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요약

이 기사는 Langendorff 동안 생리적(60-80mmHg) 관류 압력보다 낮은(30-35mmHg)을 사용하여 기능 손실 없이 쥐 심장 이식편의 더 긴 관류 시간(4시간)을 달성할 수 있는 가능성을 보여줍니다.

초록

심혈관 질환(CVD)의 진단 및 치료가 크게 발전했음에도 불구하고 이 분야는 연구 증가와 과학적 발전이 시급히 필요합니다. 결과적으로, 사용 가능한 연구 도구 세트의 혁신, 개선 및/또는 용도 변경은 연구 발전을 위한 개선된 테스트베드를 제공할 수 있습니다. Langendorff 관류는 CVD 연구 분야에서 매우 가치 있는 연구 기법으로, 다양한 실험 요구 사항을 수용하도록 수정할 수 있습니다. 이러한 조정은 관류 압력, 유량, 관류수, 온도 등을 포함한 많은 수의 관류 매개변수를 개인화하여 달성할 수 있습니다. 이 프로토콜은 Langendorff 관류의 다양성과 더 낮은 관류 압력(30-35mmHg)을 활용하여 이식 기능 손실 없이 더 긴 관류 시간(4시간)을 달성할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 기술 자체로 인한 이식편 손상 및/또는 기능 손실 없이 관류 시간을 연장하면 실험 결과에서 교란 요소를 제거할 수 있습니다. 실제로, 더 긴 관류 시간이 실험적 요구(예: 약물 치료, 면역학적 반응 분석, 유전자 편집, 이식편 보존 등)와 관련이 있는 과학적 상황에서는 더 낮은 관류 압력이 과학적 성공의 핵심이 될 수 있습니다.

서문

심혈관 연구 분야는 심혈관 질환(CVD)의 진단 및 치료에서 중요한 발전을 이루었습니다. 그러나 발병률과 사망률의 전반적인 감소에도 불구하고 CVD는 여전히 전 세계적으로 주요 사망 원인입니다 1,2. 이 놀라운 사실은 연구 및 과학 발전의 필요성을 강조하며, 이는 의심할 여지 없이 사용 가능한 연구 도구의 정확성과 예측 가능성에 달려 있습니다. 그 결과, 연구 도구 세트의 혁신, 개선 및/또는 용도 변경에 대한 지속적인 요구가 있습니다. 예를 들어, 100년 이상 이 분야에서 사용할 수 있는 기술인 역행 또는 Langendorff 심장 관류는 더 넓은 범위의 과학적 요구를 충족하고 더 넓은 범위의 응용 분야를 달성하기 위해 쉽게 수정할 수 있습니다.

Langendorff 관류 중 심장 이식편을 유기체의 나머지 부분과 분리하면 온도, 순환 용액, 관상 동맥 관류 압력 등을 포함한 광범위한 실험 매개변수에 대한 중요한 수준의 제어를 제공합니다.3,4,5,6,7. 이러한 매개변수의 조작은 과학적 발전을 촉진하는 데 활용될 수 있는 많은 수의 심장 시나리오의 시뮬레이션을 용이하게 합니다 5,8,9,10. 이러한 매개변수 중에서, 관류 압력은 아마도 가장 간과되는 실험 설정일 것이다11.

Langendorff 기간 동안 관류 압력은 심박수, 최대 수축기/이완기 압력 및 산소 소비량과 직접적인 상관 관계를 보인다11. 이 상관 관계는 심장 이식편에 의해 생성되는 작업량에 대한 직접적이고 정확한 제어를 제공하며, 이는 개별 실험 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 이러한 귀중한 제어 능력에도 불구하고 이 분야는 역사적으로 더 높은 관류 압력(60-80mmHg)을 사용하는 데 끌려 모든 심장 이식편이 실험적 필요성에 관계없이 높은 작업 요구에 직면하게 되었습니다 8,12,13,14,15. 이처럼 불필요하게 높은 작업 수요의 결과는 과로가 조기 실패를 초래하는 경향이 있다는 가장 중요한 원칙에서 비롯됩니다. 이는 Langendorff를 통해 관류된 심장 이식편에서 특히 사실인 것으로 보이는데, 이 방법의 비생리학적 특성과 생체 내에 존재하는 회복 지원의 부족이 이식 실패를 악화시키는 것으로 보이기 때문입니다. 이러한 이식편 기능의 조기 상실은 관류 및 실험 시간을 크게 제한합니다. 실제로, 더 긴 관류 시간이 실험적 요구(즉, 약물 치료, 면역학적 반응 분석, 유전자 편집, 이식편 보존 등)와 더 관련이 있는 상황에서는 이식편 내구성을 높이는 대신 더 낮은 심장 작업을 감당할 수 있습니다.

이 프로토콜은 Langendorff 동안 더 낮은 관류 압력(30-35mmHg)을 사용할 수 있는 가능성과 더 높은 관류 압력(60-80mmHg)과 비교할 때 시간이 지남에 따라 심장 이식 기능에 미치는 상당한 효과를 보여줍니다. 또한, 이 원고의 연구 결과는 실험적 요구 사항을 더 잘 충족하기 위해 광범위한 관류 매개변수의 사용자 정의를 우선시하는 것의 중요성을 강조합니다.

프로토콜

이 연구는 Massachusetts General Hospital의 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)에 따라 수행되었습니다.

1. 시스템 설계

  1. 버블 트랩, 저장소, 산소 공급기, 연동 펌프 및 물 순환기를 포함한 3개의 이중 재킷 구성 요소로 시스템을 조립합니다.
  2. 모든 재킷 구성 요소를 하나의 클램프 스탠드에 부착합니다. 실리콘 튜브를 사용하여 구성 요소를 두 개의 다른 순서로 순서대로 연결합니다(그림 1A).
    1. 시퀀스 1 - 재킷을 통한 물의 흐름 패턴( 그림 1A의 실선):
      1. 36G 튜브를 사용하여 물 순환기의 유출을 버블 트랩 재킷의 하단 입구에 연결합니다. 이렇게 하면 관류액이 심장에 도달하기 전에 적절한 온도(37°C)로 유지되는데, 이는 물이 시스템의 다른 구성 요소를 통과할 때 열을 잃기 때문입니다.
      2. 동일한 크기의 튜브를 사용하여 버블 트랩 재킷의 상단 입구를 저장소 재킷의 하단 입구에 연결합니다.
      3. 그런 다음 저장소 재킷의 상단 입구를 산소 발생기 재킷의 하단 입구에 연결합니다.
      4. 마지막으로 산소 공급기의 상단 입구를 물 순환기의 유입구에 연결합니다.
    2. 시퀀스 2 - 시스템을 통한 관류수의 흐름 패턴( 그림 1A의 점선)
      1. 루어 커넥터를 16G 튜빙의 양쪽에 부착합니다. 첫 번째 끝을 저장소 바닥에 부착하고 연동 펌프 헤드를 통해 공급합니다. 다른 쪽 끝을 산소발생기 내의 실리콘 코일 입구 중 하나에 연결합니다.
      2. 산소발생기의 실리콘 코일의 두 번째 입구에서 양쪽 끝에 루어 잠금 커넥터가 장착된 16G 튜브의 두 번째 조각을 긴 돌출부가 있는 버블 트랩의 입구에 연결합니다.
      3. 루어 커넥터가 장착된 더 짧은 16G 튜빙 조각을 버블 트랩의 사용하지 않는 배출구에서 3방향 루어 잠금 밸브에 연결합니다.
      4. 3방향 밸브의 반대쪽에서 16G 튜빙 조각을 다른 쪽 끝에 있는 두 번째 루어 밸브에 연결합니다. 이 두 번째 밸브는 저장소 바로 위에 있습니다. 밸브의 반대쪽을 16G 이상의 튜브에 연결한 다음 압력 센서를 연결합니다.
      5. 더 작은 직경의 튜브(̃3.7mm)를 캐뉼라(14G 혈관 주사)에 대한 커넥터가 있는 3방향 밸브의 수직 포트에 연결합니다. 관류수는 대동맥 캐뉼라 연결을 통해 저장소로 다시 순환하기 전에 버블 트랩을 통해 저장소에서 산소 공급기로 흐릅니다.

2. 관류 물 준비

  1. 염기 관류수, 0.96% Krebs-Henseleit 완충액, 9.915mM 덱스트란, 25mM 중탄산나트륨, 1.054mM 소 혈청 알부민, 1% 펜 스트렙, 0.13% 인슐린, 0.02% 하이드로코르티손, 0.5% 헤파린 및 2.75mM 염화칼슘을 준비하고 증류수로 부피를 늘립니다.

3. 관류 시스템 설정

  1. 두 개의 10mL 주사기를 버블 트랩의 상단 및 측면 배출 포트에 연결합니다.
  2. 베이스 관류수(75mL)를 저장소에 추가합니다. 연동 펌프를 켜고 물 순환기를 37°C로 설정합니다.
  3. 산소(95%O2 및 5%CO2) 라인을 산소발생기의 세 번째 입구에 연결하고 관류물을 최소 pO2 400mmHg로 산소화합니다.
  4. 버블 트랩을 바로 지나 3방향 밸브의 수직 포트에 주입 포트를 고정합니다. 1mL 주사기가 있는 날개 달린 주입 바늘을 주입 포트(샘플링에 사용됨)에 연결합니다. 주입 포트를 가볍게 두드리거나 1mL 주사기로 관류액을 당겨 회로에 유입된 기포를 제거합니다.
  5. 염기 관류수가 온도 및 산소 수준까지 올라가면 생화학적 매개변수의 초기 판독을 수행하여 올바른 이온 농도(표 1)와 적절한 산소화를 보장합니다.
    알림: 용액을 온도(37°C)까지 올리고 적절한 가스 혼합물(95% O2, 5% CO2)로 산소를 공급한 후 이온 및 pH 수준을 읽어야 합니다.
  6. 연결된 튜브를 언클램프로 만들어 압력 센서를 영점으로 조정하고 열린 센서와 캐뉼라를 통한 관류액 흐름이 평형을 이루도록 합니다. 평형이 되면 센서 상자의 영점 버튼을 누르고 튜브를 다시 clamp 1mL/min - 15mL/분 범위의 유량에 대해 심장이 시스템에 부착되기 전에 기본 압력을 기록합니다.
  7. 저압 관류
    1. 아데노신 점적: 베이스 관류액에 초기 20mM의 아데노신 스톡을 만듭니다. 튜브를 따뜻한 물 욕조에 넣고 반전으로 혼합하여 아데노신을 녹입니다.
    2. 스톡 아데노신을 베이스 관류액에 0.06mg/mL의 조합으로 더 희석하고 50mL 주사기에 추가합니다.
    3. 날개 달린 주입 바늘을 50mL 주사기에 부착하고 삼방향 밸브의 주입 포트에 연결합니다. 주사기를 주사기 펌프에 고정하고 주입 속도를 166.6μL/min으로 설정합니다.
      알림: 주입 포트에서 거품은 포트를 가볍게 두드리거나 튕기면 방출됩니다.
  8. 고압 관류:
    1. 포장된 적혈구(pRBC) 분리:
      1. 기증 쥐의 심장 천자를 통해 10-12mL의 전체 쥐 혈액을 수집합니다.
      2. 혈액을 2000 x g 에서 10분 동안 원심분리합니다.
      3. 피펫팅을 통해 플라즈마와 버피 코트 층을 제거합니다.
      4. 반전 혼합을 통해 염화칼슘이 없는 관액에 pRBC를 재현탁시킵니다(예: pRBC 5mL: 관수수 5mL).
      5. 3.8.1.2-3.8.1.4단계를 두 번 반복하여 총 3회 세탁합니다.
      6. 마지막 세척 후 1:1 비율로 관류액의 세포를 재현탁시키고 혼합물을 이미 75mL의 기본 관류액이 포함된 관류 시스템에 추가합니다.
    2. 세포가 시스템을 통해 고르게 분포하도록 하고 혈액학 기계를 사용하여 관류액의 헤마토크릿을 측정합니다. 헤마토크릿 범위는 5%-7%입니다.

4. 심장 이식편 조달 준비

  1. 저온 허혈 시간을 최소화하기 위해 조달을 시작하기 전에 관류 시스템을 완전히 프라이밍합니다.
  2. 수술 도구를 준비합니다. 수술 도구에는 파란색 패드, 수술용 테이프, 실크 5-0 봉합사, 면봉, 식염수 주사기(50mL 및 10mL), 수술용 가위, 겸자, 마이크로 가위, 마이크로 집게, Halstead 클램프, 헤파린 30U, 문맥 플러시용 16G 튜브, 심장 캐뉼레이션용 14G 튜브, 16G 혈관 구슬, 커프가 있는 수정된 14G 혈관 주입, 압력 센서, 얼음이 담긴 얼음 양동이, 47mm 페트리 접시, 거즈.
  3. 14G 캐뉼라에 얇은 튜빙 링(내경[ID] 0.167mm, 외경[OD] 2.42mm)을 삽입하여 커프 효과를 만들어 수정된 캐뉼라를 만듭니다.
    1. 캐뉼라의 바늘을 제거하고 링 아래에 슈퍼 접착제 한 방울을 추가합니다. 링을 캐뉼라 바닥에서 1/4인치 위로 조심스럽게 밀어 넣습니다. 사용하기 전에 접착제를 말리십시오.
    2. 캐뉼라를 커프에 가능한 한 가깝게 비스듬히 자르고 날카로운 모서리를 제거합니다.
  4. 문맥 세척을 위해 60mL 주사기에 헤파린화 식염수(0.03U/mL)를 채웁니다. 주사기를 압력 센서에 연결한 다음 16G 세척 튜브에 연결합니다.
  5. 헤파린화 식염수(0.03U/mL) 10mL 주사기를 14G 튜브에 연결합니다. 튜브의 다른 쪽 끝을 대동맥 캐뉼라에 연결하고 세척하여 기포를 제거합니다.
  6. 대동맥 캐뉼라를 거즈가 있는 47mm 페트리 접시에 넣고 식염수로 채웁니다. 심장이 관류 시스템에 연결될 때까지 페트리 접시를 얼음 위에 두십시오.

5. 심장 이식편 조달

  1. 3% 이소플루란이 있는 마취실에서 쥐를 마취합니다.
  2. 반사 작용이 눈에 띄지 않으면 챔버에서 쥐를 제거하여 수술 공간에 놓고 안면 마스크를 통해 연속 이소플루란(3%)을 전달합니다.
  3. 발가락 꼬집기 테스트 후 30U의 헤파린으로 음경 정맥을 통해 동물을 헤파린화합니다.
  4. 복부 전체와 가슴 위쪽 부위에 걸쳐 쥐를 면도하십시오. 수술 부위에서 털 부스러기를 제거하십시오. 수술 중 움직임이 없도록 각 팔다리에 테이프를 붙입니다.
  5. 하복부 피부를 수평으로 정중선을 절개하여 복부 근육을 노출시킵니다.
  6. 내부 장기를 노출시키는 복부 근육에 두 번째 수평 정중선을 절개합니다.
  7. 흉골을 드러내고 지혈제로 고정한 다음 두개골 쪽으로 수축시켜 간과 문맥을 노출시킵니다. 16 게이지 혈관 혈관을 사용하여 문맥을 캐뉼레이션합니다.
  8. 60mL 헤파린화 식염수 주사기를 혈관 주사기에 부착하고 하대정맥과 복부 대동맥을 절개하여 환기시킵니다. 문맥을 통해 식염수 전량을 씻어냅니다.
    알림: 세척 압력은 약 10mmHg로 유지되어야 합니다.
  9. 횡격막을 수평으로 절개한 다음 흉골 양쪽의 갈비뼈를 근위부로 절개하여 흉강이 드러납니다.
  10. 캐비티에서 심장을 제거하고 즉시 얼음에 식염수를 넣은 페트리 접시에 놓습니다.
  11. 대동맥궁을 확인하고, 지혈제를 삽입하고, 남아 있는 결합 조직을 청소하여 하행 대동맥을 노출시킵니다.
  12. 하행 대동맥을 가로질러 절반을 수평으로 절단하고 14G 혈관 주사로 캐뉼레이션합니다.
    알림: 캐뉼라로 대동맥 판막을 뚫지 마십시오.
  13. 커프 위의 봉합사를 통해 캐뉼라를 고정하고 지혈제를 방출합니다.
  14. 관류 시스템에 넣을 때까지 심장을 얼음 위에 두십시오.

6. 관류 시작

  1. 연동 펌프의 유량을 1.0mL/분으로 설정합니다.
    알림: 대동맥 캐뉼러는 관상 동맥에 기포가 유입되는 것을 방지하기 위해 항상 심장에 대해 90° 각도로 처리됩니다(그림 1B).
  2. 심장을 시스템에 부착하기 전에 캐뉼라로 심장의 무게를 잰다.
    알림: 대동맥 캐뉼라에는 기포가 완전히 없어야 합니다.
  3. 캐뉼라를 시스템의 커넥터에 부착하고 타이머를 시작합니다.
  4. 심장이 완전히 수축하면 압력을 면밀히 관찰하면서 유량을 0.2mL/분 단위로 증가시킵니다.
  5. 원하는 압력에 도달하거나 최소 3.5mL/분에 도달할 때까지 유량 증가를 중지합니다.
    1. 저압 관류
      1. 30-35mmHg 사이의 압력의 경우 4.5mL/분의 유량을 사용합니다.
      2. 아데노신 주사기 펌프를 시작합니다.
    2. 고압 관류
      1. 70-80mmHg 사이의 압력의 경우 최소 5.0mL/분의 유량을 사용하십시오.
      2. 아데노신 주사기 펌프를 시작합니다.

7. 뇌실 내 풍선:

  1. 작은(50μL) 라텍스 풍선을 테이퍼 팁(직경 1.4mm)이 있는 풍선 카테터(직경 2mm, 길이 1.4cm)에 부착합니다.
  2. 루어 잠금 커넥터를 통해 카테터를 압력 센서에 연결하고 전체 설정을 클램프 스탠드에 고정합니다.
  3. 압력 센서의 상단에 부착된 주사기를 통해 풍선/카테터/압력 센서에 약 200μL의 식염수를 채우고 센서, 카테터 및 풍선 내부의 기포를 제거합니다.
  4. 혈압계를 사용하여 압력 센서를 보정합니다.
  5. 좌심방 위에 작은 수평 절개를 합니다. 압력 센서 상단에 있는 주사기를 당겨 좌심실에 삽입하여 풍선을 수축시킵니다.
  6. 데이터 수집을 시작하고 이완기 압력이 0mmHg가 될 때까지 풍선을 팽창시킵니다.

8. 샘플링

  1. 관류 처음 20분 후와 그 후 매시간 심박수, 대동맥 흐름 및 관상 동맥 압력을 수집합니다.

9. 종료/정리

  1. 관류가 끝나면 시스템에서 심장을 제거하고 부종 추정을 위해 무게를 잰다.
  2. 원주 절단을 통해 심장의 정점을 절단하고 관류 후 분석을 위해 액체 질소에서 급속 동결합니다.
  3. 조직학적 이미징 및 염색을 위해 심장의 둘레 부분을 자릅니다. 나머지 심장과 캐뉼을 폐기하십시오.
  4. 저장소에 많은 양의 탈이온수(DI)를 추가하고 연동 펌프를 작동하여 시스템의 모든 구성 요소를 헹굽니다. 외부 양동이에 물을 모으십시오.
  5. 9.4단계를 2-3회 반복합니다.
  6. 모든 샘플 포트와 압력 센서 튜브를 철저히 헹굽니다.
  7. 시스템 전체에 600mL의 탈이온수와 3mL의 실험실 등급 세제 펌프로 저장소를 채웁니다.
  8. 온수기, 산소 탱크 및 연동 펌프를 끕니다.

대표적 결과

성인 수컷 Lewis 쥐(체중 250-300g)의 심장을 채취하여 높은(70-80mmHg) 또는 낮은(30-35mmHg) 관류 압력(그룹당 n = 3)에서 관류했습니다. 관류 압력이 전체 심장 기능과 건강에 미치는 영향은 심박수, 부종 및 좌심실 기능을 수집하여 결정되었습니다.

심박수와 관류 압력 사이의 명확한 상관 관계가 결정되었습니다(그림 2). 고압 심장의 심박수는 첫 번째 시점(60분, 그림 2A,B)을 제외한 모든 시점에서 저압 심장과 비교할 때 통계적으로 더 높았습니다. 흥미롭게도, 저압의 심장은 관류 초기에 적응 기간을 거치는 것으로 보이며, 심박수가 안정화되고 나머지 관류 기간 동안 유지된 수준에 도달하는 데 약 30분이 걸렸습니다(그림 2A). 좌심실 맥압(LVPP)에서도 그룹 간에 큰 차이가 관찰되었으며, 고압 심장의 LVPP는 모든 시점에서 저압 심장보다 통계적으로 높았습니다(그림 3B). 이러한 지속적인 높은 작업 수요로 인해 고압 심장의 기능이 점진적으로 상실되었으며 2시간의 관류 후 LVPP의 통계적 감소가 나타났습니다(그림 3A, B). 대안적으로, 낮은 압력으로 관류된 심장에서는 기능 손실이 나타나지 않았으며, LVPP는 관류 시간 동안 변하지 않았습니다(그림 3A,B). LVPP와 유사하게, 고압 심장은 저압 심장과 비교할 때 관류 시간 동안 더 높은 심장 근육 수축(dP/dtmax) 및 이완(dP/dtmin)을 보였습니다(그림 3C,D). 이에 따라, 고압 심장은 수축력과 이완 능력의 점진적인 손실을 겪었으며, 두 매개변수 모두 마지막 관류 시간과 비교할 때 관류 시간 1시간 동안 통계적으로 더 높았습니다. 이와 달리, 심장 근육 수축력과 이완 능력은 저압 그룹에서 비교적 낮았으며 관류 시간 4시간 동안 변하지 않았습니다(그림 3C, D). 기능적 효과 외에도 장기간에 걸친 높은 관류 압력은 심장 이식편 내 간질액 저류를 악화시켜 부종을 유발합니다. 이 부종은 체중 변화율로 반정량화되었으며, 고압 심장은 저압에서 관류된 심장에 비해 통계적으로 더 높은 체중 증가를 보였습니다(그림 2C).

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그림 1: 관류 시스템 설정. (A) 전체 관류 설정. 점선은 관류수 순환을 최적화하기 위해 시스템의 구성 요소가 연결된 순서를 나타냅니다. 실선, 컬러 선은 관류수 온도를 최적화하기 위해 구성 요소가 연결된 순서를 나타냅니다. (B) 카테터를 비우고 관상동맥에 공기가 유입되는 것을 방지하기 위해 캐뉼레이션 후 심장을 다루는 올바른 방법. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 2: 압력이 심박수와 부종에 미치는 영향. (A) 심실 내 풍선 측정에서 얻은 심박수. 실선은 실험 그룹의 중앙값입니다. 음영 영역은 사분위수 범위입니다. (B) 관류 시간마다 대한 심박수 데이터의 AUC(Area Under the Curve). (C) 저압 및 고압에서 4시간의 관류 후 증가된 중량 비율. 모든 데이터는 중앙값 ± 사분위간 범위(IQR)로 표현됩니다. *p < 0.01, **p < 0.05, ***p < 0.001. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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그림 3: 압력이 좌심실 기능에 미치는 영향. (A) 시간 경과에 따른 최대 수축기 혈압, 좌심실 맥압(LVPP)으로 표시. 실선은 실험 그룹의 중앙값입니다. 음영 영역은 사분위수 범위입니다. (B) 관류 시간마다 LVPP 곡선(AUC) 아래 면적. (C) 압력 펄스의 최대 미분에서 정량화된 심장 근육 수축률. (D) 압력 펄스의 최소 도함수에서 정량화된 심장 근육 이완. 모든 데이터는 중앙값 ± 사분위수 범위로 표현됩니다. *p < 0.01, **p < 0.05, ***p < 0.001, ****p < 0.0001. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

이온농도(mmol/L)
나+ 135–145
케이 + <6.00
캘리포니아 +2 1.0–1.3
클 - 96–106

표 1: 관류액에서 허용 가능한 이온 농도 범위.

토론

Langendorff 관류는 다양한 실험 요구 사항을 충족하기 위해 인상적인 맞춤 제작 및 조정이 가능한 매우 유연한 기술입니다. 이러한 조정은 관류 압력을 포함한 대부분의 관류 매개변수의 상당한 조정 가능성에 의해 허용됩니다. Langendorff의 역행 특성으로 인해 관류 압력은 심장 기능에 필수적인 역할을 하는 관상 동맥 관류 압력과 동일합니다. 관상동맥 관류 압력(CPP)은 다양한 심장 지표(즉, 좌심실 압력, 수축률(dP/dtmax), 벽 장력, 심실 경직도)가 CPP 16,17,18에 정비례하기 때문에 심장 작용을 직접 제어하는 것으로 알려져 있습니다. 역사적으로이 분야는 생리적 조건 5,8,15,19,20,21을 모방하기 위해 60mmHg에서 80mmHg 사이의 관류 압력과 사실상 CPP를 사용했습니다. 그러나 역행 생체 외 기계 관류의 비생리학적 특성과 높은 작업 수요로 인해 시간이 지남에 따라 심장 기능이 손실됩니다(그림 3). 또는 생체 내에서 쥐 심장의 생리적 상태를 정확하게 복제하지 못함에도 불구하고 관류 압력(30-35mmHg)을 낮추면 본질적으로 심장 작업 요구가 감소하고 시간이 지남에 따라 기능이 저하되지 않고 관류 시간(4시간)이 연장되며(그림 3) 이식편 부종이 감소합니다(그림 2C). 더 낮은 관류 압력의 사용은 생리적 CPP로부터의 편차를 의미하지만, Langendorff 관류 중 기존의 기술 의존적 기능 상실을 제거함으로써 이 기술을 심혈관 연구를 발전시킬 수 있는 상당한 잠재력을 가진 보다 정확하고 예측 가능한 모델 시스템으로 개선하기 때문에 생리적 관류 압력의 사용에 비해 중요한 이점을 제공하는 것으로 보입니다. 특히, 과학적 타당성에 도달하기 위해 도움이 되거나 연장된 관류 시간이 필요한 연구 분야(예: 약물 치료, 면역학적 반응 분석, 유전자 편집, 정상 체온 이식편 보존 등)는 CVD와의 전쟁에서 점점 더 중요해지고 있습니다.

Langendorff 관류는 의심할 여지 없이 심혈관 연구 분야에서 필수적인 도구입니다. 따라서 이 과학적 기술이 연구 커뮤니티에 제기하는 상당한 이점과 함께 중요한 수준의 과학적 복잡성을 수반합니다. 실제로, 이 프로토콜에는 주로 관류 시작 전, 도중 및 직후에 심장 이식편 손상을 방지하기 위해 신중한 표준화가 필요한 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 이식편 손상의 첫 번째 기회는 문맥 플러시 중에 눈에 띄지 않습니다. 헤파린화 식염수로 세척하는 것은 두 가지 목적으로 심장 이식편에서 가능한 한 많은 전혈을 제거하는 것을 목표로 합니다. 첫째, 출혈을 통한 안락사의 한 방법이다. 둘째, 채취, 캐뉼레이션 및 운송 중 심장 이식편 내 응고 가능성을 최소화하는데, 이는 랫트 전혈이 매우 짧은 의류 시간을 갖는 것으로 알려져 있기 때문입니다22,23. 그러나 수백 번의 성공적인 심장 관류 후, 세척 중 쥐 유기체에 가해지는 압력이 매우 중요하며 이상적인 세척 압력은 약 10mmHg라는 것이 분명해졌습니다. 문맥 세척 압력이 높을수록 심장 이식편의 혈관 구조가 손상되어 혈관 저항이 증가하는 것으로 보입니다(figure-discussion-2042). 실제로 혈관 저항이 높으면 더 낮은 유속에서 목표 관류 압력에 도달합니다. 압력과 관상동맥 흐름 사이의 이러한 불균형은 생성된 좌심실 맥압(LVPP)으로 전달되어 상당한 변동성을 초래합니다.

심장 이식편 손상의 다음 가능한 경우는 관상 동맥에 기포를 도입하여 이식편을 시스템에 연결하는 동안입니다. 기포는 캐뉼러형 심장(그림 1B)을 잘못 취급하거나 기포 트랩(24)의 상류에 있는 관류 시스템에서 부적절하게 기포를 제거함으로써 쉽게 유입될 수 있습니다. 이 설정의 역행 특성으로 인해 공기가 유입되면 심장 공기 색전증이 발생하여 허혈성 모욕, 세동 및 매우 흔하게 이식편 사망으로 이어집니다. 마지막으로, 프로토콜 성공을 보장하기 위한 마지막 중요한 단계는 관류가 시작되는 동안 발생합니다. Langendorff를 기법으로 활용한다고 보고한 대다수의 원고와 달리, 이 프로토콜에서 관류 시작은 상대적으로 낮은 유량(1mL/분)에서 점진적 증가(+0.2mL/분)로 수행되며, 이는 관류 압력 5,8,15,19,20,21에 대한 완전한 제어를 보증합니다 . 이러한 유량의 점진적인 증가는 압력의 급격한 변화가 혈관 저항을 돌이킬 수 없게 증가시키고 섬세한 흐름/압력 균형을 변화시키기 때문에 매우 중요합니다.

압력 제어 Langendorff 관류에서 높은 혈관 저항은 낮은 유량에서 목표 관류 압력에 도달하고 이식편은 과소 관류를 초래하기 때문에 매우 중요합니다. 흐름과 압력 사이의 완벽한 균형에 대한 큰 의존도는 이 프로토콜의 가장 큰 제한 사항일 수 있으며, 이전의 이식편 손상이 의도적(즉, 장시간 저온 보존, 온열 허혈 모욕, 심근 경색 등) 또는 의도적이지 않은 경우 혈관 저항성을 증가시키기 때문입니다. 실제로, 이 프로토콜은 관류 시작(즉, 약물 치료, 면역학적 반응 분석, 유전자 편집, 정상 발열 이식편 보존 등) 시작 후에 실험이 시작되지만 그 전에는 시작되지 않는 연구에 특히 유용합니다. 이 제한은 하나의 Langendorff가 모든 목적에 적합하지 않다는 완벽한 예이며 실험적 요구 사항을 더 잘 충족하도록 관류 매개변수를 조정하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다.

공개

SNT는 이 연구와 관련된 특허를 출원하고 있으며, 장기 보존 기술 개발에 주력하는 회사인 Sylvatica Biotech Inc.의 과학 자문 위원회에서 활동하고 있습니다. 모든 상충되는 이해관계는 MGH와 Partners HealthCare가 이해상충 정책에 따라 관리합니다.

감사의 말

자료

NameCompanyCatalog NumberComments
5-0 SutureFine Scientific Tools18020-50
14 G AngiocathBecton Dickinson381867
16 G AngiocathBecton Dickinson381957
24 mm Heart Chamber adaptorsRadnoti140132
Balloon Catheter Radnoti170423
BD Slip Tip Sterile Syringes- 10 mLFisher Scientific14-823-16E
BD Slip Tip Sterile Syringes- 1 mLFisher Scientific14-823-434
BD Slip Tip Sterile Syringes- 50 mLFisher Scientific14-820-11
Bovine Serum AlbuminSigmaA7906
Bubble Trap Compliance ChamberRadnoti130149
Calcium ChlorideSigmaC7902
Clamp HolderUnited ScienticRTCLMP1
DextranSigma31389
DIN8 Extension CableIworxSKU C-DIN-EXT
Falcon High Clarity 50 mL conical tubesFisher Scientific14-432-22
GSC Go Science Crazy Cast Iron Support Ring StandFisher ScientificS13748
Heart  ChamberRadnoti140160
Heated Water Circulator bathCole ParmerN/A
Heparin sodium InjectionMedplusG-0409-2720-0409-2721
HydrocortisoneSolu-CortefMGH Pharmacy
InsulinHumulin RMGH Pharmacy
Insvasive Fluid Filled Blood Pressure SensorIworxSKU BP-10x
Iworx Data Acquisition SystemIworxIX-RA-834
Krebs-Henseleit BufferSigmaK3753
Left Ventricular Pressure BalloonRadnoti170404
Masterflex L/S Easy-Load II Pump Head for Precision Tubing, PPS Housing, SS RotorVWRMFLX77200-60
Masterflex L/S Standard Digital Pump SystemsVWRMFLX07551-30
Membrane Oxygenating ChamberRadnoti130144
Penicillin-StreptomycinThermoFisher Scientific15140122
Polyethylene TubingFisher Scientific14-170-12H
Precision Pump Tubing-16VWRMFLX96410-16
Sodium BicarobonateSigma5761
Standard PHD ULTRA CP Syringe PumpHarvard Aparatus88-3015
Tygon Transfer TubingVWRMFLX95702-03

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