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* Estes autores contribuíram igualmente
Aqui, descrevemos a aplicação de um carreador de oxigênio à base de hemoglobina humana polimerizada (PolyhHb) como perfusato e o protocolo em que essa solução de perfusão pode ser testada em um modelo de perfusão pulmonar ex vivo de rato.
O transplante de pulmão é dificultado pela falta de doadores adequados. Anteriormente, os doadores considerados marginais ou inadequados eram descartados. No entanto, tecnologias novas e empolgantes, como a perfusão pulmonar ex vivo (EVLP), oferecem aos provedores de transplante de pulmão uma avaliação estendida para aloenxertos de doadores marginais. Essa plataforma de avaliação dinâmica levou a um aumento no transplante de pulmão e permitiu que os provedores usassem doadores que antes eram descartados, expandindo assim o pool de doadores. As técnicas de perfusão atuais usam perfusatos celulares ou acelulares, e ambas têm vantagens e desvantagens distintas. A composição da perfusão é fundamental para manter um ambiente homeostático, fornecendo suporte metabólico adequado, diminuindo a inflamação e a morte celular e, finalmente, melhorando a função do órgão. As soluções de perfusão devem conter concentração proteica suficiente para manter a pressão oncótica adequada. No entanto, as soluções de perfusão atuais geralmente levam ao extravasamento de fluido através do endotélio pulmonar, resultando em edema pulmonar inadvertido e danos. Assim, é necessário desenvolver novas soluções de perfusão que evitem danos excessivos, mantendo a homeostase celular adequada. Aqui, descrevemos a aplicação de um carreador de oxigênio à base de hemoglobina humana polimerizada (PolyhHb) como perfusato e o protocolo no qual essa solução de perfusão pode ser testada em um modelo de EVLP de rato. O objetivo deste estudo é fornecer à comunidade de transplante de pulmão informações importantes para projetar e desenvolver novas soluções de perfusão, bem como os protocolos adequados para testá-las em modelos de transplante translacional clinicamente relevantes.
Como qualquer campo do transplante de órgãos sólidos, o transplante de pulmão sofre com a escassez de órgãos de doadores. A fim de aumentar o pool de doadores, pesquisas significativas têm se dedicado a investigar o potencial de aloenxertos que antes eram considerados inadequados para transplante, ou seja, doadores de critérios estendidos (ECD). Esses aloenxertos podem ser considerados DCE por vários motivos, incluindo qualidade questionável, má função, infecção, trauma, tempos isquêmicos prolongados de calor ou frio e idade avançada 1,2. Em certos casos, onde esses pulmões são adequados para transplante imediato3, muitas vezes é vantajoso para provedores e receptores avaliar esses pulmões por mais tempo para determinar sua adequação para transplante. A perfusão pulmonar ex vivo (EVLP) é uma tecnologia que permite a avaliação estendida de potenciais aloenxertos pulmonares em um circuito fechado fora do doador 2,4,5,6,7, proporcionando ao provedor de transplante a capacidade de determinar a adequação do transplante. A PPEV tem demonstrado capacidade de avaliar adequadamente os órgãos de doadores 8,9,10,11, diminuir os efeitos da lesão de reperfusão isquêmica (IRI) 12,13 e aumentar o pool de doadores14,15, tornando o transplante pulmonar um tratamento mais acessível para todos.
Em geral, um sistema de PPEV é um sistema fechado com um circuito ventilatório (obtido pela conexão de um ventilador à traqueia para introduzir ar no sistema) e um circuito vascular (obtido pela conexão do átrio esquerdo (AE) à artéria pulmonar (AP) com tubulação)7. O circuito vascular tem perfusato perfusando passando pelo tubo para fornecer nutrientes vitais e oxigênio ao pulmão, limitando o tempo isquêmico frio (CIT)5,8,16,17. Essa solução é baseada no sangue (ou seja, por meio da adição de concentrado de hemácias (PRBCs))16,17 ou acelular (ou seja, sem PRBCs)4,5. No entanto, existem várias desvantagens notáveis no uso de PRBCs. Se forem usados CHP de doadores que morreram de trauma ou doadores com morte encefálica (TDC), esses fluidos geralmente contêm grandes quantidades de citocinas inflamatórias, que podem aumentar o dano celular durante a PPEV, bem como aumentar os níveis de hemoglobina livre de células (Hb), heme, ferro e fragmentos celulares que causam danos adicionais às células18,19. Além disso, como esses doadores geralmente são de múltiplos órgãos, a coleta de CH antes da aquisição pode levar à diminuição do volume sanguíneo no doador e, subsequentemente, ao aumento da isquemia para todos os órgãos. Se usarem CHP de outra fonte, os provedores podem enfrentar escassez de sangue, pois este é um material escasso por si só20,21. Finalmente, os CHPs são propensos à lise mecânica no circuito EVLP, independentemente de sua fonte, liberando Hb e outros componentes que contribuem para o dano celular.
Assim, por muitas razões, pode ser vantajoso usar um substituto artificial dos glóbulos vermelhos, ou seja, transportadores de oxigênio à base de hemoglobina (HBOCs), como suplemento de perfusato. Um HBOC particularmente promissor é a hemoglobina humana polimerizada (PolyhHb). A polihHb é sintetizada a partir de Hb purificada de CH vencidas que foram consideradas inadequadas para transfusão imediata22. Eles têm se mostrado substitutos viáveis do sangue no choque hemorrágico23 e no transplante24 e podem ser produzidos em grandes quantidades22. No entanto, a adoção em larga escala da PolihHb não teve sucesso devido a complicações imprevistas, como vasoconstrição, aumento da pressão arterial e parada cardíaca23,25. As razões por trás desses achados foram provavelmente devido à presença de polímeros de Hb livre ou de baixo peso molecular (< 500 kDa) na solução de PolyhHb, pois eles têm uma propensão a extravasar para o espaço tecidual, o que resultou em diminuição da disponibilidade de óxido nítrico, subsequente vasoconstrição, hipertensão sistêmica e, finalmente, lesão oxidativa do tecido26,27. Para melhorar essas questões, o Laboratório Palmer trabalhou para desenvolver um PolyhHb de próxima geração que contenha espécies mínimas de baixo MW e Hb livre de células, que demonstrou características biofísicas aprimoradas e respostas in vivo 22,28,29,30. Vários estudos transfusionais em animais mostraram que, se polímeros de Hb de baixo peso molecular forem eliminados do HBOC, a vasoconstrição, a hipertensão sistêmica e o dano oxidativo podem ser mitigados 28,29,31,32,33,34,35. Portanto, tornando este PolyhHb de próxima geração um candidato promissor a perfusato.
Aqui, descrevemos a aplicação de um PolyhHb de última geração para ser usado em um perfusato e o protocolo pelo qual essa solução de perfusão pode ser testada em um modelo de EVLP de rato. O objetivo deste estudo é fornecer à comunidade de transplante de pulmão informações importantes na concepção e desenvolvimento de novas soluções de perfusão, bem como fornecer protocolos para testá-las em modelos de transplante translacional clinicamente relevantes.
Ratos Sprague-Dawley (300 g de peso corporal) foram obtidos comercialmente e alojados em condições livres de patógenos no Centro Médico Wexner da Universidade Estadual de Ohio. Todos os procedimentos foram realizados humanamente de acordo com o NIH e o Guia do Conselho Nacional de Pesquisa para o Cuidado Humano e Uso de Animais de Laboratório e com a aprovação do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Estadual de Ohio (Protocolo IACUC 2023A00000071).
1. Síntese e purificação de PolyhHb
NOTA: A produção e síntese do material PolyhHb que foi usado para os seguintes experimentos de EVLP foram inicialmente publicados por Cuddington et al. em 202022. Consulte este trabalho para esquemas detalhados e análise da síntese de PolyhHb. A seguir, um resumo da síntese e purificação de PolyhHb em escala piloto e sua subsequente preparação como perfusato.
2. Formulação de perfusato
3. Configuração do circuito de perfusão pulmonar ex vivo
4. Obtenção de bloqueio pulmonar de rato doador
A validação de nosso perfusato baseado em PolyhHb e, além disso, a estabilidade desse perfusato ao longo de várias horas, é demonstrada na Figura 10. Durante a primeira 1 h, todos os perfusato testados (PolyhHb, Controle (Williams Media + 5% HSA), baseado em hemácias) mostraram uma ligeira diminuição no LA pO2 (Post pO2). No entanto, o perfusato baseado em hemácias mostrou uma diminuição significativa em 1 h em comparação c...
O desenvolvimento e teste de soluções de perfusão é um novo empreendimento no qual muitos em todo o mundo estão embarcando. Tradicionalmente, os perfusato padrão oferecem a capacidade de suspender o tempo isquêmico e mitigar as lesões associadas à isquemia, bem como à reperfusão18. No entanto, a próxima evolução da EVLP é melhorar a tecnologia atual de perfusato, bem como incorporar terapias de reparo e recondicionamento 39,40,41,42,43.
Para o material apresentado neste trabalho, A.F.P., A.G. e C.C. são inventores do pedido de patente dos EUA PCT/US2022/041743. A.F.P., C.C., B.A.W. e S.M.B. são inventores do pedido de patente dos EUA PCT/US2023/017765.
Esta pesquisa foi generosamente apoiada pelo Jewel and Frank Benson Family Endowment e pela Jewel and Frank Benson Research Professorship. B.A.W. é parcialmente apoiado pelo National Institutes of Health (NIH) conceder R01HL143000. A A.F.P. é apoiada por subsídios do NIH R01HL126945, R01EB021926, R01HL131720 e R01HL138116 e W81XWH1810059 de subsídios do Comando de Pesquisa Médica e Material do Exército dos EUA. O S.M.B. é apoiado pelo NIH R01 DK123475.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 cc insulin syringe 29 G x 1/2" needle | B-D | 309301 | |
30 L Glass Batch Bioreactor | Ace Glass | ||
30g Needle | Med Needles | BD-305106 | |
Baytril (enrofloxacin) Antibacterial Tablets | Elanco | NA | |
Calcium Chloride dihydrate (CaCl2.2H2O) | Sigma Aldrich | 10035-04-8 | For modified Ringer's lactate |
CFBA carrier frequency bridge amplifier type 672 | Harvard Apparatus | 731747 | |
Connect kit D150 | Cole-Parmer | VK 73-3763 | |
Dumont #5 Forceps | Fine Science tools | 11252-50 | |
Dumont Medical #5/45 Forceps - Angled 45° | Fine Science tools | 11253-25 | |
Ecoline Star Edition 003, E100 Water Heater | Lauda | LCK 1879 | |
Expired human leukoreduced, packed RBC units | Wexner Medical Center Canadian Blood Services Zen-Bio Inc | ||
Fiberoxygenator D150 | Hugo Sachs Elektronik | PY2 73-3762 | |
Forceps | Fine Science tools | 11027-12 | |
Glutaraldehyde (C5H8O2 70 wt%) | Sigma Aldrich | 111-30-8 (G7776) | |
Halsted-Mosquito Hemostat | Roboz Surgical | RS-7112 | |
Heparin 30,000 units per 30 ml | APP Pharmaceuticals | ||
Human Serum Albumin (HSA) | OctaPharma Plasma | Perfusate additive | |
IL2 Tube set for perfusate | Harvard Apparatus | 733842 | |
IPL-2 Basic Lung Perfusion System | Harvard Apparatus | ||
Ketamine 500 mg per 5 ml | JHP Pharmaceuticals | ||
Left Atrium cannula | Harvard Apparatus | 730712 | |
Liqui-Cel EXF Series G420 Membrane Contactor | 3M | G420 | gas contactor |
low potassium dextran glucose solution (perfadex) | XVIVO | solution flushing the lung | |
Masterflex Platinum Coated Tubing(Size: 73,17,16,24) | Cole-Palmer | ||
N-Acetyl-L-cysteine (NALC, C5H9NO3S) | Sigma Aldrich | 616-91-1 (A7250) | For modified Ringer's lactate |
Nalgene Vessels (10L, 20L) | Nalgene | Filtration vessels | |
Peristaltic Pump | Ismatec | ISM 827B | |
PES, 0.65 µm TFF module | Repligen | N02-E65U-07-N | |
PhysioSuite | Kent Scientific Corporation | PS-MSTAT-RT | |
polyethersulfone (PES), 0.2 µm TFF module | Repligen | N02-S20U-05-N | |
Polysulfone (PS), 500 kDa TFF module | Repligen | N02-P500-05-N | |
Potassium Chloride (KCl) | Fisher Scientific | 7447-40-7 | For PBS |
PowerLab 8/35 | ADInstruments | 730045 | |
Pulmonary Artery cannula | Harvard Apparatus | 730710 | |
Pump Head tubing (Size: 73,17,16,24) | PharMed BPT | ||
Puralube Ophthalmic Ointment | Dechra | NA | |
Scissors | Fine Science tools | 14090-11 | |
SCP Servo controller for perfusion type 704 | Harvard Apparatus | 732806 | |
Small Animal Ventilator model 683 | Harvard Apparatus | 55-000 | |
Sodium Chloride (NaCl) | Fisher Scientific | 7647-14-5 (S271-10) | For PBS and saline |
Sodium cyanoborohydride (NaCNBH3) | Sigma Aldrich | 25895-60-7 | |
Sodium Dithionite (Na2S2O4) | Sigma Aldrich | 7775-14-6 | |
Sodium Hydroxide (NaOH) | Fisher Scientific | 1310-73-2 | For modified Ringer's lactate |
Sodium Lactate (NaC3H5O3) | Sigma Aldrich | 867-56-1 | For modified Ringer's lactate |
Sodium phosphate dibasic (Na2HPO4) | Fisher Scientific | 7558-79-4 | For PBS |
Sodium phosphate monobasic (NaH2PO4) | Fisher Scientific | 7558-80-7 | For PBS |
SomnoSuite Small Animal Anesthesia System | Kent Scientific Corporation | SS-MVG-Module | |
Sprague-Dawley rats | Envigo | ||
TAM-A transducer amplifier module type 705/1 | Harvard Apparatus | 73-0065 | |
TAM-D transducer amplifier type 705/2 | Harvard Apparatus | 73-1793 | |
TCM time control module type 686 | Harvard Apparatus | 731750 | |
Tracheal cannula | Harvard Apparatus | 733557 | |
Tube set for moist chamber | Harvard Apparatus | 73V83157 | |
Tubing Cassette | Cole-Parmer | IS 0649 | |
Tweezer #5 Dumostar | Kent Scientific Corporation | INS500085-A | |
Tweezer #5 stainless steel, curved | Kent Scientific Corporation | IND500232 | |
Tweezer #7 Titanium | Kent Scientific Corporation | INS600187 | |
Tygon E-3603 Tubing 2.4 mm ID | Harvard Apparatus | 721017 | perfusate line entering lung |
Tygon E-3603 Tubing 3.2 mm ID | Harvard Apparatus | 721019 | perfusate line leaving lung |
Vannas-Tubingen Spring Scissors | Fine Science Tools | 15008-08 | |
VCM ventilator control module type 681 | Harvard Apparatus | 731741 | |
William's E Media | Gibco, ThermoFisher Scientific | A12176-01 | Perfusate additive |
Xylazine 100 mg per 1 ml | Akorn |
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