Разработка малообъемного гидродинамического стенда для проведения процедуры изолированной ex vivo перфузии легких мелких животных

Цель: разработка и апробация гидродинамического стенда (ГС) с малым объемом заполнения для проведения нормотермической машинной перфузии ex vivo донорских легких экспериментальных мелких животных (крыс) по методике незамкнутого контура.

Материалы и методы. Для проведения нормотермической перфузии донорских легких крыс ex vivo был разработан гидродинамический стенд, который являлся сборной конструкцией со штативами, на которых были закреплены: аппарат искусственной вентиляции легких для мелких лабораторных животных, нагревательный элемент, малообъемный мембранный оксигенатор и купол для хранения донорских легких, а также роликовый перистальтический насос, сенсоры и устройство для инвазивного измерения давления в контуре, пузырьковый фильтр и комплект магистралей. С целью исследования эффективности ГС использовались крысы линии Вистар (n = 6). После изъятия донорских легких трансплантат позиционировали на ГС и инициировали EVLP с подобранными параметрами. Во время процедуры перфузии донорских легких крысы ex vivo фиксировали соотношение PaO₂/FiO₂ – индекс оксигенации (ИО), давление в легочной артерии (ДЛА) и периферическое легочное сосудистое сопротивление (ПСС).

Результаты. В результате исследования были получены высокие значения ИО в конце процедуры (460 ± 32 при р = 0,028), а также константные показатели ДЛА во всех случаях на протяжении всей перфузии ex vivo – от 9,13 до 7,93 мм рт. ст. при р > 0,05. Критерием функциональности ГС являлось ПСС, которое во всех случаях имело тенденцию к снижению – от 603,3 ± 56 до 89,1 ± 15 Дин·с/ см^–5 при р = 0,000. При проведении экспериментальных исследований в контуре гидродинамического малообъемного стенда не было обнаружено дефектов конструкции, влияющих на функциональный статус донорских легких во время процедуры нормотермической перфузии ex vivo.

Заключение. Полученные результаты в ходе экспериментального исследования на лабораторных животных – крысах продемонстрировали эффективность и техническую функциональность разработанного гидродинамического стенда. Были отмечены динамика снижения ПСС и высокие значения индекса оксигенации при стабильных значениях давления в легочной артерии, что позволило сделать заключение об эффективности как самой перфузии ex vivo на донорских легких крыс, так и технической конструкции ГС.

1. Ahmad K, Pluhacek JL, Brown AW. Ex Vivo Lung Perfusion: A Review of Current and Future Application in Lung Transplantation. Pulm Ther. 2022 Jun; 8 (2): 149– 165. doi: 10.1007/s41030-022-00185-w. Epub 2022 Mar 22. PMID: 35316525; PMCID: PMC9098710.

2. Nakajima D, Date H. Ex vivo lung perfusion in lung transplantation. Gen Thorac Cardiovasc Surg. 2021 Apr; 69 (4): 625–630. doi: 10.1007/s11748-021-01609-1. Epub 2021 Mar 8. PMID: 33683575; PMCID: PMC7938286.

3. Divithotawela C, Cypel M, Martinu T, Singer LG, Binnie M, Chow CW et al. Long-term Outcomes of Lung Transplant With ex vivo Lung Perfusion. JAMA Surg. 2019 Dec 1; 154 (12): 1143–1150. doi: 10.1001/jamasurg.2019.4079. PMID: 31596484; PMCID: PMC6802423.

4. Jawitz OK, Raman V, Becerra D, Doberne J, Choi AY, Halpern SE et al. Lung Transplantation After Ex Vivo Lung Perfusion Early Outcomes From a US National Registry. Ann Surg. 2022 May 1; 275 (5): 1006–1012. doi: 10.1097/SLA.0000000000004233. Epub 2020 Jul 24. PMID: 32740244; PMCID: PMC9550264.

5. Huang L, Vellanki RN, Zhu Z, Wouters BG, Keshavjee S, Liu M. De Novo Design and Development of a NutrientRich Perfusate for Ex Vivo Lung Perfusion with Cell Culture Models. Int J Mol Sci. 2023 Aug 23; 24 (17): 13117. doi: 10.3390/ijms241713117. PMID: 37685927; PMCID: PMC10487937.

6. Gouin C, Vu Manh TP, Jouneau L, Bevilacqua C, De Wolf J, Glorion M et al. Cell type- and time-dependent biological responses in ex vivo perfused lung grafts. Front Immunol. 2023 Jul 3; 14: 1142228. doi: 10.3389/fimmu.2023.1142228. PMID: 37465668; PMCID: PMC10351384.

7. Steinkühler T, Yang S, Hu MA, Jainandunsing JS, Jager NM, Erasmus ME et al. Ex vivo Optimization of Donor Lungs with Inhaled Sevoflurane during Normothermic ex vivo Lung Perfusion (VITALISE): A Pilot and Feasibility Study in Sheep. Int J Mol Sci. 2024 Feb 19; 25 (4): 2413. doi: 10.3390/ijms25042413. PMID: 38397090; PMCID: PMC10888671.

8. Dumigan A, Fitzgerald M, Santos JSG, Hamid U, O’Kane CM, McAuley DF, Bengoechea JA. A Porcine ex vivo Lung Perfusion Model To Investigate Bacterial Pathogenesis. mBio. 2019 Dec 3; 10 (6): e02802–e02819. doi: 10.1128/mBio.02802-19. PMID: 31796543; PMCID: PMC6890995.

9. Sakanoue I, Okamoto T, Ayyat KS, Yun JJ, Farver CF, Fujioka H et al. Intermittent ex vivo Lung Perfusion in a Porcine Model for Prolonged Lung Preservation. Transplantation. 2024 Mar 1; 108 (3): 669–678. doi: 10.1097/TP.0000000000004802. Epub 2023 Sep 20. PMID: 37726888.

10. Готье СВ, Цирульникова ОМ, Пашков ИВ, Олешкевич ДО, Филатов ИА, Богданов ВК и др. Нормотермическая ex vivo перфузия изолированных легких в эксперименте с использованием отечественного перфузионного аппаратного комплекса. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2022; 24 (2): 94–101. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2022-2-94-101.

11. Готье СВ, Пашков ИВ, Богданов ВК, Олешкевич ДО, Бондаренко ДМ, Можейко НП и др. Ex vivo перфузия донорских легких с использованием разработанного раствора с последующей ортотопичеcкой левосторонней трансплантацией легкого (экспериментальное исследование). Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2023; 25 (2): 158–166. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2023-2-158-166.

12. Готье СВ, Цирульникова ОМ, Пашков ИВ, Грудинин НВ, Олешкевич ДО, Бондаренко ДМ и др. Оценка эффективности разработанного перфузионного раствора для нормотермической ex vivo перфузии легких по сравнению со Steen Solution™ (экспериментальное исследование). Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2021; 23 (3): 82–89. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2021-3-82-89.

13. Jin X, Kaes J, Van Slambrouck J, Inci I, Arni S, Geudens V et al. A Comprehensive Review on the Surgical Aspect of Lung Transplant Models in Mice and Rats. Cells. 2022 Jan 30; 11 (3): 480. doi: 10.3390/cells11030480. PMID: 35159289; PMCID: PMC8833959.

14. Li J, Yu Y, Dong L, Lou Z, Fang Q, Liang F et al. A modified orthotopic left lung transplantation model in rats. Heliyon. 2024 May 9; 10 (10): e30728. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e30728. PMID: 38770296; PMCID: PMC11103487.

15. Van Zanden JE, Leuvenink HGD, Verschuuren EAM, Erasmus ME, Hottenrott MC. A translational rat model for ex vivo lung perfusion of pre-injured lungs after brain death. PLoS One. 2021 Dec 2; 16 (12): e0260705. doi: 10.1371/journal.pone.0260705. PMID: 34855870; PMCID: PMC8638921.

16. Oliveira P, Yamanashi K, Wang A, Cypel M. Establishment of an ex vivo Lung Perfusion Rat Model for Translational Insights in Lung Transplantation. J Vis Exp. 2023 Sep 29; (199). doi: 10.3791/65981. PMID: 37843267.

17. Ohsumi A, Kanou T, Ali A, Guan Z, Hwang DM, Waddell TK et al. A method for translational rat ex vivo lung perfusion experimentation. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2020 Jul 1; 319 (1): L61–L70. doi: 10.1152/ajplung.00256.2019. Epub 2020 Apr 1. PMID: 32233924.

18. Есипова ОЮ, Богданов ВК, Есипов АС, Кулешов АП, Бучнев АС, Волкова ЕА и др. Разработка нового малообъемного оксигенатора и создание гидродинамического стенда для ex vivo перфузии легких на мелких животных. Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2023; 25 (3): 106–112. https://doi.org/10.15825/1995-1191-2023-3-106-112.

19. Есипова ОЮ, Бучнев АС, Дробышев АА, Кулешов АП, Грудинин НВ, Богданов ВК. Оценка производительности трансфера кислорода малогабаритного мембранного оксигенатора. Медицинская техника. 2023; 4: 21–25.