Method Article
La grave carenza di organi ha portato ad un maggiore uso di innesti renali marginali per il trapianto. Ciò ha scatenato l'interesse in metodi di deposito alternativi, dal momento che gli innesti marginali soprattutto tollerare celle frigorifere male. La tecnica di normotermica ex vivo perfusione renale (NEVKP) rappresenta un metodo di conservazione romanzo per trapianti di rene prima del trapianto.
Kidney transplantation has become a well-established treatment option for patients with end-stage renal failure. The persisting organ shortage remains a serious problem. Therefore, the acceptance criteria for organ donors have been extended leading to the usage of marginal kidney grafts. These marginal organs tolerate cold storage poorly resulting in increased preservation injury and higher rates of delayed graft function. To overcome the limitations of cold storage, extensive research is focused on alternative normothermic preservation methods.
Ex vivo normothermic organ perfusion is an innovative preservation technique. The first experimental and clinical trials for ex vivo lung, liver, and kidney perfusions demonstrated favorable outcomes.
In addition to the reduction of cold ischemic injury, the method of normothermic kidney storage offers the opportunity for organ assessment and repair. This manuscript provides information about kidney retrieval, organ preservation techniques, and isolated ex vivo normothermic kidney perfusion (NEVKP) in a porcine model. Surgical techniques, set up for the perfusion solution and the circuit, potential assessment options, and representative results are demonstrated.
I reni sono gli organi solidi più frequentemente trapiantati. Per i pazienti affetti da malattia renale allo stadio terminale, il trapianto di rene offre una migliore aspettativa di vita, e una migliore qualità della vita, rispetto alla dialisi 1-4. La carenza di organi persistente rappresenta un grave problema nel campo della medicina dei trapianti (Tabella 1) 5.
Stati Uniti * | Regione Eurotransplant ** | |
I pazienti in lista d'attesa di trapianto di rene | 101.563 (febbraio 2015) | 10.689 (dicembre 2014) |
Reni trapiantati donatore deceduto nel 2014 | 10.650 | 3.119 |
Mediana tempi di attesa per trapianto di rene del donatore deceduto (in anni) | Fino a 5 anni * | Fino a 4 anni ** |
Tabella 1. reneGraft Carenza negli Stati Uniti e Eurotransplant Regione.
L'esito del trapianto di rene è influenzato negativamente dal tempo di attesa, con esito peggiore per i pazienti sottoposti a dialisi prolungata 6. Ciò ha scatenato l'interesse negli innesti renali marginali come fonte donatore aggiuntivo, come ad esempio i reni da donatori anziani, i donatori con più comorbidità (criteri estesi donatori (ECD) e reni donati dopo la morte cardiaca (DCD). Reni dei donatori marginali che sarebbero state declinato in passato sono ormai considerati per il trapianto 7.
Un ostacolo importante per l'uso di innesti renali marginali è la tecnica di conservazione di stoccaggio anossico fredda. Attualmente, innesti renali sono memorizzati staticamente su ghiaccio o perfusi a 4 ° C in assenza di ossigeno. La tecnica di conservazione anossica freddo è associato con la ferita graft continuo durante la conservazione rene e non consente la valutazione dell'innesto a causa della mancanza di Metabolism e produzione di urina. In particolare, gli innesti renali marginali tollerare celle frigorifere male, con conseguente significativo danno renale, e alti tassi di funzione del trapianto ritardato (DGF) 8,9. DGF è un fattore prognostico per scarsa funzione del trapianto a lungo termine.
Perfusione renale extracorporea rappresenta un metodo alternativo per la conservazione, la valutazione e la riparazione di organi. In un modello di suini, i risultati positivi sono stati presentati per i reni perfusi ex vivo in condizioni normotermici 10,11. Il primo studio clinico eseguito nel 2013 ha dimostrato un tasso più basso di funzione del trapianto ritardato quando i reni recuperati da criteri estese donatori sono stati perfusi per 1 ora immediatamente prima del trapianto 12.
Questo articolo presenta un modello di normotermico ex vivo perfusione renale (NEVKP). L'obiettivo di questo studio è quello di ridurre il tempo di ischemia fredda applicata al minimo e di estendere il periodo di NEVKP. NEVKPè un metodo di conservazione alternativa che mira a ridurre i danni che possono essere causati da tecniche di stoccaggio a freddo.
Nota: Una panoramica schematica del protocollo di studio è presentato in Figura 1.
Figura 1. Studio Questo protocollo di studio normotermica ex vivo perfusione renale protocollo. Si basa su un modello suino. Dopo la dissezione chirurgica dei vasi del rene trapiantato e lavaggio con 500 ml di istidina-triptofano-chetoglutarato (HTK), l'innesto può essere recuperato. Dopo lo stoccaggio a freddo (SCS) per 3 ore, il trapianto di rene è perfuso normotermica ex vivo (NEVKP) per più ore fino al trapianto designato.
Tutti gli animali hanno ricevuto la cura umana nel rispetto dei '' Principi di cura degli animali da laboratorio '' formulate dalla Società Nazionale per la ricerca medica e la '' Guida per la cura di animali da laboratorio '' pubblicato dal National Institutes of Health,Ontario, Canada. Il Comitato del Research Institute di Toronto Generale cura degli animali ha approvato tutti gli studi.
1. Gli animali
2. Organo Retrieval
3. normotermica ex vivo Kidney Perfusion (NEVKP)
Di seguito i risultati di sei esperimenti utilizzando un modello di recupero rene-cuore pulsante sono presentati. Dopo in situ a filo e il recupero del rene, gli innesti sono stati conservati in ghiaccio per 3 ore (SCS), mentre gli eritrociti sono stati preparati. Per l'impostazione clinica, questo simula il tempo richiesto per il recupero e la preparazione posteriore tavolo. NEVKP è stata effettuata per 10 ore.
Per mantenere condizioni fisiologiche e simulare in vivo circostante al rene, la camera organo deve essere riscaldata e sigillato. Perfusione e la soluzione di sostituzione delle urine devono rappresentare valori fisiologici per l'analisi dei gas del sangue, pressione oncotica, e osmolarità. I valori normali (valori basali) ottenuti da suini Yorkshire in situ, si trovano in ogni descrizione figura, rispettivamente (Figure 3-13). Lo scopo di NEVKP è garantire che l'innesto viene fornito con ossigeno e nutrimento sufficiente. Come ischemia cautilizza vasocostrizione, aumentando così la resistenza intrarenale, ottenendo un flusso costante con una pressione stabile è un buon indicatore per un'adeguata ossigenazione. Dopo la temperatura target innesto di 37 ° C viene raggiunta tramite rewarming dell'organo dopo SCS, i valori di portata e resistenza intrarenal rimangono stabili con una pressione costante fisiologica di circa 60-80 mmHg tutta la perfusione (figure 3 e 4). La quantità di produzione di urina dipende principalmente dalla composizione della soluzione di perfusione (Figura 5).
Misure orarie di venosa e arteriosa pO 2 rivelano l'attività metabolica del rene. Il consumo di ossigeno è stato calcolato con l'equazione ((pO 2 art - pO 2 ven) x portata / peso) (Figura 6) 14. Durante il pH perfusione, HCO 3, e elettroliti sono stabili senza richiedere interventi (Figure di 7 - 10). In tempo reale ASMisure lattato T e servono per monitorare il danno cellulare. È stato rilevato alcun aumento dei parametri di danno cellulare durante il periodo NEVKP (figure 11 e 12). L'osmolarità della soluzione di perfusione è stabile (figura 13). Valutazione istologica rivela piccole modifiche (Figura 14-16).
Figura flusso arterioso 3. media con deviazione standard (ml / min). Durante la perfusione del flusso rimane in un range fisiologico. Valori fisiologici Suini, misurati in situ: significano art. flusso: 170 ± 57 ml / min (range 83-325 ml / min).
Figura 4. resistenza intrarenali (IRR), media e deviazione standard (mmHg / Ml / min). La pressione arteriosa media (MAP) rimane costante tra 60 e 80 mmHg. La resistenza intrarenal è inferiore a 0,5 mmHg / ml / min costantemente.
Figura 5. Il volume totale delle urine, medio e deviazione standard (ml). Il volume totale delle urine dipende principalmente dalla composizione della soluzione di perfusione. Maggiore è la pressione oncotica e l'osmolarità, minore è la produzione di urina.
Figura 6. consumo di ossigeno, deviazione media e standard (ml / min / g).
Figura 7. pH venoso, media e deviazione standard. La rema pHcostante ins in un range fisiologico senza somministrazione di bicarbonati. Suini valori fisiologici, misurati in situ: pH 7.46 ± 0.06 (range 7,34-7,63).
Figura 8. HCO 3 venoso, media e deviazione standard (mmol / l). L'HCO 3 rimane in un range fisiologico senza somministrazione di bicarbonati. Suini valori fisiologici, misurati in situ: HCO 3 30.3 ± 2.4 mmol / L (range 21,6-35,8 mmol / L).
Figura 9. concentrazione di sodio venosa, media e deviazione standard (mmol / L). Il sodio rimane in un range fisiologico. Valori fisiologici Suini, misurati in situ: 137,1 &# 177; 3,8 mmol / L (range 118,7-140,9 mmol / L).
10. concentrazione di potassio venosa Figura, media e deviazione standard (mmol / L). Il potassio rimane costante in un range fisiologico. Suini valori fisiologici, misurati in situ: 3.85 ± 0.46 mmol / L (range 3,5-5,36 mmol / L).
Figura 11. venosa aspartato aminotransferasi, media e deviazione standard. (AST; U / L) Nella perfusione renale normotermico ex vivo, AST dimostra un marker danno cellulare. I valori AST sono bassi in tutta perfusione.
Figura 12: lattato , Media e deviazione standard (mmol / L). In perfusione renale normotermico ex vivo, lattato rappresenta un indicatore di danno cellulare. I valori sono stabili durante la perfusione.
Figura 13:. Osmolarità del siero, media e deviazione standard (mOsm / L) A osmolarità costante nella soluzione di perfusione protegge produzione basso ma costante urina. Suini valori fisiologici, misurati in situ: 282 ± 1,7 mOsm / L (range 279-283 mOsm / L).
Figura 14:. Istologia (H & E) 50X / 200 ingrandimenti di giunzione corticomidollare mostrando lieve tubolare vacuolizzazione. Nessun segno di necrosi.Arget = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 15: Istologia (PAS) 50X / 200 ingrandimenti di giunzione corticomidollare mostrando lieve tubolare vacuolizzazione.. Nessun segno di necrosi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 16:. Istologia (TUNEL) 25X / 200 ingrandimenti. Molto raramente i nuclei sono macchiati dimostrando molto bassi tassi di apoptosi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Questo studio dimostra che NEVKP con una soluzione basata eritrociti può essere eseguita con ottimi risultati per un periodo prolungato di tempo in un modello suino. Durante le 10 ore ex vivo di perfusione renale dimostrato parametri stabili di perfusione, metabolismo renale attiva, omeostasi, e danno renale minimo.
Produzione di urina e danno renale dipendono dalla composizione della soluzione di perfusione. È importante mantenere la pressione oncotica e osmolarità del perfusato entro un range fisiologico. In particolare, una bassa pressione oncotica comporterà una produzione unphysiologically alta urina con notevole edema rene e crescenti marcatori di danno renale. STEEN soluzione contenente albumina è scelto in questo modello per la regolazione della pressione oncotica e per simulare condizioni fisiologiche per il rene. Il bicarbonato di sodio e gluconato di calcio sono aggiunti al sistema di raggiungere valori fisiologici di pH, HCO 3 , sodio, potassio, calcio, e cloruro. La selezione e dosaggio del vasodilatatore è importante garantire un sufficiente flusso di sangue e di ossigeno.
La tecnica di normotermica ex vivo perfusione renale ha diversi limiti. Ex vivo perfusione non è associato con il supporto ormonale del rene, che potrebbe avere un impatto negativo periodi più lunghi di perfusione. Inoltre, la nuova tecnologia, a questo punto nel tempo, è associata ad un aumento dei costi. Futuri miglioramenti potrebbero semplificare la tecnologia e ridurre i costi. Lo sviluppo di un dispositivo portatile perfusione renale potrebbe consentire di evitare completamente stoccaggio rene freddo in futuro.
La carenza di organi grave e persistente porta ad un maggiore uso di organi marginali (ECD o DCD renali innesti) 7. Attualmente, la conservazione degli organi si basa su celle frigorifere statica o ipotermica perfusione macchina. Come un tempo di ischemia fredda prolungato ha un imp significativoagire sui risultati della funzione renale di criteri standard 15 e innesti marginali 8,9, le nuove tecniche di conservazione minimizzando celle frigorifere sono di particolare interesse 16-19.
Uno dei principali ostacoli per usare innesti marginali più esteso è l'incapacità di valutare la qualità e la sostenibilità degli organi prima del trapianto. Attualmente, solo i parametri clinici quali l'età del donatore, le malattie legate donatori, e il tempo di ischemia calda degli innesti sono usati per la decisione se un organo è accettato o rifiutato per il trapianto. Conservando il trapianto in condizioni normotermici, valutazione trapianto basa sulle caratteristiche di perfusione e dati è possibile. Parametri in tempo reale come il flusso renale vascolare, pressione, resistenza intrarenale, la produzione di urina, consumo di ossigeno, ei parametri danno renale (come AST e lattato) dovrebbero essere i parametri utili per valutare la fattibilità del trapianto.
In additione, il metabolismo attivo durante NEVKP permette l'applicazione di strategie di riparazione per migliorare innesti renali marginali prima del trapianto. Ad esempio, l'inibizione di percorsi pro-infiammatorie, immunomodulazione, trasferimento di geni, così come amministrazione di cellule staminali potrebbe essere tecniche future di modificare innesti rene durante il tempo di conservazione e migliorare il risultato del destinatario.
The authors have nothing to disclose.
Vogliamo ringraziare Sorin Group (Milano, Italia) per averci fornito i circuiti di perfusione renale custom made. Inoltre ringraziamo XVIVO perfusione Inc. (Goteborg, Svezia) per averci fornito la soluzione Steen, BBraun AG (Melsungen, Germania) per la fornitura di pompe siringa e Rieber GmbH & Co KG (Reutlingen, Germania).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Neonatal cardiopulmonary bypass technology | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | Custom made | Neonatal venous reservoir D100 (500 ml, 1/16" in- and outflow), neonatal oxygenator D100, centrifugal pump head (Revolution), arterial bubble filter (D130) |
Heart lung machine, Stöckert S3 | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | Custom made | Centrifugal pump, roller pump, control panel (sensors for pressure, flow, temperature, bubbles, and level), oxygen blender, heater unit |
Tubing | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | 01906BPC SG XS | 3/16" x 1/16" |
019071PC SG XS | 1/4" x 1/16" | ||
019060PC SG XH | 3/8" x 1/16" | ||
Tubing connectors | SORIN GROUP Canada Inc (Markham, Canada) | Various sizes | |
STEEN solution | XVIVO (Göteborg, SWE) | 19004 | 200 ml |
Ringer's lactate | Baxter (Mississauga, ON, CAN) | JB2324 | 175 ml |
Sodium bicarbonate | Hospira (Montréal, QC, CAN) | 6625050 | pH-dependent |
Calcium gluconate | Pharmaceutical Partners of Canada (Richmond Hill, ON) | C31110 | Calcium-dependent |
Heparin | Sandoz Canada Inc (Toronto, ON, CAN) | 10750 | 1,000 IU |
Amino acid and glucose, Travasol 10% | Baxter (Mississauga, ON, CAN) | JB6760 | 1 ml/hr |
Fast acting insulin, Novorapid | Novo Nordisk Canada Inc (Mississauga, ON, CAN) | DS6H748 | 5 IE/hr |
Verapamil | Sandoz Canada Inc (Quebec, QC, CAN) | 52216 | 0.25 mg/hr |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon