Method Article
מודל השתלת קנה הנשימה התוך-ריאתי (IPTT) הוא בעל ערך לחקר מחלת דרכי הנשימה לאחר השתלת ריאות. הוא מציע תובנות לגבי התנהגות אימונולוגית ואנגיוגנית ספציפית לריאות במחיקת דרכי הנשימה לאחר השתלה עם יכולת שחזור גבוהה. כאן, אנו מתארים את הליך IPTT ואת התוצאות הצפויות שלו.
השתלת קנה נשימה תוך ריאתי (IPTT) משמשת כמודל של מחלת דרכי נשימה מוחקת (OAD) לאחר השתלת ריאות. מודל זה, שדווח לראשונה על ידי הצוות שלנו, זכה לשימוש במחקר של OAD בשל יכולת השחזור הטכנית הגבוהה שלו והתאמתו לחקר התנהגויות אימונולוגיות והתערבויות טיפוליות.
במודל IPTT, שתל קנה הנשימה של מכרסם מוכנס ישירות לריאה של המקבל דרך הצדר. מודל זה שונה ממודל השתלת קנה הנשימה ההטרוטופית (HTT), שבו השתלים מושתלים באתרים תת-עוריים או אומנטאליים, וממודל השתלת קנה הנשימה האורתוטופית (OTT) שבו קנה הנשימה התורם מחליף את קנה הנשימה של המושתל.
יישום מוצלח של מודל IPTT דורש מיומנויות הרדמה וכירורגיה מתקדמות. מיומנויות ההרדמה כוללות אינטובציה אנדוטרכאלית של המושתל, הגדרת פרמטרים מתאימים להנשמה ואקסטובציה מתוזמנת כראוי לאחר התאוששות מהרדמה. מיומנויות כירורגיות חיוניות למיקום מדויק של השתל בתוך הריאה ולהבטחת איטום יעיל של הצדר הקרבי למניעת דליפת אוויר ודימום. באופן כללי, תהליך הלמידה אורך כחודשיים.
בניגוד למודלים HTT ו-OTT, במודל IPTT, נתיב האוויר allograft מפתח מחיקה של דרכי הנשימה במיקרו-סביבה הריאה הרלוונטית. זה מאפשר לחוקרים לחקור תהליכים אימונולוגיים ואנגיוגניים ספציפיים לריאות המעורבים במחיקת דרכי הנשימה לאחר השתלת ריאות. יתר על כן, מודל זה ייחודי גם בכך שהוא מציג איברי לימפה שלישוניים (TLOs), אשר נראים גם allografts ריאות האדם. TLOs מורכבים מאוכלוסיות תאי T ו- B ומאופיינים בנוכחות של ורידי אנדותל גבוהים המכוונים את גיוס תאי החיסון; לכן, הם עשויים לשחק תפקיד מכריע בקבלה ודחייה של השתל. אנו מסיקים כי מודל IPTT הוא כלי שימושי לחקר מסלולים חיסוניים ופרופברוטיים תוך ריאתיים המעורבים בהתפתחות של מחיקת דרכי הנשימה באלוגרפט השתלת ריאות.
השתלת ריאות נקבעה כטיפול יעיל לחולים עם מחלות נשימה סופניות. עם זאת, שיעור ההישרדות החציוני של מושתלי ריאות אנושיים הוא רק כ -6 שנים, עם התפתחות של ברונכיוליטיס מוחק (OB), סוג של מחלת דרכי נשימה חסימתית (OAD), להיות הגורם העיקרי למוות לאחר השנה הראשונה לאחר ההשתלה1.
מספר מודלים של בעלי חיים שימשו כדי לחקור את המנגנון העומד בבסיס OAD. מודל אחד כזה הוא מודל2 להשתלת קנה נשימה הטרוטופית (HTT). במודל זה, שתלי קנה הנשימה מושתלים ברקמה התת עורית או באומנטום של הנמען. איבוד איסכמי של תאי אפיתל שתל קנה הנשימה מתרחש, ואחריו הסננה לימפוציטים alloreactive ואפופטוזיס של תאי אפיתל תורם. פיברובלסטים ומיופיברובלסטים נודדים סביב קנה הנשימה ומייצרים מטריצה חוץ-תאית. לבסוף, מחיקה סיבית מלאה של לומן דרכי הנשימה מתרחשת. דגם HTT הוא פשוט מבחינה טכנית, מספק סביבת in vivo ומציע יכולת שחזור גבוהה.
מודל נוסף לחקר OAD הוא מודל השתלת קנה הנשימה האורתוטופית של חולדה (OTT), שבו השתלות קנה הנשימה משולבות בקנה הנשימה של המושתל כדי לשמור על אוורור פיזיולוגי3. במודל זה, דלדול תאי אפיתל מתורם כתוצאה מאיסכמיה גורם להחלפתם בתאי אפיתל מושתלים בתוך קנה הנשימה, ויוצר נתיב אוויר ללא הפרעה המלווה בפיברוזיס מתון. למרות שמודלים אלה תרמו להבנת מחיקת דרכי הנשימה לאחר השתלת ריאות, יש להם מגבלות במונחים של שחזור של מיקרו-סביבה פרנכימלית של הריאה.
קבוצת המחקר שלנו הציגה את מודל השתלת קנה הנשימה התוך-ריאתי של חולדה (IPTT), שבו השתלות קנה הנשימה מושתלות בריאה4 של המושתל (איור 1). מודל IPTT מציג מחיקה סיבית של לומן דרכי הנשימה המתרחשת בתוך מיקרו-סביבת הריאה. יתר על כן, הוא יושם בהצלחה על עכברים שהם מאתגרים יותר מבחינה טכנית מאשר חולדה IPTT 5,6,7,8,9,10. התאמה זו של מודל ה- IPTT של מורין אפשרה לנו להעמיק בפרטים המורכבים של הסביבה החיסונית הריאה של OAD לאחר השתלת ריאות באמצעות עכברים טרנסגניים.
מודל IPTT בעל כמה תכונות ייחודיות. האחת היא ניאואנגיוגנזה, אשר מתאפשרת על ידי מחזור הדם הריאתי וממלאת תפקיד מכריע במחיקת דרכי הנשימה 4,10. בנוסף, מודל IPTT מציג אגרגטים לימפואידים, שלחלקם יש ורידי אנדותל גבוהים המבטאים כתובת קשרית היקפית, מה שמצביע על כך שהם איברי לימפה שלישוניים (TLOs)7,8. TLOs דומים לבלוטות לימפה ומורכבים מתאי T, תאי B, ולעתים קרובות, מרכז נבט המלווה בתאים דנדריטיים פוליקולריים11,12. TLOs דווחו במחלות דלקתיות כרוניות שונות, כולל מחיקת דרכי הנשימה, מה שהופך את מודל IPTT מתאים לחקר התפקיד של TLOs בהשמדת דרכי הנשימה 7,8,11,12,13. מאמר זה מציג את המתודולוגיה של מודל ה-IPTT של מורין, במטרה להכיר לחוקרים מודל זה ולאפשר מחקרים נוספים על מחיקת דרכי הנשימה לאחר השתלת ריאות.
כל בעלי החיים טופלו בהתאם להנחיות שנקבעו על ידי המועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים במדריך לטיפול ושימוש בחיות ניסוי. פרוטוקול הניסוי אושר על ידי ועדת הטיפול בבעלי חיים של מכון המחקר של בית החולים הכללי בטורונטו, רשת הבריאות האוניברסיטאית.
1. ניתוח תורם
הערה: עכברי BALB/c משמשים כדוגמה לתורמים לניסוי. כל ההליכים חייבים להתבצע תוך שימוש בטכניקה סטרילית.
2. ניתוח מושתל
הערה: עכברי C57BL/6 משמשים כדוגמה למושתלים עבור הניסוי.
3. איסוף דגימות מעכברים מושתלים
בהתבסס על הניסיון שלנו, מיומנות במודל זה דורשת בדרך כלל כחודשיים של הכשרה. לאחר השגת מיומנות, הליכי התורם דורשים בדרך כלל 15 דקות, בעוד שהליכי המקבל דורשים כ -30 דקות. שיעור התמותה הצפוי למפעיל מיומן הוא 0%.
באיור 4A, אלוגרפט קנה הנשימה מציג חסימה מוחלטת עם רקמה פיברובלסטית, ותאי האפיתל נהרסים באופן גלוי. לעומת זאת, באיור 4B, איזוגרפט קנה הנשימה נשאר פטנט, ותאי האפיתל נשמרים.
איור 5 מדגים ריאה שבה הושתל אלוגרפט קנה הנשימה, מה שמראה נוכחות של אגרגטים לימפואידים.
איור 1: דיאגרמה של מודל השתלת קנה הנשימה התוך-ריאתי של מורין. אלוגרפט קנה הנשימה מופק מעכבר תורם. אלוגרפט קנה הנשימה נטען לתוך קטטר. אלוגרפט קנה הנשימה מושתל בריאה של מושתל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: מיקום המושתל במהלך הניתוח. העכבר ממוקם במצב decubitus לרוחב ימין. ראשו של העכבר המושתל מופנה הרחק מהמנתח והזנב פונה למנתח. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: צנתר להחדרת קנה הנשימה והמחשת כיוון החדרת שתל קנה הנשימה. (A) הצנתר להחדרת קנה הנשימה. לצנתר החיצוני יש קצה חד (שמאל), ואילו לצנתר הפנימי יש קצה קהה (מימין). (B) שילוב של צנתרים חיצוניים ופנימיים. הצנתר הפנימי בולט מעט מהקטטר החיצוני. (ג,ד) העמסת קנה הנשימה התורם לתוך הצנתר. הסוגר האדום מציין את השתל קנה הנשימה. (E) השתלת קנה הנשימה בתוך הצנתר. הסוגר האדום מציין את השתל קנה הנשימה. (F) הוצאת שתל קנה הנשימה הפנימי באמצעות הצנתר הפנימי כ"דוחף". הסוגר האדום מציין את השתל קנה הנשימה. (ז, ח) סימולציה של כיוון מיקום השתל קנה הנשימה. (ט,י) יצירת המסלול באמצעות מחט 22 גרם. העומק צריך להתאים מאוד לאורך של allograft קנה הנשימה. כיוון המחט צריך להיות הפוך מהמנתח ומקביל למשטח השולחן. אתר הניקוב הנכון מסומן בנקודה האדומה. זווית ההכנסה המתאימה מסומנת על ידי העיגול הכחול. זוויות שגויות מסומנות על ידי צלבים אדומים. (יא,ל) סגירת אתר ההזרקה pleural עם קליפ. קווים שחורים מייצגים קליפים. נקודה אדומה מייצגת את אתר הניקוב. העיגול הכחול מציין את נקודת החיתוך הנכונה. צלבים אדומים מציינים נקודות חיתוך שגויות. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: היסטופתולוגיה 28 יום לאחר השתלת ריאות. (A) H&E (משמאל) ו-Masson's Trichrome (מימין) תמונות מוכתמות של אלוגרפט קנה הנשימה (תורם: BALB/c, מושתל: C57BL/6). לומן האלוגרפט מוסתר בקולגן וברקמה סיבית המוכתמת בכחול על ידי ראש חץ שחור של מאסון. בנוסף, תאי האפיתל אבדו (ראשי חץ כחולים). (B) H&E (משמאל) ו-Masson's Trichrome (מימין) תמונות מוכתמות של איזוגרפט קנה הנשימה. בניגוד לאלוגרפט, לומן האיזוגרפט (תורם, מקבל: C57BL/6) נשאר פתוח, ותאי האפיתל נשמרים. רקמה מוכתמת היא ריר. פסי קנה מידה = 500 מיקרומטר. קיצור: H&E = המטוקסילין ואוזין. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: אגרגטים לימפואידים בריאה עם אלוגרפט קנה הנשימה המושתל. (A) תמונה מוכתמת H&E של ריאה עם אלוגרפט קנה נשימה מושתל באתרו. אגרגטים לימפואידים (חצים שחורים) נצפים בתוך רקמת הריאה. סרגל קנה מידה = 500 מיקרומטר. (B) תמונת אימונופלואורסנציה של צבר לימפה, המדגישה את נוכחותם של תאי B (B220, אדום), תאי T (CD3, ירוק) וגרעינים (DAPI, כחול). סרגל קנה מידה = 100 מיקרומטר. קיצורים: H&E = hematoxylin ו eosin; DAPI = 4',6-diamidino-2-phenylindole. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הליך IPTT murine כולל שלבים קריטיים. לגבי הרדמה, השלב המכריע הראשון הוא אינטובציה אנדוטרכאלית. זה חיוני להחזיק את העכבר בגובה מתאים עם רגליו על השולחן כדי לדמיין את מיתרי הקול להקל על אינטובציה מיידית. בנוסף, יש צורך בנפח נשימה זהיר ובהתאמת לחץ סוף תפוגה חיובי (PEEP). בדרך כלל, נפח נשימה של 500 μL ו- PEEP של 2 cmH2O מספיקים לעכברים במשקל 25-30 גרם. עם זאת, עכברים מושתלים גדולים יותר עשויים לחוות אפיזודות "שיהוק", המעידות על מחסור בחמצן. במקרים כאלה, ייתכן שיהיה צורך להגדיל את נפח הנשימה, PEEP, ולהדק באופן זמני את צינור התפוגה כדי לגייס את הריאה. אם השיהוקים נמשכים, יש להתאים את עומק צינור קנה הנשימה. לבסוף, העיתוי של אקסטובציה של צינור קנה הנשימה הוא קריטי, ואישור קצב הנשימה של המקבל חיוני כדי להבטיח התאוששות מספקת. כישלון בכך עלול לגרום לתמותה לאחר אקסטובציה.
לגבי ההליך הכירורגי, מיקום נכון של קנה הנשימה המושתל הוא קריטי. יש צורך בהדמיה של כיוון המחט המתאים כדי למקם במדויק את שתל קנה הנשימה (איור 3G). אם הנתיב רדוד מדי, שתל קנה הנשימה עלול לחדור לצדר, בעוד החדרתו עמוק מדי עלולה להוביל לניקוב כלי הריאה ולדימום חמור. שלב קריטי נוסף הוא הבטחת איטום מדויק של נקודת ההחדרה על-ידי קיבוע מאובטח של החתך הפלאורלי שלתוכו הוכנס האלוגרפט של קנה הנשימה באמצעות תפס נירוסטה (איור 3H). איטום לא מספיק עלול לגרום לדליפת אוויר, מה שעלול לגרום לתמותה של מושתל לאחר סגירת החזה.
בעוד מודל IPTT מציע כמה יתרונות, כגון פשטות יחסית, יכולת שחזור גבוהה, וסביבה אימונולוגית דומה לזו שנצפתה בהשתלות ריאה, יש לו כמה מגבלות. allografts קנה הנשימה במודל IPTT שונים מהמצב הקליני, שבו OB מתרחשת בדרכי הנשימה הקטנות. יתר על כן, במודל IPTT אי-התאמה גדול זה של קומפלקס היסטו-תאימות (MHC), אלוגרפט קנה הנשימה חסום לחלוטין עם רקמה פיברובלסטית, בניגוד ל- OAD קליני שבו חסימת רקמות פיברובלסטיות היא בדרך כלל חלקית. כדי לטפל בבעיה זו, שילוב זנים אחר (אי התאמה מינורית או גדולה שונה) עשוי לשמש עבור IPTT (בהתאם למחקר המיועד), מכיוון שהוא עלול לגרום לתגובה אלואימונית מתונה יותר ולחסימת רקמות פיברובלסטיות מתונה יותר בהשוואה לשילוב BALB/c-to-C57BL/6. לא ידוע לנו על מחקרים שפורסמו הבוחנים שילובי זנים שונים, ולכן אפשרות זו תצטרך להיבחן אמפירית.
לבסוף, זהו שתל לא וסקולרי, בדומה לדגמי HTT ו- OTT. כדי להתמודד עם מגבלה זו, ניתן להשתמש בהשתלת ריאות אורתוטופית (OLT)14. עם זאת, התפתחות פתולוגיה דמוית OAD השתנתה במודל OLT העכבר 15,16,17. בהתחשב בפשטות היחסית של מודל IPTT וביכולת השחזור שלו בהשוואה ל-OLT, זה עדיין מודל סביר לחקור את המנגנונים של OAD הקשור להשתלה. לסיכום, מודל IPTT משמש כמודל מחקרי שימושי לחקר מסלולים חיסוניים ופרופברוטיים תוך ריאתיים המעורבים בהתפתחות מחיקת דרכי הנשימה לאחר השתלת ריאות.
למחברי כתב היד הזה אין ניגודי עניינים לחשוף.
המחברים רוצים להודות לג'רום ואלרו על עריכת כתב היד הזה. איור 1 ואיור 3I,J,L נוצרו עם BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BALB/cJ | The Jackson Laboratory | 8-10 weeks 25-30 g | Male, Donor |
BD 1 mL Syringe | Becton Dickinson | 309659 | |
BD PrecisionGlide Needle Aiguile BD PrecisionGlide | Becton Dickinson | 305122 | |
Bovie Change-A-Tip Deluxe High-Temperture | Bovie | DEL1 | |
C57BL/6J | The Jackson Laboratory | 8-10 weeks 25-30 g | Male, Recipient |
Dumont #5/45 Forceps | F·S·T | 11251-35 | |
Ethicon Ligaclip Multiple -Clip Appliers- | Ethicon | LX107 | |
Extra Fine Graefe Forceps | F·S·T | 11150-10 | |
Glover Bulldog Clamp | Integra | 320-127 | |
Halsted-Mosquito Hemostats | F·S·T | 13009-12 | |
Horizon Titanium Ligating Clips | Teleflex | 001201 | |
Leica M651 Manual surgical microscope for microsurgical procedures | Leica | ||
Magnetix Fixator with spring lock | CD+ LABS | ACD-001 | |
Microsurgical Scissor | Jarit | 277-051 | |
Mouse and Perinatal Rat Ventilator Model 687 | Harvard | 55-0001 | |
Perfadex Plus | XVIVO | 19850 | |
Retractor Tip Blunt - 2.5 mm | CD+ LABS | ACD-011 | |
small animal table | CD+ LABS | ACD-003 | |
Surgipro Blue 24" CV-1 Taper, Double Armed | Covidien | VP702X | |
Systane ointment | Alconn | 1444062 | |
System Elastomer | CD+ LABS | ACD-007 | |
Terumo Surflo IV Catheter, 20 G x 1 in | Terumo Medical Corporation | SR-OX2025CA | |
VMT table Top | benson | 91803300 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved