Jedes Jahr übersteigt die Zahl der Patienten, die eine Lebertransplantation benötigen, die Zahl der durchgeführten Transplantationen um das doppelte. Um diesen Mangel zu begegnen werden vermehrt Organe zur Transplantation genutzt, die vorbestehende Spendercharakteristika wie z.B. hohes Alter, makrovesikuläre Verfettung oder Organspende nach Herztod aufweisen. Diese Organe sind jedoch mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität nach Transplantation assoziiert, da die klassische statische hypotherme Konservierung bei solchen kompromittierten Organen zu einem verstärkten Ischämie-Reperfusionsschaden führt. Die normotherme ex-vivo-Maschinenperfusion stellt ein vielversprechendes Konservierungsverfahren für diese Organe dar. Ein standardisiertes Kleintiermodell für Untersuchungen mit normothermer ex-vivo-Maschinenperfusion der Leber steht bislang nicht zur Verfügung. In dieser Arbeit wird ein für diesen Zweck geeignetes Perfusionssystem entwickelt, welches aus einer selbstentworfenen Perfusionskammer, einer Rollenpumpe mit Druckmessung und einem Oxygenator besteht. Lebertransplantate von männlichen Wistar Ratten wurden über sechs Stunden über die Pfortader mit oxygeniertem, mit Rattenerythrozyten substituiertem Kulturmedium perfundiert. Ein zweiter Kreislauf, der mit dem Perfusionskreislauf über eine Dialysemembran verbunden war, wurde zur Vergrößerung des Lösungsvolumens dialysefähiger Stoffe im System genutzt. Zur weiteren Optimierung dieses Perfusionssystems wurde eine medikamentöse Hemmung der Kupfferzellaktivität mit Glycin erprobt. Der Pfortaderdruck und die Freisetzung von Transamiasen in das Perfusat waren während der gesamten Perfusionsdauer stabil. Mittels Dialyse konnte die Kaliumkonzentration signifikant reduziert werden, hieraus resultierte eine signifikant höhere Galle- und Harnstoffproduktion. Hämatoxylin-Eosin Färbung sowie die Immunhistologische Färbungen zum Nachweis von ssDNS-Brüchen und aktivierter Caspase 3 zeigten weniger sinuoidale Dilatation und Gewebeschaden in Lebern, welche sowohl mit Dialyse als auch mit Glycin behandelt wurden. Während die Kupfferzellen durch die beiden Verfahren erhalten wurden, führte die Behandlung mit Glycin zu einem signifikanten Rückgang der von Kupfferzellen produzierten TNFα-mRNS im Lebergewebe. Dieses optimierte Perfusionsprotokoll wurde anschließend an Rattenlebern mit verlängerter Warmischämie getestet, welche die Organspende nach Herztod simulieren und dementsprechend ein klassisches Leberschädigungsmodell darstellen: Hier zeigten sich durch Dialyse und Glycinbehandlung eine signifikant geringere Freisetzung von Transaminasen in das Perfusat, die feingewebliche Untersuchung ergab eine deutlich besser erhaltene Lebergewebsarchitektur. Das im Rahmen dieser Arbeit etablierte und optimierte normotherme Maschinenperfusionssystem ermöglicht eine Konservierung von Rattenlebertransplantaten über sechs Stunden. Dialyse und Glycinbehandlung zeigen einen synergistischen, positiven Effekt auf das Ergebnis nach Perfusion.
Transplantation of organs with extended donor criteria e.g. due to age or steatosis hepatis are associated with an increased risk for early graft dysfunction or primary nonfunction. Normothermic ex vivo liver machine perfusion is a promising alternative preservation strategy for liver grafts from extended criteria donors. This is due to the higher susceptibility to ischemia reperfusion injury after hypothermic static storage. Standardized small animal models are not available for basic research on machine perfusion of liver grafts. A laboratory-scaled perfusion system was developed consisting of a custom-made perfusion chamber, a pressure-controlled roller pump, and an oxygenator. Male Wistar rat livers were perfused via the portal vein for 6 hours using oxygenated culture medium supplemented with rat erythrocytes. A dialysis membrane connected a second parallel circuit to the main circuit for solvent volume expansion. To optimize the perfusion outcome further, the flush solution and the perfusate were substituted with glycine for Kupffer cell attenuation. Portal pressure and transaminase release were stable over the perfusion period. Dialysis significantly decreased the potassium concentration of the perfusate and led to significantly higher bile and total urea production. Hematoxylin and eosin staining showed less sinusoidal dilatation and tissue damage in livers treated with dialysis and glycine. Immunostaining for ssDNA as well as activated caspase 3 showed decreased apoptosis and minimal necrosis. While Kupffer cells were preserved best by both treatments, TNFα mRNA tissue levels were reduced significantly. Finally, as proof of concept, the optimized perfusion protocol was tested with grafts exposed to prolonged warm ischemia, resulting in significantly lower transaminase release into the perfusate and preserved liver architecture compared to perfusion without dialysis and glycine. In conclusion, this optimized laboratory-scale normothermic portovenous ex vivo liver perfusion system enables rat liver preservation over 6 hours. Both dialysis and glycine treatment were shown to be synergistic for preservation of liver grafts during perfusion.
