Entwicklung und Evaluation eines Modells für die duale normotherme ex-vivo-Perfusion von Rattenlebern

Abstract

Die normotherme ex-vivo-Perfusion von Lebertransplantaten (normothermic ex vivo liver perfusion, NEVLP) ist eine vielversprechende Strategie zu Erweiterung des Spenderpools in der Lebertransplantation. Der Mangel an verfügbaren Lebertransplantaten macht immer häufiger die Transplantation qualitativ grenzwertiger Organe von Spender/-innen, die sogenannte erweiterte Spenderkriterien, wie hohes Alter, Steatosis hepatis oder andere erfüllen, notwendig. Die Transplantation solcher Organe führt allerdings häufig zu schwerwiegenden Komplikationen. Die normotherme ex-vivo-Perfusion ermöglicht hier eine optimierte Organpräservation und damit ein verbessertes Transplantationsoutcome. Darüber hinaus bietet sie die Möglichkeit, das metabolisch aktive Organ zu evaluieren und sogar zu rekonditionieren. Gängige, in der Literatur zu findende Kleintiermodelle setzen fast ausschließlich auf die alleinige Perfusion der Leber durch die Pfortader (single vessel normothermic liver perfusion, sNEVLP). Nur wenige Arbeiten untersuchen die duale Perfusion durch Pfortader und Leberarterie (dual vessel normthermic liver perfusion, dNEVLP). Arbeiten, die prolongierte dNEVLP (≥6h) für realisieren und adäquate Vergleiche der beiden Strategien finden sich in der Literatur nicht. Für diese Arbeit wurde ein Perfusionskreislauf für die dNEVLP entwickelt. In diesem Kreislauf wurden in vier Gruppen Lebern von männlichen Wistarratten für sechs Stunden bei 37°C normotherm perfundiert. In drei Gruppen wurde die dNEVLP mit verschiedenen Protokollen zur Vasodilatation und arterieller Druckkontrolle mittels Metamizol untersucht. In der vierten Gruppe wurde für den Vergleich von dNEVLP und sNEVLP die konventionelle sNEVLP durchgeführt. Während der Perfusion wurden kontinuierlich die Flussraten und Perfusionsdrücke und in regelmäßigen Abständen die Blutgase, der Sauerstoffverbrauch, die Transaminasen, die Galleproduktion und Konzentrationen von LDH und GGT in der Galle gemessen. Nach Perfusionsende wurde das Leber- und Gallengangsgewebe histopathologisch untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die suffiziente Vasodilatation mittels Metamizol während der dNEVLP zu niedrigeren Konzentrationen von Transaminasen im Perfusat, höherer Galleproduktion und weniger Nekrose in Leber- und Gallengangsgewebe führt. Der Vergleich von dNEVLP und sNEVLP zeigte niedrigere Konzentrationen von Transaminasen, mehr Galleproduktion, niedrigere Konzentrationen von LDH und GGT in der Galle und weniger Nekrose in Leber- und Gallengangsgewebe nach dNEVLP. In dieser Arbeit präsentieren wir ein funktionsfähiges Modell für die duale ex-vivo-Perfusion der Rattenleber (dNEVLP). Wir zeigen, dass die suffiziente Vasodilatation Voraussetzung für die erfolgreiche dNEVLP über sechs Stunden ist. Wir zeigen außerdem, dass die dNEVLP im Vergleich mit der sNEVLP eine bessere Organpräservation ermöglicht.

The mismatch between the demand for donor organs and the grafts available for liver transplantation has become a significant problem in recent years. The severe organ shortage makes the use of marginal organs from extended criteria donors (ECD) necessary more and more often. However, transplanting such organs leads to considerably higher rates of severe complications and organ failure. Normothermic ex vivo liver perfusion (NEVLP) could help to solve this problem. NEVLP enables better organ preservation and thus improves transplantation outcome, especially for ECD grafts. Furthermore, it can provide the opportunity to evaluate and even recondition the metabolically active organ. In order to further investigate the preservation, evaluation and reconditioning of liver grafts using NEVLP, small animal models are needed. Commonly used small animal NEVLP models mostly employ single vessel NEVLP (sNEVLP) through the portal vein alone. Only very few models use the hepatic artery as an additional perfusion route and perform dual vessel NEVLP (dNEVLP). Studies that realize prolonged dNEVLP (≥6h) and comparisons of the two strategies can currently not be found in the literature available. For this work, we developed a perfusion circuit for dNEVLP. In that circuit four groups livers procured from male Wistar rats were perfused for six hours at 37°C. In three groups dNEVLP was performed investigating different protocols for vasodilatation to control arterial perfusion pressures using metamizole. In one group common sNEVLP was performed for the comparison of both methods. Throughout perfusion flow rates and perfusion pressure were continuously monitored. Perfusate transaminases, blood gases, bile production and levels of LDH and GGT in the bile were measured regularly. After perfusion samples of liver and bile duct tissue were analyzed histopathologically. Our results show that sufficient vasodilatation using metamizole lead to lower levels of perfusate transaminases, higher bile production and less necrosis in both liver and bile duct tissue. The comparison between dNEVLP and sNEVLP showed that dNEVLP lead to lower levels of transaminases, higher bile production, lower levels of LDH and GGT in the bile and less damage to liver and bile duct tissue. In this work, we present a model for six hours of dNEVLP. We show that sufficient vasodilatation is necessary to successfully conduct six hours of dNEVLP. Furthermore, we show that dNEVLP leads to improved organ preservation when compared to sNEVLP.