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ここでは、転帰の改善に役立つラット肺移植モデルの最適化を提示します。体重に基づくカフのサイズガイド、4番目の 肋間腔を確認するための測定戦略、創傷閉鎖とBAL(気管支肺胞洗浄)液および組織の収集方法を提供します。
ラット肺移植の経験から、改善すべきいくつかの領域が見つかりました。肺静脈(PV)、肺動脈(PA)、気管支(Br)の適切なカフサイズを選択する方法に関する既存の文献の情報はさまざまであるため、ラット肺移植中の適切なカフサイズの決定は試行錯誤の練習になります。血管や気管支のサイズに適した最小の効果的なカフを使用するようにカフ技術を標準化することにより、移植手順をより安全に、より速く、より成功させることができます。PV、PA、Brの直径はラットの体重に関連しているため、体重ベースのガイドを使用して適切なサイズを選択するための戦略を提示します。肺容量は体重にも関係しているため、温虚血中のドナー肺膨張の適切な空気量、および気管支肺胞洗浄(BAL)液採取中に点滴されるPBSの適切な量を選択する際にも、この関係を考慮することをお勧めします。また、4番目の 肋間腔解離、創傷閉鎖、およびネイティブローブと移植ローブの両方からのサンプル収集の方法についても説明します。
30年以上にわたり、研究者はラット肺移植モデルを修正および改善して、生成されたデータがより一貫性があり、実際の臨床状態をより反映するようにしてきました。このモデルを実行する私たちの研究室では、吻合のためのカフ技術、レシピエントの4番目の 肋間腔の特定、レシピエントの手順中の肺の膨張と創傷閉鎖、および分析のためのサンプルの採取の4つの改善領域を決定しました。
吻合のためのカフ技術の修正は、ドナー肺1,2,3,4,5,6の取り扱い時間を短縮し、吻合手順をマイクロ外科医にとってより速く、技術的に容易にすることにより、移植手順全体を改善できます。移植された肺に必要な血液と気流を供給するために適切なサイズのカフを使用することが重要ですが、肺静脈(PV)、肺動脈(PA)、または気管支(Br)のカフのサイズを選択する方法に関するガイダンスは限られています5,7,8,9。PV、PA、およびBrの直径はドナーおよびレシピエントラットの体重に関連しているため、カフのサイズは体重に基づくことを提案します。このレポートは、移植された肺への血液と空気の供給を最適化するのに役立つラットの体重(180 gから270 g以上)に基づくカフのサイズガイドを提供します(表1)。
新しいマイクロ外科医は、ドナーの手順中にドナーの肺を正常に簡単に調達できますが、レシピエントの手順中に肺を移植することはより複雑であり、マイクロサージャスターの経験に依存します。レシピエントの左肺にアクセスするための4番目の肋間腔を見つける試みは、ある程度の主観を保持し、手順時間を増加させる可能性のあるより困難なステップの1つです。そこで、胸部測定と心臓の動悸を用いて、4,5,6,10,11,12を解剖する正しい胸壁領域を見つけることにより、4番目の肋間腔の位置の特定を支援する簡単で客観的な方法を紹介します。
また、臓器の損傷の原因となる可能性のあるドナー肺の膨張の改善を提案します。ドナー肺は、再灌流が始まるまで収縮します。4番目の肋間腔を縫合している間、ドナー肺は、PEEPを2cmH2Oから6cmH2Oに増加させることによって一般的に膨張する。過膨張による肺損傷を最小限に抑えるために、単純な二重結び目で5番目の肋骨よりも下の4番目の肋骨の周りに3つの6-0ナイロン縫合糸を配置する技術を提案する。創傷閉鎖の時間になると、3つの縫合糸の端部を両手で止血剤で保持し、両側を引き上げて創傷を一度に閉じ、PEEPを直ちに2cmH2Oに縮小する。このようにして、肺は可能な限り短い時間拡張することができます10。
実験の終わりに、研究者はしばしば各移植からの多くの種類の分析のために多くの種類のサンプルを収集したいと考えています。たとえば、スナップ凍結組織、ホルマリン固定組織、肺水腫を決定するための湿潤重量比に対する組織、および気管支肺ベラ洗浄(BAL)液はすべて、移植がどれだけうまくいったかを評価するために使用できます。BAL流体を収集する従来の方法では、レシピエントのネイティブローブとドナーの移植ローブの両方から混合プールサンプルが可能になります13、14、15。これを克服するために、移植された肺とネイティブの肺の状態をより正確に把握できる肺門領域をクランプする方法を提示します。さらに、BAL液には濃度で測定されるサイトカインやケモカインなどの多数の可溶性因子が含まれているため、肺の両側からBAL液を収集するために使用されるPBSの量を考慮することが重要です。点滴された液体の量を肺活量の推定量に正規化すると、比較に役立ちます。右側に4つの葉があり、左側に1つの葉があり、ラットの5つの葉のそれぞれは、異なる体積と表面積を持っています16。Backerらによる肺葉の体積測定に関する以前の研究によると、肺全体の総体積のうち、右葉の体積は63%(4400 mm3)であり、左葉は37%(2500 mm3)です。したがって、BAL液の収集に使用されるPBSの量は、一回換気量(7.2 mL / kg)の2倍に右肺で63%、左肺で37%を掛けて計算することをお勧めします。このアプローチを使用することにより、体重やタイミング10,16などの変数をより適切に制御できます。
全体として、このレポートでは、ラット肺移植の標準実験モデルにいくつかの変更を加えて、手順をより効率的にし、各実験からより正確で豊富なデータを生成する能力を高めることを示します。
雄のSprague-Dawleyラット(体重180〜270 g)を商業的に購入し(例えば、Envigo)、オハイオ州立大学動物施設で病原体のない条件下で飼育した。すべての手順は、NIHおよび実験動物の人道的ケアと使用のための国立研究評議会のガイドに従って、オハイオ州立大学施設動物管理および使用委員会(IACUCプロトコル#2012A00000135-R2)の承認を得て人道的に実行されました。
1. 初期設定
2.ドナーラットの準備
3.ドナー肺温虚血と調達
4.レシピエントラットの準備
5.吻合
6.再灌流
7. 実験検体(血漿、肺組織)の採取
肺水腫を測定するために、湿潤対乾燥重量比を計算した。ドナーの在来葉、移植葉、およびレシピエントの在来葉をプロトコルに記載されているように収集し、湿重量について直ちに秤量し、60°Cで48時間乾燥させた後、乾燥重量について再度秤量した。湿潤重量比と乾燥重量比の増加は、肺水腫を示しています。.私たちの結果は、移植された葉は、ドナーまたはレシピエントのネイティブ葉と比較して、湿潤重量と乾燥重量比が有意に増加したことを示しています(p = 0.0050、n = 6 /グループ; 図11)。
カフの血管カテーテルサイズ | |||
ラット体重(g) | お父さん | Br | 太陽光発電 |
180-200 | 20グラム | 18グラム | 16グラム |
200-230 | 18グラム | 16グラム | 14グラム |
230-250 | 18グラム | 14グラム | 14グラム |
250-270 | 18グラム | 14グラム | 12 - 14 グラム |
270以上 | 16グラム | 14グラム | 12グラム |
表 1.袖口のサイズガイド。 肺動脈(PA)、気管支(Br)、または肺静脈(PV)のサイズは体重に関連しています。体重と作成するカフの種類に応じて、推奨される血管カテーテルのサイズが示されます。
図 1.手術器具。 (A)細ハサミ、(B)鉗子、(C-E)顕微手術鉗子、(F)デュモン#5細鉗子、(G)バンナス・テュービンゲンスプリングはさみおよびカストロビエホ微小解剖はさみ、(H)ハルステッド蚊止血剤、(J)リトラクター、(K)ヤサルギルクランプ、(L)ディーフェンバッハブルドッグクランプ、(M)湾曲止血剤、および(N)ヤサルギルクランプアプリケーター。すべてのツールは、121°Cで30分間オートクレーブする必要があります。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 2.さまざまなサイズの血管カテーテルとリブバック手術用ブレード#11を使用したカフの準備。 カフ用に選択される血管カテーテルのサイズは、ラットの体重と、カフが肺動脈(PA)、気管支(Br)、または肺静脈(PV)用であるかどうかを考慮したカフサイズガイド(表1)によって決定されます。血管カテーテル(A)20G、(B)18G、(C)16G、(D)14G、または(E)12Gを、プロトコルに記載されているように(F)リブバック手術用ブレード#11で切断し、必要になるまで生理食塩水に保管します。(G)カフ本体の長さは2mmで、カフ本体の取り扱いのために1mm×1mmのタブ(幅×高さ)がカフ本体の上部に残されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 3.温虚血。 肺を肺動脈を通して保存液で洗い流し、2倍の潮汐量の空気で膨らませた後、アンダーパッドで包み、手術加温ボード上に保ち、ラットを正常な体温に1時間保ちます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 4.ドナー肺PV、PA、およびBrのカフ。 (A)肺静脈、PV(B)肺動脈、PA、または(C)気管支、Brは、適切なサイズのカフを通して挿入され、エバーテッドされ、8-0で固定されるナイロン縫合糸、および(D)次いで、氷上の滅菌ペトリ皿上で氷冷生理食塩水で湿らせた滅菌ガーゼ上に保存した。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 5.第4肋間腔での測定と解剖。 (A)レシピエントラットを仰臥位に置き、胸部を胸骨上ノッチから剣状突起まで測定し、線を引く。(B)この線の中点で、左側に半分の長さで別の線が引かれます。(C)この線に沿って、マイクロ外科医は、4番目の 肋間腔(赤い円)の適切な位置を確保するために、心臓インパルスが最も強い領域を感じる必要があります。(D)次に、皮膚と筋肉を細かいハサミで解剖します。(E)次に、リトラクターを使用してスペースを広く開きます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 6.吻合。 ドナーのカフ付き(A)PV(B)Br、または(C)PAをレシピエントのPV、Br、またはPAに挿入し、7-0ナイロン縫合糸で固定します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 7.再灌流。 吻合が完了した後、クランプを取り外すことによって再灌流を開始することができ、レシピエントラットは換気および麻酔下で3時間生存する。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 8.創傷閉鎖。(A)単純な二重結び目を持つ3つの6-0ナイロン縫合糸を、4番目の肋骨より上、5番目の肋骨より下にある肋骨の周りに配置します。(B)両手で止血剤を使用して3つの縫合糸をまとめ、換気設定でPEEPを6cmH2Oに増やします。(C)傷口を引き上げて引き離して3つの結び目を同時に結び、PEEPをすぐに2 cmH2Oに減らし、6-0ナイロン縫合糸で皮膚を閉じます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 9.肺組織の収集。 (A)ドナーまたはレシピエントのネイティブローブの場合、タンパク質またはRNA発現分析のために上葉と騎兵葉後葉をスナップ凍結することができ、中葉は組織学のために保存することができ、下葉は湿式対乾式重量比に使用できます。(B)移植葉については、上部領域をスナップ凍結、中央領域を組織学、下部領域を湿乾重量比で収集します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 10.選択的なBAL液収集のためのクランプの適用。 プールされたサンプルを避けるために、BAL液は右(ネイティブ)または左(移植)肺のいずれかから収集できます。(A)左肺門部をクランプして、右葉からBAL液を採取することができます。(B)右肺門部をクランプして、左葉からBAL液を採取することができます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図 11.湿式重量比と乾燥重量比。 湿潤重量比は、肺水腫を測定するために計算され、移植がどれだけうまくいったかを示すために使用できます。ドナーのネイティブローブ、移植ローブ、またはレシピエントのネイティブローブをプロトコルに記載されているように収集し、湿重量について直ちに秤量し、60°Cで48時間乾燥させた後、乾燥重量について再度計量しました。乾燥重量に対する湿重量の比をとった。移植葉の比率は、ドナーまたはレシピエントの在来葉と比較して有意に増加しました。n=6ラット/群およびバーは平均±SDを表す。 統計解析は、TUKEYの事後解析でANOVAを用いて行った。** p<0.01. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
このレポートでは、手順を最適化するために、ラット肺移植プロトコルのいくつかの重要なステップに介入しました。ラット肺移植のための様々なカフ技術が報告されているが1、2、3、4、5、6、7、8、9、15、このプロセスは依然として主観的であり、マイクロ外科医が適用するのは難しい。PVとPAが血液を供給するためのカフまたは移植された肺に空気を供給するためのBrの適切なサイズのカフを使用する必要があることを強調し、ラットの体重に基づいて最適なカフサイズを決定するためのより客観的な方法を提供しました。肺の温虚血をより一貫して誘発するために、肺の膨張、クランプ、および1時間の温虚血時間中にラットを暖かく保つ方法の推奨事項を示しました。レシピエントの処置中、4番目の肋間腔を見つけるのは難しい場合があります。心臓インパルスの測定と感覚の方法を採用することにより、この位置をより正確に特定できることを推奨しました。再灌流時には、創傷をよりよく閉じるために、創傷をより迅速に閉じ、肺の過膨張や損傷を防ぐことができる縫合糸の取り扱いとPEEPの調整の技術も示しました。最後に、実験や異なる体重間で比較できるサンプルのより客観的な採取を可能にする組織およびBAL液収集の戦略を提示しました。
記載された技術の最も重要な制限は、一般的な移植手術のかなり急な学習曲線である。学習曲線は、一貫した外科的実践と文献のトラブルシューティング技術のレビューから減らすことができるものです。もう一つの制限は、このモデルが、私たちの研究室の焦点である生化学的変化が最初に起こっているIRIと移植の急性期を研究することです。今後の研究では、移植後より長いタイムラインで気管支および血管の開存性をテストする必要があります。
全体として、実行可能な小動物移植モデルは、移植および虚血再灌流損傷(IRI)の治療的介入を評価するために重要です。特に、ラット肺移植モデルは、小動物生体外肺灌流(EVLP)17の研究の補助として有用です。また、解剖学的サイズが大きいため、研究者はより詳細な分析に十分な組織を得ることができるため、マウス肺移植のより実行可能な代替手段です18。さらに、このモデルは、新規の低分子およびタンパク質治療薬19,20,21,22による治療介入後のドナー肺同種移植片の生存率を決定するために不可欠であり、ドナー、EVLP 17を介したドナー臓器、またはレシピエントのいずれかであり、in vivoデータを収集するための強力な手段を提供します。このレポートで説明する最適化は、学習曲線を短縮し、主観性を取り除くことを目的としたマイクロ外科医にとって重要です。標準化された肺カフサイズアルゴリズムを利用することにより、外科的アプローチを合理化し、より客観的にすることができます。移植再灌流期間の終わりに、BAL流体および組織収集に対する記載された構造化アプローチはまた、実験ごとに収集されたデータの影響を最大化することにより、動物の責任ある使用およびマイクロ外科医の時間の効率的な使用を提供する。
BAW、YGL、JLKは、国立衛生研究所(NIH)の助成金R01HL143000を通じてサポートされています。BAWは、国防総省(DOD)の助成金W81XWH1810787を通じてサポートされています。SMB は、NIH 助成金 R01DK123475 を通じてサポートされています。JMは、NIH助成金AR061385、AR070752、DK106394、およびAG056919、および国防総省助成金W81XWH-18-1-0787によってサポートされています。
何一つ。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
12 Gauge angio-catheter | BD | 382277 | |
14 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4251717-02 | |
16 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4252586-02 | |
18 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4251679-02 | |
20 Gauge angio-catheter | B. Braun | 4252527-02 | |
4-0 silk suture | Surgical Specialties Corp. | SP116 | |
6-0 nylon suture | AD Surgical | S-N618R13 | |
7-0 nylon suture | AD Surgical | S-N718SP13 | |
8-0 nylon suture | AD Surgical | XXS-N807T6 | |
Betadine Spray | Avrio Health L.P | UPC 367618160039 | |
Clippers | VWR | MSPP-023326 | |
Castroviejo micro dissecting spring scissors | Roboz Surgical Instrument Co | RS-5668 | |
Dumont #5 - Fine Forceps | Fine Science Tools | 11254-20 | |
Electrocautery | Macan | MV-7A | |
Endotracheal intubation kit | Kent Scientific | ETI-MSE | |
Forceps | Fine Science Tools | 11027-12 | |
Halsted-mosquito hemostat | Roboz Surgical Instrument Co | RS-7112 | |
Heparin | Fresnius Medical Care | C504701 | |
Insulin syringe | Life Technologies | B328446 | |
Isoflurane | Piramal Critical Care | NDC 66794-017-25 | |
Isopropyl Alcohol Swabs | BD | 326895 | |
Ketamine | Hikma Pharmaceuticals PLC | NDC 0413-9505-10 | |
Dieffenbach Bulldog Clamp | World Precision Instruments | WPI14117 | |
Needle holder/Forceps, Curved | Micrins | MI1542 | |
Needle holder/Forceps, Straight | Micrins | MI1540 | |
Perfadex Plus (Organ Preservation Solution) | XVIVO Perfusion AB | REF# 19950 | |
PhysioSuite | Kent Scientific | PS-MSTAT-RT | Used to check SpO2 and heartbeat |
Retractor | Roboz Surgical Instrument Co | RS-6560 | |
Saline | PP Pharmaceuticals LLC | NDC 63323-186-10 | |
Scissors | Fine Science Tools | 14090-11 | |
SomnoSuite Small Animal Anesthesia System | Kent Scientific | SS-MVG-Module | |
Sterile Cotton Gauze Pad | Fisherbrand | 22-415-469 | |
Surgical Microscope | Leica | M500-N w/ OHS | |
Syringe 5mL | BD | 309646 | |
Vannas-Tubingen Spring Scissors | Fine Science Tools | 15008-08 | |
Xylazine | Korn Pharmaceuticals Corp | NDC 59399-110-20 | |
Yasargil Clamp | Aesculap, Inc | FT351T | Used to clamp bronchus |
Yasargil Clamp | Aesculap, Inc | FT261T | Used to clamp hilum |
Yasargil Clamp Applicator | Aesculap, Inc | FT484T |
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