Bedömning av njurtransplantatets livsduglighet och dess cellmetabolism under maskinperfusion
Mar 14, 2022
För mer information:ali.ma@wecistanche.com
Maria Irene Bellini1,2,*, Francesco Tortorici3,4, Maria Ida Amabile2och Vito D'Andrea2
1Azienda Ospedaliera San Camillo Forlanini sjukhus, 00152 Roma, Italien2Institutionen för kirurgiska vetenskaper, Sapienza University, 00152 Rom, Italien;mariaida.amabile@uniroma1.it (MIA); vito.dandrea@uniroma1.it (VD)3National Nuclear Physics Institute, INFN, 95123 Catania, Italien; francesco.tortorici@ct.infn.it4Institutionen för fysik, Catania University, 95123 Catania, Italien*Korrespondens: m.irene.bellini@gmail.com
Abstrakt:Njuretransplantation är den gyllene behandlingen för njursjukdom i slutstadiet. Statisk kylförvaring anses för närvarande vara standardmetoden för konservering, men dynamiska tekniker som t.exmaskinperfusion(MP), har visat sig förbättra transplantatfunktionen, särskilt injurardonerade av utökade kriterier donatorer och donation efter cirkulationsdöd. Med dålig orgelkvalitet är det en stor anledning tillnjurarAtt inte transplanteras kan en korrekt, objektiv och tillförlitlig kvalitetsbedömning under konservering tillföra värde och stöd till läkares beslut. Parlamentsledamöter är ny teknik med potential att bedömanjuretransplantatets livskraft och kvalitet, både i de hypotermiska och normotermiska scenarierna. Syftet med denna översyn är att sammanfatta nuvarande verktyg för transplantatviabilitetsbedömning med MP före implantation i relation till den ischemiska skadan.
Nyckelord: ischemisk reperfusionsskada;njuretransplantation; organkonservering
1. Introduktion
Njuretransplantation representerar den gyllene behandlingen för njursjukdom i slutstadiet (ESRD) med längre förväntad livslängd och överlägsen livskvalitet, jämfört med de nuvarande alternativen för njurersättningsterapier. En av de största begränsningarna är dock bristen på lämpliga organdonatorer, vilket leder till dödlighet på kölistan [1].
För att utöka poolen av lämpliga organ har transplantatsamfundet successivt öppnat upp för användningen av donatorer efter cirkulationsdöd (DCD) under en varierande tid av varm ischemi (WIT), dvs en period av låg eller ingen syresättning och blodperfusion vid kroppstemperatur påverkar organet före nedkylningen vid organhämtning [2,3]. En annan organkälla som alltmer används är donatorer med utökade kriterier (ECD), definierade som alla donatorer som är äldre än eller lika med 60 år eller över 50 år med mer än eller lika med 2 av följande tillstånd: högt blodtryck, terminalt serumkreatinin lika med eller större än 1,5 mg/dL, eller dödsfall till följd av anintrakraniell blödning [4].
Även om en potentiell lösning på organbristen, en betydande del av dessa andra än standardnjurarutveckla fördröjd graftfunktion (DGF) eller, om skadan är mer ihållande, primär icke-funktion (PNF) efter transplantation, med åtföljande betydande sjuklighets- och mortalitetsrisker för mottagarna [5].
Syftet med denna översikt är att ge en inblick i orsakerna till skador i den akuta fasen av klinisk ischemi-reperfusionsskada, förstå de mekanismer som driver dessa processer i det kliniska scenariot. Detta kommer att möjliggöra en förebyggande bedömning, potentiellt fördelaktig att förutsäganjurefunktion och valet av den möjliga transplantationskandidaten [6], med hänsyn till en lämplig givare-mottagare-matchning och öka organutnyttjandet [7].
Klicka tillcistanche deserticola ma och Cistanche för kronisk njursjukdom
2. Patogenes av den ischemiska skadan
Sedan början av klinisk transplantation har den ischemiska perioden till följd av bristen på syre och blodtillförsel efter organuttagningen ansetts vara en stor begränsande faktor som påverkar kort- och långtidsutfall [8]. Således, det första tillvägagångssättet från Joseph Murray, artisten av den första framgångsrikanjuretransplantation, var att förkorta den ischemiska perioden till ett minimum, verkande i två intilliggande teatrar. På detta sätt, när organet väl hade hämtats, implanterades det omedelbart i mottagarens kropp, donatorns tvilling [9]
För att klarlägga organskadan och den möjliga livskraftsförsämringen till följd av den teischemiska perioden är det viktigt att titta på patofysiologin för den ischemiska reperfusionsskadan (IRI).
Cellämnesomsättningär direkt relaterad till syre- och blodtillförseln som den vitala kroppen levererar: bristen på perfusion till följd av donatorns död och återvinningsprocessen förändrar därför elektrontransportkedjan i mitokondrierna, cellens energicentra (Figur 1).
Figur 1. Cellämnesomsättning. Glykolys producerar pyruvat och NADH i cytoplasman. I frånvaro av syre reduceras pyruvat till laktat (eller till en annan fermenteringsprodukt som etanol), vilket elimineras och NAD plus återanvänds för att fortsätta glykolysen. I närvaro av syre dekarboxyleras pyruvat och kopplas till A-koenzym (CoA), för att producera NADH. NADH donerar sina elektroner till mitokondrier, tills det sista kedjeelementet, det är syret. Den energi som frigörs av NADH under elektrontransporter används för att producera ATP.
Oundvikligen sker en minskning av produktionen av adenosintrifosfat (ATP), med en dysfunktion av natrium-kalium- och kalciumpumparna som är direkt ATP-beroende. Fel på Na plus -K plus -ATPas-pumpar orsakar retention av natrium i cellerna, vilket minskar aktiviteten hos natrium-väteväxlarpumpar (Na plus -H plus-pumpar). På samma sätt blir kalciumpumpar (Ca2 plus -ATPas-pumpar) på det endoplasmatiska retikulum också dysfunktionella, vilket begränsar kalciumåterupptaget. I celler orsakar ansamling av väte, natrium och kalciumjoner hyperosmolaritet, vilket leder till att vatten strömmar in i cytoplasman och cellsvullnad, med organödem. Retentionen av väte minskar cellulärt pH, vilket leder till försämrad enzymaktivitet och klumpning av nukleärt kromatin, med DNA-skada, acidos och förändrad proteinsyntes [10]
Detta bevis på metabolisk dysfunktion som en drivkraft för IRI antyder en avgörande roll som spelas av ATP under organkonservering. Det ischemiska tillståndet inducerar anaerobämnesomsättning, vilket leder till en lägre nivå av ATP-produktion och misslyckande av jonbyteskanaler, parallellt med succinatackumulering [11]. Dessa förändringar åtföljs av öppningen av den mitokondriella permeabilitetsövergången (MPT) poren, som skingra mitokondriell membranpotential och ytterligare försämrar ATP-produktionen [12].
Eftersom ATP är cellers energivaluta kommer försämrad livskraft och skada att leda till att ATP utarmas. Detta kan indirekt mätas från de ökade koncentrationerna av extracellulärt hypoxantin, en central intermediär iämnesomsättningav ATP; sålunda kan cellskador sekundära till ATP-utarmning också mätas från extracellulärt hypoxantin, som lätt kan passera cellmembran.
Med hänsyn till ovanstående, bromsande cellämnesomsättningunder hypotermiska förhållanden, kan rädda cellskador och dödliga konsekvenser. Genom att sänka temperaturen och cellulärämnesomsättning, kommer användningen av syre och utarmningshastigheten i energisubstrat, såsom ATP, att minska parallellt. Vid hypotermisk temperatur (4 ◦C), är metabolismens hastighet 10 procent av normal fysiologisk temperatur och hastigheten för kemiska reaktioner av intresse 40 procent av den i organ som perfunderas vid kroppstemperatur (37 ◦C), enligt skåpbilen' t Hoffs ekvation. Dessutom säger Arrhenius-relationen att när temperaturen sjunker, minskar den termiska exciteringen av molekyler också och deras kemiska interaktioner [12].
Andra biokemiska händelser inträffar under ischemi som inte bidrar till den ischemiska skadan omedelbart, men som senare aktiverar en kaskad av toxiska händelser vid tidpunkten för reoxygenation med blodreperfusion, och på så sätt förvärrar den tidigare vävnadsskadan.
Under reperfusion bestämmer återställandet av blodtillförseln en modifiering av syrestrukturen, med rubriken en enskild elektron; detta producerar "superoxidanjonen", den första reaktiva syreföreningen (ROS). När ROS-produktionen ökar, följer oxidativ skada parallellt och om cellens reparationsmekanismer är otillräckliga, dvs antioxidantsystem för att avlägsna bristen på den reaktiva intermediären eller inte återimplementeras, utvecklas de följdskador till glomerulär skleros, vilket bestämmer irreversibel funktionsförlust, förutsatt att att cellen överlever.
Bland de möjliga ROS-upphovsmännen, främst oxidoreduktaser, bör särskild uppmärksamhet ägnas åt mitokondriell nikotinamidadenindinukleotidhydrid (NADH) och nikotinamidadenindinukleotidfosfatoxidas (NADPH). Intressant nog, till skillnad från andra enzymer som producerar ROS sekundärt till deras specifika katalytiska process, är NADPHoxidas faktiskt det enda enzymet vars primära funktion är att producera ROS [13]. Dessutom, särskilt förnjure, är det primära ursprunget för ROS i njurbarken själva NADPH-oxidaset [14,15].
Mer i detalj donerar NADPH väte till glutation och tioredoxiner, som i sin tur används av glutaredoxiner, peroxiredoxiner och glutationperoxidaser för att neutralisera ROS, med förvärvet av den reduktiva potentialen. Sålunda kan NADPH betraktas som den ultimata givaren av reduktionskraft till antioxidantsystemen och rensare av den toxiska reaktiva intermediärackumuleringen.
NADPH kan genereras på många sätt, inklusive cykeln som katalyseras av tematiska enzymer, isocitratdehydrogenaser och folatdehydrogenaser; ändå är den huvudsakliga källan två enzymer från den oxidativa grenen av pentosfosfatvägen (PPP): 6-fosfoglukonatdehydrogenas (6PG) och det PPP-hastighetsbegränsande enzymet glukos 6-fosfatdehydrogenas (G6PD) [16 ].
3. Konsekvenser av ischemisk reperfusionsskada
De kliniska manifestationerna av ischemi-reperfusionsskada är olika. Patologiskt, ischemisk akutnjureskada (AKI) kännetecknas av subletala och dödliga skador på inre tubuli, särskilt i de proximala tubuli. Podocyter, de högt differentierade glomerulära epitelcellerna som ligger i det yttersta lagret av den glomerulära filtrationsbarriären, verkar vara mer mottagliga för skadan. Interdigitationerna av podocyter flätas samman med de i de omgivande cellerna för att utgöra slitsmembranet, vilket representerar det ultimata skyddet för att undvika överdriven proteinförlust från det glomerulära filtratet [17].
Som nämnts ovan kan den oxidativa stressen orsaka celldöd; detta visas faktiskt i njurtubuli hos AKI-patienternjurar; om skadan är långvarig men inte dödlig, har njurtubuli kapacitet att reparera och, beroende på den egna reservoarkapaciteten, huvudsakligen relaterad till kvaliteten på själva njuren, dvs levande donator mot ECD eller DCD, eller unga mot åldrade donatorer, fungerande parenkym ersätts av fibrotisk vävnad, med progression mot kronisk brist [18,19] och förlust av filtreringskapacitet.
Cistanche-njursjukdom
3.1. Fördröjd graftfunktion
Njurtransplantatfunktion efter transplantation definieras vanligtvis som omedelbar, fördröjd (DGF) eller primär icke-funktion (PNF). De flesta centra definierar DGF som kravet på dialys inom den första veckan efter transplantationen.
Diagnosen baseras på låg urinproduktion, långsam minskning av serumkreatininnivåer och ökad metabol instabilitet. Definitionen av funktionell DGF (f-DGF) består av frånvaron av en minskning av serumkreatininnivåerna på minst 10 procent varje dag under tre på varandra följande dagar under den första veckan efter transplantationen, men inte inklusive patienter med akut avstötning eller toxicitet för kalcineurinhämmare är bevisat på biopsi [20].
Skadan på podocyterna i tubuli, även känd som akut tubulär nekros (ATN), främst orsakad av IRI, anses vara den främsta orsaken till DGF efter transplantation [21]. DGF har ett inflytande på både kort- och långsiktiga resultat, vilket ökar risken för akut avstötning (AR), parenkymal ärrbildning och minskad transplantatfunktion och överlevnad. Det har också en betydande kostnad för sjukhusvistelse, med högre total sjuklighet hos mottagaren [6]. DGF-frekvensen påverkar vanligtvis en tredjedel av den avlidne givarennjuretransplantationer [22] och är beroende av organets inneboende kvalitet, med en generellt mindre förekomst av högkvalitativa organ som till exempel de som hämtas från levande donatorer [23].
3.2. Akut avstötning
Effekterna av organischemi, nämligen förlust av ATP och ökad ROS-produktion sekundärt till det anaerobaämnesomsättning,leda till en ackumulering av mjölksyra, felfunktion av Na plus /K plus ATPaserna och oxidativ skada. Vidare kan stressen som härrör från blodreperfusionen av den skadade vävnaden paradoxalt nog förvärra genereringen av ROS och den totala mängden intracellulär skada, därför kan IRI öka hastigheten för det inflammatoriska svaret till följd av att celldöden frisätter kemokiner och andra toxiska molekyler. Denna intracellulära frisättning riktas som ett hot mot organismen av receptorerna i det medfödda immunsystemet som aktiverar inflammatoriska celler och mediatorer. Således attackeras organ med ihållande ischemisk skada också av immunsystemet med en synergisk negativ effekt på återhämtning av transplantat. Det finns bevis för att inflammationen som genereras som en konsekvens av IRI-skada kan förvärra den funktionella återhämtningen och kan stimulera endritiska celler att bli mogna, fånga upp transplantatvävnadsantigenet och migrera till lymfsystemet. I denna situation involverar den vanliga vägen i allmänhet presentation av antigenet för T-celler, med aktivering av det adaptiva immunsystemet och en ihållande immunreaktivitet, känd som AR mot de transplanteradenjure, både i form av humorala och/eller cellulära komponenter [24].
4. Konserveringstekniker
4.1. Statisk kylförvaring
Organkonservering har förlitat sig på kall statisk lagring (SCS) för att minimera skadorna utanför kroppen sedan hämtningen och fram till transplantationen, då revaskulariseringen med mottagarens blod återför organet till de normala metaboliska förhållandena [8]. Denna konserveringsmodalitet har representerat den mest vanlig metod över hela världen på grund av dess enkelhet och relativt låga associerade kostnad [25]. Praktiskt taget, på hämtningsplatsennjurespolas med kall konserveringslösning för att avlägsna blodet och kyls ner; sedan lagras den i en lösning omgiven av krossad is.
Det finns flera konserveringslösningar tillgängliga i handeln, alla med samma gemensamma princip för att begränsa och potentiellt förhindra ovan beskrivna vävnadsskador sekundärt till den ischemiska skadan. Grundformeln är närvaron av en impermeant för att motverka ödem och ge stabilitet till cellskelettet samt en buffert med en balanserad elektrolytsammansättning för att förhindra ackumulering av intracellulär acidos och ytterligare minimera cellulär svullnad. Koncentrationerna av natrium och kalium varierar och beroende på vilken elektrolytnivå som är högre klassificeras de som extracellulära respektive intracellulära [26].
Kallkonservering bygger på principen att kylning av ett organ hämmar de enzymatiska processerna och de skadliga effekterna av den anaeroba fasen; genom att sänka temperaturen med 10 ◦C, sker en 2–3-faldig minskning av cellenämnesomsättningsker parallellt, vilket leder till långsammare utarmning av ATP [27] och därför låter cellen överleva en längre period utanför människokroppen. Organ-ATP-förråd töms vid kylförvaring, och trots att hypotermi upphäver några av de skadliga effekterna av ATP-utarmning [14], förstärks transplantatendotelskada och inflammatoriska svar, vars grad är relaterad till kyllagringstidens längd [9] .
Cistanche-njurfunktion
4.2. Dynamiskt bevarande
Konceptet med dynamisk konservering ligger i mekanismen för aktiv perfusion av organet kontra den statiska konserveringslösningen i förvaring med krossad is. Beroende på temperaturinställningen kunde vi huvudsakligen urskilja två olika scenarier: hypotermisk eller normotermiskmaskinperfusion. De antas alltmer, särskilt för organ som hämtas från DCD och ECD. En färsk metaanalys granskade systematiskt bevisen för livsduglighet och förekomst av reperfusionsskada injurarkonserverad med MP jämfört med SCS [25], vilket visar bevis på förbättrade resultat jämfört med SCS, nämligen minskad DGF och PNF och ökad 1-årstransplantatöverlevnad.
Syftet med dynamisk bevarande med MP är att underlätta återställandet av celluläraämnesomsättning, tvärtom, försämrad av SCS. Dessutom finns det möjlighet att direkt modifiera perfusionsvätskan med leverans av organriktade rekonditioneringsterapier. I detta unika scenario, genom att etablera en isolerad ex vivo-plattform med ametaboliskt aktiva organ, kan terapier som riktar sig till ischemi-reperfusionsskada i realtid levereras direkt till organet och begränsa den systemiska mottagarens exponering. I detta avseende, bortsett från syreimplementeringen [28], har andra läkemedel som prostaglandin, antibiotika, bikarbonat och heparin beskrivits, såväl som mesenkymala celler i en nyligen preklinisk studie [29].
4.2.1. HypotermiskMaskinperfusion
HypotermiskMaskinperfusion(HMP) baseras på ett kontinuerligt flöde av konserveringsmedelslösning som recirkuleras i en steril krets vid hypotermiska temperaturer, dvs mellan 4 och 7 ◦C [6]. Perfusionen pumpas direkt in injuregynnar en fullständig uttvättning av blod och proppar, vilket på detta sätt förbättrar penetrationen av perfusionslösningens komponenter i parenkymet. Dessutom tillåter flödesdynamiken möjligheten till realtidsbedömning av livsduglighet och den potentiella tillhandahållandet av substrat för att upprätthålla den metaboliska aktiviteten, såsom farmakologiska medel eller näringsämnen.
Den aktiva pumpen med konserveringslösning står i motsats till kylförvaringens statiska natur. Detta upprätthåller också ett mer aktivt ingripande av läkaren för att övervaka organskadan under den ischemiska fasen och så småningom ingripa för att reparera skadan, om den upptäcks [8]. När det gäller SCS saktar HMP ner cellämnesomsättning, minskar syrebehov och ATP-utarmning. Ytterligare forskning fokuserar på en kärlskyddande effekt av HMP, genom att potentiellt upprätthålla den hemodynamiska stimuleringen av endotelet, minska kärlkrampen, underlätta uttrycket av skyddande flödesberoende gener och bibehålla öppenheten hos kärlbädden [30-32]. I detta avseende verkar användningen av pulserande flöde i HMP vara den viktiga faktorn för HMP-effekter kontra icke-pulserande flöde, för att säkerställa fördelarna med HMP jämfört med SCS [6]. Perfusionsdynamikparametrar relaterade till perfusatflödet genomnjureoch som vanligtvis används i den kliniska praktiken är pulspumphastighet, perfusattemperatur, perfusionstryck (systoliskt, diastoliskt och medeltryck), perfusionsflödesindex (PFI) och intraparenkymalt vaskulärt motstånd.
Beviset som undersöker perfusatanalys från HMPnjurarjämfört med att spola lösningen från SCS-lagrade njurar visade att, efter HMP, har njurarna signifikant minskat proinflammatoriskt cytokinuttryck jämfört med SCS-kontroller, vilket ger en potentiell mekanism för HMP att tillåta en minskning av leukocytaktivering och en minskning av IRI-aktiverad inflammation under reperfusion [33] . Ändå återstår det att fastställa den övergripande effekten av HMP, eftersom det kan finnas ytterligare komponenter som ska undersökas för ytterligare potentiell nytta. Till exempel har en nyligen genomförd randomiserad kontrollerad studie [28] visat att aktiv syretillsats i perfusatet leder till en gynnsam effekt endast över HMP, i njurar som hämtats från donatorer som är 50 år eller äldre eller efter cirkulationsdöd. Den förbättring som visas i 12-månadens eGFR i transplanterade njurar som genomgår syresättning under HMP, leder vägen mot verkliga chanser att rekonditionera före transplantation, och aktivt kontrasterar den ischemiska skadan som ett resultat av den anaeroba cellenämnesomsättning.
Förutom förmågan att övervaka perfusionsdynamiken kan det cirkulerande perfusatet provtas för nivåer av skador och skador biomarkörer. I båda fallen har perfusionsdynamik och biokemisk perfusatanalys beskrivits i bedömningen av organviabilitet och lämplighet för organtransplantation [34].
4.2.2. NormotermiskMaskinperfusion
NormotermiskMaskinperfusion(NMP) syftar till att hålla organet under en fysiologisk temperaturinställning, för att tillåta fortsättningen av de biokemiska processerna som är inneboende i celluläraämnesomsättningutanför människokroppen. Ex vivo NMP ska särskiljas från in situ normotermisk regional perfusion, som består av användning av extrakorporeal membransyresättning hos donatorer efter cirkulationsdöd, men med organen kvar i donatorkroppen
Kontinuerlig perfusion avnjurevid varmare temperaturer (34–37 ◦C) med tillförsel av näringsämnen och syre har fördelen att undvika hypotermisk skada och hypoxi, så NMP verkar etablera en mer fysiologisk miljö samtidigt som njuren bevaras. Dessutom kan det också hjälpa till att återhämta sig och förhindra att ytterligare skada inträffar före reperfusion med humant blod [35]. När det gäller HMP visar den dynamiska konserveringen med NMP direkt sin överlägsenhet jämfört med SCS i både kliniska och experimentella miljöer [36,37].
Cistanche-njurfunktion
För att återupprätta fullständigheten av cellmetabolismen under konservering och innan transplantatet faktiskt transplanteras och perfunderas av mottagarens blod, är det nödvändigt att förse organet med näringsämnen och syre, därför krävs en syrebärare, vanligtvis röda blodkroppar. Det finns också växande bevis för acellulära perfusater, såsom de som använder hemoglobinbaserade syrebärare, som kan representera ett kostnadseffektivt alternativ [38].
Vid normotermi och i närvaro av syre, cellulärämnesomsättningåterupptas, vilket innebär en högre sannolikhet för att bedöma både organskada såväl som kvarvarande funktion [27]. Till exempel utgör den övergripande makroskopiska aspekten, såväl som perfusionsflödet och urinproduktionen en allt mer använd poäng för att förutsäga transplantatfunktionalitet efter transplantation [36] .
För närvarande undersöker de flesta tillgängliga bevis normotermisknjureperfusion under en kort period (vanligtvis 1 timme) före transplantation, på grund av det fortsatta behovet av att ladda lösningen med näringsämnen och tillsatser och så småningom ersätta utsöndringsprodukterna frånämnesomsättningav cellerna. Det finns också en beskrivning av mänskliga njurar, som inte anses transplanterbara, som har blivit normotermiskt perfunderade i 24 timmar, via en urincirkulationskrets [39].
Praktiskt taget efter uttag spolas njuren med kall perfusionslösning, och antingen perfunderas omedelbart på en bärbarmaskinperfusionenhet, eller transporteras med tillfälligt SCS tillbaka till mottagarsjukhuset för perfusion på plats. Ex vivo NMP påbörjades [40] via en pediatrisk kardiopulmonell bypass och membransyresättare för att genjuremed syresatta röda blodkroppar suspenderade i kristalloid vid 37 ◦C. När det gäller HMP-fallet tillåter perfusionsdynamikparametrar viabilitetsbedömning, och det makroskopiska utseendet av perfusion och urinproduktionen ger information om parenkymal funktionsstatus [41]. Förutom förmågan att övervaka perfusionsdynamiken, kan det cirkulerande perfusatet (eller urinen) provtas för nivåer av skade- och skadebiomarkörer.
5. Viabilitetsbedömning via maskinperfusion
Med den progressiva ökningen av komorbiditeter (diabetes, metabolt syndrom, kranskärlssjukdom) som påverkar väntelistkandidaterna [42] och deras övergripande associerade risker för att utveckla postoperativa komplikationer, tillsammans med åldrandet av ESRD-populationen, de skadliga resultaten av sjukligheten i samband med den dåliga funktionaliteten hos det implanterade transplantatet kan ha olika riskacceptanströsklar för olika mottagare [43]. Med andra ord, att känna till risken för att utveckla dålig transplantatfunktion i realtid under konserveringsprocessen, med möjligheten att även mäta den skadade enheten, såväl som dess möjliga återhämtning med eller utan rekonditionering, skulle ge ytterligare objektiv information för att välja en särskild mottagare för en vissnjureoch därmed sträva efter en bättre givare-mottagare-matchning i försöket att fortsätta att utöka organdonatorpoolen. Tabell 1 representerar en genomgång av de mest använda metoderna för livsduglighetsbedömningar av njuren under konservering via MP (från den nyaste till den äldre fram till 2000).
Tabell 1. Viabilitetsbedömningsparametrar ex situMaskinperfusion. Förklaring: AAP: alaninaminopeptidas; ATP: Adenosintrifosfat; DBD: donator efter hjärndöd; COR: kontrollerad syresatt återuppvärmning; DCD: donator efter hjärtdöd; ECD: givare med utökade kriterier; FABP: fettsyrabindande protein; FMN: Flavinmononukleotid; GFR: Glomerulärfiltreringshastighet; GST: glutation S-transferas; HMP: hypotermisk maskinperfusion; H-FABP: fettsyrabindande protein av hjärttyp; IL: interleukin; LPOP: lipidperoxidationsprodukter; LDH: Laktatdehydrogenas; KIM-1:njureskademolekyl-1;MDA: malondialdehyd; mRNA: budbärar-RNA; miRNA: mikroRNA; NAD: Nikotinamid Adenin Dinukleotid; NAG:N-acetyl-D-glykosaminidas; NGAL: neutrofil gelatinas-associerat lipokalin; NMP: normotermisk maskinperfusion; SNM: subnormotermiskmaskinperfusion; TBARS: tiobarbitursyrareaktiva ämnen.
En lista över bevis i tillgängliga verktyg redovisas nedan:
(1) Under NMP är det makroskopiska utseendet av det perfunderade transplantatet tillgängligt: kvalitetsbedömningspoängen (QAS) baseras på makroskopiskt utseende, genomsnittligt njurblodflöde och total urinproduktion [41].Njurarär graderade 1–5, med 1–3 poäng anses lämpliga för transplantation: poäng 1 indikerar den minsta skadan och 5 är den allvarligaste. Mer i detalj byggs poängen upp av en kombination av perfusionsbedömningsparametrarna inom 60 minuter från start : grad I, utmärkt perfusion eller global pinkappearance; grad II, måttlig perfusion med fläckigt rosa/lila utseende som antingen kvarstår eller förbättras under NMP; grad III, dålig perfusion, bestående av global fläckning och lila/svart utseende konstant under hela NMP. Dessutom trösklar för njurblodflöde (<50 ml="" per="" min="" per="" 100="" g)="" and="" total="" urine="" output=""><43 ml="" per="" min="" per="" 100="" g)="" give="" additional="" single="" points="" each="" to="" be="" combined="" with="" the="" macroscopic="" grades="" (i-iii)="" for="" the="" final="" assessment="">
(2) Tryck-, flödes- och resistansavläsningar som uppmätts under MP används som viabilitetsbedömare, även om de inte kan betraktas som fristående kriterier, eftersom deras relativa prediktiva värde är lågt. Skälet för användningen av perfusionsparametrar beror på strukturen av själva njurkärlsystemet, mycket rikt på kapillärnätverk med filtreringsfunktion [77]. Frisättningen av vasokonstriktorer från detta kapillärnätverk (endotel i ett lager) efter ischemiska och inflammatoriska förolämpningar, bestämmer ackumuleringen av erytrocyter och mikrotrombos, vilket så småningom leder till ett minskat flöde och ökat motstånd i transplantatet [26]. Dessutom är hypoxi direkt ansvarig för endotelcellsaktivering, vilket synergiskt gynnar en pro-koagulant och pro-inflammatorisk fenotyp av njurkärlen, med åtföljande störningar av blodflödet och ökad leukocytinfiltration, med ytterligare minskning avnjurefungera. På grundval av detta är ökat njurvaskulärt motstånd och lågt intraparenkymalt flöde uttryck för vävnadsskada.
(3) Glukosförbrukning: skillnaden mellan koncentrationen av det arteriella inflödet och det venösa utflödet kan uppskatta den aeroba andningen och energiaktiviteten hosnjureceller. Flera sätt att mäta glukoskonsumtion har beskrivits, inklusive metaboliska profiler via icke-invasiv MR-spektroskopi [78]. Skälet ligger i uppskattningen av cellers livsduglighet med tanke på deras metaboliska utnyttjande av kolhydratenergikällor, eftersom det fysiologiskt inträffar när organet finns i människokroppen. Mönstret att stänga ner metaboliskt är speciellt för njurarna som lider av oxidativ stress och övergår till anaerob energiproduktion, medan njurperfusionen minskar.
(4) Syreförbrukning: blodkoncentrationen av syre mäts för att indirekt bedöma mitokondriell aktivitet: det finns ett linjärt samband mellan Na plus reabsorption och syreförbrukning, i själva verket medieras Na plus reabsorption av en energiberoende (Na plus /K plus) ATP-pump) process [12]. Nyligen genomförda studier har visat att syretillförsel under HMP ökar syreförbrukningen från cellerna och förbättrarnjurefunktion (GFR) i de transplanterade njurarna [28]. Det finns en mängd olika formler som används för närvarande som skiljer sig åt när det gäller de parametrar som ska beaktas [55]. På en separat notering är det relevant att uppskatta beräkningen enligt temperaturområdet, som faktiskt tidigare nämnts, cellämnesomsättningbromsas av den reducerade temperaturen, därför är syrebehovet vid hypotermiska förhållanden annorlunda än det vid kroppstemperatur; dessutom är syreförbrukningen under NMP beroende av de syrekoncentrationer som erbjuds till själva njuren [79].
(5) Mätningar av slutliga glykolysprodukter. Brist på syre orsakar ackumulering av speciella metaboliter [80]: succinat/pyruvat, NADH, laktat (Figur 1). Mätning av vävnadsskada och uppskattad anaerob metabolism är ett viktigt inslag i ischemiska organ, med korrelation till omfattningen av varm ischemitid, till exempel i fallet med DVD-skivor.
(6) Mätning av ATP-utarmning eller ATP/ADP-förhållande, som nyckelfunktionen för att bestämma ifcellämnesomsättningär övervägande oxidativ eller glykolytisk. Med Na plus /K plus ATPasblocket är inflödet av fritt Ca2 plus in i cellerna och aktiveringen av fosfolipaser direkta konsekvenser av fallet i ATP-produktionen [12]. En annan indirekt effekt är också den ökade koncentrationen av övergångsmetaller som fritt järn eftersom dess bindning till bärarproteinerna (transferrin, ferritin) hämmas också av energiutarmningen. I den här situationen finns det också aktivering av kaskaden av fria syreradikaler, vilket skapar en ond cirkel där produktionen av kväveoxid (NO), en annan vanlig mätning av cellviabilitet, ökar också [81]. NO har också en direkt effekt på vasokonstriktion och relaterar alltså till perfusionsdynamiken.
(7) Viabiliteten avnjureundermaskinperfusionkan också mätas genom provtagning av perfusatet för biomarkörer för cellskada [82]. I den hypotermiska miljön är de vanligaste som används glutation S-transferas (GST), som total-GST (t-GST) eller dess isoformer (alfa-GST och pi-GST), fettsyrabindande protein (FABP), laktatdehydrogenas (LDH) och laktatnivåer. I det normotermiska scenariot är de mest använda neutrofilgelatinasassocierade lipokalin (NGAL) och endotelin-1 [39,83].
(8) Mikrodialys: en vävnadsprovtagningsteknik som använder en liten (normalt 600 µm diameter) sond med ett semipermeabelt membran i spetsen. Membranets insida sprids för att upprätthålla en koncentrationsgradient över membranet mellan den extracellulära vätskan och sonden. Detta skapar en dialysatström speglar vävnadskoncentrationerna av analyter, som till exempel glukos och laktat. Det finns bevis i litteraturen för realtidsövervakning in vivo, vilket visar att användning av mikrodialys online ger information om organens metaboliska tillstånd under konservering [84].
(9) mRNA-profilering: defekt postreperfusions metabolisk återhämtning associeras direkt med incident fördröjd transplantatfunktion och det finns bevis på vissa ischemi-inducerade domics som kan användas som prediktorer för vävnadsskada [85]. Specifik mRNA-uttryck av flera glykolytiska och glukoneogena enzymer skulle kunna utvärdera renalt glukosämnesomsättningeller graden av inflammation och cytokinproduktion, sekundärt till teischemisk förolämpning.
(10) Flavinmononukleotidnivåer (FMN) i det acellulära perfusatet efter 30 min hypoterm perfusion, som ett resultat av att skadade mitokondrier släpper ut sitt innehåll i cytoplasman [44]. Fysiologiskt är FMN icke-kovalent bundet till en subenhet av mitokondriellt komplex I, och dess dissociation med frisättning på cytoplasmatisk nivå är en effekt av den ischemiska skadan, där MPT är skadad, med ROS-produktion och ökad toxicitet [86] .
Cistanche-njursviktsymtom
6. Slutsatser
Utvecklingen av dynamisk organperfusionsteknologi har avsevärt ökat möjligheten att bedöma parenkymcellernaämnesomsättningunder konservering, vilket ger ett ytterligare verktyg för att överväga organviabilitet, särskilt för de organ som hämtats från bredare acceptanskriterier, dvs ECD och DCD. På detta sätt finns det bevis på en konkret chans att utöka organpoolen, genom olika MP-metoder, genom att skräddarsy varje konserveringsparameter (temperatur, syre och/eller näringstillförsel, plats) till varje organ, baserat på förmodad ischemisk skada.
Konceptet med dynamiskt bevarande i sig är redan fördelaktigt för orgelnämnesomsättning, som direkt påverkar den renala mikrovaskulaturen och därmed saktar ner den resulterande ischemiska vasokonstriktionen. Detta kunde uppskattas via perfusionsparametrarna för ökad njurresistens och försämrat intraparenkymalt flöde. Dessutom kan flera indirekta metoder, såsom syre- och glukoskonsumtion, ATP-utarmning/produktion, laktat och biomarkörkoncentration ge en inblick i vad som är den nuvarande organenergistatusen för att ytterligare driva rekonditioneringsåtgärder. Ändå saknas det hittills en fullständig förståelse av mekanismerna som reglerar den ischemiska cellskadan, så en fullständig livskraftsbedömning under dynamisk organperfusion är inte tillgänglig.
Sammanfattningsvis, ju mer information relaterad till viabilitetsbedömning under organkonservering tillhandahålls, som i fallet med MP jämfört med SCS, är den högsta noggrannheten som förutsäger den framtida funktionen för ett givet transplantat. Ytterligare studier är berättigade för att minska nedgången av olämpligt organutbud, möjligen genom att integrera ett multidisciplinärt tillvägagångssätt för att komplettera kliniska eller omiska data med de variabler som undersöks via MP-teknologi.
Författarbidrag: Conceptualization, MIB och VD; metodik, MIB; resurser, MIB,FT och MIA; datakurering, MIB och FT; skrivande—original utkast förberedelse, MIB; skrivande—granskning och redigering, FT, MIA och VD; övervakning, VD; finansieringsförvärv, VD Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet.
Finansiering: Denna forskning stöddes av Sapienza-universitetet i Rom.
Uttalande av institutionell granskningsnämnd: Studien faller under kategorin forskning genom användning av publicerade data från befintliga databaser som, baserat på Health Research Authoritys kriterier, inte kräver proportionell eller fullständig etisk granskning och godkännande.
Informerat samtycke: Ej tillämpligt.
Deklaration om datatillgänglighet: Data som stöder denna granskning har tillhandahållits i hela texten.
Intressekonflikter: Författarna förklarar ingen intressekonflikt.
Förkortningar
AR akut avslag
AKI akutnjureskada
ATN akut tubulär nekros
ATNATP adenosin-trifosfat
DCD-donation efter cirkulationsdödDGF fördröjde transplantatfunktionen
ECD utökade kriterier givare
ESRD njursjukdom i slutstadiet
G6PD 6-fosfatdehydrogenas
MPmaskinperfusion
HMP hypotermisk maskinperfusion
MPT mitokondriell permeabilitetsövergång
NADH nikotinamid adenindinukleotidhydrid
NADPH adenindinukleotidfosfat
NMP normotermiskmaskinperfusion
INGEN kväveoxid
6PG 6-fosfoglukonatdehydrogenas
PFI perfusionsflödesindex
PNF primär icke-funktion PPP pentosfosfatväg
QAS kvalitetsbedömning poäng
ROS-reaktiva syrearter
SCS statisk kylförvaring
WIT varm ischemisk tid
Referenser
1. Wolfe, RA; Ashby, VB; Milford, EL; Ojo, AO; Ettenger, RE; Agodoa, LY; Held, PJ; Port, FK Jämförelse av dödlighet hos allapatienter på dialys, patienter på dialys som väntar på transplantation och mottagare av en första kadavertransplantation. N. Engl. J.Med. 1999, 341, 1725–1730. [CrossRef] [PubMed]
2. Kami ´nska, D.; Ko´scielska-Kasprzak, K.; Chudoba, P.; Hało ´n, A.; Mazanowska, O.; Gomółkiewicz, A.; Dzi ˛egiel, P.; Drulis-Fajdasz, D.; Myszka, M.; Lepiesza, A.; et al. Inverkan av varm ischemi eliminering pånjureskada under transplantation–klinisk och molekylär studie. Sci. Rep. 2016, 6, 36118. [CrossRef] [PubMed]
3. Peters-Sengers, H.; Houtzager, JHE; Heemskerk, MBA; Idu, MM; Minnee, RC; Klaasen, RW; Joor, SE; Hagenaars, JAM; Rebers, PM; Van Der Heide, JJH; et al. DCD-donatorhemodynamik som prediktor för utfall efter njurtransplantation. Arab.Archaeol. Epigr. 2018, 18, 1966–1976. [CrossRef] [PubMed]
4. Port, FK; Bragg-Gresham, JL; Metzger, RA; Dykstra, DM; Gillespie, BW; Young, EW; Delmonico, FL; Wynn, JJ; Merion,RM; Wolfe, RA; et al. Donatoregenskaper förknippade med minskad transplantatöverlevnad: Ett tillvägagångssätt för att utöka poolen av njurdonatorer1. Transplantation 2002, 74, 1281–1286. [CrossRef] [PubMed]
5. Lam, NN; Boyne, DJ; Quinn, RR; Austin, PC; Hemmelgarn, BR; Campbell, P.; Knoll, GA; Tibbles, LA; Yilmaz, S.; Quan, H.; et al. Dödlighet och sjuklighet iNjureTransplantationsmottagare med ett misslyckat transplantat: En matchad kohortstudie. Burk. J. KidneyHealth Dis. 2020, 7, 2054358120908677. [CrossRef]
6. Bellini, MI; Charalampidis, S.; Herbert, PE; Bonatsos, V.; Crane, J.; Muthusamy, A.; Dor, FJMF; Papalois, V. Cold PulsatileMaskinperfusionkontra statisk kylförvaring vid njurtransplantation: en upplevelse på ett enda center. BioMed Res. Int. 2019, 2019,7435248. [CrossRef]
7. Sung, RS; Christensen, LL; Leichtman, AB; Greenstein, SM; Distant, DA; Wynn, JJ; Stegall, MD; Delmonico, FL; Port, FKDeterminanter för kassering av utökade kriterier Donatornjurar: påverkan av biopsi och maskinperfusion. Arab. Archaeol. Epigr.2008, 8, 783–792. [CrossRef]
8. Bellini, MI; D'Andrea, V. Organkonservering: Vilken temperatur för vilket organ? J. Int. Med Res. 2019, 47, 2323–2325.[CrossRef]
9. Murray, JE Reflektioner över den första framgångsrika njurtransplantationen. World J. Surg. 1982, 6, 372-376. [CrossRef]
10. Wu, M.-Y.; Yiang, G.-T.; Liao, W.-T.; Tsai, AP-Y.; Cheng, Y.-L.; Cheng, P.-W.; Li, C.-Y. Aktuella mekanistiska koncept i ischemi och reperfusionsskada. Cell. Physiol. Biochem. 2018, 46, 1650–1667. [CrossRef]
11. Chouchani, ET; Pell, VR; Gaude, E.; Aksentijevi´c, D.; Sunder, SY; Robb, EL; Logan, A.; Nadtochiy, SM; Ord, EN; Smith, AC; et al. Ischemisk ackumulering av succinat kontrollerar reperfusionsskada genom mitokondriell ROS. Nature 2014, 515, 431–435.[CrossRef] [PubMed]
12. Bellini, MI; Yiu, J.; Nozdrin, M.; Papalois, V. Effekten av konserveringstemperatur på lever, njure och bukspottkörtelvävnad ATPin djur- och prekliniska mänskliga modeller. J. Clin. Med. 2019, 8, 1421. [CrossRef] [PubMed]
13. Chen, S.; Meng, X.-F.; Zhang, C. Roll av NADPH Oxidas-medierade reaktiva syrearter vid podocytskada. BioMed Res. Int.2013, 2013, 1–7. [CrossRef] [PubMed]
14. Wang, D.; Chen, Y.; Chabrashvili, T.; Aslam, S.; Conde, LJB; Umans, JG; Wilcox, CS:s roll för oxidativ stress i endoteldysfunktion och förbättrade svar på angiotensin II av afferenta arterioler från kaniner infunderade med angiotensin II. J. Am.Soc. Nephrol. 2003, 14, 2783–2789. [CrossRef] [PubMed]
15. Wang, Y.; Branicky, R.; Noë, A.; Hekimi, S. Superoxiddismutaser: Dubbla roller för att kontrollera ROS-skador och reglera ROS-signalering. J. Cell Biol. 2018, 217, 1915–1928. [CrossRef]
16. Fernandez-Marcos, PJ; Nóbrega-Pereira, S. NADPH: Nytt syre för ROS-teorin om åldrande. Oncotarget 2016, 7, 50814–50815.[CrossRef]
17. Shankland, SJ Podocytens svar på skada: roll i proteinuri och glomeruloskleros.NjureInt. 2006, 69, 2131–2147.[CrossRef]
18. Chawla, LS; Kimmel, PL Akut njurskada och kronisk njursjukdom: Ett integrerat kliniskt syndrom. Kidney Int. 2012, 82 516–524. [CrossRef]
19. Venkatachalam, MA; Griffin, KA; Lan, R.; Geng, H.; Saikumar, P.; Bidani, AK Akut njurskada: En språngbräda för framsteg vid kronisk njursjukdom. Am. J. Physiol. Physiol. 2010, 298, F1078–F1094. [CrossRef]
20. Yarlagadda, SG; Coca, SG; Garg, AX; Doshi, M.; Poggio, E.; Marcus, RJ; Parikh, CR Markerad variation i definitionen och diagnosen av fördröjd graftfunktion: En systematisk översikt. Nephrol. Ringa. Transplantation. 2008, 23, 2995–3003. [CrossRef]
21. De Oliveira, BD; Xu, K.; Shen, TH; Callahan, M.; Kiryluk, K.; D'Agati, VD; Tatonetti, NP; Barasch, J.; Devarajan, P. Molecularnephrology: Typer av akut tubulär skada. Nat. Rev. Nephrol. 2019, 15, 599–612. [CrossRef] [PubMed]
22. Perico, N.; Cattaneo, D.; Sayegh, MH; Remuzzi, G. Fördröjd graftfunktion vid njurtransplantation. Lancet 2004, 364, 1814–1827.[CrossRef]
23. Bellini, MI; Courtney, AE; McCaughan, JA Levande donatornjurtransplantation förbättrar transplantat- och mottagareöverlevnad hos patienter med flera njurtransplantationer. J. Clin. Med. 2020, 9, 2118. [CrossRef] [PubMed]
24. Ponticelli, C. Effekten av kall ischemitid på resultatet av njurtransplantation. Kidney Int. 2015, 87, 272–275. [CrossRef]
25. Bellini, MI; Nozdrin, M.; Yiu, J.; Papalois, V. Machine Perfusion for Abdominal Organ Conservation: A Systematic Review of Kidney and Lever Human Grafts. J. Clin. Med. 2019, 8, 1221. [CrossRef]
26. Chen, Y.; Shi, J.; Xia, TC; Xu, R.; Han, X.; Xia, Y. Bevarandelösningar för njurtransplantation: historia, framsteg och mekanismer. Celltransplantation. 2019, 28, 1472–1489. [CrossRef]
27. Hosgood, SA; Hunter, JP; Nicholson, ML Kall ischemisk skada vid njurtransplantation; IntechOpen: London, Storbritannien, 2012.
28. Jochmans, I.; Brat, A.; Davies, L.; Hofker, HS; Leemkolk, FEMVD; Leuvenink, HGD; Riddare, SR; Pirenne, J.; Ploeg, RJ; Abramowicz, D.; et al. Syresatt kontra standard kall perfusionskonservering vid njurtransplantation (COMPARE): Arandomiserad, dubbelblind, parad, fas 3-studie. Lancet 2020, 396, 1653–1662. [CrossRef]
29. Thompson, ER; Bates, L.; Ibrahim, IK; Sewpaul, A.; Stenberg, B.; McNeill, A.; Figueiredo, R.; Girdlestone, T.; Wilkins, GC; Wang, L.; et al. Ny leverans av cellulär terapi för att minska ischemi-reperfusionsskada injuretransplantation. Arab. Archaeol.Epigr. 2020. [CrossRef]
30. Ravaioli, M.; De Pace, V.; Angeletti, A.; Comai, G.; Vasari, F.; Baldassarre, M.; Maroni, L.; Odaldi, F.; Fallani, G.; Caraceni, P.; et al. Hypotermiskt syresatt nytt maskinperfusionssystem vid lever- och njurtransplantation av donatorer med utökade kriterier: FirstItalian Clinical Trial. Sci. Rep. 2020, 10, 6063. [CrossRef]
31. Van Rijn, R.; Karimian, N.; Matton, APM; Burlage, LC; Westerkamp, AC; Berg, APVD; De Kleine, RHJ; De Boer, MT; Lisman, T.; Porte, RJ Dubbel hypotermisk syresatt maskinperfusion i levertransplantationer donerad efter cirkulationsdöd. BJS2017, 104, 907–917. [CrossRef]
32. Schlegel, A.; Kron, P.; Graf, R.; Dutkowski, P.; Clavien, P.-A. Varm vs kall perfusionsteknik för att rädda levertransplantat från gnagare. J. Hepatol. 2014, 61, 1267–1275. [CrossRef] [PubMed]
33. Zhao, D.-F.; Dong, Q.; Zhang, T. Effekter av statisk kyllagring och hypotermisk maskinperfusion på oxidativa stressfaktorer, adhesionsmolekyler och zinkfingertranskriptionsfaktorproteiner före och efter levertransplantation. Ann. Transplantation. 2017,22, 96–100. [CrossRef] [PubMed]
34. De Beule, J.; Jochmans, I. Njurperfusion som ett verktyg för organkvalitetsbedömning – räknar vi våra kycklingar innan de har kläckts? J. Clin. Med. 2020, 9, 879. [CrossRef] [PubMed]
35. Dirito, JR; Hosgood, SA; Tietjen, GT; Nicholson, ML Marginalens framtidnjurereparation i samband med normotermiskmaskinperfusion. Arab. Archaeol. Epigr. 2018, 18, 2400–2408. [CrossRef]
36. Hosgood, SA; Thompson, E.; Moore, T.; Wilson, CH; Nicholson, ML Normotermisk maskinperfusion för bedömning och transplantation av minskade mänskliga njurar från donatorer efter cirkulationsdöd. Br. J. Surg. 2018, 105, 388–394.[CrossRef]
37. Kathy, JM; Echeverri, J.; Chun, YM; Cen, JY; Goldaracena, N.; Linares, I.; Dingwell, LS; Japp, PM; John, R.; Bagli, D.; et al. Kontinuerlig Normoterm Ex Vivo njurperfusion förbättrar transplantatfunktionen vid donation efter cirkulationsdöd Transplantation av grisnjure. Transplantation 2017, 101, 754–763. [CrossRef]
