Weiterentwicklung der Leberzelltransplantation: In vitro Untersuchungen zur Leberzellisolierung und Transplantation im Großtiermodell

Abstract

Introduction: Hepatocyte transplantation (HcTx) is a possible alternative to liver tra-splantation, especially in metabolic diseases of the neonate and infant. However, hepatocyte transplantation is limited by the scarcity of hepatocytes as well as throm-boembolic complications due to portal venous infusion, among other factors. Human hepatocytes can be isolated from liver tissue obtained from liver resections performed for medical reasons. For the success of the procedure both a high yield of metabolically active hepatocytes and an adequate implantation procedure are important. The aims of the study were to evaluate hepatocyte isolation after portal venous embolization (PVE), which is increasingly performed before partial hepatectomies. Furthermore, transplantation of hepatocytes to the liver via transfemoral catheterization of the spleen was evaluated in the juvenile Göttingen Minipig. Methods: In total, n=190 hepatocyte isolations were evaluated. Of those, n=27 were subject to preoperative portal venous embolization. Yield, viability and cell cultures of hepatocytes from PVE and non-PVE livers were compared. Four Göttingen Minipigs were infused with human hepatocytes. The animals were sac-rificed directly after cell infusion (n=2), 2 days (n=1), or 14 days after infusion (n=1). All animals were examined with contrast-enhanced computed tomography. Additionally, serological examinations and tissue sampling after finalization were performed. Results: Preoperative PVE had no negative impact on cell yield or viability after hepatocyte isolation. Metabolic parameters of hepatocyte cultures showed no significant differences. The vascular anatomy of the juvenile Göttingen Minipigs is suitable for the planned examinations. Catheter placement into the splenic artery with repetitive cell infusion was feasible without severe procedure-associated complications. Immunohistochemical staining has shown cell relocation to the liver. Immunological analyses showed a response of the adaptive immune system to the human cells. Hepatocytes were neither detected in the liver nor the spleen 18 days after HcTx. Conclusion: Hepatocyte isolation from PVE-livers is not inferior in cell yield or viability compared to non-PVE-livers. Interventional cell application via the femoral artery is feasible in a juvenile large animal model of HcTx. The juvenile Göttingen Minipig is a suitable model for evaluation of catheter interventions in the neonate and infant. Hepatocytes translocate to the liver after infusion into the splenic artery. Further studies are necessary to compare this approach with other application routes.

Einleitung: Die Leberzelltransplantation wird als mögliche Alternative zur Lebertrans-plantation diskutiert, insbesondere bei pädiatrischen Patienten mit metabolischen Lebererkrankungen. Die Leberzelltransplantation ist jedoch unter anderem durch die begrenzte Verfügbarkeit von Hepatozyten und die aus der portovenösen Zellapplikation resultierenden thromboembolischen Komplikationen limitiert. Hepatozyten können aus gesundem Lebergewebe nach Leberteilresektionen aus medizinischer Indikation isoliert werden. Wesentlich für den Erfolg des Verfahrens ist die Gewinnung ausreichend vieler und metabolisch aktiver humaner Leberzellen und ein adäquates Implantationsverfahren. Ziele dieser Arbeit waren daher, die Leberzellisolierung nach medizinisch indizierter präoperativer Pfortaderembolisierung (PVE) zu untersuchen, welche zunehmend vor Leberteilresektionen durchgeführt wird. Darüber hinaus wurde im juvenilen Göttingen Minipig-Modell untersucht, ob Leberzellen mittels eines transfemoralen Zugangs über die Milz in die Leber transplantiert werden können. Methoden: Insgesamt wurden n=190 Leberzellisolierungen nach Leberteilresektion ausgewertet, wovon in n=27 Fällen präoperativ eine PVE erfolgt war. Zellausbeute, Viabilität und Hepatozytenkulturen beider Gruppen wurden verglichen. Vier Göttingen Minipigs wurden mit humanen Hepatozyten infundiert. Die Versuchstiere wurden am Tag der Infusion (n=2), zwei Tage nach Infusion (n=1) oder 14 Tage nach Infusion (n=1) finalisiert. Die Tiere wurden mittels kontrastmittelgestützter CT-Untersuchungen untersucht, darüber hinaus erfolgten serologische Untersuchungen und nach Finali-sierung erfolgten Gewebeuntersuchungen. Ergebnisse: Die präoperative PVE hatte keinen negativen Effekt auf die Zellausbeute und Viabilität nach Leberzellisolierung. Die metabolischen Parameter aus der Zellkultur beider Gruppen zeigten keine signifikanten Unterschiede. Die Gefäßanatomie der juvenilen Minipigs eignete sich für die geplanten Untersuchungen. In allen Tieren gelang eine transfemorale Katheteranlage als Zugang zur A. splenica, wiederholte Zellgaben verursachten keine schwerwiegenden Nebenwirkungen. Immunhistologische Färbungen konnten transplantierte Leberzellen in der Leber nachweisen. Immunologisch konnte eine Reaktion des adaptiven Immunsystems auf die transfundierten Hepatozyten nachgewiesen werden, am Tag 18 waren keine Leberzellen mehr nachweisbar. Zusammenfassung: Eine präoperative PVE hat keinen negativen Effekt auf die Zell-ausbeute und Viabilität der Leberzellisolierung. Das juvenile Göttingen Minipig ist ein geeignetes Versuchstier zur Evaluation von Katheterinterventionen im Säugling. Zellen können nach Infusion in die A. splenica durch die Milz in die Leber translozieren. Weitere Studien zum Vergleich dieser Applikationsroute mit anderen Applikationswegen sind notwendig.