تقنية الكفة المعدلة لنموذج زرع القلب غير المتجانس لعنق الرحم للفأر

في البروتوكول الحالي ، يتم استخدام نموذج زرع قلب الفأر للتحقيق في آلية رفض الطعم الخيفي القلبي. في نموذج زراعة القلب غير المتجانس هذا ، يتم تحسين كفاءة التشغيل ، ويتم ضمان بقاء الطعوم القلبية من خلال مفاغرة عنق الرحم من طرف إلى طرف لزرع القلب باستخدام تقنية الكفة المعدلة.

يحد رفض الطعم الخيفي القلبي من بقاء المرضى على المدى الطويل بعد زراعة القلب. يعد نموذج زراعة قلب الفأر مثاليا للتحقيق في آلية رفض الطعم الخيفي القلبي في الدراسات قبل السريرية بسبب تماثلها العالي مع الجينات البشرية. سيساعد هذا الفهم في تطوير مناهج فريدة لتحسين بقاء المرضى على المدى الطويل الذين عولجوا بالطعم الخيفي القلبي. في نموذج الفأر ، يتم إجراء زرع قلب المتبرع البطني بشكل شائع مع مفاغرة من طرف إلى طرف إلى الشريان الأورطي للمتلقي والوريد الأجوف السفلي باستخدام الغرز. في هذا النموذج ، يتم زرع قلب المتبرع عن طريق مفاغرة من طرف إلى طرف إلى الشريان السباتي للمتلقي والوريد الوداجي بواسطة تقنية الكفة المعدلة. يتم إجراء جراحة الزرع دون خياطة ، وبالتالي قد تزيد من بقاء المتلقي على قيد الحياة حيث لا يوجد تدخل في إمدادات الدم والارتجاع الوريدي للجزء السفلي من الجسم. سيساعد نموذج الفأر هذا في التحقيق في الآليات الكامنة وراء الرفض المناعي والمرضي (الحاد / المزمن) للطعم الخيفي القلبي.

أصبحت زراعة القلب العلاج القياسي لفشل القلب النهائي. يتم إجراء أكثر من 5500 عملية زرع قلب سنويا في المنظمات المسجلة في إطار الجمعية الدولية لزراعة القلب والرئة. من بين متلقي زراعة القلب الخيفي ، لا يزال معدل الرفض لمدة عام واحد >10٪ ، بينما ارتفع معدل الرفض لمدة 3 سنوات إلى 36٪ ^1,2. ومع ذلك ، لا توجد علاجات وقائية فعالة للمرضى الذين يعانون من رفض الطعم الخيفي القلبي. لذلك ، هناك ما يبرر دراسات النماذج الحيوانية التي توضح الآليات الفسيولوجية الكامنة وراء الرفض المناعي والمرضي للطعم الخيفي القلبي. ستساهم مثل هذه الدراسات في التحقيق في الأهداف الجديدة المطلوبة لتطوير عقاقير فعالة ، والتي من شأنها أن تساعد في منع رفض الطعم الخيفي القلبي وتحسين معدلات البقاء على قيد الحياة لدى هؤلاء المرضى.

تم اقتراح بعض الآليات المناعية والفيزيولوجية المرضية المحتملة لرفض الطعم الخيفي القلبي مؤخرا في دراسات نموذج الفئران لزراعة القلب غير المتجانس^3،4،5. وبالتالي ، أصبحت زراعة القلب غير المتجانسة للفأر نموذجا مثاليا قبل السريري للتحقيق في آليات الرفض المناعي والإصابة المرضية التي تحدث في الطعم الخيفي القلبي بعد زراعة القلب بسبب تماثلها العالي مع الجينات البشرية. المفهوم السائد هو إجراء عملية زرع غير متجانسة في نموذج فأر عن طريق مفاغرة البطن من طرف إلى طرف في الشريان الأورطي المتلقي والوريد الأجوف السفلي باستخدام الغرز ، على غرار التشريح البشري الطبيعي. ومع ذلك ، قد يتداخل هذا الإجراء مع إمدادات الدم للمتلقي والارتجاع الوريدي للجزء السفلي من الجسم⁶. لذلك ، يقترح هنا إجراء زرع قلب غير متجانس معدل في نموذج الفأر.

يتم زرع قلب المتبرع مع الشريان السباتي للمتلقي والوريد الوداجي عن طريق مفاغرة عنق الرحم من طرف إلى طرف باستخدام تقنية الكفة المعدلة. سهل هذا الإجراء المعدل الجدوى الجراحية وضمن بقاء الطعم القلبي دون التدخل في إمدادات الدم والارتجاع الوريدي للجزء السفلي من الجسم.

تم إجراء جميع التجارب على الحيوانات وفقا لدليل رعاية واستخدام المختبر ، الإصدار الثامن ، المجلس القومي للبحوث (الولايات المتحدة) 2011. تمت الموافقة على الإجراءات التي تنطوي على مواضيع حيوانية من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان في مستشفى السرطان بجامعة تشونغتشينغ ، تشونغتشينغ ، الصين. تم استخدام ذكور BALB / c و C57BL / 6 الفئران التي تزن 20-30 جم ، والتي تم الحصول عليها من مصادر تجارية (انظر جدول المواد) ، لدراسة زراعة القلب الخيف. تم استخدام الفئران C57BL / 6 كمتبرعين ومتلقين متزامنين ، بينما كانت الفئران BALB / c بمثابة متلقين خيفيين. يظهر رسم تخطيطي للبروتوكول في الشكل 1.
ملاحظة: جميع المستلزمات المستخدمة أثناء الجراحة ، بما في ذلك الأدوات والمحاليل الجراحية ، معقمة. يلتزم الإجراء الجراحي بمبدأ تقنية التشغيل المعقم.

1. إجراء المستلم

1. تحفيز التخدير العام عن طريق استنشاق 5٪ إيزوفلوران من خلال غرفة تحريض 15 × 10 × 10 سم متصلة بغطاء محرك السيارة (انظر جدول المواد).
2. إصلاح الماوس المستلم على طاولة العمليات مع وسادة التدفئة. الحفاظ على التخدير مع الاستنشاق المستمر للأيزوفلوران 2٪ من خلال قناع الوجه على الأنف والفم.
   ملاحظة: يشير بطء معدل التنفس والإيقاع ، واختفاء منعكس القرنية ، وغياب منعكس الدواسة في أصابع القدم إلى فعالية التخدير.
3. بعد حلق الشعر ، قم بتطهير المنطقة الجراحية بثلاث جولات متناوبة من فرك البوفيدون واليود متبوعا بالكحول. ثم ، شق الجلد 1.5-2 سم بالتوازي مع خط الوسط العنقي من زاوية الفك السفلي اليمنى إلى نهاية الذيل.
4. تشريح ~ 1 سم من الوريد الوداجي الخارجي الأيمن باستخدام مخثر كهربائي وملقط دقيق. قص الوريد في الطرف القريب بمشبك الأوعية الدموية الدقيقة الرضحية واربطه في النهاية البعيدة.
5. مرر الطرف البعيد من الوريد من خلال سوار شائك من مادة البولي يوريثين 22 جم (انظر جدول المواد) بنهاية مائلة وأخاديد سطحية. إصلاح الوريد مع مقبض الكفة باستخدام المشبك الأوعية الدموية الدقيقة.
6. إزالة 8-0 خياطة الربط في النهاية البعيدة ، اقلب التجويف فوق الكفة المعلقة بالشوكة السطحية من الداخل إلى الخارج وثبتها بخياطة جراحية 10-0 في أخاديد السطح.
7. استئصال الغدة تحت اللسان اليمنى لتشكيل حفرة لزرع الطعم القلبي ، وحجز الفص الأيمن من الغدة تحت الفك العلوي والقصية الترقوية اليمنى.
8. تشريح الشريان السباتي المشترك الأيمن ل ~ 1 سم باستخدام ملقط دقيق ، وقص الشريان بمشبك الأوعية الدموية الدقيقة غير الرضحية في النهاية القريبة. في النهاية البعيدة ، اربط الشريان وقطعه.
9. مرر الطرف البعيد للشريان من خلال سوار شائك من مادة البولي يوريثين 26 جم (انظر جدول المواد) بنهاية مخروطية وأخاديد على السطح. ثبت الشريان بمقبض الكفة باستخدام مشبك الأوعية الدموية الدقيقة.
10. قم بإزالة خياطة الربط في الطرف البعيد ، واقلب التجويف من الداخل إلى الخارج فوق الكفة ، وقم بإصلاحه بشوكة سطحية وأخاديد بخياطة جراحية 10-0.
11. بعد تحضير أوعية المتلقي ، قم بإسقاط 100 وحدة دولية / مل من محلول الهيبارين الملحي على الأوعية لمنع تجلط الدم. قم بتغطية شق عنق الرحم بشاش ملحي رطب معقم للزرع اللاحق.

2. إجراء المتبرع

1. استخدم نفس إجراء التخدير (الخطوة 1.1) للفأر المتبرع.
2. حلق شعر البطن باستخدام ماكينة حلاقة كهربائية ، وقم بتطهير المنطقة الجراحية بثلاث جولات متناوبة من فرك البوفيدون واليود متبوعا بالكحول.
3. شق البطن (2-3 سم) بمقص على طول خط الوسط من الارتفاق العاني إلى subxiphoid ، وتوسيع المنطقة المحفورة مع مبصر.
4. تشريح 1 سم من الشريان الأورطي البطني والوريد الأجوف السفلي باستخدام مخثر كهربائي وملقط دقيق ، وإجراء عملية الهيبارين عن طريق حقن 1 مل من محلول ملحي فسيولوجي مكمل ب 250 وحدة دولية / مل من الهيبارين من خلال الوريد الأجوف السفلي. بعد ذلك ، قم باستئصال الشريان الأورطي البطني والوريد الأجوف السفلي.
5. قم باستئصال الصدر على طول الخط الإبطي الأمامي على كلا الجانبين باستخدام مقص جراحي لفصل جدار الصدر. اضرب الوريد الأجوف المتفوق بنتيجة 8-0 خياطة جراحية.
6. أدخل إبرة فروة الرأس في الوريد الأجوف السفلي فوق الكبدي. بعد ذلك ، قم بحقن محلول ملحي فسيولوجي مثلج مع 100 وحدة دولية / مل من الهيبارين من خلال إبرة فروة الرأس من الوريد الأجوف السفلي فوق الكبدي لتغذية قلب المتبرع حتى يتلاشى لون الدم.
7. أعد تغذية قلب المتبرع ب 2-3 مل من محلول الهيستيدين والتربتوفان والكيتوغلوتارات (HTK) المثلج (انظر جدول المواد) باستخدام إبرة فروة الرأس من قوس الأبهر لحماية عضلة القلب المانحة. متوسط وقت نقص التروية الدافئ هو 5 دقائق.
8. اربط الوريد الأجوف العلوي والسفلي والوريد الرئوي بخياطة جراحية 5-0. تشريح وقطع الشريان الأورطي والشريان الرئوي المتبرع قبل تفرعهما. بعد ذلك ، قسم الوريد الأجوف العلوي والسفلي والوريد الرئوي لإزالة قلب المتبرع.

3. زرع

1. زرع قلب المتبرع في جيب عنق الرحم للفأر المتلقي في وضع مقلوب.
2. اسحب الكفة مع الوريد الوداجي المتلقي الدائم إلى تجويف الشريان الرئوي المتبرع لإجراء مفاغرة من طرف إلى طرف للشريان الرئوي المتبرع إلى الوريد الوداجي الخارجي المتلقي. اربط الكفة باستخدام الأخاديد الموجودة على السطح من خلال خياطة جراحية 10-0 لإصلاح مفاغرة.
3. استخدم إجراء مشابها للمفاغرة من طرف إلى طرف للشريان الأورطي المتبرع بالشريان السباتي المتلقي.
4. حرر المشبك الوعائي الدقيق اللارضحي للوريد الوداجي متبوعا بالشريان السباتي لإعادة تغذية قلب المتبرع. متوسط وقت نقص تروية البرد هو 15 دقيقة.
5. إصلاح الطعم القلبي وخياطته بشكل صحيح لمنع التواء الكسب غير المشروع.
6. أغلق شق عنق الرحم بخيوط مستمرة باستخدام خياطة أحادية الشعيرات من مادة البولي أميد 5-0 (انظر جدول المواد).
   ملاحظة: قم بإزالة الخيط بعد التئام الجرح تماما.
7. احتفظ بالماوس المستلم داخل قفص دافئ وجاف ونظيف حتى يتعافى من التخدير.
   ملاحظة: يستغرق التعافي من 5 إلى 10 دقائق.
8. حقن البوبرينورفين (0.05 ملغم / كغم) تحت الجلد في الفأر المتلقي كل 6 ساعات لمدة 48 ساعة لتسكين ما بعد الجراحة.
   ملاحظة: تم تحسين جرعة التسكين لهذه الدراسة. ومع ذلك ، يمكن تمديد / تعديل نظام التسكين إذا كان هناك أي علامة على الألم وفقا للإرشادات المؤسسية لاستخدام الحيوانات.

في نموذج زرع القلب غير المتجانس لعنق الرحم في الفأر ، كان معدل بقاء الفئران المتلقية حوالي 95.2٪ (نجا 20 من أصل 21 فأرا). كان السبب الرئيسي للوفاة هو نزيف ما بعد الجراحة. يعمل نبضات القلب السريعة ذات الإيقاع المنتظم كمؤشر على بقاء قلب المتبرع المزروع.

كانت الفئران C57BL / 6 و BALB / c من أنواع MHC (H-2b) و MHC (H-2d) في هذا النموذج ، على التوالي ^7,8. تختلف هاتان السلالتان عن طريق H-2 ، مما يسبب الرفض الحاد بوساطة الخلايا التائية⁹. من بين جميع الطعم الخيفي القلبي ، فقد 62.5٪ في غضون 7 أيام بعد الزرع ، كما تم تقييمه عن طريق جس ضربات القلب. فقدت جميع الطعم الخيفي القلبي في غضون 8 أيام بعد الزرع. في المقابل ، نجت جميع عمليات زرع القلب متساوية الجينات لأكثر من 4 أسابيع (الشكل 2). تم قتل الفئران التي نجت بعد 4 أسابيع عن طريق استنشاق CO₂.

الشكل 1: رسم تخطيطي لنموذج زراعة القلب غير المتجانس لعنق الرحم الفأر. (أ) بروتوكول إعداد المتلقي: بعد قص الشريان السباتي المشترك والوريد الوداجي الخارجي في الطرف القريب ، يتم تثبيت تجويف الأوعية الدموية للأوعية وتثبيته بعد المرور عبر الكفة الشائكة ذات النهاية المخروطية والأخاديد على السطح. يظهر المربع المتقطع هيكل الكفة واستخدامها. (ب) استئصال قلب المتبرع: بعد تروية قلب المتبرع بالهيبارين ومحلول HTK من الوريد الأجوف السفلي والشريان الأورطي ، يتم ربط الوريد الأجوف العلوي والسفلي والوريد الرئوي بالغرز. ثم يتم استئصال قلب المتبرع عن طريق شق الأوعية الدموية. ج: غرس قلب المتبرع. يتم مفاغرة الشريان الرئوي والشريان الأورطي للمتبرع إلى الوريد الوداجي الخارجي للمتلقي ، والشريان السباتي عبر الكفة مع قلب الأوعية الدموية للمتلقي من الداخل إلى الخارج في نمط من طرف إلى طرف. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: منحنى البقاء على قيد الحياة للطعوم القلبية. يظهر منحنى البقاء على قيد الحياة للطعوم القلبية أن عمليات زرع القلب الخيفي تضيع في غضون 8 أيام بعد الزرع ، والتي تم تقييمها عن طريق ملامسة ضربات القلب. خضع ما مجموعه 10 فئران متلقية لعملية زرع قلب عنق الرحم غير المتجانسة المعدلة في كل مجموعة. نجت جميع عمليات زرع القلب متساوية الجينات لأكثر من 4 أسابيع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: مقارنة بين تقنيات زراعة القلب. تم تعديل تقنية زرع القلب غير المتجانسة الحالية لعنق الرحم من Oberhuber، R. et ^al.10 وتمتلك مزايا إضافية لبقاء الكسب غير المشروع القلبي.

يساهم نموذج زراعة قلب الفأر في التحقيق في آليات الرفض بعد زراعة القلب ، مما يساهم في تطوير مناهج فريدة لتحسين البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل لمتلقي الطعم الخيفي القلبي. ومع ذلك ، فإن زراعة القلب في الفئران مهمة معقدة وصعبة ، وتتطلب مستوى عال من تقنيات الجراحة المجهرية ، خاصة في مفاغرة الأوعية الدموية¹¹،^12،13. يتم إجراء نموذج زرع القلب غير المتجانس في بطن الفأر باستخدام غرز عن طريق مفاغرة الشريان الأورطي المتبرع والشريان الرئوي إلى الشريان الأورطي المتلقي والوريد الأجوف السفلي. يجب حظر الشريان الأورطي والوريد الأجوف السفلي للمتلقي في هذه العملية. لذلك ، يمكن أن يؤدي نقص تروية الجزء السفلي من الجسم وتجلط الوريد الأجوف السفلي إلى زيادة إعاقة وموت الفئران المتلقية. لتقليل صعوبات مفاغرة الأوعية الدموية أثناء الزرع ، قدم Matsuura et al. لأول مرة نموذج زرع قلب عنق الرحم في الفئران باستخدام تقنية الكفة في 1991¹⁴. في هذا النموذج ، زاد مفاغرة الأوعية التي تشبه الأكمام عن طريق الربط بالكفة من كفاءة المفاغرة. على عكس مفاغرة الأوعية ذات الغرز في نموذج فأر زرع القلب البطني ، فقد قلل من احتمال النزيف بعد العملية. لذلك ، أدى تحسين كفاءة المفاغرة إلى تقليل وقت نقص تروية عضلة القلب وزيادة معدل بقاء الطعوم القلبية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن زرع عنق الرحم لقلب المتبرع لا يقطع الدورة الدموية للشريان الأورطي المتلقي والوريد الأجوف السفلي مقارنة بزرع البطن¹⁵ ؛ لذلك ، يتم زيادة بقاء الفئران المتلقية.

تم وصف نموذج تجريبي فريد لزرع القلب غير المتجانس للفأر هنا ، أنشأه روبرت أوبرهوبر وآخرون .¹⁰. يتضمن الإجراء مفاغرة عنق الرحم من طرف إلى طرف للشريان الأورطي المتبرع والشريان الرئوي إلى الشريان السباتي المتلقي والوريد الوداجي ، بعد تقنية الكفة المعدلة. في هذا النموذج ، لا تتداخل الدورة الدموية الجهازية للفئران المتلقية مع¹⁰ ، وقد تم اختراق قلب المتبرع من الوريد الأجوف السفلي والشريان الأورطي باستخدام محاليل الهيبارين و HTK لتحسين حماية عضلة القلب. ومع ذلك ، اختلف المكون الحاسم لهذا النموذج عن عنصر Oberhuber et al.10 ، الذي استخدم الكفة الشائكة المعدلة ذات النهاية المخروطية والأخاديد المشابهة لتلك الموجودة في Finsterer et ^al.16. تسهل النهاية المخروطية عملية تشبه الأكمام من تجويف الأوعية الدموية. تسهل الأخاديد الموجودة على السطح تثبيت جدران الأوعية الدموية ذات الكفة باستخدام الغرز ، وتقلل الشوكة الموجودة خارج الكفة من انزلاق جدران الأوعية المفاغرة من الكفة (الشكل 1). تعمل هذه التعديلات على تقصير وقت الجراحة بنسبة 20٪ وتحسين كفاءة زرع الطعوم القلبية وبقائها. علاوة على ذلك ، يتم إنتاج الكفة الشائكة المعدلة من قسطرة البولي يوريثين الأكثر شيوعا المستخدمة في الوخز بالإبر في فروة الرأس ، مما يقلل بشكل كبير من تكلفة الإجراء. تظهر مقارنة بين التقنية الحالية وتقنية Oberhuber et ^al.10 في الجدول 1.

يجب ملاحظة الميزات الفريدة لهذا النموذج. أولا ، طول وعيار الكفة ضروريان لنجاح مفاغرة. كان الطول المناسب للصفعة ~ 3 مم بمقبض (1 مم) (الشكل 1). العيار المناسب للصفعة هو 26 جم و 22 جم للشريان والأوردة ، على التوالي. قد يؤدي الطول والعيار غير المناسبين للصفعة إلى التواء أو توتر مفرط للأوعية المفاغرة. ثانيا ، الأطوال المناسبة لأوعية المتلقي هي 1.5 إلى 2 طية من الكفة. ثالثا ، لا يتغلغل قلب المتبرع بالضغط المفرط ، مما قد يؤدي إلى إتلاف الكسب غير المشروع. رابعا ، يتم تثبيت الطعم القلبي ، ويتم مفاغرة الكفة في وضع مناسب عن طريق الخياطة بعد الزرع لتجنب حركة أو التواء الأوعية أو الطعوم المفاغرة. خامسا ، يساهم الحفاظ على الغدة تحت الفك العلوي والقصية الترقوية الخشائية في تقليل دوران أو التواء الأوعية المفاغرة أو الكسب غير المشروع عند استئصال الغدة تحت اللسان اليمنى لإنتاج حفرة للطعم القلبي. سادسا ، لتسهيل عملية التكميم الشبيه بالتجويف الوعائي وتقليل تجلط الدم بعد الجراحة ، يمكن توفير محلول الهيبارين (100 وحدة دولية / مل) للأوعية المفاغرة أثناء إجراء مفاغرة.

تسهل تقنية الكفة هذه مفاغرة الأوعية المانحة والمتلقية أثناء الزرع. ومع ذلك ، فإن صلابة الكفة قد تزيد بدورها من خطر التواء الأوعية المفاغرة ، مما يؤدي إلى زيادة تجلط الدم بعد الزرع. هناك ما يبرر تحسين مادة الكفة لتقليل المضاعفات وزيادة بقاء الكسب غير المشروع وزيادة معدل استخدام النماذج في التجارب اللاحقة. علاوة على ذلك ، قد تحد الندبة الليفية للقطع من مساحة الطعم القلبي وتؤثر على بقائه على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك ، قد يتداخل طرد الطعم القلبي مع تدفق الدم الديناميكي الطبيعي للفئران المتلقية. أخيرا ، هذا النموذج غير وظيفي ولا يمكن استخدامه لتقييم وظيفة القلب للطعوم. ومع ذلك ، توفر هذه الدراسة المعرفة المتعلقة بالوظائف المناعية والمرضية لزراعة القلب.

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (81870304) إلى جون لي.