2012年7月10日
闭塞性细支气管炎是肺移植受者长期存活的主要障碍,而缺乏可靠的临床前模型限制了对闭塞性细支气管炎免疫病理机制的研究。与其他实体器官移植不同,带血管的小鼠肺移植技术直到最近才得以建立。本文展示了我们在小鼠原位单肺移植后独立建立的闭塞性细支气管炎模型。
本实验的总体目标是建立一种可重复的细支气管炎模型,以模拟原位肺移植。该模型的建立首先从 C57BL/10 小鼠中获取供体肺;第二步是制备用于支气管、肺动脉和静脉吻合的套管。
接下来,将制备好的供体肺移植到受体C57BL/6小鼠体内。最后一步是在移植后观察移植小鼠21或28天。最终通过组织学分析显示移植肺中存在闭塞性细支气管炎病变。
与镜像异位气道移植模型相比,该模型的主要优势在于其能够模拟人类的生理状况。通常,初次接触该方法的研究人员会遇到困难,因为小鼠的上部结构非常精细,且更容易受到损伤,其质量仅为大鼠质量的十分之一。将供体小鼠置于密封的容纳室中,并使用5%异氟烷诱导麻醉。随后,使用20号静脉导管对小鼠进行插管(或气管插管),然后将其连接至啮齿类动物呼吸机。
使用1%至2%的异氟烷维持麻醉。通过尾部弹击和脚趾夹捏确认小鼠已完全麻醉且无反应后,将其置于仰卧位,并用70%酒精对腹部进行消毒。接着,用剪刀剪除腹部表面的皮肤,暴露腹肌。
接下来,进行胸腹正中切开术,首先沿腹壁正中线做一切口,然后横向切断胸骨,将肠管移开,找到位于肝脏下方的下腔静脉。按每千克体重100微升的剂量向下腔静脉注射肝素。接着,向下牵拉肝镰状韧带,并沿膈肌腹侧与脊柱相连处切开膈肌。
沿颈部方向切开胸壁两侧以暴露胸腔。在保护肺组织的前提下,双侧切开肋骨,移除胸腺。随后,在膈肌水平处切断胸腔内下腔静脉。
现在定位心脏并切除右心耳。然后在肺动脉干根部做一横向切口,并通过该切口用2毫升冷却的乳酸林格液和0.1毫升肝素冲洗肺脏。暴露气管,随后连同食管一并剪除。
现在将通气暂停在呼气末膨胀量的三分之二处。完整切除心脏组织块并置于冰上保存。用纱布覆盖已切除的肺组织,以避免其暴露于光线下。
切开肺韧带直至肺静脉(pv)。移除食管和主动脉以定位肺门。找到位于肺门最 cranial 部位的肺动脉(pa)及其相连的主支气管。
仔细将肺动脉从支气管周围分离。现在,取24号静脉导管,截取0.5毫米长度,并保留0.7毫米的延伸部分,制成肺动脉套管。套管表面为AB编织结构。
为了提供吻合所需的表面,使用与肺动脉套管相似的材料制作支气管套管,但采用20号导管,将其截成1毫米长,延伸部分为0.7毫米。肺静脉套管的尺寸随供体小鼠体重而变化。适用于体重为24至27克的小鼠。
套管尺寸为22号,长度0.7毫米,延伸部分0.7毫米,适用于体重27至32克的小鼠。长度相同,但使用20号导管。现在将套管插入肺动脉、肺静脉和支气管的远端,并用9-0号丝线分别固定。
待袖带全部正确连接后,将准备好的供体肺用浸有乳酸林格液的纱布包裹,并置于冰上,直至进行移植。准备受体小鼠时,先诱导麻醉,然后以与供体相同的方式连接机械通气。
剃除左侧胸壁的毛发,并用70%酒精进行消毒。从左侧第三肋间开始做胸廓切开切口,将切口向背部延伸至靠近脊柱处。
确保手术区域以无菌方式铺巾,并在靠近心脏的左侧肺血管和支气管处放置微血管夹。肺动脉位于肺门的头侧,肺静脉位于肺门的尾侧,支气管则位于二者之间。接下来,用止血钳轻轻牵引,使肺动脉、肺静脉和支气管产生轻微张力。
保持肺门结构处于钳夹状态,仔细切除左肺。分离肺动脉、肺静脉和支气管,然后在每个结构周围分别松松地放置一根0号缝线。将肺动脉(PA)完全从其外膜鞘中游离出来,随后在其前壁做一小段横向切口,切口长度约为血管周径的四分之一。
在保留动脉背侧部分连续性的同时,获取供体肺,将其包裹于浸有冷乳酸林格液的棉纱布中,并置于胸腔内。接着,将套管插入受体肺的肺动脉(PA)、肺静脉(PV)及支气管,完成吻合并以纳米缝线结扎。随后,切除受体肺。
然后移除肺门阻断钳,以恢复灌注和通气。将移植的肺重新置入受体胸腔,并用5-0缝线缝合胸腔切口。小鼠此时应从麻醉中逐渐恢复。在小鼠恢复意识后,可给予布托啡诺以缓解疼痛。
本表显示了急性排斥反应的组织学评分以及闭塞性细支气管炎(OB)的发生率。移植后的急性排斥反应评分称为A评分。与同基因移植(ISO移植)相比,异基因移植组合表现出更明显的急性或慢性排斥病理变化。此外,在移植后第21天和第28天,异基因移植组合中闭塞性细支气管炎的发生率显著高于同基因移植组。
肺移植术后28天的大体发现及组织病理学结果如图所示。这些图像代表了大体发现及苏木精-伊红(H&E)染色的ISO移植肺和右侧未处理肺。这些图像还代表了苏木精-伊红(H&E)及马森三色染色的BL10肺同种异体移植物,分别移植至BL6小鼠受体后,出现了闭塞性细支气管炎(OB)和非闭塞性细支气管炎(non-OB)的表现。
图B中的白色箭头标示出OB病灶。该图显示的是将BL6小鼠的肺同种移植物移植到BL10小鼠受体中的情况。一旦掌握该技术,若操作得当,几乎可在半小时内完成。
该技术的优势在于可用于解答有关肺移植后原发性移植物功能障碍、急性排斥反应以及闭塞性细支气管炎的机制性问题。
本研究提出了一种小鼠同种异体单肺移植后闭塞性细支气管炎的模型。该模型旨在模拟人类疾病状况,以应对肺移植免疫病理发生过程中所面临的挑战。
建立闭塞性细支气管炎的小鼠模型,通过模拟人类病理生理过程,解决了肺移植研究中一个重要的未满足需求。该模型可用于深入探究驱动慢性移植物功能障碍的免疫病理机制,并支持针对纤维增生性气道病变的治疗策略进行临床前风险评估。
该模型通过在先导化合物优化之前提供与疾病相关的靶点验证系统,从而整合到发现工作流程中。