Method Article
מוצג כאן פרוטוקול לכימות אמין של תפקוד החדר הימני והשמאלי של לבבות תורמים לאחר שימור קר באמצעות מערכת זילוח ex vivo .
תפקוד לקוי של השתל הראשוני (PGD) נותר הגורם המוביל למוות מוקדם לאחר השתלת לב. זמן איסכמי ממושך במהלך שימור קור הוא גורם סיכון חשוב עבור PGD, והערכה אמינה של תפקוד הלב חיונית כדי ללמוד את התגובות התפקודיות של הלב התורם לאחר שימור קור. הסרטון הנלווה מתאר טכניקה להערכת תפקוד החדר הימני והשמאלי באמצעות זילוח ex vivo המבוסס על מודל לנגנדורף לאחר שימור קור לפרקי זמן שונים. בקצרה, הלב מבודד ומאוחסן בתמיסת היסטידין-טריפטופן-קטוגלוטרט קרה (HTK). לאחר מכן, הלב מחורר עם חיץ Kreb במודל Langendorff במשך 60 דקות. בלון סיליקון מוחדר לחדר השמאלי והימני, ונרשמים פרמטרים תפקודיים לבביים (dP/dt, יחסי לחץ-נפח). פרוטוקול זה מאפשר הערכה אמינה של תפקוד הלב לאחר פרוטוקולים שונים לשימור הלב. חשוב לציין, טכניקה זו מאפשרת לחקור תגובות שימור לב במיוחד בתאי לב מקומיים. השימוש בלבבות מורין קטנים מאוד מאפשר גישה למגוון עצום של עכברים טרנסגניים כדי לחקור את המנגנונים של PGD.
השתלת לב משפרת את ההישרדות ואת איכות החיים בחולים עם אי ספיקת לב סופנית1. למרבה הצער, המחסור בתורמי לב מגביל את מספר החולים שיכולים להפיק תועלת מטיפול זה ומגביל את יכולתם של הרופאים להתאים באופן אופטימלי בין תורמיםלמושתלים 2,3,4. יתר על כן, מערכת ההקצאה החדשה תרמה להארכת זמני האיסכמיה והגדילה משמעותית את השימוש בתורמים שוליים מאז 20185. כתוצאה מכך, הגיל הממוצע של תורמי הלב והזמן האיסכמי עולה עם הזמן, מה שמוביל לשיעור גבוה יותר של תפקוד לקוי של השתל הראשוני (PGD) למרות שיפורים משמעותיים באסטרטגיות לשימור לב 6.
PGD יכול להשפיע על החדר השמאלי, הימני או שניהם, ונשאר סיבוך מסכן חיים המייצג את הגורם המוביל למוות מוקדם לאחר השתלת לב. חקירת מנגנוני PDG ופיתוח אסטרטגיות לשימור לב טוב יותר הם שיקולים חשובים, בהתחשב בהשפעה הפוטנציאלית מצילת החיים על מושתלי לב. לכן, מודלים ניסיוניים המאפשרים הערכה חזקה ואמינה של תפקוד הלב התורם לאחר זמן אחסון ממושך חיוניים כדי להגביר את הבנתנו של PGD ולהקל על פיתוח טיפולים חדשניים. היכולת להעריך במדויק את תפקוד הלב בלב העכבר מאפשרת גישה לרפרטואר עצום של מודלים מורינים טרנסגניים שיכולים לזהות במדויק מנגנוני PGD.
במחקרים פיזיולוגיים ופרמקולוגיים, מודל הזילוח המדרדר של לנגנדורף נמצא בשימוש נרחב להערכת תפקוד הלב7. באופן ספציפי, ביצועי הלב מזוהים על ידי בלון סיליקון המחובר למתמר לחץ בתוך חלל החדר השמאלי (LV). מאפיין מרכזי של PGD הוא כיווץ והרפיה לא מספקים של שריר החדר. מחקרים קודמים של לנגנדורף התמקדו בשימוש בבלון LV כדי להפיק תוצאות אמינות וניתנות לשחזור בהערכה תפקודיתשל LV 8,9,10. עם זאת, השימוש בבלון תוך קוויטרי להערכת תפקוד החדר הימני (RV) באמצעות מערכת הבלון פחות מוכר.
בהינתן שיעור PGD משמעותי המערב את ה-RV לאחר השתלה11, שיטות ניסיוניות לחקר תפקוד LV ו-RV יסייעו לקבוע את המנגנונים המולקולריים והפיזיולוגיים התורמים ל-RV PGD. פרוטוקול זה מראה כי בלוני סיליקון תוך קוויטריים יכולים לספק הערכות אמינות של תפקוד LV ו- RV באותו לב מורין12. כדי להעריך את השימוש הפוטנציאלי במערכת לנגנדורף במחקר PGD, בחנו את תפקודי הלב עם תקופות אחסון שונות ומצאנו ירידה בתפקוד הלב בהתכווצות והרפיה עם אחסון קר ממושך של לבבות מורינים. מעניין, LV יש ירידה תפקודית גבוהה יותר מאשר RV. לסיכום, הפרוטוקול המתואר כאן יכול לשמש להערכת ההשפעה של תרופה מועמדת ומסלולים מולקולריים על תפקוד LV ו- RV כאחד. היכולת להשתמש בשיטה זו על לבבות מורין תקל על ביצוע מחקרים מכניסטיים מפורטים.
כל הניסויים בבעלי חיים בפרוטוקול זה אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים באוניברסיטת מישיגן, אן ארבור. כל העכברים שוכנו במחזור אור של 12:12 בחדרים נטולי פתוגנים. עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לכל החומרים, בעלי החיים והציוד המשמשים בפרוטוקול זה.
1. בניית צנתר בלון סיליקון
הערה: בלון הסיליקון מיוצר כמתואר קודם13.
2. הכנת מערכת זילוח הלב
3. בידוד, הרכבה ושימורים של לב העכבר
4. הקלטת נתונים פונקציונלית
לבבות עכבר C57Bl/6 בוגרים, בני 3 חודשים, נקטפו והותקנו על מערכת לנגנדורף. הלב התורם אוחסן ב- HTK במשך 0 ו -8 שעות, ולאחר מכן מחורר עם חיץ KH מחומצן. בלון סיליקון המתחבר למתמר לחץ שימש למדידת ההתכווצות וההרפיה של תפקוד LV ו-RV.
הלחצים האאורטליים נשמרו בטווח של 70-80 מ"מ כספית. הדופק היה דומה בלבבות עכברים עם 0 ו-8 שעות אחסון. תפקוד ה-LV וה-RV נבדקו על ידי מדידת לחץ סיסטולי ודיאסטולי. dP/dt, נגזרת לחישוב היחס בין שינוי הלחץ, חושבה כדי לקבוע את דינמיקת הלחץ. המספר המוחלט של dP/dt מקסימלי ומינימום dP/dt יכול לייצג את רמת התכווצות השרירים וההרפיה. ב-0 שעות אחסון, ה-LV היה בעל לחץ סיסטולי גבוה יותר בהשוואה ל-RV (איור 2C ואיור 3A). ה-LV הראה יותר כיווץ שרירים והרפייה מאשר ה-RV לאחר זילוח של 0 שעות אחסון (איור 2C ואיור 3B,C). אולם לאחר 8 שעות של אחסון קר, גם ה-LV וגם ה-RV הראו ירידה תפקודית משמעותית בהשוואה לקו בסיס של 0 שעות (איור 2A-D ואיור 3B,C). הירידות בהתכווצות הלב היו חמורות יותר ב- LV. לאחר 8 שעות אחסון, ההתכווצות וההרפיה של ה-LV היו 25.1% ו-30.7% מקו הבסיס של 0 שעות, בעוד של-RV היו 32.5% ו-29.1% תפקוד בהשוואה לקו הבסיס של 0 שעות (איור 3B,C). תוצאות אלה הראו כי PGD של LV לאחר אחסון ממושך היה ירידה משמעותית יותר בהתכווצות הלב מאשר RV.
איור 1: הרכבה וקנולציה של לב העכבר . (A) הגדרה כוללת של מערך הזלוף. 1. מאגר זילוח. 2. תא חמצון. 3. תא מלכודת אוויר. 4. חדר הלב. 5. מתג ערך לזרימה ולחץ קבועים. 6 ו-7. זרימת חמצן. (B) לבבות משומרים עם הקרוואן מלפנים. (ג) מיקום הקרוואן לחיתוך לצורך פתיחת חללו. (D) הקש על צינורית הבלון עם הצינורית. קיצור: RV = החדר הימני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: השוואת התפקוד של LV לעומת RV . (A) מעקב אחר רשומות של dP/dt מרבי ומינימלי בקרוואן ו-LV בלב התורם עם 0 שעות אחסון. (B) תיעוד של dP/dt מרבי ומינימלי בקרוואן ו-LV בלב התורם עם 8 שעות אחסון. (ג,ד) פרטים על dP/dt, לחץ LV, קצב לב ולחץ זילוח ב- LV ו- RV ב- 0 שעות ו- 8 שעות. קיצורים: RV = החדר הימני; LV = החדר השמאלי; dP/dt = יחסי לחץ-זמן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: השוואת תפקוד ה-LV לעומת ה-RV לאחר אחסון וזילוח. (A) לחץ סיסטולי ודיאסטולי של ה-LV וה-RV לאחר 0 שעות ו-8 שעות אחסון. (B) מקסימום dP/dt ו-(C) מינימום dP/dt של ה-LV וה-RV לאחר זילוח עם 0 שעות ו-8 שעות אחסון. נתון זה לקוח מתוך Lei et al.12. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
פרוטוקול זה מתאר את שיטת Langendorff פרפוזיה מדרדרית באמצעות קנולציה אבי העורקים. טכניקה זו יכולה לשמש כדי להעריך את תפקוד LV ו- RV של לבבות מורין לאחר אחסון קר. התוצאות מראות כי אחסון קר ממושך של לבבות התורם מוביל לתפקוד לבבי מופחת הן ב- LV והן ב- RV באמצעות פרוטוקול זה.
המחקרים על דחייה חריפה וכרונית לאחר השתלת לב מתמקדים באופן נרחב באימונוביולוגיה14. ההשפעות של תאים מקומיים על PGD במהלך אחסון קר נבדקות פחות טוב. PGD מתרחש ב~10%-20% מהשתלות הלב ומהווה 66% ממקרי המוות המוקדם תוך 30 יום לאחר ההשתלה. בפרט, שכיחות PGD המשפיעה על LV לעומת RV שונה לאחר ההשתלה11. ללא התרומה של תגובות תאיות מקבלות, שיטת ex vivo זו מתמקדת בתרומות של תאי לב מקומיים ל-PGD לאחר שימור קר של לבבות תורמים. מחקרים נוספים עשויים לשלב תגובות מושתלים במודל השתלת לב מורין.
בפרוטוקול זה, זילוח לנגנדורף של לבבות תורמים שהשתמרו בקור התמקד בתגובות הלבביות הילידיות לזילוח גבישי חם מבלי לחדור לחסינות תאית. כדי להשיג תוצאות הניתנות לשחזור, תוקנו מספר שלבים קריטיים. לבבות העכבר נעצרו באמצעות תמיסת HTK ואוחסנו ב-HTK קר כקרח, בדומה לפרקטיקה הקלינית. נפח הזילוח וזמן העירוי של תמיסת HTK לכל לב היו במעקב צמוד עם טיימר. הלב התורם נשמר בצינורות מקוררים על קרח המכיל HTK בחדר של 4 מעלות צלזיוס. זמן הקנולציה השתנה ל~ 3 דקות לפני הזילוח. כל השלבים הללו הבטיחו כי משך שימור הקור היה המשתנה העיקרי במחקר.
תקופה של התכווצות לב לא סדירה במשך ~20 דקות נראתה בדרך כלל בתחילת הזילוח. תקופת שיווי משקל והחלמה זו התאפשרה על ידי התחממות הדרגתית וחמצון של רקמות הלב. תקופה יציבה יחסית הייתה צפויה לאחר 20 הדקות הראשונות. הבלון הוחדר לחלל החדר ב~18 דקות לאחר תקופת שיווי המשקל הראשונית. התחלנו להקליט המודינמיקה לאחר שהלב היה יציב במשך ~25 דקות, לאחר החדרת הבלון. זילוח עם חיץ KH שמר על ביצועי לב יציבים במשך ~ 1.5-2 שעות. לכן בחרנו להקליט המודינמיקה במשך 20 דקות בכל אחד מהחדרים השמאלי והימני.
ישנן מספר מגבלות של זילוח מדרדר לחקר PGD של לבבות לאחר אחסון קר. ראשית, בשל גודל הבלון וחוסר מקום בכל חלל חדר (בפרט, ה-RV), החדרה בו זמנית של שני בלונים הן ל-LV והן לקרוואן היא מאתגרת מאוד. לפיכך, אנו מודדים את הפונקציה של RV ו- LV ברצף. חשוב לציין כי המחיצה הבין-חדרית תורמת באופן משמעותי לתפקוד החדר השמאלי והימני כאחד. המחיצה תורמת ל~50% מתפקוד החדר הימני, ולכן קיימת תלות בין-חדרית15. כמו כן, חשוב לציין כי בעוד שההליכים לזילוח מחדש של הלב המורין במכשיר לנגנדורף אורכים ~ 3 דקות, השתלה כירורגית של הלב האנושי בשדה הכירורגי החם יחסית אורכת ~ 45 דקות. לשם השוואה, הלב המורין במערכת לנגנדורף זו צובר פחות זמן איסכמי. יש לקחת זאת בחשבון כאשר שוקלים תרגום קליני.
מאחר שהשתמשנו במאגר KH כדי לחורר את הלב ללא דם, ייתכן שגם לזה תהיה פחות יעילות באספקת חמצן. עם זאת, תפקוד הלב יציב יחסית לאורך 1.5-2 שעות הזילוח הראשוניות, ובכך מאפשר מדידות המודינמיות אמינות. למרבה הצער, אין כיום מודלים מעשיים של זילוח לב עבור לבבות מורינים קטנים אלה, ולא ניתן להעריך את ההשפעה של עומס חדרי במערכת זו. למרות זאת, מערכת הזילוח היא מאוד ניתנת לשחזור ופחות דורשת עבודה וגוזלת זמן רב מאשר מודלים להשתלה. הוא גם זול יותר ממחקרי השתלות, מה שעשוי להפוך אותו למתאים יותר לבדיקת אפשרויות טיפוליות שונות ומסלולים מולקולריים שונים. עם שינויים בפתרונות שימור על ידי הוספת תרופות מועמדות, ניתן להשתמש בפלטפורמה זו כדי להעריך את ההשפעות של חומרים פרמקולוגיים על הפחתת PGD הן ב- LV והן ב- RV.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
ללא.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-0 silk suture | Braintree Scientific | SUTS108 | |
6-0 Silk suture | Braintree Scientific | SUTS104 | |
All purpose flour | Kroger | ||
BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles 22 G | Fisher scientific | 14-826-5A | |
BD Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle) | Fisher scientific | 14-823-16E | |
Corn Syrup | Kroger | ||
Custodiol HTK Solution | Essential Pharmaceuticals LLC | ||
Dissecting Scissors | World Precision Instruments | 14393/14394 | |
Falcon 50 mL conical tubes | Fisher scientific | 14-959-49A | |
Heparin sodium salt from porcine intestinal mucosa | Sigma | H4784 | |
Krebs Henseleit buffer | Sigma | K3753 | |
Nusil silicone dispersions | Avantor | ||
Perfusion system | Radnoti | 130101BEZ | |
PowerLab | ADInstruments | PL3508 | |
Sodium azide | Sigma | S2002 | |
Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | |
Sucrose | Sigma | S0389 | |
Sucrose | Sigma | S0389 | |
Xylazine | Sigma | X1126 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved