Method Article
Burada, bir ex vivo perfüzyon sistemi kullanılarak soğuk korumadan sonra donör kalplerin sağ ve sol ventrikül fonksiyonunu güvenilir bir şekilde ölçmek için bir protokol sunulmaktadır.
Primer greft disfonksiyonu (PGT), kalp naklini takiben erken ölümlerin önde gelen nedeni olmaya devam etmektedir. Soğuk muhafaza sırasında iskemik sürenin uzaması PGT için önemli bir risk faktörüdür ve soğuk muhafaza sonrası donör kalbin fonksiyonel yanıtlarını incelemek için kardiyak fonksiyonun güvenilir bir şekilde değerlendirilmesi esastır. Ekteki video, farklı süreler boyunca soğuk korumadan sonra bir Langendorff modeline dayalı ex vivo perfüzyon kullanarak murin sağ ve sol ventrikül fonksiyonunu değerlendirmek için bir tekniği açıklamaktadır. Kısaca, kalp izole edilir ve soğuk histidin-triptofan-ketoglutarat (HTK) çözeltisinde saklanır. Daha sonra, kalp bir Langendorff modelinde bir Kreb tamponu ile 60 dakika boyunca perfüze edilir. Sol ve sağ ventriküle silikon balon yerleştirilir ve kardiyak fonksiyonel parametreler kaydedilir (dP/dt, basınç-hacim ilişkileri). Bu protokol, farklı kalp koruma protokollerinden sonra kardiyak fonksiyonun güvenilir bir şekilde değerlendirilmesini sağlar. Daha da önemlisi, bu teknik, özellikle doğal kardiyak hücrelerde kardiyak koruma yanıtlarının incelenmesine izin verir. Çok küçük fare kalplerinin kullanılması, PGD'nin mekanizmalarını araştırmak için çok sayıda transgenik fareye erişim sağlar.
Kalp nakli, son dönem kalp yetmezliği olan hastalarda sağkalımı ve yaşam kalitesini artırır1. Ne yazık ki, kalp donörlerinin yetersizliği, bu tedaviden yararlanabilecek hasta sayısını sınırlamakta ve klinisyenlerin donörleri alıcılarla en iyi şekilde eşleştirme yeteneğini sınırlamaktadır 2,3,4. Ayrıca, yeni tahsis sistemi daha uzun iskemik sürelere katkıda bulundu ve 2018'den bu yana marjinal donörlerin kullanımını önemli ölçüde artırdı5. Sonuç olarak, kalp donörlerinin ortalama yaşı ve iskemik süre zamanla artmakta ve kalbin korunmasına yönelik stratejilerdeki önemli gelişmelere rağmen daha yüksek primer greft disfonksiyonu (PGD) oranına yol açmaktadır 6.
PGT sol, sağ veya her iki ventrikülü etkileyebilir ve kalp nakli sonrası erken ölümlerin önde gelen nedenini temsil eden hayatı tehdit eden bir komplikasyon olmaya devam etmektedir. PDG'nin mekanizmalarının araştırılması ve kalbin daha iyi korunması için stratejilerin geliştirilmesi, kalp alıcıları üzerindeki potansiyel hayat kurtarıcı etkisi göz önüne alındığında önemli hususlardır. Bu nedenle, uzun bir saklama süresinden sonra donör kalp fonksiyonunun sağlam ve güvenilir bir şekilde değerlendirilmesine izin veren deneysel modeller, PGD anlayışımızı artırmak ve yeni tedavilerin geliştirilmesini kolaylaştırmak için gereklidir. Fare kalbindeki kardiyak fonksiyonu doğru bir şekilde değerlendirme yeteneği, PGD mekanizmalarını doğru bir şekilde tanımlayabilen geniş bir transgenik fare modelleri repertuarına erişim sağlar.
Fizyolojik ve farmakolojik çalışmalarda, Langendorff retrograd perfüzyon modeli kalp fonksiyonunu değerlendirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır7. Spesifik olarak, kardiyak performans, sol ventrikül (LV) boşluğu içindeki bir basınç dönüştürücüsüne bağlı bir silikon balon tarafından tespit edilir. PGD'nin önemli bir özelliği, ventriküler kasın yetersiz kasılıp gevşemesidir. Önceki Langendorff çalışmaları, AG fonksiyonel değerlendirmesindegüvenilir ve tekrarlanabilir sonuçlar üretmek için bir LV balonu kullanmaya odaklanmıştır 8,9,10. Bununla birlikte, balon sistemini kullanarak sağ ventrikül (RV) fonksiyonunu değerlendirmek için intrakaviter balon kullanımı daha az tanınmaktadır.
Transplantasyon sonrası RV'yi içeren önemli bir PGD oranı göz önüne alındığında11, hem LV hem de RV fonksiyonunu incelemek için deneysel yöntemler, RV PGD'ye katkıda bulunan moleküler ve fizyolojik mekanizmaların belirlenmesine yardımcı olacaktır. Bu protokol, intrakaviter silikon balonların aynı murin kalbinde LV ve RV fonksiyonunun güvenilir değerlendirmelerini sağlayabileceğini göstermektedir12. PGT çalışmasında Langendorff sisteminin potansiyel kullanımını değerlendirmek için, farklı depolama süreleri ile kalp fonksiyonlarını inceledik ve murin kalplerinin uzun süreli soğuk depolanması ile kasılma ve gevşemede azalmış kalp fonksiyonu bulduk. İlginç bir şekilde, LV, RV'den daha yüksek bir işlevsel azalmaya sahiptir. Özetle, burada açıklanan protokol, bir aday ilacın ve moleküler yolların hem LV hem de RV fonksiyonu üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılabilir. Bu yöntemin murin kalpleri üzerinde kullanılabilmesi, detaylı mekanik çalışmaların yapılmasını kolaylaştıracaktır.
Bu protokoldeki tüm hayvan deneyleri, Michigan Üniversitesi, Ann Arbor'daki Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır. Tüm fareler, patojen içermeyen odalarda 12:12 ışık döngüsünde barındırıldı. Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler, hayvanlar ve ekipmanlarla ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
1. Silikon balon kateterin yapımı
NOT: Silikon balon daha önce açıklandığı gibiyapılmıştır 13.
2. Kalp perfüzyon sisteminin hazırlanması
3. Fare kalbinin izolasyonu, montajı ve kanülasyonu
4. İşlevsel veri kaydı
3 aylık yetişkin C57Bl/6 fare kalpleri toplandı ve Langendorff sistemine monte edildi. Donör kalp 0 ve 8 saat HTK'da saklandı ve daha sonra oksijenli KH tamponu ile perfüze edildi. LV ve RV fonksiyonunun kasılmasını ve gevşemesini ölçmek için bir basınç dönüştürücüsüne bağlanan bir silikon balon kullanıldı.
Aort basınçları 70-80 mmHg aralığında tutuldu. Kalp atış hızı, 0 ve 8 saatlik depolama ile fare kalplerinde karşılaştırılabilirdi. LV ve RV fonksiyonları sistolik ve diyastolik basınç ölçülerek incelendi. Basınç değişim oranını hesaplamak için bir türev olan dP/dt, basınç dinamiklerini belirlemek için hesaplandı. Maksimum dP/dt ve min dP/dt'nin mutlak sayısı, kas kasılma ve gevşeme seviyesini temsil edebilir. 0 saatlik depolamada, LV, RV'ye kıyasla daha yüksek sistolik basınca sahipti (Şekil 2C ve Şekil 3A). LV, 0 saatlik depolama perfüzyonundan sonra RV'den daha fazla kas kasılması ve gevşemesi gösterdi (Şekil 2C ve Şekil 3B,C). Bununla birlikte, 8 saatlik soğuk depolamadan sonra, hem AG hem de RV, 0 saatlik bir taban çizgisine kıyasla önemli bir fonksiyonel azalma gösterdi (Şekil 2A-D ve Şekil 3B, C). Kardiyak kasılmadaki azalmalar LV'de daha şiddetliydi. 8 saatlik depolamadan sonra, LV'nin kasılması ve gevşemesi 0 saatlik taban çizgisinin %25.1 ve %30.7'si iken, RV'nin 0 saatlik taban çizgisine kıyasla %32.5 ve %29.1 işlevi vardı (Şekil 3B,C). Bu sonuçlar, uzun süreli depolamadan sonra LV'nin PGD'sinin RV'den daha önemli bir kardiyak kasılma azalmasına sahip olduğunu gösterdi.
Şekil 1: Fare kalbinin montajı ve kanülasyonu . (A) Perfüzyon kurulumunun genel kurulumu. 1. Perfüzyon rezervuarı. 2. Oksijenasyon odası. 3. Hava kapanı odası. 4. Kalp odası. 5. Sabit akış ve basınç için değer anahtarı. 6 ve 7. Oksijen girişi. (B) Önde karavan ile kanüllü kalpler. (C) Boşluğunu açmak için kesilecek RV'nin konumu. (D) Balon tüpüne kanülle hafifçe vurun. Kısaltma: RV = sağ ventrikül. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: LV ile RV'nin işlevinin karşılaştırılması . (A) 0 saatlik depolama ile donör kalbindeki RV ve LV'deki maksimum ve min dP/dt'nin izleme kaydı. (B) 8 saatlik depolama ile donör kalbindeki RV ve LV'deki maksimum ve min dP / dt kaydı. (C,D) 0 saat ve 8 saatte AG ve RV'de dP/dt, LV basıncı, kalp atış hızı ve perfüzyon basıncının ayrıntıları. Kısaltmalar: RV = sağ ventrikül; LV = sol ventrikül; dP/dt = basınç-zaman ilişkisi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Depolama ve perfüzyondan sonra LV ile RV'nin işlevinin karşılaştırılması . (A) 0 saat ve 8 saat depolamadan sonra AG ve RV'nin sistolik ve diyastolik basıncı. (B) 0 saat ve 8 saat depolama ile perfüzyondan sonra LV ve RV'nin maksimum dP/dt ve (C) Min dP/dt'si. Bu rakam Lei ve ark.12'den alınmıştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu protokol, aort kanülasyonu yoluyla retrograd perfüzyon Langendorff yöntemini açıklar. Bu teknik, soğuk hava deposundan sonra murin kalplerinin LV ve RV fonksiyonunu değerlendirmek için kullanılabilir. Sonuçlar, donör kalplerin uzun süreli soğuk depolanmasının, bu protokolü kullanarak hem LV hem de RV'de kardiyak fonksiyonun azalmasına yol açtığını göstermektedir.
Kalp nakli sonrası akut ve kronik rejeksiyon çalışmaları yaygın olarak immünobiyolojiye odaklanmaktadır14. Soğuk depolama sırasında doğal hücrelerin PGD üzerindeki etkileri daha az incelenmiştir. PGD, kalp nakillerinin ~%10-20'sinde görülür ve nakilden sonraki 30 gün içinde erken ölümlerin %66'sını oluşturur. Özellikle, LV'yi etkileyen PGD insidansı transplantasyondan sonra RV'ye göre farklılık göstermektedir11. Alıcı hücresel yanıtların katkısı olmadan, bu ex vivo yöntem, donör kalplerin soğuk korunmasından sonra doğal kalp hücrelerinin PGD'ye katkılarına odaklanır. Daha ileri çalışmalar, bir murin kalp nakli modelinde alıcı yanıtlarını içerebilir.
Bu protokolde, soğuk korunmuş donör kalplerinin Langendorff perfüzyonu, hücresel bağışıklığa sızmadan sıcak kristalloid perfüzyona karşı doğal kardiyak yanıtlara odaklandı. Tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek için birkaç kritik adım standartlaştırıldı. Fare kalpleri HTK çözeltisi kullanılarak tutuklandı ve klinik uygulamaya benzer şekilde buz gibi soğuk HTK'da saklandı. Her kalp için HTK solüsyonunun perfüzyon hacmi ve infüzyon süresi bir zamanlayıcı ile yakından izlendi. Donör kalp, 4 °C'lik bir odada HTK içeren buz üzerinde önceden soğutulmuş tüplerde tutuldu. Kanülasyon süresi, perfüzyondan önce ~ 3 dakikaya standartlaştırılmıştır. Tüm bu adımlar, soğuk muhafaza süresinin çalışmadaki ana değişken olmasını sağlamıştır.
Perfüzyonun başlangıcında ~ 20 dakika boyunca düzensiz kardiyak kasılma periyodu yaygın olarak görülmüştür. Bu dengeleme ve iyileşme dönemi, kalp dokularının kademeli olarak ısınması ve oksijenlenmesi ile kolaylaştırılmıştır. İlk 20 dakikadan sonra nispeten istikrarlı bir dönem bekleniyordu. Balon, ilk dengeleme periyodundan ~ 18 dakika sonra ventrikül boşluğuna yerleştirildi. Balon yerleştirildikten sonra kalp ~ 25 dakika stabil kaldıktan sonra hemodinami kaydetmeye başladık. KH tamponu ile perfüzyon, ~ 1.5-2 saat boyunca stabil kardiyak performansı korudu. Bu nedenle sol ve sağ ventriküllerin her birinde 20 dakika boyunca hemodinami kaydetmeyi seçtik.
Soğuk hava deposundan sonra kalplerin PGD'sini incelemek için retrograd perfüzyonun çeşitli sınırlamaları vardır. Birincisi, balon boyutu ve her ventriküler boşlukta (özellikle RV) yer olmaması nedeniyle, iki balonun hem LV hem de RV'ye aynı anda yerleştirilmesi çok zordur. Böylece RV ve AG'nin fonksiyonunu sırayla ölçüyoruz. İnterventriküler septumun hem sol hem de sağ ventrikül fonksiyonuna önemli ölçüde katkıda bulunduğunu belirtmek önemlidir. Septum, sağ ventrikül fonksiyonunun ~%50'sine katkıda bulunur, bu nedenle interventriküler bağımlılıkvardır 15. Langendorff cihazında murin kalbinin reperfüzyon prosedürleri ~ 3 dakika sürerken, insan kalbinin nispeten sıcak cerrahi alanda cerrahi implantasyonunun ~ 45 dakika sürdüğünü belirtmek de önemlidir. Buna karşılık, bu Langendorff sistemindeki murin kalbi daha az iskemik zamana maruz kalır. Klinik çeviri düşünülürken bu dikkate alınmalıdır.
Kalbi kansız perfüze etmek için KH tamponu kullandığımızdan, bu da oksijen dağıtımında daha az verimliliğe sahip olabilir. Bununla birlikte, kalp fonksiyonu ilk 1.5-2 saatlik perfüzyon boyunca nispeten stabildir, böylece güvenilir hemodinamik ölçümlere izin verir. Ne yazık ki, şu anda bu küçük murin kalpleri için uygulanabilir bir çalışan kalp perfüzyon modeli yoktur ve ventriküler yüklemenin etkisi bu sistemde değerlendirilememektedir. Buna rağmen, perfüzyon sistemi yüksek oranda tekrarlanabilir ve nakil modellerine göre daha az emek yoğun ve zaman alıcıdır. Ayrıca, farklı terapötik seçeneklerin ve çeşitli moleküler yolların taranması için daha uygun hale getirebilecek nakil çalışmalarından daha az maliyetlidir. Aday ilaçlar eklenerek koruma solüsyonlarında yapılan değişikliklerle, bu platform farmakolojik ajanların hem LV hem de RV'de PGD'yi azaltma üzerindeki etkilerini değerlendirmek için kullanılabilir.
Yazarların ifşa edecek herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Hiç kimse.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
4-0 silk suture | Braintree Scientific | SUTS108 | |
6-0 Silk suture | Braintree Scientific | SUTS104 | |
All purpose flour | Kroger | ||
BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles 22 G | Fisher scientific | 14-826-5A | |
BD Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle) | Fisher scientific | 14-823-16E | |
Corn Syrup | Kroger | ||
Custodiol HTK Solution | Essential Pharmaceuticals LLC | ||
Dissecting Scissors | World Precision Instruments | 14393/14394 | |
Falcon 50 mL conical tubes | Fisher scientific | 14-959-49A | |
Heparin sodium salt from porcine intestinal mucosa | Sigma | H4784 | |
Krebs Henseleit buffer | Sigma | K3753 | |
Nusil silicone dispersions | Avantor | ||
Perfusion system | Radnoti | 130101BEZ | |
PowerLab | ADInstruments | PL3508 | |
Sodium azide | Sigma | S2002 | |
Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | |
Sucrose | Sigma | S0389 | |
Sucrose | Sigma | S0389 | |
Xylazine | Sigma | X1126 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır