A Novel microchirurgica modello per eterotopica, in blocco parete toracica, Timo, e trapianto cardiaco nei topi

Riepilogo

To study combined solid organ and vascularized composite allotransplantation, we describe a novel heterotopic en bloc chest wall, thymus, and heart transplant model in mice using a cervical non-suture cuff technique.

Abstract

Exploration of novel strategies in organ transplantation to prolong allograft survival and minimizing the need for long-term maintenance immunosuppression must be pursued. Employing vascularized bone marrow transplantation and co-transplantation of the thymus have shown promise in this regard in various animal models.^1-11 Vascularized bone marrow transplantation allows for the uninterrupted transfer of donor bone marrow cells within the preserved donor microenvironment, and the incorporation of thymus tissue with vascularized bone marrow transplantation has shown to increase T-cell chimerism ultimately playing a supportive role in the induction of immune regulation. The combination of solid organ and vascularized composite allotransplantation can uniquely combine these strategies in the form of a novel transplant model. Murine models serve as an excellent paradigm to explore the mechanisms of acute and chronic rejection, chimerism, and tolerance induction, thus providing the foundation to propagate superior allograft survival strategies for larger animal models and future clinical application. Herein, we developed a novel heterotopic en bloc chest wall, thymus, and heart transplant model in mice using a cervical non-suture cuff technique. The experience in syngeneic and allogeneic transplant settings is described for future broader immunological investigations via an instructional manuscript and video supplement.

Introduzione

Cardiac transplantation is the treatment of choice for end-stage heart failure. Both technical advancements and pharmacological innovations have propelled the field to early graft acceptance rates above 90%.^12,13 Despite this, 60-80% 5-year graft survival is at a standstill and chronic rejection, characterized by transplant vasculopathy, remains inevitable.^14-16 Furthermore, patients are subjected to multiple surgical procedures and lifelong immunosuppression, which are associated with chest wall deformities and medical sequelae and toxicities, respectively. The need for innovative approaches to extend allograft survival, minimize the immunosuppressive requirements, and offer reconstructive options for anatomical deformities is pressing.

Vascularized composite allotransplantation offers a unique strategy for improving heart transplant outcomes both from an immunological aspect as well as a reconstructive perspective.¹⁷ Vascularized composite allografts are also unique in a way that they have an inherent source of donor-derived hematopoietic stem cells which has shown a favorable ability to reduce immunosuppression and induce and sustain mixed chimerism.^1-8 Additionally, co-transplantation of the thymus has shown to prolong survival of both, solid organ transplants and vascularized composite allografts.^2,9-11 Combining these strategies with heart transplantation offers a novel solution to the aforementioned challenges facing heart transplantation.¹⁸

Murine models serve as excellent platforms for mechanistic in vivo investigation because of the availability of antibodies and well-defined inbred and knockout strains.^19-21 Although heart transplantation in mice is commonly studied using a heterotopic intraabdominal microsurgical suture transplant model^22-25, a heterotopic, cervical, non-suture cuff technique model has shown to be extremely replicable, reliable, and carries fewer rates of thrombosis.^19,26,27 The goal of this study is to develop a heterotopic en bloc osteomyocutaneous chest wall, thymus, and heart transplant technique in mice to study the immunological mechanisms of combined solid organ and vascularized composite allotransplantation using a cervical non-suture cuff technique. This cluster allograft is perfused through the anastomosis of the donor descending aorta to the right common carotid artery and the donor pulmonary artery to the right external jugular vein. Preservation of the internal thoracic vessels and associated thymus branches is paramount to perfusing the chest wall (sternum, ribs, muscles, and skin) and thymus.

Protocollo

Tutte le procedure operative sono state completate in conformità con la Johns Hopkins University e il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti e le esigenze di servizio di sanità pubblica. Questo protocollo segue il Hopkins University cura e l'uso degli animali Comitato Johns, comitato istituzionale di revisione approvato le linee guida (numero di protocollo M013M490). Dati di sopravvivenza finale è stato registrato per le procedure chirurgiche descritte di seguito. Entrambi gli animali donatori e beneficiari ricevono l'anestesia di prelazione con buprenorfina a 0.1 mg / kg sc un'ora prima di un intervento chirurgico e la buprenorfina destinatario animale è ri-somministrato alla stessa dose dopo il trapianto e ri-dosato come necessario nelle prime 48 ore dopo l'intervento chirurgico.

1. donatori Allograft recupero

Nota: Inizia la parte del donatore del trapianto 40 minuti prima del trapianto destinatario di minimizzare il tempo di anestesia destinatario e per facilitare un tempo di fine simultaneo o leggermente orecchioora di fine lier contro la preparazione destinatario.

1. Utilizzare strumenti di microchirurgia sterili standard e guanti sterili per la procedura. Il nostro laboratorio utilizza la sterilizzazione in autoclave di strumenti di microchirurgia.
2. Anestetizzare il mouse donatore (maschio) con isoflurano vaporizzatore induzione al 4%. Uso Clippers meccanici atraumatica rimuovere i capelli dalla cervicale, toracica, addominale e della regione. Posto l'animale in posizione supina e mantenere isoflurane sul 1-2% attraverso un cono naso. Garantire un'adeguata anestesia durante tutta la procedura, valutando periodicamente il riflesso di punta di ritiro pizzico.
3. Prima l'incisione cutanea, ampiamente preparare il dispositivo applicando iodopovidone antisettico seguito da alcol isopropilico utilizzando un tampone di cotone sterile.
4. Inizia con una incisione cutanea superficiale trasversale con le forbici in tutta la pelle cervicale e addominale. Collegare i due incisioni bilateralmente lungo le linee ascellare media.
5. Utilizzando pinze microchirurgichesezionare la regione cervicale bilaterale per identificare, legare e dividere le vene giugulari esterne con 6-0 sutura di seta e forbici. Quindi, utilizzando elettrocauterizzazione dividere i muscoli sternocleidomastoideo per esporre le vene giugulari interne e le arterie carotidi comuni, a livello bilaterale. Passare una sutura 6-0 di seta sotto il lato sinistro e il lato destro carotide comune e le vene giugulari interne in modo sfuso.
   NOTA: Saranno legate e divise in seguito al passaggio 1.9.
6. Acutamente dividere i muscoli cinghia e associati tessuto areolare sciolto, che si trova anteriori alla trachea, con le forbici per liberare i restanti allegati della regione cervicale.
7. Utilizzando elettrocauterizzazione bipolare e la dissezione tagliente, dividere i pettorale muscoli principali e le clavicole per esporre i vasi succlavi e legare (6-0 sutura di seta) e dividere prossimale.
8. Poi, delicatamente, afferrare ed estrarre il pene dell'animale. Lungo il dorso del pene visualizzare la vena dorsale del pene, e disinfettare laregione con alcol isopropilico. Utilizzando un ago 30 G, iniettare 30.000 unità di eparina per via endovenosa attraverso la vena dorsale e permettono al pene di rinculo indietro alla sua posizione originale. Può verificarsi perdite parziale della soluzione di eparina nel tessuto circostante.
9. Utilizzando i legami di massa precedentemente posizionati intorno carotide comune e la vena giugulare interna, legare e dividere le strutture, bilateralmente.
10. Successivo utilizzo forbici per rendere una incisione intraddominale trasversale. Sviscerare l'intestino per esporre la infraepatica vena cava inferiore e iniettare 2 ml di soluzione di cardioplegia fredda Euro-Collins nel infraepatica vena cava inferiore. Garantire la corretta iniezione visualizzando scolorimento del fegato e la cessazione del battito cardiaco prima di passare al passo successivo.
    NOTA: la soluzione Euro-Collins è preparato nel nostro laboratorio, vedi tabella di reagenti e strumenti specifici.
11. Utilizzando le forbici accedono cavità intratoracica tramite un DIAFRAMMA bilateraleincisione ragmatic dall'addome esposta. Estendere l'incisione cefalica attraverso i muscoli intercostali e le costole. Riflettere parete toracica esponendo il cuore, il timo, e grandi vasi assicurando allo stesso tempo la conservazione dei vasi toracici interni lungo la parete toracica.
12. Iniettare la sovraepatica vena cava inferiore con 4 ml di soluzione di cardioplegia fredda Euro-Collins.
13. Identificare la radice dell'aorta e tracciare distalmente alla aorta discendente. Acutamente tagliare l'aorta discendente (conservando lunghezza massima).
14. Identificare il tronco polmonare e dividere appena prossimale al suo punto di filiale (conservando lunghezza massima). Quindi, utilizzando 2 ml di soluzione di cardioplegia fredda Euro-Collins, lavare il tronco polmonare e il cuore mettendo un morbido punta del catetere di plastica nel lume del tronco polmonare.
15. Utilizzando una sutura di seta 6-0, legare e sezionare la vena cava inferiore, confluenza delle vene polmonari, e rami accessorie del cava bilaterale cava superiore. Poi elevaree sezionare la cefalica cuore dagli attaccamenti lungo bronchi fusto principale e la trachea con attenzione a non inserire le vie respiratorie. Utilizzando elettrocauterio bipolare acuto e sezionare la parete toracica, il timo, e il cuore completamente liberandolo dal mouse donatore.
16. Infine, tagliare la parete toracica allogenico ex vivo a una dimensione inferiore, con le forbici, che attraversa lo sterno e costae laterali, con attenzione a non interrompere i vasi toracici interni (Figura 1A). Per ridurre al minimo emorragia dopo rivascolarizzazione, utilizzare electrocauterization bipolare lungo i confini dello sterno osteomusculocutaneous.
17. Posizionare il allogenico in 10 ml di freddo ⁽⁴ o Celsius) soluzione Euro-Collins se il destinatario non è preparato per incasso. Tuttavia, se il destinatario è pronto per inserto, trasferire l'alloinnesto direttamente al campo operatorio destinatario.

2. Destinatario Preparazione

Nota: Per ridurre al minimo il tempo di anestesia destinatario,iniziare la preparazione destinatario in una stazione operativa separata circa 40 minuti prima del completamento del raccolto allograft donatore.

1. Utilizzare un insieme separato di strumenti di microchirurgia sterili standard e guanti sterili per la procedura.
2. Anestetizzare il mouse destinatario (maschio o femmina) con isoflurano vaporizzatore induzione al 4%. Utilizzando Clippers meccanici atraumatica rimuovere i capelli dalla regione cervicale e toracica destra.
3. Posizionare il mouse in posizione supina e l'angolo l'arto superiore destro leggermente inferiormente formando un angolo di 110 gradi tra la testa e arto superiore destro. Mantenere l'anestesia sul 1-2% isoflurano attraverso un cono naso.
4. Posizionare petrolio pomata oftalmica sugli occhi del mouse utilizzando un cotton-fioc. Prima l'incisione cutanea, ampiamente preparare il sito operatorio utilizzando iodopovidone antisettico seguito da alcol isopropilico.
5. Utilizzando le forbici, fare una incisione cutanea dalla linea mediana lungo la destra bor inferioreder della mandibola e prolungare l'incisione infero lateralmente alla regione toracica destra. Utilizzando smussa con pinze microvascolari, mobilitare la vena giugulare esterna circonferenziale libero nave da tessuti molli e avventizia. Dividere tutti i rami con elettrocauterizzazione, e rimuovere il lobo destro della ghiandola sottomandibolare utilizzando dissezione tagliente e elettrocauterizzazione di spazio libero per il trapianto allogenico.
6. Assicurare una lunghezza sufficiente della vena giugulare esterna per rovesciare su un bracciale, e legare la vena giugulare esterna usando una sutura 6-0 seta. Inserire la vena attraverso il lume di un bracciale pretagliati poliimmide e utilizzare un morsetto microvascolare bulldog per risolvere il complesso nave-polsino in posto. Poi con le forbici, prossimale dividere la vena giugulare esterna, Evert sopra il polsino, e fissare con una sutura in nylon 10-0. (Figura 1B)
7. Dividere il muscolo sternocleidomastoideo destro con elettrocauterizzazione bipolare per esporre l'arteria carotide comune. Mob circonferenzialeilize l'arteria cefalica al distale punto più all'interno della regione cervicale. Questa operazione viene eseguita utilizzando scollamento della nave con una pinza per rimuovere tessuti molli e avventizia circostante.
8. Utilizzando sutura di seta 6-0, legare e sezionare l'arteria carotide comune. Passare l'arteria attraverso il lume di un bracciale pretagliati poliimmide e fissarlo con un bulldog microvascolare morsetto più vicino possibile al toracico possibile. Dividete il vaso distale, dilatare delicatamente il recipiente con un dilatatore microchirurgico, Evert sopra il polsino, e fissare con una sutura in nylon 10-0. (Figura 1B)
   NOTA: Il dilatatore microchirurgica specifico è descritto nella tabella di reagenti e strumenti specifici.

3. Allograft dell'inserzione

1. Mantenere la strumentazione sterili standard guanti sterili per posizionare il allotrapianto all'interno della regione cervicale destinatario in un testa in giù e posizione obliqua.
2. Quindi, posizionare il aor donatore discendentelumen tic sul costrutto bracciale arteriosa del destinatario e fissarlo con una sutura di nylon 10-0 (Figura 1C e 1D).
3. Moda la stessa anastomosi come al punto 3.2 tra l'arteria polmonare donatore e il estroflesso esterna giugulare vena-polsino costrutto del mouse destinatario (Figura 1C e 1D).
4. Innanzitutto rimuovere morsetto microvascolare venoso (morsetto vena giugulare esterna) e poi allentare il blocco arterioso (arteria carotide comune morsetto). Durante la riperfusione arteriosa, controllare la totalità del allogenico di affrontare qualsiasi emorragia. Se emorragia viene visualizzato, riapplicare la pinza arteriosa per ridurre al minimo la perdita di sangue e ridurre la fonte di sanguinamento con elettrocauterizzazione bipolare.
5. Controllare l'innesto e di garantire l'emostasi. Rilasciare e rimuovere completamente il morsetto microvascolare arteriosa. Osservare il cuore a mostrare segni di riperfusione, che saranno istantaneamente apparente con l'espansione del volume rapida delle camere cardiache, e attendere bmangiare per iniziare entro 0,5-1 min. Utilizzare salina calda (35 ° C) per inumidire il cuore.
6. Telo parete toracica in posizione anatomica in modo da non indurre alcuna attorcigliamento o tensioni sui anastomosi. Chiudere la pelle della ferita chirurgica sta usando 6-0 punti di sutura in nylon continui (Figura 1E).

4. Cura postoperatoria

1. Somministrare un 0,3 ml di soluzione salina normale bolo fluido intraperitoneale immediatamente dopo l'intervento per la sostituzione del fluido.
2. Poi via sottocutanea iniettare buprenorfina (0,1 mg / kg) e enrofloxacina (5mg / kg) per la profilassi del dolore e infezione, rispettivamente.
3. Posto l'animale sotto una lampada di calore fino risveglio dall'anestesia e tornare al decubito sternale. Durante il recupero, ispezionare il collo per visualizzare il battito cardiaco fibrillazione del allotrapianto garantire un'adeguata perfusione allogenico.
4. Una volta sveglio e in posizione supina, restituire il mouse in una gabbia separata (senza la compagnia di altri topi) Dove riceva cibo e acqua ad libitum. A causa di qualsiasi movimento restrittiva minore temporanea del arto superiore destro, lasciare una fonte di cibo gelatina sul pavimento della gabbia.
5. Osservare il mouse destinatario per 1 ora dopo l'intervento e poi tornare alla struttura gabbia dove possa ricevere cibo e acqua ad libitum e viene ispezionato tre volte al giorno per le prime 24 ore di attività e di apporto nutrizionale. Monitorare i topi per i segni di dolore e di angoscia e ri-dosaggio con buprenorfina (0.1mg / kg) per via sottocutanea due volte al giorno come necessario per la prima 72 ore. Esaminare gli animali ogni giorno da allora in poi e pesare ogni settimana.
6. Consultare un membro del personale veterinario, se eventuali topi mostrano segni di dolore, angoscia, o diminuito l'assunzione di cibo. Considerare presto l'eutanasia (nel nostro protocollo la tecnica eutanasia impiega CO ₂ overdose per 7 minuti, seguita da dislocazione cervicale).
7. Cessazione del battito cardiaco allogenico è definito come un endpoint specifico spingendo il mouse per essere sacrificed.

Risultati

Singenico C57BL / 6 trapianti raggiunto sopravvivenza a lungo termine. Il disegno del eterologo (Figura 1) si sono dimostrati efficaci da una prospettiva di sopravvivenza degli animali e la capacità di valutare la sopravvivenza allograft corso. Questo è stato dimostrato attraverso la pelle sovrastante rimanente praticabile, crescita attiva dei capelli allogenico in corso, e battiti cardiaci sono stati in grado di valutare con la visualizzazione e il dito palpazione. Dati di sopravvivenza è rappresent...

Discussione

Ci sono una moltitudine di fenomeni che fattore nella ricerca immunologica di allotrapianto, che includono ma non sono limitati a meccanismi di rigetto acuto e cronico, la presentazione diretta e indiretta dell'antigene, destinatario di sensibilizzazione o l'induzione di chimerismo misto. ^{19 modelli} animali sono diventati il gold standard per lo studio di Immunologia dei Trapianti, e modelli di topo sono comunemente implementate a causa del loro basso costo, la disponibilità di transgenici e gene top...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Euro-Collins Solution			The solution is not commercially purchased but rather prepared in the laboratory. To make a 500 ml solution add the ingredient listed below to a 330 ml of double distilled water. Mix well, and then fill in the rest of the 170 ml of double distilled water into the solution to a final volume of 500 ml. Ingredients: 1.02 g KH2PO4, 3.66 g K2HPO4, 0.56 g KCl, 0.42 g NaHCO3, and 17.52 g of glucose.
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