Method Article
Porcine models of organ transplantation provide an important platform to study mechanisms of organ preservation. This article describes a heterotopic porcine renal autotransplantation model, which allows investigating new approaches to improve the outcome of transplantation using marginal kidney grafts.
Kidney transplantation is the treatment of choice for patients suffering from end-stage renal disease. It offers better life expectancy and higher quality of life when compared to dialysis. Although the last few decades have seen major improvements in patient outcomes following kidney transplantation, the increasing shortage of available organs represents a severe problem worldwide. To expand the donor pool, marginal kidney grafts recovered from extended criteria donors (ECD) or donated after circulatory death (DCD) are now accepted for transplantation. To further improve the postoperative outcome of these marginal grafts, research must focus on new therapeutic approaches such as alternative preservation techniques, immunomodulation, gene transfer, and stem cell administration.
Experimental studies in animal models are the final step before newly developed techniques can be translated into clinical practice. Porcine kidney transplantation is an excellent model of human transplantation and allows investigation of novel approaches. The major advantage of the porcine model is its anatomical and physiological similarity to the human body, which facilitates the rapid translation of new findings to clinical trials. This article offers a surgical step-by-step protocol for an autotransplantation model and highlights key factors to ensure experimental success. Adequate pre- and postoperative housing, attentive anesthesia, and consistent surgical techniques result in favorable postoperative outcomes. Resection of the contralateral native kidney provides the opportunity to assess post-transplant graft function. The placement of venous and urinary catheters and the use of metabolic cages allow further detailed evaluation. For long-term follow-up studies and investigation of alternative graft preservation techniques, autotransplantation models are superior to allotransplantation models, as they avoid the confounding bias posed by rejection and immunosuppressive medication.
Kidney transplantation is the treatment of choice for patients with end-stage renal disease, due to associated lower rates of morbidity and mortality when compared to dialysis 1-3. Despite major improvements in patient outcomes following kidney transplantation, graft shortage still poses a severe challenge worldwide. The number of patients waiting for a kidney transplant by far exceeds the number of organs available 4-6. To increase the number of kidneys available for transplantation and to reduce patient waiting times, further sources of kidney grafts are needed.
Commonly, standard criteria donor (SCD) and extended criteria donor (ECD) kidney grafts from donation after brain death (DBD) as well as kidneys recovered from live donors (LDKT) are utilized. Since the 1990s, an increasing number of kidney grafts have been recovered in a donation after circulatory death (DCD) scenario, to further expand the donor pool 7,8. However, DCD and ECD kidney grafts demonstrate acceptable but decreased outcomes after transplantation, depending on different factors, such as donor age, warm and cold ischemia times, and the preservation technique used 9-11. Thus, additional research is required to improve the outcome of patients receiving marginal kidney grafts and to further increase the donor pool.
The porcine model of renal transplantation is well established and provides a clinical important scenario to investigate innovative approaches for the improvement of marginal kidney graft outcomes. In contrast to rodent and canine kidneys, which are unilobular, porcine and human kidneys are multilobular and are anatomically similar, particularly in regard to the arterial, venous, and urinary collecting systems 12,13. In addition, porcine and human kidneys demonstrate similarities in the pathophysiology of ischemia reperfusion injury (IRI), biochemistry, and immunological parameters 14. Thus, porcine renal transplantation is well-suited to investigate new organ preservation methods for marginal kidney grafts 15-17, model human IRI 18, study immunological pathways and allograft tolerance 19, provide surgical training 20-22, test new pharmacological therapies 23, implement new medical devices, and study new immunological mechanisms in xenotransplantation 24-26.
The renal porcine and human transplantation settings are not completely analogous. This article focuses on important technical details that will facilitate successful establishment of a renal autotransplantation model. Species-adapted pre- and postoperative housing, administration of anesthesia with close monitoring, and matched surgical techniques are described in the protocol and demonstrated in the video. Resection of the contralateral native kidney provides the opportunity to assess the function of the transplanted kidney. The placement of venous and urinary catheters and the use of metabolic cages allow more in-depth assessment. For studies aimed at investigating alternative graft preservation methods and mechanisms of IRI, autotransplantation models are superior to allotransplantation models, as they avoid the complications and confounding bias associated with rejection and use of immunosuppressive medications.
모든 동물은 인간주의와 우리가 동물 관리에 캐나다 의회의 정책과 지침에 따라 수행하는 모든 연구를 받았다. 모든 절차는 대학 건강 네트워크 기관 동물 관리위원회에 의해 승인 된 동물 사용 프로토콜에 따라 수행 하였다.
참고 : 연구 프로토콜의 개략도를 그림 1에 제시되어있다.
그림 1. 연구 프로토콜입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
1. 동물
2. 신장 이식 검색
3. 신장 이식 이식
4. 수술후 후속
이하, 신장자가 이식 실험 결과 (N = 4) 증명되어있다. 초기 그래프트 회수 후에, 돼지는 하우징 영역에서 회수. 한편, 신장 이식 7 시간 35 분 (± 18 분)의 평균 시간을 얼음에 보관 하였다. 마취를 반복 개복술의 reinduction 후, 반대측 신장은 절제 설명대로 냉 저장 이식은 heterotopically 이식되었다. 인공 호흡기에서 이유 후 돼지는 수술에서 회복 한 10 일 (그림 1 참조)에 가입 하였다. 데일리 (1-4 수술 후 하루, 포드) 또는 모든 두 번째 날 (6-10 포드) 혈액 샘플은 혈액 가스 분석을 수행하기 위해 수집; 신장 기능, 혈청 크레아티닌 및 혈중 요소 질소을 평가하기 위해 (BUN) 값을 추정 하였다. 비교를 위해, 하나 allotransplanted 신장 이식의 결과가 표시됩니다. 면역 억제를 들어,이 돼지는 사이클로스포린 100 mg을 경구 및 공동 수신autotransplant 프로토콜과 동일한 사용 수술 기법 ivbid 250 mg의 rtisone이었다; 더 따뜻한 허혈 시간은 적용되지 않았다.
모든 돼지는 추적 관찰 기간 동안 좋은 임상 상태에 있었다. 혈청 크레아티닌 및 BUN 값은 BUN 10.7 ± 4 (크레아 2.8 ± 0.7 밀리그램 / DL, BUN 25.3 ± 7 밀리그램 / DL을) 수술 후 첫날에 가장 높은 증가를 공개하고 포드 (10) (크레아 1.7 ± 0.4 밀리그램 / DL까지 감소 초기 기준 값에 가까운 밀리그램 / DL). allotransplanted 신장 이식은 높은 크레아티닌 및 BUN 값을 보여 좋은 초기 이식 기능 이후 인해 거부 가능성이 가장 높은자가 이식에 비해 (그림 2, 3). 산 - 염기 지혈 (그림 4)와 전해질 수준 (그림 5) 개입없이 안정적이었다. 조직 학적 검사 autotransplanted 신장 보존 tubulointerstitium (Figur을 보여 주었다예 6) 및 allotransplanted 신장 간질 염증 tubulitis 한 사구 체 신염 확산 (도 7).
그림 2. 혈청 크레아티닌 값. 혈청 크레아티닌 기준 값 (평균 및 표준 편차) 및 (10) 수술 후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3. 혈청 BUN 값.베이스 라인에 대한 혈청 BUN 값 (평균 및 표준 편차) 10 일 수술 후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. 산 - 염기 지혈.베이스 라인을위한 산 - 염기 지혈 (평균 및 표준 편차) 10 일 수술 후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 5. 전해질 수준. 전해질 수준 (평균 및 표준 편차)베이스 라인을 위해 10 일 수술 후. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 6. 조직학 (H &# 38;.. E), 100X 배율 십일 수술 후 autotransplanted 신장의 정상 tubulointerstitium 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7. 조직학 (H & E), 100X 배율. 광범위한 간질 성 염증, tubulitis 및 사구 체 신염, 거부와 일치하는 10 일 수술 후 allotransplanted 신장에. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
돼지 신장 이식의 모델로 인해 수술 측면, 생리학, 생화학, 면역학 (14)의 유사성에 인간 이식 분야를 촉진 할 수있는 독특한 기회를 제공합니다.
실험적 연구의 목적에 따라,자가 이식의 신장 동종 이식 모델은 모델에 비해 여러 가지 장점을 갖는다. 여러 그룹이 동종 이식 (28) 후 좋은 신장 이식 기능을보고 있지만, 돼지에서 면역 억제, 특히 신장 이식에 도전한다. 수술 전 혈액 샘플은 돼지 백혈구 항원 (SLA)에 대한 호환성을 보장 가능하지만 비용이 14 비실용적하는 분석한다. 수술 후, 같은 타 크롤리 무스와 사이클로스포린과 같은 제안 면역 억제제 (칼시 뉴린 억제제, CNI)은 경구 투여하거나 정맥 28. 돼지는 일반적으로 구강 MEDICA 제비 거부로 경구 투여가 불가능하다기. 또한, 장 장애물은 면역 억제 약물 및 치료 약물 수준의 유지 보수의 충분한 흡수를 미연에 방지 할 수 있습니다. 활성 동물 CNI의 정맥의 연속 주입은 기술적으로 요구하고있다. 정맥 내 일시 투여 독성의 원인이 높은 피크 값에 연결됩니다. 따라서, 새로운 보존 기술 조사,자가 이식 신장의 모델은 몇 가지 장점을 갖는다. 위의 증명 allotransplantated 신장 이식, 크레아티닌 및 BUN의 지연 증가 피크의 대표적인 결과에서 조직 학적 평가에 의해 입증되었다 거부를 나타냅니다.
자가 이식의 돼지 모델은 이전에 새로운 보존 방법 14,18,29을 조사하는데 사용되었다. 그러나, 심장 박동 시나리오에서 autotransplanted 돼지의보고 수술 후 혈청 크레아티닌 및 BUN 값은 상당히 실험 시스템 22,30에 따라 달라집니다 . 우리가 여기서 제시 심장 박동 기증자 프로토콜은 2.8 밀리그램 / DL (± 0.7) 및 (7.4 ±) 25.3 밀리그램 / DL의 BUN 피크의 낮은 수술 후 혈청 크레아티닌 피크가 발생합니다. 이러한 결과는 Hanto와 동료 28 Snoeijs 및 동료 (31)가 제시 한 낮은 피크 값과 비교할 수 있습니다.
돼지자가 이식 모델에서 신장 이식 후 성공적인 결과를 보장하기 위해, 우리는 특정 합병증의 비율을 최소화 몇 가지 주요 기술 요소를 확인했다. 위스콘신 (UW) 용액 대학에 비해 트립토판, 히스티딘 - 케 토글 루타 레이트 용액 (HTK)의 사용으로 인해 칼륨 하부 콘텐츠 연축의 위험을 감소시킨다. 상기 재관류 시점 연축의 위험을 줄이기 위해, 베라파밀은 신장 동맥에 주입 될 수 있고, 파파 베린을 검색하는 동안 및 재관류 후 국소 투여 될 수있다. 또한, 노르 에피네프린의 연속 물방울 유지 적정100 mmHg의 상기 수축기 혈압 균질 재관류을 보장한다. 이는 돼지가 쉬운 위치까지이 적어도 혈압을 유지하는데 유용하다. 또한, 이식 이식 위치는 새롭게 문합 혈관의 꼬임을 방지하는 것이 중요하다. 따라서, 종래 광범위한 기계 조작을 방지하기 위해 이식 문합을 봉제 반대측 좌측 신장을 절제하는 것이 도움이된다. 이식 이식 주위에 소장을, 요관 문합술을 마무리 포장 후 복부 벽의 폐쇄 후 위치를 확보. 이러한 소장의 꼬임으로 인한 장폐색 등의 합병증은 거의 관찰되지 않지만 장폐색, 장 천공, 사망을 포함한 심각한 합병증으로 이어질 수 있습니다. 전반적으로, 정확한 수술 기법, 세심한 마취 및 후속 좋은 임상 결과 및 이식 기능을 확인하는 동안 가까운 모니터링.
동맥과 정맥 문합은 PERFO 할 수있다다른 기술들을 사용하여 rmed. 이식의 소성을 배치는 신장 동맥과 정맥의 엔드 - 투 - 엔드 문합이 가능합니다. 이소성 이식하는 경우, 이식편은 장골 용기에, 엔드 - 투 - 엔드 문합 대 측성 신 포사에 위치하거나 직접 원위 대동맥 수있다. 문합으로 이식 이소성 - 대동맥과 혈전증 및 32 연축의 위험을 줄일 수있는 카바 직접 엔드 - 투 - 사이드 기술이 모델에서 바람직하다. 초기 정맥 분기점와 해부학 적 변화는 두 개의 정맥 문합 봉제의 필요로 이어질 수 있습니다. 동맥 또는 정맥이 상대적으로 짧은 경우, 이식편 혈관의 길이를 얻기 위해 180도 돌릴 수있다. 요관 좌우 문합은 협착 또는 소변 누출을 복잡하게하지 않고 좋은 실험 결과를 얻을 수 있습니다.
일반적으로 신장 이식의 돼지 모델은 다른 동물 모델에 비해 이점을 제공한다. D로위의 escribed는 특정 유사성은 돼지 및 임상 실습에 새로운 기술의 상대적으로 빠른 변환을 할 수 있습니다 인간의 설정 사이에 존재한다. 이식 기술은 설치류 모델에 비해 기술적으로 용이하다. 또한, 정맥 카테터의 배치에 의해, 말초 혈액 쉽게 수집 할 수 있으며, 추가 조사를 위해 처리된다. 소변의 컬렉션은 신장 손상과 기능의 추가 평가를 할 수 있습니다. 뇨 샘플을 수집하기 위해, 경피적 카테터 방광에 삽입 될 수있다. 돼지에 의해 조작을 방지하기 위해, 선단 동물 후면 피하 터널링한다. 소변 수집을위한 다른 옵션은 장시간 수집 기간 소변 크레아티닌 청소율 추가적인 바이오 마커의 농도를 추정 할 수있는 신진 대사 케이지의 사용이다. 초음파 검사, CT 스캔 및 MRI 영상이 가능하다. 순환 죽음 프로토콜 후 기부 따뜻한 적용하여 모방 할 수있다허혈 검색하기 전에. 또한, 돼지 공격적인 행동을 제한하는 경우 거세 비교적 취급이 용이하다.
단점 동물 구입, 주택, 수술 등의 의료 장비 및 인력의 높은 비용을 포함한다. 이러한 요인은 각 연구 그룹 동물의 다수를 포함하는 가능하지 않을 것을 의미한다. 또한, 설치류 모델에 비해 참조 제한된 수의 돼지 규범 생물학적 데이터의 문학에서 사용할 수 있습니다. 이러한 신규의 보존 방법으로서 개발 된 새로운 기술의 평가를위한 대안으로서, 다른 그룹 (33, 34)는 신장 이식의 대안으로 정상 체온 생체 재관류 설명 하였다. 이 방법을 수행하기 쉽고 저렴하다. 그러나, 표준화 신장 이식 이식 임상 연습에 더 유사한 모델을 제공하고 장기간 후속 허용한다. 보다 현실적인 그래프트 평가위한 따라서 역할, 표준.
결론적으로, 이소성 신장자가 이식의 돼지 모델은 신장 이식 결과의 개선을위한 혁신적인 새로운 접근 방식을 조사하는 임상 중요한 시나리오를 제공합니다. 특히,이 프로토콜은 신장자가 이식 모델의 성공적인 설립을 용이하게 중요한 기술 정보를 제공하고 임상 시험에 대한 새로운 연구 결과의 빠른 변환을 할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
We thank the Sorin Group (Milano, Italy), XVIVO Perfusion Inc. (Goteborg, Sweden), and Braun AG (Melsungen, Germany) for their support. We highly appreciate the support of the John David and Signy Eaton Foundation.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anesthesia Equipment | |||
Anesthesia Machine, Optimax | Moduflex Anesthesia Equipment | SN5180 | |
Infusion Pump 3,000 | SIMS Graseby LTD. | SN300050447 | |
Infusion Pump Line | Smith Medical ASD Inc. | 21-0442-25 | |
Intravenous permanent catheter (9.5 Fr) | Cook Medical Company | G01865 | |
Isoflurane Vapor 19.1 | Draeger Medical Canada Inc. | N/A | |
Mallinckrodt, Tracheal Tube, 6.5 mm | Covidien Canada | 86449 | |
Temperature Therapy Pad | Gaymar Industries Inc | TP26E | |
Ventilator, AV 800 | DRE Medical Equipment | 40800AVV | |
Warm Touch, Patient Warming System | Nellcor/ Covidien Canada | 5015300A | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Surgical Equipment | |||
Abdominal Retractor | Medite GmbH | 07-0001-00 | |
Aorta/vein punch 4.0 mm, round | Scanlan International Inc. | 1001-602 | |
De Bakey, Atraumatic Peripheral, Clamp | Aesculap Inc. | FB463R | |
De Bakey-Beck, Atraumatic Vena Cava, Clamp | Aesculap Inc. | FB519R | |
De Bakey, Atraumatic Mini-Bulldog, Straight | Aesculap Inc. | FB422R | |
De Bakey, Atraumatic Mini-Bulldog, Curved | Aesculap Inc. | FB423R | |
De Bakey, Atraumatic Coarctation Clamp, Angled | Aesculap Inc. | FB453R | |
Dissection Blade #11 | Feather Safety Razor Co. | 089165B | |
Connector (1/4") with male luer lock | Sorin Group Inc. | AB1452 | |
Liver Admin Set (flush line) | CardioMed Supplies Inc | 17175 | |
Maxon, 1 | Covidien Canada | 606173 | |
Med-Rx Suction Connecting Tube | Benlan Inc. | 70-8120 | |
Organ Bag | CardioMed Supplies Inc | 2990 | |
Potts – De Martel, Scissors | Aesculap Inc. | BC648R | |
Renal artery cannula, 1.6" | Sorin Group Inc. | VC-11000 | |
Sofsilk, 2-0 | Covidien Canada | S405 | |
Sofsilk, 3-0 | Covidien Canada | S404 | |
Satinsky, Suprahepatic Cava Clamp | Aesculap Inc. | FB605R | |
Suction Tip | Tyco Healthcare Group LP | 8888501023 | |
Surgipro II, 6-0 | Covidien Canada | VP733X | |
Valleylab, Cautery Pencil | Covidien Canada | E2515H | |
Valleylab, Force Tx | Valleylab Inc. | 216151480 | |
Valleylab, Patient Return Electrode | Covidien Canada | E7507 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Medication | |||
Atropine Sulfate 15 mg/30 ml | Rafter 8 Products | 238481 | |
Buprenorphine 0.3 mg/ml | RB Pharmaceuticals LDT | N/A | |
Ceftiofur 3 mg/ml | Pfizer Canada Inc. | 11103 | |
Cefazolin 1 g | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | 2237138 | |
Fentanyl Citrate 0.25 mg/5 ml | Sandoz Canada Inc. | 2240434 | |
Heparin 10,000 iU/10 ml | Sandoz Canada Inc. | 10750 | |
Histidine-tryptophan-ketoglutarate (HTK) solution | Methapharm | CU001LBG | |
Isoflurane 99.9%, 250 ml | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | 2231929 | |
Ketamine Hydrochloride 5,000 mg/50 ml | Bimeda-MTC Animal Health Inc. | 612316 | |
Lactated Ringer’s + 5% Dextrose 1 L | Baxter Corporation | JB1064 | |
Lactated Ringer’s 1 L | Baxter Corporation | JB2324 | |
Metronidazole 500 mg/100 ml | Baxter Corporation | 870420 | |
Midazolam 50 mg/10 ml | Pharmaceutical Partners of Canada Inc. | 2242905 | |
Norepinephrine 16 mg/250 ml Dextrose 5% | Baxter Corporation | N/A | |
Pantoprazole 40 mg | Sandoz Canada Inc. | 2306727 | |
Papaverine 65 mg/2 ml | Sandoz Canada Inc. | 9881 | |
Propofol 1,000 mg/100 ml | Pharmascience Inc. | 2244379 | |
Saline 0.9%, 1 L | Baxter Corporation | 60208 | |
Solu-Medrol 500 mg | Pfizer Canada Inc. | 2367963 | |
Verapamil | Sandoz Canada Inc. | 2166739 | |
Xylocaine Endotracheal 10 mg/50 ml | AstraZeneca | 2003767 |
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