Разработка нового малообъемного оксигенатора и создание гидродинамического стенда для ex vivo перфузии легких на мелких животных

В фундаментальных исследованиях широко используются модели мелких животных. Однако экспериментальные гидродинамические стенды, в состав которых входят экстракорпоральные контуры, часто имеют ограничения, связанные с размерами и объемами заполнения оборудования. Таким образом, мы стремились разработать и апробировать миниатюрный оксигенатор, а также малообъемную гидродинамическую систему для проведения ex vivo перфузии легких мелких животных. Была разработана и изготовлена серия малообъемных мембранных оксигенаторов (n = 10) с 90–100 выровненными микропористыми полипропиленовыми полыми волокнами, помещенными внутрь оболочки, запечатанной с обоих концов для изоляции перфузирующего раствора. Благодаря такой конструкции газ проходит через полые волокна, в то время как перфузат циркулирует вокруг волокон. Был разработан и собран гидродинамический стенд с малым объемом заполнения для проведения изолированной ex vivo перфузии легких, а также оценки рабочих характеристик оксигенаторов: потока газа и перфузата, перфузионного давления и температуры при диапазоне расхода 5–70 мл/мин.

1. Fu X, Su Z, Wang Y, Sun A, Wang L, Deng X et al. Comparison of hemodynamic features and thrombosis risk of membrane oxygenators with different structures: A numerical study. Comput Biol Med. 2023; 159: 106907.

2. De Vroege R, Wagemakers M, Te Velthuis H, Bulder E, Paulus R, Huybregts R et al. Comparison of three commercially available hollow fiber oxygenators: Gas transfer performance and biocompatibility. ASAIO J. 2001; 47: 37–44.

3. Berner M, Clement D, Stadelmann M, Kistler M, Boone Y, Carrel TP et al. Development of an ultra mini-oxygenator for use in low-volume, bufferperfused preparations. Int J Artif Organs. 2012; 35: 308–315.

4. Karimova A, Robertson A, Cross N, Smith L, O’Callaghan M, Tuleu C et al. A wet-primed extracorporeal membrane oxygenation circuit with hollowfiber membrane oxygenator maintains adequate function for use during cardiopulmonary resuscitation after 2 weeks on standby. Crit Care Med. 2005; 33: 1572–1576.

5. Kim WG, Choi SH, Kim JH. Temperature control using a heat exchanger of a cardioplegic system in cardiopulmonary bypass model for rats. Artif Organs. 2008; 32 (12): 993–998.

6. Günzinger R, Wildhirt SM, Schad H, Heimisch W, Gurdan M, Mendler N et al. A rat model of cardiopulmonary bypass with cardioplegic arrest and hemodynamic assessment by conductance catheter technique. Basic Res Cardiol. 2007; 102 (6): 508–517.

7. Jungwirth B, Mackensen GB, Blobner M, Neff F, Reichart B, Kochs EF, Nollert G. Neurologic outcome after cardiopulmonary bypass with deep hypothermic circulatory arrest in rats: description of a new model. J Thorac Cardiovasc Surg. 2006; 131 (4): 805–812.

8. Ordodi VL, Paunescu V, Mic AA, Ionac M, Sandesc D, Mic FA. A small scale oxygenator for cardiopulmonary bypass in rats. Int J Artif Organs. 2006; 29 (8): 750–755.

9. Dong GH, Xu B, Wang CT, Qian JJ, Liu H, Huang G et al. A rat model of cardiopulmonary bypass with excellent survival. J Surg Res. 2005; 123 (2): 171–175.

10. Shang HW, Xiao YB, Liu M, Chen L. Establishment of an animal model of non-transthoracic cardiopulmonary bypass in rats. Chin J Traumatol. 2005; 8 (5): 289–292.

11. Alexander B, Von Arnem T, Aslam M, Kolhe PS, Benjamin IS. Practical miniaturized membrane oxygenator for isolated organ perfusion. Lab Invest. 1984; 50 (5): 597–603.

12. You XM, Nasrallah F, Darling E, Robins M, Nieman G, Searles B. Rat cardiopulmonary bypass model: application of a miniature extracorporeal circuit composed of asanguinous prime. J Extra Corpor Technol. 2005; 37 (1): 60–65.

13. Ogura M, Yamamoto Y, Ogura Y. A new simple temperaturecontrolled membrane oxygenator for the perfusion of isolated rat livers. Experientia. 1985; 41 (1): 139–141.

14. Gourlay T, Ballaux PK, Draper ER, Taylor KM. Early experience with a new technique and technology designed for the study of pulsatile cardiopulmonary bypass in the rat. Perfusion. 2002; 17: 191–198.

15. Fabre O, Zegdi R, Vincentelli A et al. A recovery model of partial cardiopulmonary bypass in the rat. Perfusion. 2001; 16 (3): 215–220.

16. Houston RJ, de Lange F, Kalkman CJ. A new miniature fiber oxygenator for small animal cardiopulmonary bypass. Adv Exp Med Biol. 2003; 540: 313–316.

17. Bell RM, Mocanu MM, Yellon DM. Retrograde heart perfusion: The Langendorff technique of isolated heart perfusion. J Mol Cell Cardiol. 2011; 50 (6): 940–950.

18. DeCampos KN, Keshavjee S, Liu M, Slutsky AS. Optimal inflation volume for hypothermic preservation of rat lungs. J Heart Lung Transplant. 1998; 17: 599–607.

19. Noda K, Shigemura N, Tanaka Y, Bhama JK, D’Cunha J, Luketich JD, Bermudez CA. Successful prolonged ex vivo lung perfusion for graft preservation in rats. Eur J Cardiothorac Surg. 2014; 45: 54–60.

20. Cypel M, Yeung JC, Liu M, Anraku M, Chen F, Karolak W et al. Normothermic ex vivo lung perfusion in clinical lung transplantation. N Engl J Med. 2011; 364: 1431–1440.