NEVPP开始。

5. 正常离 体 胰腺灌注 （NEVPP）

注意：灌注回路由新生儿体外循环设备制成（图3）。

1. 将相应的管子连接到氧合器和静脉储液器，并将动脉管连接到氧合器的流出处，并将气泡过滤器放在其支架中。连接从气泡过滤器到静脉储液器的吹扫管路。打开气泡过滤器盖，让所有空气排出。
2. 将静脉管线连接到静脉储液器的入口。连接透析过滤器和将注入透析液的管道。连接流量计传感器、压力管路和温度探头。将动脉和静脉采样管连接到样品端口。
3. 将胰腔室（图3）放在妙佑医疗国际的桌子上，并通过用于此目的的孔引入动脉和静脉管。连接并打开外部加热器单元。
4. 将吸入管放在滚轮泵内，并将一端连接到从腔室出来的管子中以收集液体，另一端连接到静脉储液器以收集所有器官丢失的灌注液。
5. 将氧气管（绿色）连接到装有碳原混合物（95% O 2/5% CO₂）和氧合器的储气罐。将加热器泵单元管连接到氧合器。
6. 钳夹动脉和静脉流出管，以及静脉储液器的流出。

6. 灌注液的制备和电路的启动

1. 用灌注液填充静脉储液器（表1）。
2. 使用一个注射泵以 8 mL/h 的速度将血管扩张剂（依前列醇）连续施用到动脉管路中。使用第二个注射泵将酶抑制剂直接连续施用到静脉储液器中（15 mg，10 mL / h）。
3. 打开心肺机 （HLM） 并启动压力、温度和计时器面板。打开加热器泵，将灌注溶液加热至38°C。 打开 O 2/CO₂ 电源。
4. 拆下放置在静脉储液器流出处的管夹，启动离心泵，并将其提升至1，500 rpm。夹紧管道，绕过动脉过滤器并从动脉过滤器释放空气。将动脉和静脉压管线归零。

7.胰腺移植物灌注（图2B）

1. 打开储存胰腺的器官袋。用 200 mL 白蛋白通过动脉套管冲洗。从冰上取出胰腺并放置在器官室内。确认动脉和静脉导管无空气。
2. 从动脉侧释放夹具，夹住动脉和静脉管之间的捷径。一旦血液开始从动脉管中流出，将管线连接到动脉套管。通过调节离心泵的速度，将动脉压设置为 20-25 mmHg。一旦血液开始从静脉套管流出，就连接静脉导管。
3. 当胰腺完全连接且未观察到大出血时，直接在动脉侧给予一瓶维拉帕米 （2.5 mg/mL）。
4. 连续记录压力、动脉血流、体温和十二指肠分泌。收集血液，每小时记录十二指肠输出量，每小时肉眼评估水肿。记录灌注参数并采集样本进行分析（静脉和动脉血气样本，以及淀粉酶、脂肪酶和 LDH 样本）。
5. 灌注结束后断开动脉和静脉管，从器官腔中取出移植物，并用冷UW冲洗并称重。将移植物储存在无菌器官袋中的冰上，直到移植的那一刻。

结果

即将到来的数据显示了使用心跳供体胰腺检索模型进行的七个实验的代表性结果。在主动脉插管，用UW溶液冲洗并取出胰腺后，将移植物保持在SCS上2小时，同时制备红细胞。NEVPP在该模型中进行了3小时，如果将来打算进行移植物评估和修复，我们认为灌注所需的时间最少。在每小时的时间点记录样本和测量值。（0 = 基线，器官连接到电路后，1 = 1 h，2 = 2 h，3 = 3 h）。

胰腺移植物被放置在为此目的定制设计的器官室上，包括一个加热器（补充文件）。NEVPP的目的是为器官提供近生理环境。为此，在所有灌注中，动脉压保持在20-25mmHg之间。在整个灌注过程中测量压力和流量并保持稳定（图4）。代谢活性通过使用以下公式计算移植物的耗氧量来估计：[（pO 2 art-pO₂ven）*流量/重量]（图5）。在整个灌注过程中，pH，钠，钙和HCO₃的测量值在生理值范围内（图6）。灌注期间乳酸和钾水平下降，并在3小时时接近正常值（图7）。由于该回路是一个封闭系统，预计在灌注过程中淀粉酶和脂肪酶水平会增加（图8）。然而，水平的增加似乎与移植物的损伤无关（图9）。使用半定量量表对脂肪和实质坏死以及胰岛细胞完整性进行评分。（0 - 无变化，1 - 轻度变化，2 - 中度变化，3 - 严重变化）。这是由对实验组不知情的病理学家完成的，没有观察到胰腺炎的迹象。

在灌注前后称量胰腺同种异体移植物以评估水肿（表2）。

图1.研究方案。请点击此处查看此图的大图。

图2.灌注前后的胰腺。 （A）灌注前。（B）灌注后。 请点击此处查看此图的大图。

图3.灌注回路示意图。 使用新生儿体外循环技术;将灌注液倒入静脉储液器中，然后在离心泵的帮助下推进到氧合器中。离开氧合器后，回路分为将灌注液输送到透析盒并返回储液器的管道和进入动脉过滤器的管道。通过动脉气泡过滤器后，灌注液以20-25mmHg的压力通过主动脉进入胰腺。静脉流出将灌注液引导回静脉储液器。（改编自 ¹⁸）。 请点击此处查看此图的大图。

图4.具有标准偏差 （mL/min） 的平均动脉血流。请点击此处查看此图的大图。

图5.标准偏差的平均耗氧量 （mL/min/g）。请点击此处查看此图的大图。

图6. （A） 平均 pH、（B） HCO₃、（C） 钠和 （D） 钙测量值与标准偏差。请点击此处查看此图的大图。

图7.（A）平均乳酸和（B）具有标准偏差的钾测量值。 请点击此处查看此图的大图。

图8.（A）具有标准偏差的平均淀粉酶和（B）脂肪酶测量值。 请点击此处查看此图的大图。

图9.灌注前后进行粗针活检。 （A）机器灌注前的正常胰实质¹⁸.（B）灌注后活检，胰腺腺泡和胰岛细胞保存良好。 请点击此处查看此图的大图。

成分	量
乳酸林格氏菌	260毫升
斯蒂恩解决方案	195毫升
洗涤的红细胞	162.5毫升
双反渗透水	35毫升
肝素（10000 IU / 10 mL）	1.3毫升
碳酸氢钠 （8.4%）	10.4毫升
葡萄糖酸钙（10%）	1.3毫升
甲苯丙酸松龙（Solu-Medrol）	325毫克
抑肽酶	15毫克

表 1.灌注组合物。

	之前的重量	之后的重量	获得	% 差异
案例1	244 克	240 克	-4 克	-1.63
案例2	154 克	164 克	10 克	6.49
案例3	184 克	245 克	61 克	33.15
案例4	190 克	226 克	36 克	18.94
案例5	198 克	307 克	109 克	55.05
案例6	205 克	315 克	107 克	51.44
案例7	193 克	256 克	63 克	32.64

表 2.灌注前后的重量。

补充文件：用于灌注的定制胰腺室。 与玛格丽特公主癌症中心的医学物理机械车间 - 放射医学计划合作设计。 请点击此处下载此文件。

讨论

这项研究表明，使用先前提出的设置灌注 3 小时后，胰腺同种异体移植物可以实现稳定的 NEVPP，组织学损伤最小。灌注过程中，动脉血流、压力、pH、HCO₃和Na等灌注参数保持稳定，我们观察到K和乳酸的减少和稳定。

在采购、背台准备和灌注过程中尽可能少地操纵移植物至关重要。严格控制动脉压也非常重要。由于胰腺是低压器官，压力的增加可能会对器官造成不可逆转的损害。

本研究的背台制备与人类移植物制备不同（图2A）。由于胰腺是从猪身上获得的唯一器官，我们能够取出包括乳糜泻躯干和肠系膜上动脉在内的主动脉部分。至于门静脉，使用髂静脉进行了伸展。在人类移植的情况下，背台准备必须以与移植相同的方式进行，使用髂骨移植物进行动脉重建和门静脉延长¹⁹。

此方法可能受到设置复杂性的限制。我们决定在注意到移植物在没有透析的情况下出现严重水肿后添加透析盒。还为这些实验建造了一个定制的器官室，其中包含一个外部加热源，该加热源被证明有助于移植物的最佳灌注。

很少有研究描述正常变温离 体 胰腺灌注。在大多数这些研究中，水肿似乎是主要的限制因素。据我们所知，这种方法是使用透析盒控制水肿的唯一报告。

与其他器官相比，胰腺的正常 离体 灌注仍处于起步阶段。目前的方案侧重于扩展标准供体（DCD）、灌注液改善、更长的灌注时间和生物标志物，以评估灌注过程中的移植物损伤。淀粉酶和脂肪酶水平似乎不是可靠的标志物，因为我们使用的是封闭系统，并且似乎与组织病理学无关²⁰。到目前为止，我们小组还设法在灌注后移植胰腺同种异体移植物，效果良好¹⁸。

随着这项技术的不断改进，我们希望这项技术将适用于临床移植，并允许评估和修复胰腺同种异体移植物。这有望最终导致更多的移植物利用率，减少患者的等待时间，并改善患者的预后。

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alburex 5	CSL Behring AG	187337	25 g of Albumin (human) in 500 mL of buffered diluent
Aprotinin from bovine lung	Sigma-Aldrich	A1153
Belzer UW Cold storage solution	Bridge to life Ltd	4055
Calcium gluconate (10%)	Fresenius Kabi Canada Ltd (Toronto, ON)	C360019
Composelect (blood collection bags)	Fresenius Kabi Canada Ltd	PQ31555
Epoprostenol	GlaxoSmithKline Inc.	218761
Heart lung machine, Stöckert S3	Sorin Group Canada Inc.	Custom made	Centrifugal pump, roller pump, control panel (sensors for pressure, flow, temperature, bubbles, and level), oxygen blender, heater unit
Hemoflow, Fresenius Polysulfone	Fresenius Medical Care North America	0520165A
Heparin (10000 IU/10 mL)	Fresenius Kabi Canada Ltd	C504710
Lactated Ringer's solution	Baxter	JB2324
Neonatal cardiopulmonary bypass techonolgy	Sorin Group Canada Inc	Custom made	Dideco perfusion tubing systems, centrifugal blood pump (Revolution), arterial blood filter, microporous hollow fibre memebrane oxygenator), cannulas
Pancreas chamber		Custom made	With external heater
Percutaneous Sheath Introducer Set with Integral Hemostasis Valve/side Port for use with 7-7.5 Fr Catheters	Arrow International LLC	SI-09880
Sodium bicarbonate (8.4%)	Fresenius Kabi Canada Ltd	C908950
Solu-Medrol	Pfizer Canada Inc.	52246-14-2
Steen	XVIVO	19004
Urethral catheter	Bard Inc	86020	20 Fr, malecot model drain
Verapamil	Sandoz Canada Inc.	8960