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* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
Wir beschreiben ein Verfahren zur ex vivo-Maschine Perfusion von menschlichen Lebertransplantate in subnormothermic Temperatur (21 ° C).
There is currently a severe shortage of liver grafts available for transplantation. Novel organ preservation techniques are needed to expand the pool of donor livers. Machine perfusion of donor liver grafts is an alternative to traditional cold storage of livers and holds much promise as a modality to expand the donor organ pool. We have recently described the potential benefit of subnormothermic machine perfusion of human livers. Machine perfused livers showed improving function and restoration of tissue ATP levels. Additionally, machine perfusion of liver grafts at subnormothermic temperatures allows for objective assessment of the functionality and suitability of a liver for transplantation. In these ways a great many livers that were previously discarded due to their suboptimal quality can be rescued via the restorative effects of machine perfusion and utilized for transplantation. Here we describe this technique of subnormothermic machine perfusion in detail. Human liver grafts allocated for research are perfused via the hepatic artery and portal vein with an acellular oxygenated perfusate at 21 °C.
Die Lebertransplantation ist die einzige kurative Behandlung für Zehntausende von Patienten, die im Endstadium einer Lebererkrankung leiden. Zur Erleichterung erfolgreiche Transplantation, optimale Konservierung der Leber von der Zeit ist es aus dem Spender bis zu der Zeit wird in dem Empfänger implantiert ist notwendig, um eine schnelle Verschlechterung des Transplantats zu verhindern, beschafft. Der aktuelle Standard für Leberkonservierung wird "statische Kühllagerung" bezeichnet: die Leber in eine eiskalte Konservierungslösung abgekühlt, wodurch der Stoffwechsel der Leber reduziert und verlangsamt die schädlichen Auswirkungen von Ischämie. Obwohl diese Kühllager Technik wurde für die erfolgreiche Transplantation erlaubt, Organe der Randqualität wie DCD Organe durch warme Ischämie oder Steatose Show unterlegen Patienten beschädigt Ziele 1. Es gibt einen schnell wachsenden Körper des Beweises, dass ex vivo Perfusion Maschine von Lebertransplantationen als Alternative Erhaltung Modalität kann möglicherweise imbeweisen Ergebnisse für diese Grenzorgane 2,3.
Lebertransplantation hat sich zu einem Opfer seines eigenen Erfolgs. Weit mehr Patienten für eine Transplantation bezeichnet, als es Leber vorhanden und von tausenden sterben auf der Warteliste in den Vereinigten Staaten jedes Jahr. Angesichts der Realität der Spenderleber Knappheit und die zunehmende Nutzung von Lebertransplantationen suboptimaler Qualität für bedürftige Empfänger ist es weit verbreitet, dass ex vivo Perfusion Maschine von Lebertransplantationen vor der Implantation verspricht einen Paradigmenwechsel in Lebertransplantation. Es hat eine deutliche Steigerung in der Forschung Interesse an diesem Thema in den letzten Jahren 4-8. In verschiedenen europäischen und nordamerikanischen Zentren hypothermen Perfusion Maschine gemacht hat eine klinische Einführung 8 und normothermen Maschine Perfusion bei physiologischen Temperaturen hat kürzlich verworfen menschlichen Leber angewendet worden und wird für die klinische Anwendung und 9 umgerechnet.Intensive Entwicklungen für die Entwicklung der verschiedenen Protokolle geführt, während die kontinuierliche Optimierung identifiziert die optimale Durchblutung Parameter 10-12. Nutzung marginaler Qualität Transplantate wurde um mehr als 10-mal im letzten Jahrzehnt 13. Wenn der aktuelle Standard für Leberkonservierungs (statisch oder einfriert) verglichen wird, bietet ex vivo Maschine Perfusion zahlreiche potentielle Vorteile, von denen alle zu dringend benötigte Ausdehnung des Organs Pool und eine möglicherweise in der Inzidenz des postoperativen Komplikationen zu verringern. Insbesondere die biliäre Komplikationen, die derzeit nach der Transplantation plagen suboptimale Qualität Lebertransplantate bleibt eine wesentliche Frage 14-18.
Maschine Perfusion bei subnormothermic Bedingungen bietet ein Zeitfenster, um Transplantatfunktion objektiv hinsichtlich Eignung für die Transplantation 19 zu bewerten. Während die Leber wird in einem ex vivo-Schaltung perfundiert sowohl das Perfusat einend die während der Perfusion produziert Galle für die Messung der Marker der Organfunktion zu beproben. Auf diese Weise "stark beeinträchtigt" Leber, die für die Transplantation unter den derzeitigen Kriterien verworfen werden objektiv auf ihre Eignung für die Transplantation zu bewerten. Lebensfähigkeit Abschätzung erlaubt möglicherweise für viele dieser Organe für die Transplantation verwendet werden. Ein ebenso leistungsfähigen Vorteil der Maschine Perfusion ist die Reparatur und Verbesserung der Leber, die durch warme / kalte Ischämie geschädigt wurden. ATP sehr schnell während der warmen und anschließende Kaltischämiezeit abgereichert und kann während eines Zeitraums von Maschinen Perfusion vor der Implantation der Leber 20 repleted werden. Die Leber, mit seinen Energiespeicher und Stoffwechsellage aufgefüllt wird vorbehandelt und besser für den schädigenden Auswirkungen der Reperfusionsschaden nach der Implantation in den Empfänger bereit.
Diese Arbeit beschreibt ein Verfahren zur ex vivo-Maschine Perfusion von menschlichen Leber grafts im Labor, was nützlich für Forscher, die sowohl die Technik und die wohltuende Wirkung der Ex-vivo-Perfusion Maschine studieren möchten sein wird. Wir nutzen die menschliche Spenderlebern, die für die Transplantation abgelehnt wurden und dann für Forschungszwecke bereitgestellt.
Standard Leber Beschaffung Technik beinhaltet in situ arteriellen bündig der Leber nach Aorten Querspann in hirntoten Spendern (DBD) oder nach dem Kreislaufstillstand in Kreis Tod Spender (DCD), an anderer Stelle 20 beschrieben. Zusätzlich wird die Leber während des Vergabe indem Bauchhöhle des Spenders mit Eis gekühlt. Spüllösung Vorlieben variieren zwischen den Regionen, wobei die Mehrzahl der Beschaffungen mit dem University of Wisconsin oder Histidin-Tryptophan-Ketoglutarat (HTK) Lösung. Ein zusätzlicher Back-Tisch bündig der Pfortader verbessert das Auswaschen der Restblut. Livers oft beschafft Verlassen einer Aortensegment surRundung des Truncus coeliacus. Die Gallenblase wird eingeschnitten, Gallen wird abgesaugt, und der Gallengang gespült. Die Lebern werden in sterilen Beutel mit eiskaltem Konservierungslösung verpackt und in dafür vorgesehenen Boxen oder Kühler transportiert. Für repräsentative Ergebnisse sollten warme und kalte Ischämiezeit bis 60 min und 12 h zuge begrenzt. Trotz Routine serologische für übertragbare Krankheitserreger, müssen Standard Vorkehrungen bei der Abgabe menschlichen Organen werden Proben von menschlichen Organen gewonnen und keine Abfallprodukte.
Das Protokoll hier beschrieben subnormothermic Maschine Perfusion mit einem handelsüblichen Leberperfusion Gerät. Die Verwendung einer solchen Vorrichtung ermöglicht eine schnelle Umsetzung zu den klinischen und Kreuzvalidierung von unterschiedlichen Protokollen und Geräteeinstellungen zwischen Forschungsgruppen und Transplantationszentren.
Die Verwendung von menschlichem Gewebe muss von einer Ethikkommission (IRB) oder gleichwertig geprüft. Die hier beschriebene Arbeit wurde genehmigt und vom Massachusetts General Hospital Institutional Review Board (Nr 2011P001496) befreit erklärt.
1. Herstellung der Lösung
2. Zurück Tabelle Vorbereitung der Leber
3. Grundierung der SNMP-System
4. Menschliche Leber Perfusion
Eine Reihe von Beobachtungen und Analysen auf die Leber während der Perfusion durchgeführt werden, einschließlich direkter aktuellen Messwerte, wie zB Durchflussraten und Galle Produktion; Echtzeitmessungen, wie zB Gasanalyse des Perfusat und Post-hoc-Messungen, die nach der Probenahme vorgenommen werden, einschließlich biochemische Analyse des Perfusat und Gewebe und histologische Analyse. Hier genannten Ergebnisse sind von 22 perfundierten menschlichen Leber. Lebern wurden zur Transplantation aus verschiedenen Gründen, einschließlich Alter des Spenders, übermäßige warmen ischämischen Zeit Biopsieergebnisse (Steatose, Entzündung, Fibrose) und logistischen Gründen abgelehnt. 18 Lebern wurden folgende Herztod nach Hirntod beschafft, und 4. In beiden Fällen wurden Spender mit 30.000 Einheiten Heparin vorbehandelt und in situ und auf der Rückseite Tisch mit UW-Lösung gespült. Mittlere kalten Ischämiezeit betrug 531 ± 237 (SD) min und die mittlere warme Ischämiezeit betrug 27 ± 10 (SD) min, vom Rückzug des Lebens gemessenUnterstützung für kalte Flush. Echtzeit-Beobachtungen und Messungen können verwendet werden, um die Leber während der Perfusion zu bewerten, während die Post-hoc-Messungen werden nach der Perfusion offenbart werden.
Echtzeit-Beobachtungen
Fluss durch die Leber beginnt niedriger als der Solldurchflussraten als ein Ergebnis einer höheren Widerstand im kalten Leber. Mit einem Druck von 3 mmHg für PV und 30 mmHg auf der HA die Sollströme können in der Regel einmal die Leber erreicht hat, bis zu 21 erwärmt ° C nach 60 min Perfusion (1A). Gallenfluss kann im Allgemeinen innerhalb von 10 min Perfusion festgestellt und während der Perfusion (1B) kontinuierlich hergestellt. Gallen Menge hängt von der Qualität der Leber und im Bereich von 0,3 ml / h / kg Leber bis 18 ml / min / kg. In Lebern mit längeren warmen ischämischen Zeit werden Gallenfluss neigen dazu, auslaufen, während kürzere warme Ischämiezeit führt zu einer stabilen oder sogar steigendenGalleproduktion.
Echtzeit-Messungen
Direkte und häufige Messung der Perfusat durch Blutgasanalyse im wesentlichen für beide Versuchszwecken sowie die Aufrechterhaltung eines angemessenen Perfusionsbedingungen, wichtiger ist die Sauerstoffversorgung und pH-Wert. Gelöster Sauerstoff-Partialdruck sollte größer als 700 mmHg auf dem Zufluss von sowohl der PV und HA ist. Abfluss Sauerstoffdruck in der Vena cava gemessen, im allgemeinen nimmt mit längeren Perfusion, was einer Erhöhung der Sauerstoffaufnahme. Sauerstoff-Aufnahmeraten kann wie zuvor 13 bis 2,4-9,7 ml O 2 / min / kg bei t = 3 h (1C) beschrieben, und reichten von 0,5 bis 2,2 ml O 2 / min / kg bei Beginn der Perfusion berechnet. Ein pH-Abfall wird in den ersten 30 min (1D) in erster Linie als ein Ergebnis von Lactat Freisetzung im Perfusat beobachtet. Dies kann durch Ergänzung mit 8,4% Natrium bicarbo unterstütztnate und nach ca. 90 min der pH-Wert fällt wieder in den normalen Bereich. Üblicherweise wird 30-50 ml 8,4% Natriumbicarbonat erforderlich. Laktatkonzentration steigt schnell in der ersten 15-30 Minuten, aber beginnt, sich nach der ersten Stunde (1E) versterben.
Post-hoc-Messungen
Lebertransami wie ALT kann im Perfusat gemessen werden. In den ersten 30 Minuten eine starke Zunahme von ALT wird allgemein beobachtet, die das Auswaschen von ALT, die während der Ischämie (1F) veröffentlicht wurde widerspiegelt. ALT wurde gezeigt, dass auch mit warmer Ischämiezeit 13 korrelieren. Maschine Perfusion erhöhte ATP-Gehalt 2,8-fache, was auf eine Erholung der Energiestatus (1G). H & E histologische Analyse zeigt keine zusätzlichen Verletzungen während des Maschinendurchblutung (Abbildung 1 H, I) aufrechterhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Protokoll vorgeschlagen Biopsieschema für RESuche und sind nicht anwendbar für klinische Zwecke sein.
Abb. 1: Bewertung der menschlichen Leber während des Maschinendurchblutung durch die PV und HA bei SNMP (A), Galle Produktion, quantifiziert pro Stunde Perfusion (B), Sauerstoff uprate Rate (OUR), aus der Differenz der Zufluss berechnet (PV Fluss + HA) und Abfluss (Hohlvene), unterbrochen Linien zeigen Sauerstoffpartialdrücken im Zu- und Ablauf während der Perfusion (C), pH und Laktat während der Perfusion (D, E), die Freisetzung von ALT in das Perfusat (F), ATP Gehalt im Gewebe von Stunden Biopsien (G) und H & E-Flecken der Leber (54 Jahre alt DCD, 19 min warme Ischämie, 559 min kalte Ischämie) vor dem (H) und nach (I) Perfusion gemessen. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± SEM dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
In einem Versuch, Leber während der Ischämie verletzten erhalten wir eine SNMP-System, das nach einer Periode der kalten Lagerung verwendet werden können, entwickelt. Subnormothermic Maschine Perfusion bietet eine echte Alternative zu herkömmlichen Kühllager sowie Hypothermie und normothermen Maschine Perfusion Modalitäten. Verschiedene unterschiedliche Systeme existieren; alle bieten unterschiedliche Vor- und Nachteile 3,9,20. SNMP ermöglicht die Perfusion ohne Sauerstoffträger, wie Stoffwechselsauerstoffbedarf bei 21 ° C durch aktive Sauerstoffanreicherung des Perfusat erfüllt.
Obwohl unter subnormothermic Bedingungen reduziert, ist Stoffwechsel erheblich und erfordert die Unterstützung eines nährstoffreichen Perfusionslösung. Traditionelle Perfusionslösungen wie die Belzer Maschine Perfusionslösung, sind im allgemeinen in der Zusammensetzung minimal und sind zum Kalt Perfusion gestaltet. Williams 'Medium E wurde als Hepatozyten-Kulturmedium für viele Jahre verwendet worden und enthält componenten, die universell für die Unterstützung Zellfunktion, insbesondere unter warmen ex vivo Bedingungen.
Messungen während des Maschinen Perfusion hergestellt sind repräsentativ für die Funktion des Organs. Direkt beobachtbaren Parametern wie Gallenproduktion und Sauerstoffaufnahme sind Echtzeitmessungen, die verwendet werden kann, um die Leber vor der Transplantation zu beurteilen. Auf ähnliche Weise können Marker der Zellverletzung und Ischämie (K +, Laktat Mitteilung) direkt in der Perfusionslösung gemessen werden und kann ein Hinweis auf Organfunktion 20 sein. Als Maschine Perfusion Technik weiterentwickelt und erreicht weiter verbreitet klinische Anwendung kann eine genaue Korrelation zwischen Ex-vivo-Funktion und dem klinischen Ergebnis durchgeführt werden und Perfusionsparameter nützlich bei der Unterstützung von Entscheidungen zu verpflanzen oder ablehnen Randqualität Leber sein. Außerdem ist, wie Point-of Pflege Analyse-Tools voraus, anspruchsvollere Analyse wird direkt in der Maschine Perfu verfügbarsion 21.
In dieser Arbeit zeigen wir, dass Leber können in der SNMP-System mit minimaler Schädigung der Leber unterstützt werden, durch Histologie und Freigabe ALT wider. Funktionelle Erholung der Leber wird am besten durch ATP, die gezeigt wurde, dass die Leberfähigkeit korreliert und ist deutlich für Transplantation Erfolg im Tiermodell 22 reflektiert. Würde Ex vivo und vor der Transplantation Erholung der Lebertransplantate eine deutliche Ausweitung des Spenders erlauben Leberpool, Korrektur der Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage von Spenderlebern in der Transplantationsmedizin.
Drs. WERDEN Uygun, K Uygun und Yarmush sind Erfinder auf einen anhängigen Patent, die für diese Studie (WO / 2011 / 002.926), und Drs ist. WERDEN Uygun, K Uygun und Yarmush sind Erfinder auf einen anhängigen Patent, die für diese Studie (WO / 2011/35223) ist. Drs. K Uygun und Bruinsma eine vorläufige Patentanmeldung zu dieser Arbeit. Dr. K Uygun und BE Uygun haben ein finanzielles Interesse an Organsysteme, ein Unternehmen auf die Entwicklung von Organkonservierungstechnik. Dr. K Uygun und BE Interessen Uygun werden von der MGH und Partners Healthcare entsprechend ihrer Interessenkonflikt Politik verwaltet.
Mittel aus den US National Institutes of Health (gewährt R01EB008678, R01DK096075, R01DK084053, R00DK088962 und F32 DK103500) Cimit Projekt Nr 12-1732 und die Shriners Hospitals for Children wird dankbar anerkannt. Wir möchten danken für die New England Organbank für die Unterstützung dieser Arbeit.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Liver Assist perfusion device | Organ Assist B.V. | Liver Assist | |
Liver Assist disposable set | Organ Assist B.V. | Liver Assist disposable | |
Williams’ Medium E | Sigma | W1878–6x500ml | |
Insulin | Eli Lilly & Co | Humulin R U-100 | |
Penicillin/Streptomycin 5,000 U/ml | Life Technologies | 15070-063 | |
L-glutamine | Invitrogen | 25030-156 | |
Hydrocortisone | MGH pharmacy | 7750500 | |
Carbogen gas tank 95% O2/5% CO2 | Airgas | ZO2OX9522000043 | |
Specialty gas regulator | Airgas | Y11244D580 | |
Lactated Ringer’s solution | Baxter | 2B2324X | |
10% neutral buffered formalin | Fischer Scientific | 316-155 | |
Toothed Adson forceps | Roboz | RS-5234 | |
Debakey tissue forceps, 7.75”, 2.25 mm | Roboz | RS-7562 | |
Metzenbaum Scissors 7" Curved SureCut Tungsten | Roboz | RS-6965SC | |
Castroviejo Needle holder 5.5–7” | Fine Science Tools | 12565-14 | |
0 blackbraided silk sutures | Ethicon | SA66G | |
4-0 nylon suture, Nurolon RB1 | Ethicon | C554D | |
Blood gas analysis machine | Siemens | RapidPoint 500 | |
Balance scale | Cole Parmer | EW-10000-12 | |
Pressure display box | Medtronic | 66000 | |
Disposable pressure display sets | Medtronic | 61000 | |
Handheld thermocouple thermometer and probe | Cole Parmer | EW-91500-04 and EW-08516-55 | |
Acorn-tipped vessel cannula, 4 mm | Medtronic | 30005 | |
Irrigation set flush tubing | Hospira | 06543-01 | |
Mixing bowl, 4 L | Cole Parmer | EW-07300-40 |
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