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Method Article
Das vorliegende Protokoll beschreibt eine Manschettentechnik für ein Transplantationsmodell der linken Lunge einer Maus. Diese Technik wurde über mehrere Jahre hinweg entwickelt und hat sich in der immunologischen Forschung bewährt.
In den letzten zehn Jahren hat unser Labor erhebliche Fortschritte bei der Entwicklung und Verfeinerung von vaskularisierten Lungentransplantationsmodellen für Mäuse unter Verwendung einer effizienten und äußerst zuverlässigen "Manschettentechnik" der Transplantation gemacht. In diesem Artikel wird eine ausgefeilte und umfassende Methode zur orthotopen Lungentransplantation in einem vaskularisierten orthotopen Lungenmodell beschrieben, die das bisher physiologisch und klinisch relevanteste Modell der Maus-Lungentransplantation darstellt. Der Transplantationsprozess besteht aus zwei verschiedenen Phasen: der Spenderentnahme und der anschließenden Implantation in den Empfänger. Die Methode wurde erfolgreich gemeistert, und mit mehreren Monaten ausreichender Schulung kann ein erfahrener Praktiker das Verfahren in etwa 90 Minuten von Haut zu Haut durchführen. Überraschenderweise nähert sich die Überlebensrate während der perioperativen Phase, sobald die Individuen die anfängliche Lernkurve überwunden haben, fast 100 %. Das Mausmodell ermöglicht die Verwendung mehrerer kommerziell erhältlicher transgener und mutierter Stämme von Mäusen, was die Untersuchung von Toleranz und Abstoßung ermöglicht. Darüber hinaus machen die einzigartigen Eigenschaften dieses Modells es zu einem wertvollen Werkzeug für die Erforschung der Tumorbiologie und Immunologie.
Während es Ersatztherapien wie Dialyse und Herzunterstützungssysteme für Patienten mit Nieren- und Herzinsuffizienz gibt, bleibt die Lungentransplantation die primäre Behandlungsoption für Patienten, die an Lungenerkrankungen im Endstadium leiden. Dieses Verfahren ist die einzige lebensrettende Wahl für Personen, bei denen Lungenfibrosediagnostiziert wurde 1. Darüber hinaus wird es eingesetzt, um die Lebensdauer von Patienten mit obstruktiven Lungenerkrankungen im Endstadium wie Emphysem sowie von Patienten mit eitrigen Erkrankungen wie Mukoviszidose1 zu verlängern.
Während sich die kurzfristigen Überlebensraten aufgrund technischer Verfeinerungen, Verbesserungen der perioperativen Versorgung und Fortschritten bei der Immunsuppression verbessert haben, sind die Langzeitergebnisse nach einer Lungentransplantation deutlich schlechter als die anderer solider Organe. Die Fünf-Jahres-Gesamtüberlebensrate von nur 50 % für Empfänger von Lungentransplantaten ist viel niedriger als für Empfänger, die Herz-, Nieren- oder Lebertransplantate erhalten1. Unser Team und andere haben vermutet, dass der Grund für eine solche Diskrepanz der Mangel an klinisch relevanten biologischen Modellen ist, um die Signalwege, die zur Abstoßung und/oder Toleranz von Lungentransplantaten führen, vollständig zu verstehen, da die experimentelle Manipulation physiologisch relevanter Mausmodelle signifikant zum Langzeitüberleben anderer fester oder zellulärer Allotransplantate beigetragen hat2.
Vor der Entwicklung des orthotopen Lungentransplantationsmodells der Maus stützten sich die Forscher für ihre Studien auf größere Tiermodelle. Diese größeren Modelle wiesen jedoch Einschränkungen auf, einschließlich eines Mangels an transgenen Mutanten, die für die Erforschung mechanistischer Fragen erforderlich waren3. Darüber hinaus wiesen Rattenstudien ähnliche Einschränkungen auf4, und nicht-vaskularisierte heterotope Trachealtransplantationsmodelle bei Mäusen waren ebenfalls auf ihren Nutzen beschränkt5. Die Forschung hat gezeigt, wie wichtig es ist, vaskularisierte Transplantationsmodelle anstelle von nicht-vaskularisierten in verschiedenen Organsystemen zu verwenden. Zum Beispiel fehlt bei nicht-vaskularisierten Transplantaten von neonatalem Herzgewebe, die in die Ohrmuschel von Empfängermäusen eingeführt werden, eine direkte Interaktion mit dem vaskulären Endothel und dem Blutkreislauf des Empfängers. Daher sind sie im Vergleich zu vaskularisierten humanen Herztransplantaten in ihrer Relevanz eingeschränkt6. In ähnlicher Weise unterscheidet sich das heterotope Trachealtransplantationsmodell, bei dem es an Vaskularisation und Belüftung mangelt, signifikant von menschlichen Lungentransplantaten, insbesondere in Bezug auf die beobachteten Atemwegsveränderungen in kleinen Atemwegen nach der Transplantation. Darüber hinaus spiegelt das schnelle Einsetzen eines fibrotischen Verschlusses bei heterotopen trachealen Allotransplantaten nicht die Beobachtungen in der menschlichen Lunge oder bei vaskularisierten Lungentransplantaten bei größeren Tieren oder Rattenwider 7.
In unserem Forschungslabor wurde die Erstellung des orthotopen Lungentransplantationsmodells der Maus von dem orthotopen Einzellungentransplantationsmodell inspiriert, das bei Ratten etabliert wurde 8,9. Im Gegensatz zu Menschen besitzen Mäuse und Ratten nur einen Lappen in ihrer linken Lunge, der nur fünfundzwanzig Prozent der gesamten Lungenmasse ausmacht. Diese Eigenschaft ermöglicht die erfolgreiche Durchführung einer Transplantation der linken Lunge in Mausmodellen, ohne dass eine Kreislaufunterstützung erforderlich ist10,11. Im Laufe der Zeit haben wir technische Änderungen am Modell vorgenommen, und in diesem Zusammenhang werden die wichtigsten Schritte erläutert, die die Durchführung des Verfahrens erleichtern.
Neben seinen Auswirkungen auf die immunbiologische Forschung bietet das orthotope Lungentransplantationsmodell der Maus ein robustes Instrument zur Erforschung der Rolle pulmonaler nicht-hämatopoetischer Stromazellen bei verschiedenen Krankheitsprozessen. Dies liegt daran, dass eine mutierte syngene Einzellungentransplantation zu einem fast vollständigen Ersatz der hämatopoetischen Zellen durch vom Empfänger stammende Zellen führt, während nicht-hämatopoetische Stromazellen weiterhin vom Spender stammen. Folglich kann ein "chimäres Organ" ohne Bestrahlung durch den Wirt oder lungenspezifische Expression eines Transgens12 erzeugt werden. Darüber hinaus kann die gegenüberliegende native Lunge als interne Kontrolle innerhalb desselben Tieres fungieren, ohne weitreichende Veränderungen des Immunsystems des Wirts zu verursachen. Dieses Modell ist vielversprechend für die Weiterentwicklung der Forschung im Bereich der Lungentransplantation und anderer Krankheitswege, an denen pulmonale Stromazellen beteiligt sind.
Alle tierbezogenen Verfahren wurden in Übereinstimmung mit dem Institutional Animal Care and Use Committee an der University of Maryland, Baltimore, durchgeführt und von diesem genehmigt. Es wird empfohlen, männliche Mäuse (8-12 Wochen) (20-25 g) von BALB/c als Spender und C57BL/6 Mäuse als Empfänger zu verwenden. Die Tiere wurden aus einer kommerziellen Quelle gewonnen (siehe Materialtabelle).
1. Präparation von Bronchial- und Gefäßmanschetten
Zeitdauer: 10 min (für drei Manschetten)
2. Verfahren für Spender
Zeit: 10-15 min
3. Verfahren für den Empfänger
Zeit: 50-60 min
4. Bergung der Tiere
Dauer: 12 h
Basierend auf den Erfahrungen mit diesem Modell in den letzten 10 Jahren benötigen Personen mit grundlegenden mikrochirurgischen Fähigkeiten in der Regel eine Lernkurve von etwa 50 Tieren. Sobald die Kompetenz erreicht ist, dauern die Spenderverfahren in der Regel 15-30 Minuten, während die Empfängerverfahren etwa 60 Minuten dauern. Nach der anfänglichen Lernkurve ist die perioperative Mortalität tendenziell sehr gering.
In Abbildung...
Die Manschettentechnik für die Transplantation der linken Lunge von Mäusen stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Transplantationsforschungdar 10,11. Zu den kritischen Schritten gehören eine präzise und akribische Dissektion der hilären Struktur und sichere Anastomosen. Modifikationen können vorgenommen werden, um den experimentellen Bedürfnissen gerecht zu werden, aber es ist eine Lernkurve erforderlich. Unsere Grupp...
Die Autoren haben nichts preiszugeben, was für das Thema dieses Manuskripts relevant ist.
ASK, AEG und DK werden von P01 AI116501 unterstützt. ASK und EJ werden außerdem von R01AI145108-01, R01HL166402, unterstützt. ASK wird unterstützt durch I01 BX002299-05. AEG und DK werden weiterhin von RO1HL09601 unterstützt. CL wird von R01 HL128492 unterstützt. Diese Arbeit wird teilweise von Chuck und Mary Meyers sowie Richard und Eibhlin Henggeler unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10-0 Nylon suture | Surgical Specialties Corporation, Reading PA | AK-0106 | |
2 Dumont #5 forceps | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 11251-20 | |
2 Halsted-Mosquito clamp curved tip | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91309-12 | |
6-0 braided silk suture | Henry Schein Inc., Melville, NY, | 100-5597 | |
6-0 Polydioxanone PDS II suture and | Ethicon Inc., Somerville, NJ. | Z117H | |
70% Ethanol | Pharmco Products Inc., Brookfield, CT | 111000140 | |
Adson forceps | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91127-12 | |
Balb/c mice | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000651 | 8–12 weeks; Male |
Bipolar coagulator | Valleylab Inc., Boulder, CO | SurgII-20, E6008/E6008B | |
C57BL/6 mice | Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine, USA | 000664 | 8–12 weeks; Male |
Clear chlorhexidine | Hibiclens, Mölnlycke Health Care US, LLC, Norcross, GA | 57591 | |
Electrocautery | Bovie | ||
Fine vannas style spring scissors | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15000-03 | |
Halsey needle holder | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 91201-13 | |
Harvard Apparatus Mouse Ventilator VentElite | Harvard Apparatus, Holliston, MA | 55-7040 | settings 3L O2/minute, respiratory rate 130 bpm, 0.4 cc tidal volume |
Heparin solution | Abraxis Pharmaceutical Products, Schaumburg, IL | 504031 | 100 U/mL |
Injection grade normal saline | Hospira Inc., Lake Forest, IL | NDC 0409-4888-20 | |
Ketamine | VetOne, Boise, ID | 501072 | 50 mg/kg |
Konig Mixter Micro Pediatric Forceps Right-Angled Jaws | Medline, Northfield, IL, | MDS1247714 | Extra Fine, Overall Length 5 1/2" (14cm) |
Medline High Temperature Cautery,W/ Fine Tip | Leica Microsystems, Inc., Allendale, NJ | 10 450 290 | |
Microscope Leica M80 F12 Floor Stand | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 15396-00 | |
Moria extra fine spring scissors | Parkland Scientific, Coral Springs, FL | V3000i | |
Ohio Isoflurane Vaporizer | Vitrolife Inc., Englewood, CO, | 19001 | |
Perfadex low-potassium dextran glucose solution | Becton Dickinson Labware, Franklin Lakes, NJ | 353025 | Electrolyte preservation solution |
polystyrene petridishes | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 00632-11 and 00649-11 | 150 × 25 mm and 60 × 25 mm |
S&T SuperGrip Forceps straight and angled tip | Fine Science Tools Inc., Foster City, CA | 18200-20 | |
Small animal retraction system | Puritan Medical Company LLC, Guilford, Maine | 823-WC | tapered mini cotton tipped 3 inch applicators |
sterile Q-tips | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2419Z | |
Surflo etfe IV Catheter, Yellow, 24 G x 0.75" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX1851Z | |
Surflo etfe IV Catheter; Green, 18 G x 2" | Terumo Medical Corporation, Elkton, MD | SROX2032Z | |
Surflo etfe IV Catheter; Pink, 20 G x 1.25" | Thermocare, Inc., Incline Village, NV | ||
ThermoCare Small Animal ICU System, | A to Z Vet Supply, Dresden, TN | 008679 | 10 mg/kg |
Xylazine | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT480T | |
Yasargil Clip Applier | Aesculap, Inc., Center Valley, PA, | FT264T | |
Yasargil Temporary Aneurysm Clips | Medline, Northfield, IL, | ESCT001 |
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