移植前の膵臓同種移植片の保存のための標準母性 Ex vivo 膵臓灌流

要約

ノルマザーミック ex vivo 機械灌流(NEVP)は、膵臓同種移植片の保存のためにほとんど調査されていません。移植前の膵臓同種移植片の革新的保存技術について紹介する。

要約

膵臓移植(PTx)は、糖尿病(DM)の診断の負担を抱えて生活する人々の根治的治療法です。しかし、臓器不足とPTxにリストされている患者数の増加により、移植に利用可能な移植片の数を増やすための新しい戦略が必要です。

静的冷蔵(SCS)は、標準基準臓器のゴールドスタンダードと見なされています。しかし、標準基準ドナー(SCD)は不足しており、拡張基準ドナー(ECD)からの臓器受容率を高めることができる新しい戦略が緊急に必要とされています。

ノルマザーミック 生体外 灌流(NEVP)は、過去数十年にわたってますます人気が高まっている戦略の1つです。この保存方法は、他の臓器(肝臓、腎臓、肺)ですでに成功裏に使用されていますが、膵臓移植では最小限に抑えられています。膵臓の方法を説明したいくつかの論文はほとんど成功しておらず、浮腫は主要な問題の1つです。以下の論文は、私たちのグループが豚の膵臓を灌流するために開発した成功したNEVP法とセットアップについて説明しています。

概要

全米糖尿病統計レポートによると、2019年には米国で合計2,870万人が糖尿病と診断されて生活していました。これらのうち約180万人が1型糖尿病と診断されました¹。PTxは現在、複雑な1型糖尿病²に対する最も効果的で唯一の治癒的治療法であり、^{これらの患者の平均}余命と生活の質の両方を向上させる手順です3。

膵臓は、死亡したドナーから回収した後に最も頻繁に廃棄される臓器です⁴。継続的な臓器不足と待機リスト時間の増加に伴い、移植センターは、循環死(DCD^)後の寄付を含め、ECDからのより多くの膵臓移植片を使用しています5。拡張基準ドナーからの同種移植片を安全に保存、灌流、評価、および修復するための戦略が必要です。

NEVPは、肺⁶、肝臓^7,8、および腎臓移植片^9,10の保存に成功することが証明されています。しかし、低体温または正常体温の両方の膵臓の機械灌流に取り組んでいるグループの数、および出版物の数は少なく、移植片浮腫および損傷のために限られています^11,12,13,14。

この研究の目的は、正常体温 のプロトコルを提示することです 生体外 膵臓灌流(NEVPP)、ブタモデルを使用して、最終的に長期保存、臓器評価、および修復のためのプラットフォームを提供することを目的としています 移植前。これにより、他の研究グループが膵臓同種移植片の研究のための灌流モデルを確立することができます。

プロトコル

この研究に使用されたすべての動物は、全米医学研究協会によって策定された「実験動物管理の原則」およびカナダ国立衛生研究所(オンタリオ州)が発行した「実験動物の世話のためのガイド」に従って人道的なケアを受けました。すべての研究は、トロント総合研究所の動物管理委員会によって承認された。

注:この研究プロトコルはブタモデルに基づいています。移植片を低温で2時間保存し、移植前に3時間正常体温機械灌流を受けます(図1)。

1.動物

1. オスのヨークシャー豚(40〜50 kg)を使用してください。

2. 臓器調達

注:術前処置と外科的処置の一部は、私たちのグループ¹⁵ によって発表された以前の論文と同じであり、以下の通りです。

1. 豚を研究施設に最低7日間収容して、順応を可能にし、ストレスレベルを低下させます。
2. 麻酔導入前に最低6時間ブタを絶食させる。
3. ミダゾラム(0.15 mg / kg)、ケタミン(25 mg / kg)、およびアトロピン(0.04 mg / kg)の筋肉内(IM)注射でブタを鎮静させます。.
   注:これは住宅施設で行われます。
4. 動物を収容施設から手術室(OR)に移し、そこで臓器の回復が行われます。
5. ブタをORテーブルの仰臥位に置き、顎が弛緩するまで2 Lの酸素と5%のイソフルランを含むフェイスマスクを置きます。
6. 喉頭鏡を使用して声帯を視覚化し、挿管中のけいれんを防ぐために2%リドカインをスプレーします。挿管を試みる前に、マスクを酸素とイソフルランで少なくとも30秒間交換してください。
7. 7 mmの気管内チューブを導入し、5 mLの空気でカフをブロックします。カプノメトリーを使用して、チューブが正しい位置にあることを確認します。
8. イソフルランガスを2.5%に減らします。人工呼吸器の電源を入れ、15〜20呼吸/分に設定し、一回換気量を10〜15mL / kg体重に設定します。心拍数と酸素飽和度を常に監視します。
9. セルディンガーテクニック¹⁶を使用して、8.5 Fr.x 10 cmのカテーテルを頸静脈(右または左)に導入します。
10. 頸静脈カテーテルを使用して、フェンタニル(500 mLのリンゲルに2.5 mL)を250 mL /時間で注入します。
11. 麻酔の深さを決定するために筋肉反射をチェックしてください。顎の緊張は最も信頼できる筋反射です ¹⁷。
    注:下顎筋の剛性が認められた場合は、イソフルランおよび/またはフェンタニル注入を増やします。.

3.外科的処置

1. 手術野を消毒して覆います。木状突起から恥骨結合まで正中線切開を行います。より良い露出のために左側切開で手術野を拡張します。
2. 腹部大動脈から下大静脈(IVC)を解剖します。さらに大動脈を周囲の組織から解放し、小さな腰椎大動脈枝を結紮します。両方の腎動脈の周りに結紮糸を特定して配置します。
   注:この時点で合字を結んではいけません。
3. 大動脈の後ろが自由になったら、その周りに2つの結紮糸を渡します。下部結紮糸は最終的に腸骨動脈分岐部のすぐ上に結ばれ、上部結紮糸は前の結紮糸の5cm上に結ばれます。
4. 肝丘を解剖します。すべての動脈をできるだけ肝臓に近づけます。総胆管を特定し、肝臓の近くに2つの結紮糸を配置し、構造を分割します。
5. 大動脈の周りを解剖しますが、この時点では切断しません。大動脈の肝上部分を特定して解剖し、その周りにネクタイを置きます。
   注:この時点で合字を結んではいけません。
6. 小嚢を開いて、氷が膵臓を冷やすようにします。フラッシュする前に、膵臓をできるだけ動員しないでください。
7. 中心線を通してドナーの体重1kgあたり500IUのヘパリンを投与する。5分間待ってから、頸静脈カテーテルを使用して、クエン酸塩、リン酸塩、ブドウ糖、生理食塩水、アデニン、グルコース、およびマンニトール(CPD / SAG-M)バッグで採血を開始します。
8. 下大動脈結紮糸を結び、腸骨分岐部タイの上にフラッシュラインで大動脈をカニューレし、上部タイでカニューレを固定します。両方の腎動脈をリゲートします。
9. 十分な血液が採取されたら(600 mL)、肝上大動脈(クロスクランプ)を結びます。犠牲のために10mLの塩化カリウムを投与します。
10. ウィスコンシン大学(UW)保存液でフラッシュを開始します。門脈の開口部(できるだけ高く)と通気用のカバを切ります。腹腔内に氷を置きます。
11. 1 LのUW溶液を洗い流した後、膵臓の尾と十二指腸のCループを評価します。適切なフラッシュの場合は、腸間膜血管の解剖を開始し、識別し、クランプします。UWの2リットル目のフラッシングを遅くします。
12. 門脈の拡張のために、膵臓移植片と腿骨または腸骨静脈のセグメントを回収します。
    注:膵臓移植片は脾臓で除去されます。
13. 氷で満たされた洗面器の中に置かれたオルガンバッグの中にオルガンを入れます。

4.膵臓移植片のバックテーブルの準備(図2A)

1. 大動脈の遠位部分からフラッシュラインを取り除き、ネクタイで閉じます。オルガンバッグに残りのUW溶液を入れます。脾臓を含む付着組織から膵臓を解放します。
2. 以前に回復したカバまたは腸骨静脈を6-0プロレンで使用して門脈拡張を実行します。.門脈と近位大動脈を1/4インチx 3/8インチのレジューサーでカニュールします。
3. 十二指腸の遠位部分をマレコットカテーテルとネクタイでカニュールします。カテーテルの端をクランプして、十二指腸の内容物がこぼれないようにします。4-0プロレンで腸間膜血管を監督した。
4. グラフトの重量を登録します。NEVPPの開始まで、グラフトを静的冷蔵(SCS)に保管してください。

5.ノルマザーミック 生体外 膵灌流(NEVPP)

注意: 灌流回路は、新生児心肺バイパス装置でできています(図3)。

1. 対応するチューブを酸素発生器と静脈リザーバー、および動脈ラインを酸素発生器の流出に取り付け、バブルフィルターをホルダーに配置します。バブルフィルターから静脈リザーバーにつながるパージラインを接続します。バブルフィルターキャップを開けて、すべての空気を抜きます。
2. 静脈ラインを静脈リザーバーの入口に接続します。透析フィルターと透析液を注入するチューブを接続します。流量計センサー、圧力ライン、温度プローブを接続します。動脈および静脈のサンプルラインをサンプルポートに接続します。
3. 膵臓室(図3)をメイヨーテーブルの上に置き、この目的のために意図された穴を通して動脈管と静脈管を導入します。外部ヒーターユニットを接続して電源を入れます。
4. 吸引チューブをローラーポンプの内側に配置し、一方の端をチャンバーから出てくるチューブに接続して液体を収集し、もう一方の端を静脈リザーバーに接続して、灌流液のすべての臓器損失を収集します。
5. 酸素チューブ(緑色)をカルボゲン混合物(95%O 2 / 5%CO₂)と酸素供給器を含むガスタンクに接続します。ヒーターポンプユニットチューブを酸素発生器に接続します。
6. 動脈および静脈流出ライン、ならびに静脈リザーバの流出をクランプする。

6.灌流液の準備と回路のプライミング

1. 静脈リザーバーに灌流液を入れます(表1)。
2. 血管拡張薬(エポプロステノール)を8 mL / hで動脈ラインに連続投与するには、1つのシリンジポンプを使用します。.酵素阻害剤を静脈リザーバー(15 mg、10 mL / h)に直接連続投与するには、2番目のシリンジポンプを使用します。.
3. 人工心肺装置(HLM)の電源を入れ、圧力、温度、タイマーパネルを起動します。ヒーターポンプをオンにして、灌流溶液を38°Cに温めます。 O 2 / CO₂供給を開きます。
4. 静脈リザーバーの流出部に置かれているチューブクランプを取り外し、遠心ポンプを始動し、1,500rpmまで持ち上げます。チューブをクランプし、動脈フィルターをバイパスし、動脈フィルターから空気を放出します。動脈と静脈の圧力ラインをゼロにします。

7.膵臓移植片灌流(図2B)

1. 膵臓が保管されている臓器バッグを開きます。動脈カニューレを通して200mLのアルブミンで洗い流します。氷から膵臓を取り除き、臓器室の内側に配置します。動脈チューブと静脈チューブに空気がないことを確認します。
2. 動脈側からクランプを解放し、動脈チューブと静脈チューブの間のショートカットをクランプします。動脈管から血液が出始めたら、ラインを動脈カニューレに接続します。遠心ポンプの速度を調整して、動脈圧を20〜25 mmHgに設定します。静脈カニューレから血液が出始めたら、静脈チューブを接続します。
3. 膵臓が完全に接続され、大きな出血が観察されない場合、ベラパミル(2.5 mg / mL)のバイアル1本を動脈側に直接投与します。.
4. 圧力、動脈流量、温度、十二指腸分泌を継続的に記録します。血液を収集し、毎時十二指腸の産出量を記録し、浮腫について毎時肉眼的に評価します。灌流パラメータを記録し、分析用のサンプル(静脈および動脈血ガスサンプル、ならびにアミラーゼ、リパーゼ、およびLDHのサンプル)を採取します。
5. 灌流が終わったら動脈と静脈のチューブを外し、臓器室から移植片を取り外し、冷たいUWで洗い流して体重を測定します。移植の瞬間まで滅菌臓器バッグに入れて氷の上に移植片を保管してください。

結果

今後のデータは、心拍動ドナー膵臓回収のモデルを用いた7つの実験の代表的な結果を示す。大動脈のカニューレ挿入、UW溶液でフラッシュ、および膵臓の回収後、赤血球が調製されている間、移植片をSCSに2時間保持しました。NEVPPは、このモデルで3時間実施され、移植片の評価と修復が将来意図されている場合、灌流に必要な最小時間と考えられました。サンプルと測定値は、毎時の時点で記録されました。(0 =ベースライン、臓器が回路に接続された直後、1 = 1時間、2 = 2時間、3 = 3時間)。

膵臓移植片は、この目的のためにカスタム設計され、ヒーター(補足ファイル)を含む臓器室に配置されました。NEVPPの目的は、臓器に生理学的に近い環境を提供することです。この目的のために、動脈圧はすべての灌流において20〜25mmHgの間にとどまるように設定された。圧力と流量は灌流全体を通して測定され、安定したままでした(図4)。代謝活性は、以下の式を用いてグラフトの酸素消費量を計算することによって推定した:[(pO2art−_pO2ven)*流量/重量](図5)。pH、ナトリウム、カルシウム、およびHCO₃の測定は、灌流全体を通して生理学的値の範囲内でした(図6)。乳酸とカリウムのレベルは灌流中に減少し、3時間でほぼ正常値を達成しました(図7)。回路は閉鎖系であるため、灌流中にアミラーゼとリパーゼのレベルが上昇すると予想されます(図8)。しかし、レベルの増加は移植片の損傷と相関していないようです(図9)。半定量的スケールを使用して、脂肪および実質壊死ならびに膵島細胞の完全性をスコアリングした。(0 - 変化なし、1 - 軽度の変化、2 - 中程度の変化、3 - 重度の変化)。これは実験群を知らされていない病理学者によって行われ、膵炎の兆候は観察されませんでした。

膵臓同種移植片を灌流の前後に秤量して浮腫を評価した(表2)。

図 1.研究プロトコル。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 2.灌流前後の膵臓。 (A)灌流前。(B)灌流後。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 3.灌流回路の概略図。 新生児心肺バイパス技術を使用して;灌流液は静脈リザーバーに注がれ、遠心ポンプの助けを借りて酸素発生器に推進されます。酸素発生器を出た後、回路は、透析カセットに灌流液を送ってリザーバーに戻すチューブと、動脈フィルターに行くチューブに分かれます。動脈気泡フィルターを通過した後、灌流液は大動脈を通って膵臓に20〜25mmHgの圧力で駆動される。静脈の流出は、灌流液を静脈リザーバーに戻します。( ¹⁸から適応)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 4.標準偏差(mL/分)による平均動脈流量。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 5.標準偏差(mL/分/g)による平均酸素消費量。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 6.(A)平均pH、(B)_HCO3、(C)ナトリウム、および(D)標準偏差によるカルシウム測定値。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 7.(A)平均乳酸および(B)標準偏差によるカリウム測定値。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 8.(A)平均アミラーゼおよび(B)標準偏差を伴うリパーゼ測定値。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 9.灌流前後のコア生検。 (A)機械灌流前の正常な膵実質¹⁸.(B)膵臓腺房および膵島細胞を良好に保存した灌流後生検。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

成分	量
リンゲル乳酸塩	260ミリリットル
スティーンソリューション	195ミリリットル
洗浄赤血球	162.5ミリリットル
ダブル逆浸透水( DRO )	35ミリリットル
ヘパリン (10000 IU / 10 mL)	1.3ミリリットル
炭酸水素ナトリウム(8.4%)	10.4ミリリットル
グルコン酸カルシウム(10%)	1.3ミリリットル
メチルプレドニゾロン(ソルメドロール)	325ミリグラム
アプロチニン	15ミリグラム

表 1.灌流液組成物。

	前の重量	後の重量	得	差の割合 (%)
ケース1	244グラム	240グラム	-4グラム	-1.63
ケース2	154グラム	164グラム	10グラム	6.49
ケース3	184グラム	245グラム	61グラム	33.15
ケース4	190グラム	226グラム	36グラム	18.94
ケース5	198グラム	307グラム	109グラム	55.05
ケース6	205グラム	315グラム	107グラム	51.44
ケース7	193グラム	256グラム	63グラム	32.64

表 2.灌流前後の重量。

補足ファイル:灌流用のカスタムメイドの膵臓チャンバー。 プリンセスマーガレットがんセンターの医学物理学-放射線医学プログラムの機械工場と共同で設計されています。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。

ディスカッション

この研究は、膵臓同種移植片に対して安定したNEVPPを達成できることを示しています 以前に提示されたセットアップで3時間の灌流後の組織学的損傷を最小限に抑えます。動脈流量、圧力、pH、HCO₃、Naなどの灌流パラメータは灌流中も安定しており、Kと乳酸の減少と安定化が観察されました。

調達、バックテーブルの準備、および灌流中にグラフトをできるだけ操作しないことが非常に重要です。動脈圧を厳密に制御することも非常に重要です。膵臓は低圧の臓器であるため、圧力の上昇は臓器に不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。

この研究のためのバックテーブル調製は、ヒト移植片調製とは異なる(図2A)。ブタから調達する臓器は膵臓だけだったので、大動脈の腹腔幹と上腸間膜動脈を含む部分を採取することができました。門脈については腸骨静脈を用いた拡張術を施行した.ヒト移植片の場合、バックテーブルの準備は、動脈再建と門脈延長のために腸骨移植片を使用して、移植の場合と同じ方法で行う必要があります¹⁹。

この方法は、セットアップの複雑さによって制限される場合があります。透析カセットなしで行ったときに移植片の重度の浮腫に気付いた後、透析カセットを追加することにしました。これらの実験のために、移植片の最適な灌流に役立つことが証明された外部熱源を含むカスタムメイドの臓器チャンバーも構築されました。

正常体温 の生体外 膵臓灌流を説明する研究はほとんどありません。これらの研究のほとんどでは、浮腫が主要な制限要因であるように思われます。我々の知る限り、この方法は浮腫を制御するために透析カセットを使用した唯一の報告である。

膵臓の標準外 生体内 灌流は、他の臓器と比較してまだ初期段階にあります。現在のプロトコルは、拡張基準ドナー(DCD)、灌流液の改善、より長い灌流時間、および灌流中の移植片損傷を評価するためのバイオマーカーに焦点を当てています。アミラーゼとリパーゼのレベルは、閉鎖系を使用しているため、信頼できるマーカーではないようであり、組織病理学²⁰と相関していないようです。これまでのところ、私たちのグループは灌流後に膵臓同種移植片を移植することもでき、良好な結果が得られています¹⁸。

この技術の継続的な改善により、この技術が臨床移植に適用され、膵臓同種移植片の評価と修復が可能になることを期待しています。これにより、最終的には移植片の利用率が向上し、患者の待ち時間が短縮され、患者の転帰が改善されることを願っています

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alburex 5	CSL Behring AG	187337	25 g of Albumin (human) in 500 mL of buffered diluent
Aprotinin from bovine lung	Sigma-Aldrich	A1153
Belzer UW Cold storage solution	Bridge to life Ltd	4055
Calcium gluconate (10%)	Fresenius Kabi Canada Ltd (Toronto, ON)	C360019
Composelect (blood collection bags)	Fresenius Kabi Canada Ltd	PQ31555
Epoprostenol	GlaxoSmithKline Inc.	218761
Heart lung machine, Stöckert S3	Sorin Group Canada Inc.	Custom made	Centrifugal pump, roller pump, control panel (sensors for pressure, flow, temperature, bubbles, and level), oxygen blender, heater unit
Hemoflow, Fresenius Polysulfone	Fresenius Medical Care North America	0520165A
Heparin (10000 IU/10 mL)	Fresenius Kabi Canada Ltd	C504710
Lactated Ringer's solution	Baxter	JB2324
Neonatal cardiopulmonary bypass techonolgy	Sorin Group Canada Inc	Custom made	Dideco perfusion tubing systems, centrifugal blood pump (Revolution), arterial blood filter, microporous hollow fibre memebrane oxygenator), cannulas
Pancreas chamber		Custom made	With external heater
Percutaneous Sheath Introducer Set with Integral Hemostasis Valve/side Port for use with 7-7.5 Fr Catheters	Arrow International LLC	SI-09880
Sodium bicarbonate (8.4%)	Fresenius Kabi Canada Ltd	C908950
Solu-Medrol	Pfizer Canada Inc.	52246-14-2
Steen	XVIVO	19004
Urethral catheter	Bard Inc	86020	20 Fr, malecot model drain
Verapamil	Sandoz Canada Inc.	8960