Name: an isolated working heart system for large animal models
Uploaded: 2014-06-11T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
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1. Costruire la Apparato Langendorff (vedi figura 1) <ol><li> Uso 3/8 tubo &quot;, collegare il serbatoio cuore al serbatoio di sangue. <ol><li> Assicurarsi che il tubo passa attraverso una pompa a rulli. NOTA: Questo può richiedere utilizzando due da 3/8 &quot;a 1/4&quot; connettori tubi per creare un pezzo di 1/4 &quot;tubo di passare attraverso la pompa a rulli. </li><li> Collegare il serbatoio di sangue al riscaldamento / ossigenatore con 3/8 tubo &quot;. </li><li> Utilizzare 3/8 tubo &quot;per collegare il riscaldatore / ossigenatore a un connettore a Y. </li><li> Collegare un braccio di Y-connettore alla pompa centrifuga, quindi collegare la pompa centrifuga ad un secondo connettore a Y (tutti con 3/8 &quot;tubo). </li><li> Attaccare un pezzo 3/8 &quot;tubi garantisce una valvola emostatica al braccio rivolto verso l&#39;alto, che servirà sia come gorgogliatore e mezzi di inserimento del trasduttore di pressione. </li><li> Attaccare un pezzo di 3/8 tubo &quot;al braccio verso il basso. Questa porzione che attribuirà alla aor<html> cannula tic (cioè la linea post-carico). </li><li> Collegare l&#39;altro braccio del connettore a Y per l&#39;afflusso di camera di pre-carico con 3/8 tubo &quot;. Assicurarsi che questo tubo passa attraverso una seconda pompa a rulli. </li><li> Collegare eccesso 3/8 tubo &quot;per il deflusso di questa camera. Questa porzione che attribuirà alla atrio sinistro (cioè la linea precarico). </li></ol></li><li> Collegare la bombola di ossigeno e apparecchi di riscaldamento per il riscaldamento / ossigenatore. </li><li> Bloccare la linea che va dal connettore a Y alla camera di pre-carico, in quanto non sarà usato questa linea fino a quando il cuore viene messo in modalità di lavoro. </li></ol> 2. Pressione-Volume catetere Preparazione <ol><li> In un bagno d&#39;acqua a 37 °, scaldare un flacone di soluzione salina. </li><li> Immergere il PV conduttanza catetere e trasduttore di pressione nella soluzione salina tiepida per almeno 30 minuti. </li><li> Accendere il sistemi di acquisizione dati, consentendo sia di warm-up per almeno 30 min. </li></ol>tle &quot;&gt; 3. Preparazione del Apparato Langendorff <ol><li> Accendere il serbatoio di ossigeno, apparecchiatura di riscaldamento, pompa a rulli che collega i due serbatoi, e pompa centrifuga. L&#39;apparecchiatura di riscaldamento deve essere impostato alla temperatura corporea dell&#39;animale (~ 36 ° C). </li><li> Lavare il sangue secondo le istruzioni del produttore. Velocità di lavaggio più lenti sono consigliati per la rimozione più completa di prodotti di scarto dal sangue (ad esempio, elettroliti in eccesso, materiale cellulare lisato). </li><li> Una volta che il sangue viene lavato, controllare il livello di ematocrito prima di emodiluizione. </li><li> Ricostituire i globuli rossi lavati con soluzione fisiologica per la concentrazione desiderata ematocrito (consigliata: 20-25%) e aggiungere all&#39;apparato Langendorff. </li><li> Regolare le velocità delle due pompe per iniziare il flusso di sangue attraverso il sistema (esclusa la camera di precarico). </li><li> Controllare il pH ed elettroliti della miscela sangue e regolare fino fisiologica per le specie utilizzate. NOTA: Per evitare deleteri influsso di calcio su riperfusione, i livelli di calcio sull&#39;apparato Langendorff inizialmente dovrebbero essere mantenuti bassi (0,3-0,5 mmol / L). <ol><li> Se c&#39;è una diminuzione dell&#39;ematocrito, con concomitante aumento del potassio, controllare lattato deidrogenasi ed emoglobina plasmatica libera per escludere emolisi. </li><li> Nel caso in cui si verifica emolisi, assicurano tutti i collegamenti siano stretti e non ci sono zone di evidente Sheering. </li></ol></li><li> Fissare il catetere Millar nella fessura di pressione secondario del sistema PowerLab. </li><li> Calibrare il trasduttore di pressione secondo le istruzioni del produttore. </li></ol> 4. Preparazione del Cuore per il fissaggio al Apparato Langendorff NOTA: Un cuore adeguatamente arrestato deve essere utilizzato per tutte le grandi sperimentazioni su animali di un sistema di cuore isolato. Mancanza di arresto cardioplegico può danneggiare il cuore tale da non produrre lavoro misurabile. Celsior, o low-potassio University of Wisconsin si raccomanda una soluzione (UW), in quanto non solo sono queste soluzioni simili a quelli usati clinicamente, ma la bassa potassio della soluzione aiuta impedisce hyperkalemia mentre sul circuito. Volume della soluzione cardioplegica dipenderà dalle dimensioni del cuore, con 1 litro sufficiente per i cuori suini. <ol><li> Rimuovere rapidamente il cuore dal contenitore, versare qualsiasi soluzione di archiviazione nei ventricoli, asciugare e pesare. </li><li> Per aiutare a mantenere una temperatura infarto freddo finché il cuore è pronto per il Langendorff, ritorno cuore di contenitore e orientarlo in modo che aorta è rivolta verso l&#39;alto. </li><li> Inserire una 3/8 &quot;cannula nell&#39;aorta e fissare con una fascetta. </li></ol> 5. Fissaggio del Cuore alla Langendorff <ol><li> Diminuire la pompa centrifuga a un filo lento. </li><li> Gocciolare il sangue in aorta fino a riempirlo di sangue e completamente de-onda. </li><li> Fissare con cura il c aorticaAnnula al tubo aortico sul Langendorff. Prendere nota del tempo attaccamento. </li><li> Inserire il trasduttore di pressione calibrata attraverso la valvola emostatica [DS1] nell&#39;aorta nativo. </li><li> Inizia misure di pressione e regolare la velocità della pompa centrifuga fino a raggiungere la pressione desiderata riperfusione. NOTA: La pressione può cambiare variazioni di resistenza come coronarie. Pertanto, il controllo della pressione aortica, in particolare durante la riperfusione iniziale. </li><li> Aumentare la temperatura dell&#39;unità di riscaldamento della temperatura intramiocardico è misurato a 37 ° C. NOTA: Ci sarà un ritardo tra rettifiche apportate alle unità di riscaldamento e le variazioni di temperatura intramiocardiche. Pertanto, variazioni di temperatura devono essere effettuate in modo incrementale. </li><li> Ottenere una linea di base (T = 0) campione dal serbatoio di sangue venoso per misurare il pH, elettroliti, e altre misurazioni biochimiche. </li><li> Inserire la sonda di temperatura nel setto e monitorare la temperatura del miocardio. Diminuire temperatura dell&#39;unità di riscaldamentose la temperatura del miocardio supera i 39 ° C. </li><li> Prelevare campioni di sangue ogni 15 minuti, regolando i parametri fisiologici come desiderato per l&#39;esperimento. <ol><li> Aggiungere circa 1 mmol di calcio alla soluzione di sangue ogni 5 min, assicurando che il calcio ionico è&gt; 0,8 mmol / L prima dell&#39;inizio delle modalità di lavoro. </li></ol></li></ol> 6. Mettere il cuore in modalità di funzionamento <ol><li> Inserire una cannula di dimensioni adeguate nell&#39;atrio / vena polmonare sinistra. Questo può essere fatto sia con una sutura a borsa di o fascetta a seconda dei casi. </li><li> Chiudere tutti i fori nel nell&#39;atrio sinistro che può fuoriuscire, come altre origini vena polmonare con sutura o graffette come necessario. </li><li> Regolare l&#39;altezza della camera di precarico tale che l&#39;altezza della colonna indica la pressione di precarico desiderata. NOTA: Supponendo che la densità della miscela sangue / crystalloid è uguale alla densità di acqua, 1 mmHg = 1.36 cm di distanza dalla valvola aortica all&#39;inizioil livello ematico nel serbatoio precarico (ad esempio, 15 mmHg = 20,4 centimetri). </li><li> Sganciare il tubo andando alla camera precarico e iniziare lentamente la pompa rullo precarico, consentendo la camera di precarico e il tubo di precarico per riempire completamente di sangue. </li><li> Una volta che il tubo precarico è completamente de-onda, riempire lentamente l&#39;atrio sinistro e la cannula con il sangue. </li><li> Senza permettere all&#39;aria di entrare nel sistema, collegare il tubo di precarico alla cannula atriale sinistra. </li></ol> 7. Ottenere ventricolare pressione-volume (PV) Recordings <ol><li> Seguire le istruzioni del produttore per la pressione e taratura cuvetta Rho per i sistemi di acquisizione dati. </li><li> Collocare una sutura a borsa di utilizzare una sutura 3-0 polipropilene al ventricolo sinistro (LV) apice. </li><li> Usando un ago G 16, fare una un&#39;incisione all&#39;interno della borsa-stringa. </li><li> Inserire la conduttanza catetere PV nell&#39;incisione apicale. NOTA: La posizione ideale catetere depfine di avere tutti gli elettrodi di rilevamento all&#39;interno del LV e due elettrodi di eccitazione al di fuori del LV. Assicurarsi che un animale di dimensioni appropriate e il catetere sono stati selezionati (vedi discussione). </li><li> Premere il pulsante &quot;Start&quot; nell&#39;angolo in alto a destra per iniziare la registrazione dei dati e determinare quanti segmenti di volume sono attivi. <ol><li> Se tutti i segmenti non sono attivi, regolare la posizione del catetere fino a quando tutti i segmenti sono attivi. NOTA: Lieve torsione del catetere può essere necessario per ottimizzare il ciclo morfologia </li><li> Se non è possibile ottenere segnali in tutti i segmenti, regolare la posizione degli elettrodi di eccitazione e di elettrodi di rilevamento per le istruzioni del produttore. </li></ol></li><li> Una volta ottenuta la configurazione desiderata, seguire le istruzioni del produttore per la calibrazione alfa volume e. </li><li> Utilizzando un catetere opportunamente calibrato, ottenere almeno 30 sec di dati pressione-volume di base. NOTA: Questi cicli pressione-volume forniranno volume di dipendenzadent misure della funzione cardiaca (ad esempio, la gittata cardiaca, stroke volume). <ol><li> Una volta ottenute loop sufficienti, passare alla fase successiva senza fermare la registrazione dei dati, in modo da ottenere dati di pressione-volume di occlusione. </li></ol></li><li> Occludere il tubo di precarico lentamente utilizzando un morsetto tubo. NOTA: I loop pressione-volume dovrebbero cominciare a diventare più piccoli e spostare verso il basso e verso sinistra. Questo è chiamato il &quot;camminare&quot;. <ol><li> Ottenere 10-15 secondi di passeggiata verso il basso, quindi rilasciare il morsetto del tubo per consentire precarico per rientrare l&#39;atrio sinistro. NOTA: Questi cicli pressione-volume fornirà misurazioni indipendenti di volume della funzione cardiaca (ad esempio, precarico lavoro ictus recruitable, fine sistolica relazione pressione-volume). </li><li> Interrompere i dati di registrazione premendo il pulsante &quot;Stop&quot; in alto a destra dello schermo. </li><li> Attendere almeno 5 minuti prima di ripetere l&#39;occlusione. </li></ol></li><li> Ripetere i punti 7.7 e 7.8 per ottenere misurazioni ripetute. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

L&#39;isolato apparato perfusione Langendorff cuore e cuore modello di lavoro hanno portato ad alcune scoperte fondamentali nella fisiologia cardiaca, patologia e farmacologia. La versatilità di questo modello permette il suo utilizzo con una varietà di specie sotto una varietà di condizioni normali e patologiche 1-18. Tuttavia, il modello di cuore isolato non è comunemente utilizzato per i grandi mammiferi, in particolare i cuori umani, in parte a causa della maggiore complessità sia la progettazione dell&#39;apparato e la raccolta dei dati. Pertanto, il protocollo presentato qui dimostra un tentativo di migliorare queste complessità che si traduce in un mezzo relativamente riproducibili di studio isolato cuori suina. Una componente cruciale della nostra impostazione è la sostituzione della camera di compliance arteriosa / postcarico con una pompa centrifuga. Questo scambio consente un migliore controllo della pressione di perfusione coronarica e post-carico in Langendorff e modalità di lavoro del cuore, respectivamente, permette che questo set-up per essere facilmente adattato a cuori di diverse dimensioni e specie. Ad esempio, in questo motivo, cuori suino riperfuse a 40-45 mmHg, mentre cuori umani sono riperfuse a 60-65 mmHg. Questo cambiamento di pressione si ottiene semplicemente regolando le impostazioni della pompa centrifuga; nessun componente del sistema deve essere regolata fisicamente. Inoltre, posizionando un trasduttore di pressione all&#39;interno della radice aortica per monitorare la pressione di root permette una semplice transizione tra flusso costante e pressione costante durante la modalità Langendorff. Sebbene questa modifica rimuove la camera di adattamento classico, la pompa centrifuga, consentendo il flusso bidirezionale avviene basa sul gradiente di pressione, può servire come camera di adattamento. Con la gittata sistolica sistole e espulso, flusso retrogrado attraverso la pompa serve a diminuire la pressione post-carico, replicando elasticità aortica. La struttura aperta di questo apparecchio è anche importante. Avendo il cuore appeso in un apertorea, invece di una camera semi-chiuso o imbuto, agevola la strumentazione per misure di pressione-volume. Il design aperto consente l&#39;utilizzo di una incisione transapical per LV posizionamento del catetere, evitando l&#39;approccio transvalvolare. L&#39;approccio transvalvolare è tecnicamente più difficile, e di solito richiede fluoroscopia per il corretto posizionamento. Inoltre, questo approccio può anche indurre insufficienza valvolare. Utilizzando l&#39;approccio transapical, noi sicuro e facilmente posto il catetere nel ventricolo sinistro, eliminando i costi e gli svantaggi di fluoroscopia. Il design aperto permette anche un facile accesso per l&#39;ecocardiografia e la raccolta degli effluenti, ampliando ulteriormente i parametri funzionali e biochimiche che possono essere valutati, mentre su questo sistema. Il design aperto, facilitando la raccolta dei dati, fa di regolazione della temperatura del miocardio più difficile. Mantenere la temperatura fisiologica è uno dei problemi noti con Langendorffo si lavora il sistema cuore 1,3,11,13. Il sistema Langendorff contiene tipicamente una camera termica che aiuta a mantenere una temperatura adeguata, ma questa camera rende anche l&#39;inserimento di un catetere pressione-volume ventricolare più difficile. Per risolvere la regolazione della temperatura inferiore della struttura aperta, uno scambiatore ossigenatore / calore è posizionato dopo il serbatoio. Lo spazio minimo tra lo scambiatore di calore e la cannula aortica riduce la perdita di calore, e la sonda di temperatura infarto assicura normotermia. L&#39;uso di tubi guaina o fonti di calore esterne può anche essere usato per aiutare con controllo della temperatura. Un altro elemento unico di questo protocollo è lavare il sangue autologo del maiale in fase di studio e di ricostituzione con soluzione fisiologica. Sebbene l&#39;uso di entrambi perfusati sangue intero o globuli rossi aumentata di respingenti cristalloidi non è raro, lo fa presente con problemi. Il primo di solito richiede un donatore, che aggiunge substCosti antial per l&#39;esperimento, mentre il secondo può avere problemi di immunogenicità, dal momento che di solito è derivato da bovini 1,11-13 sangue. Per lavare il sangue del maiale originale, il protocollo richiede un solo animale e problemi di immunogenicità sono ablato. Inoltre, il processo di lavaggio rimuove la maggior parte degli elettroliti, nel senso che possono essere facilmente manipolati per i parametri sperimentali. Infine, utilizzando una unità di conservazione del sangue rimuove la maggior parte delle proteine ​​nel sangue, che è sia un vantaggio e svantaggio di questo processo. Il vantaggio è che qualsiasi coagulazione e proteine ​​immunologiche / infettive vengono rimossi, diminuendo la probabilità di coaguli o contaminazione. Lo svantaggio è che questa miscela ha una bassa pressione oncotica, che può portare ad edema miocardico e possibile perdita della funzione cardiaca nel tempo. Questo problema può essere risolto, tuttavia, con l&#39;aggiunta di albumina o un&#39;altra colloide. Garantire che un dimensionata correttamente unimal e catetere sono state selezionate è importante quanto usando l&#39;apparato cuore di corretto. Idealmente, il catetere viene posizionato con tutti gli elettrodi di rilevamento all&#39;interno dello spazio ventricolare, con due elettrodi di eccitazione (cioè degli elettrodi più prossimali) al di fuori dello spazio ventricolare. Se ventricolare cavità dell&#39;animale è troppo piccolo, o la spaziatura tra gli elettrodi è troppo grande, allora tutti i segmenti non rientrino nello spazio LV. Mentre la posizione degli elettrodi di eccitazione può essere regolata, una piccola cavità LV può anche causare il catetere piegare o curva, rendendo difficile la raccolta dei dati. Pertanto, per l&#39;analisi funzionale di grandi cuori animali, si raccomanda una dimensione animale di almeno 60 kg. Con un animale di queste dimensioni, distanza elettrodo di 7 mm consente di solito per completo inserimento del catetere. In conclusione, questo manoscritto descrive un sistema isolato cuore di lavoro che semplifica la regolazione della pressione di perfusione, col daticolta, e il design generale, rendendo il controllo della temperatura solo leggermente più difficile. Queste modifiche al cuore isolato di lavoro, si spera, permetterà per la sua maggiore utilizzo con grandi cuori di mammiferi, inclusi gli esseri umani, promuovere la nostra comprensione della patologia cardiaca e consentendo opzioni di trattamento più clinicamente rilevanti da scoprire.

Gran parte della nostra comprensione della biologia e della fisiologia cardiaca di base è venuto da esperimenti che utilizzavano l&#39;isolato, retrograda-perfuso cuore Langendorff e dei sistemi isolati cuore lavorativi. Questi sistemi sperimentali sono ancora ampiamente utilizzati oggi per estendere la nostra conoscenza cardiovascolare di temi importanti, tra cui ischemia-riperfusione 2, precondizionamento 4, terapia cellulare a base di miocardio danneggiato 5,7, gli effetti cardiaci di droghe 6,9, e la conservazione allotrapianto cardiaco tecniche 8,15-18. Mentre entrambi i sistemi cuore isolato possono essere utilizzati per qualsiasi specie di mammifero, sono utilizzati principalmente su piccoli mammiferi, come cavia, ratto, coniglio o 3,12,13. Modelli animali più grandi, come i maiali e gli esseri umani, forniscono dati più clinicamente rilevanti, ma sono meno frequentemente utilizzati a causa di costi più elevati, una maggiore variabilità biologica, grandi volumi di soluzioni di perfusione di sangue, e bigger pezzi di attrezzature 1,12-15. Inoltre, la raccolta dei dati è più difficile, soprattutto per isolati cuori di lavoro 1,3,12-15. Come risultato di queste complessità, clinicamente rilevanti modelli di cuore isolati sono raramente utilizzati, gravemente ostacolando il progresso della ricerca traslazionale cardiovascolare. Nel tentativo di risolvere queste complessità, la preparazione isolato cuore di lavoro è stato modificato per creare un sistema che può essere facilmente adattato a cuori di specie diverse, tra umano, sia sotto pressione costante o condizioni di flusso Langendorff costanti. La camera di adattamento postcarico è stato sostituito con una pompa centrifuga per semplificare il processo di regolazione della pressione di perfusione in modalità Langendorff e post-carico in modalità lavoro. Invece di un ambiente chiuso, incamiciata serbatoio per contenere il cuore, questo sistema utilizza una camera aperta per rendere più facile la raccolta dei dati, consentendo l&#39;utilizzo del metodo transapical per conduttanza cateterizzazione. Moreovehm, questo design aperto consente l&#39;accesso per la valutazione ecocardiografica del cuore, ampliando ulteriormente i parametri fisiologici che possono essere misurati durante questi esperimenti. Questi miglioramenti si spera di incoraggiare altri ad utilizzare questo sistema per la ricerca traslazionale grande animale.

<table><tbody><tr><td>PowerLab 16/35 with LabChart Pro</td><td>ADInstruments</td><td>PL3516/P</td><td></td></tr><tr><td>MPVS Ultra Pressure-Volume Unit</td><td>ADInstruments</td><td>880-0168</td><td></td></tr><tr><td>Ventri-Cath Catheter (5F, 12E, 7 mm, DField, Straight, 122 cm)</td><td>Millar</td><td>VENTRI-CATH-507s</td><td></td></tr><tr><td>Pressure Catheter (3.5F, Single, Straight, 100 cm, Ny, Non Repairable)</td><td>Millar</td><td>SPR-524</td><td></td></tr><tr><td>PV Extension Cable (10 ft)</td><td>ADInstruments</td><td>CEC-10PV</td><td></td></tr><tr><td>Catheter Interface Cable (10 ft)</td><td>ADInstruments</td><td>PEC-10D</td><td></td></tr><tr><td>Rho Calibration Cuvette</td><td>ADInstruments</td><td>910-1060</td><td></td></tr><tr><td>MPVS Ultra BNC Cable Pack</td><td>ADInstruments</td><td>880-0172</td><td></td></tr><tr><td>Autotransfusion system</td><td>Sorin</td><td>7320000</td><td></td></tr><tr><td>Bowl Set with Low Volume (135 ml) Centrifuge Bowl</td><td>Sorin</td><td>7135100</td><td></td></tr><tr><td>Oxygenator/Heat Exchanger</td><td>Terumo</td><td>3CXSX18RX</td><td></td></tr><tr><td>Perivascular flow probe</td><td>Transonic Systems</td><td>PAU Series</td><td>Size of flow probe will depend on animal size; for 60 kg pig, recommend 20 or 24 mm probe</td></tr><tr><td>Perivascular flowmeter module</td><td>Transonic Systems</td><td>TS420</td><td></td></tr><tr><td>Myocardial temerpature sensor</td><td>Smiths Medical</td><td>MTS-40015</td><td></td></tr><tr><td>16 G 1&quot; Regular needle</td><td>BD Inc.</td><td>305197</td><td></td></tr><tr><td>4-0 polypropylene suture (double-arm)</td><td>Ethicon</td><td>8526H</td><td>For purse-string stitches</td></tr><tr><td>2-0 polypropylene suture (single-arm)</td><td>Ethicon</td><td>8833H</td><td></td></tr><tr><td>Cable ties</td><td>ULINE</td><td>S-1021</td><td></td></tr><tr><td>Cable tie gun</td><td>ULINE</td><td>H-241</td><td></td></tr><tr><td>Clear, Flexible PVC Tubing</td><td>VWR International</td><td>89068</td><td>Inner diameter depends on cannulas, pumps and other equipment used; most commonly use 1/4&quot;, 3/8&quot; tubing&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Straight Tubing Connectors</td><td>VWR International</td><td>46600</td><td></td></tr><tr><td>Y-Shaped Tubing Connectors</td><td>Thermo Scientific</td><td>6152</td><td></td></tr><tr><td>Jacketed Bubble Trap</td><td>Radnoti</td><td>14040</td><td>For preload chamber</td></tr><tr><td>Centrifugal pump</td><td>Maquet</td><td>70105</td><td>The centrifugal pump and roller pumps were obtained used from perfusion department after clinical use.</td></tr><tr><td>Roller pumps</td><td>Maquet</td><td>HL-20</td><td></td></tr><tr><td>Hemostasis Valve</td><td>Merit Medical</td><td>MAP150</td><td></td></tr><tr><td>Blood gas analyzer</td><td>Instrumentation Laboratory</td><td>570001000</td><td></td></tr></tbody></table>

an isolated working heart system for large animal models

Dalla sua introduzione nel tardo 19 ° secolo, isolato apparato di perfusione cardiaca Langendorff, e il successivo sviluppo del modello di cuore di lavoro, sono stati strumenti preziosi per lo studio della funzione cardiovascolare e la malattia 1-15. Anche se la preparazione cuore Langendorff può essere utilizzato per qualsiasi cuore dei mammiferi, la maggior parte degli studi che coinvolgono l&#39;apparecchio utilizzano modelli animali di piccole dimensioni (ad esempio, topo, ratto e coniglio) a causa della maggiore complessità dei sistemi per grandi mammiferi 1,3,11. Una delle difficoltà principali è garantire una costante pressione di perfusione coronarica su una gamma di diverse dimensioni del cuore - un componente chiave di qualsiasi esperimento utilizzando questo dispositivo 1,11. Sostituendo il classico colonna postcarico idrostatica con una pompa centrifuga, l&#39;apparato cuore Langendorff lavoro descritto di seguito permette di regolare e stretta regolazione della pressione di perfusione, cioè lo stesso set-up può essere utilizzato per varie species o taglie cuore. Inoltre, questa configurazione può anche passare facilmente tra pressione costante o flusso costante durante la riperfusione, a seconda delle preferenze dell&#39;utente. La natura aperta di questa impostazione, pur rendendo la regolazione della temperatura più difficile rispetto ad altri modelli, consente una facile raccolta dei dati di pressione-volume degli effluenti e ventricolari.

La figura 1 è un disegno schematico del circuito, compresi posizionamento del catetere suggerito. Gli elementi principali di questo apparato sono i seguenti: uso di una pompa centrifuga per controllare post-carico; posizionamento di un catetere pressione (linea blu scuro) nella radice aortica per monitorare la pressione di perfusione; e il posizionamento della pressione-volume (PV) catetere (linea azzurra) transapically. Sebbene i collegamenti in figura sembrano essere attacchi dritti, connettori a &quot;Y&quot; sono raccomandati, in particolare per la linea precarico. La Figura 2 mostra i dati ottenuti dal trasduttore di pressione che viene inserito nella radice aortica di un cuore suino durante la riperfusione sul circuito, che è costantemente tra 40-42 mmHg per oltre 20 min. Variazioni nella resistenza coronarica può causare fluttuazioni della pressione di perfusione (Figura 3). Queste variazioni possono essere lievi e graduali, correggerli<html> stessi nel corso del tempo (Figura 3a). Tuttavia, in alcuni casi, queste variazioni possono essere brusco e richiedere una regolazione del flusso attraverso la pompa centrifuga per mantenere la pressione desiderata riperfusione (Figura 3b). Poiché possono verificarsi cambiamenti, è necessario un monitoraggio della pressione della radice aortica durante la riperfusione. Utilizzando la stab incisione transapical, dati pressione-volume possono essere facilmente ottenuti sul sistema cuore isolato. In questo esperimento, è stato usato un cuore suino che era stato immagazzinato in (4 ° C) soluzione di conservazione a freddo per 2 ore. Su introduzione iniziale del catetere PV, gli anelli erano di scarsa qualità (figura 4a), con più aree di attraversamento e senza componenti distinguibili ciclo cardiaco. Tuttavia, con minima manipolazione del catetere nel ventricolo, la morfologia ciclo migliorata notevolmente (Figura 4b), permettendo che le misure siano ottenuti. ve_content &quot;&gt; Nonostante ottimizzazione della posizione del catetere, le anse acquisite sulla ex vivo circuito (Figura 5, riga superiore) possono avere una morfologia differente rispetto ai loop in vivo (Figura 5, fila inferiore). Questi cambiamenti a ciclo morfologico è probabilmente dovuto al diverso orientamento del cuore sul circuito rispetto ad un animale in posizione supina, così come la mancanza degli allegati anatomiche trovati in un animale vivo (come pericardio). Inoltre, l&#39;uso di fili di stimolazione per aiutare a regolare la frequenza cardiaca ( sito di attacco consigliata: setto interventricolare) introduce una corrente elettrica esterna, che porta ai picchi visti nella parte in basso a destra del vivo loop ex Tuttavia, fintanto che questi cicli presentano ancora i componenti del ciclo cardiaco, possono ancora produrre dati interpretabili.. Tabella 1 elenca i parametri più funzionali ottenuti da questi loop pressione-volume utilizzando il catetere PV. L&#39;<html> stoccaggio statico freddo probabilmente causato qualche danno intrinseco al cuore, che aiuta a spiegare alcune delle variazioni dei valori ottenuti sul circuito rispetto alle misurazioni in vivo. Alcune delle variazioni nelle variabili dipendenti carico è dovuto anche alle probabili differenze di precarico tra il circuito e l&#39;animale vivo. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51671/51671fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Schema dell&#39;apparecchio. <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51671/51671fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Misurazioni della pressione radice aortica Rappresentante durante la riperfusione. <html> g3highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Figura 3. Esempi di modifiche alla pressione aortica radice che possono verificarsi durante la riperfusione. Questi cambiamenti possono essere graduale e auto-correzione (A), o brusco e richiedere modifiche alle impostazioni sulla pompa centrifuga (B). <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51671/51671fig4highres.jpg" width="500" /> Loop Figura 4. Pressione-volume ottenuti dopo l&#39;inserimento iniziale del catetere transapically (A) e dopo manipolazione del catetere minore (B). Segnala il miglioramento della morfologia catenaria, per cui il crossover ciclo viene eliminato e gli elementi del ciclo cardiaco sono riconoscibili . I picchi nella porzione inferiore destra di entrambe le serie di cicli sono dovute all&#39;uso di uno stimolatore, che introduce un segnale elettrico estrinseco. <img alt="&lt;/ Html">&quot;Figura 5&quot; fo: content-width = &quot;5in&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/51671/51671fig5highres.jpg&quot; width = &quot;500&quot; /&gt; Figura 5. Misurazioni di pressione-volume rappresentativo prese in vivo circuito di ex (riga in alto), con le misure in vivo (riga in basso) per il confronto. Anche in questo caso, picchi dello stimolatore può essere visto in basso a destra di entrambi i gruppi di ex vivo loop. <img alt="Tabella 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51671/51671table1.jpg" width="500" /> Tabella 1 Parametri funzionali ottenuti per un cuore suino in vivo (colonna di sinistra) e sull&#39;apparato cuore di lavoro dopo 2 ore di conservazione frigorifera (colonna di destra) CO:.. Gittata cardiaca; E una: elastanza arteriosa; EDPVR: Fine relazione pressione-volume diastolica; EDV: fine del volume diastolico; ESPVR: Fine relazione pressione-volume sistolico; PRSW: lavoro ictus precarico-recruitable; PVA:Area pressione-volume; SV: gittata sistolica; SW: lavoro ictus.

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An Isolated Working Heart System for Large Animal Models

Most studies involving the Langendorff apparatus use small animal models due to the increased complexity of systems for larger mammals. We describe a Langendorff system for large animal models that allows for use across a range of species, including humans, and relatively easy data acquisition.

Un Isolato sistema Cuore di lavoro per i grandi modelli animali

Since its introduction in the late 19th century, the Langendorff isolated heart perfusion apparatus, and the subsequent development of the working heart ...

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Universidad San Sebastian

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Medicine

30.6K Views.  Duke University Medical Center. Most studies involving the Langendorff apparatus use small animal models due to the increased complexity of systems for larger mammals. We describe a Langendorff system for large animal models that allows for use across a range of species, including humans, and relatively easy data acquisition.

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NADH Fluorescence Imaging of Isolated Biventricular Working Rabbit Hearts

Since its inception by Langendorff1, the isolated perfused heart remains a prominent tool for studying cardiac physiology2. However, it is not well-suited for studies of cardiac metabolism, which require the heart to perform work within the context of physiologic preload and afterload pressures. Neely introduced modifications to the Langendorff technique to establish appropriate left ventricular (LV) preload and afterload pressures3. The model is known as the isolated LV working heart model and has been used extensively to study LV performance and metabolism4-6. This model, however, does not provide a properly loaded right ventricle (RV). Demmy et al. first reported a biventricular model as a modification of the LV working heart model7, 8. They found that stroke volume, cardiac output, and pressure development improved in hearts converted from working LV mode to biventricular working mode8. A properly loaded RV also diminishes abnormal pressure gradients across the septum to improve septal function. Biventricular working hearts have been shown to maintain aortic output, pulmonary flow, mean aortic pressure, heart rate, and myocardial ATP levels for up to 3 hours8.
When studying the metabolic effects of myocardial injury, such as ischemia, it is often necessary to identify the location of the affected tissue. This can be done by imaging the fluorescence of NADH (the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide)9-11, a coenzyme found in large quantities in the mitochondria. NADH fluorescence (fNADH) displays a near linearly inverse relationship with local oxygen concentration12 and provides a measure of mitochondrial redox state13. fNADH imaging during hypoxic and ischemic conditions has been used as a dye-free method to identify hypoxic regions14, 15 and to monitor the progression of hypoxic conditions over time10.
The objective of the method is to monitor the mitochondrial redox state of biventricular working hearts during protocols that alter the rate of myocyte metabolism or induce hypoxia or create a combination of the two. Hearts from New Zealand white rabbits were connected to a biventricular working heart system (Hugo Sachs Elektronik) and perfused with modified Krebs-Henseleit solution16 at 37 &deg;C. Aortic, LV, pulmonary artery, and left &amp; right atrial pressures were recorded. Electrical activity was measured using a monophasic action potential electrode. To image fNADH, light from a mercury lamp was filtered (350&plusmn;25 nm) and used to illuminate the epicardium. Emitted light was filtered (460&plusmn;20 nm) and imaged using a CCD camera. Changes in the epicardial fNADH of biventricular working hearts during different pacing rates are presented. The combination of the heart model and fNADH imaging provides a new and valuable experimental tool for studying acute cardiac pathologies within the context of realistic physiological conditions.

The objective is to monitor the mitochondrial redox state of isolated hearts within the context of physiologic preload and afterload pressures. A biventricular working rabbit heart model is presented. High spatiotemporal resolution fluorescence imaging of NADH is used to monitor the mitochondrial redox state of epicardial tissue.

NADH Imaging di fluorescenza biventricolare isolato lavoro Hearts Coniglio

Since its inception by Langendorff1, the isolated perfused heart remains a prominent tool for studying cardiac physiology2. However, it is not well-suited ...

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The Inverted Heart Model for Interstitial Transudate Collection from the Isolated Rat Heart

The present protocol describes a unique approach that enables the collection of cardiac transudate (CT) from the isolated, saline-perfused rat heart. After isolation and retrograde perfusion of the heart according to the Langendorff technique, the heart is inverted into an upside-down position and is mechanically stabilized by a balloon catheter inserted into the left ventricle. Then, a thin latex cap &#8211; previously cast to match the average size of the rat heart &#8211; is placed over the epicardial surface. The outlet of the latex cap is connected to silicon tubing, with the distal opening 10 cm below the base level of the heart, creating slight suction. CT continuously produced on the epicardial surface is collected in ice-cooled vials for further analysis. The rate of CT formation ranged from 17 to 147 &#181;L/min (n = 14) in control and infarcted hearts, which represents 0.1-1% of the coronary venous effluent perfusate. Proteomic analysis and high performance liquid chromatography (HPLC) revealed that the collected CT contains a wide spectrum of proteins and purinergic metabolites.

This protocol describes a method to collect cardiac interstitial fluid from the isolated, perfused rat heart. To physically separate interstitial transudate from coronary venous effluent perfusate, the Langendorff perfused heart is inverted, and the transudate (interstitial fluid) formed on the cardiac surface is collected using a soft latex cap.

Il modello invertito del cuore per la raccolta di transudati interstiziali dal cuore isolato del ratto

The present protocol describes a unique approach that enables the collection of cardiac transudate (CT) from the isolated, saline-perfused rat heart. ...

A Pre-Clinical Porcine Model of Orthotopic Heart Transplantation

Fifty-years following the first successful report, cardiac transplantation remains the gold-standard treatment for eligible patients with advanced heart failure. Multiple small-animal models of heart transplantation have been used to study the acute and long-term effects of novel therapies. However, few are tested and demonstrated success in clinical trials. It is of critical importance to evaluate new therapies in a clinically relevant large-animal model for efficient and reliable translation of basic studies&#39;&#160;findings. Here, we describe a pre-clinical large-animal (porcine) model of orthotopic heart transplantation that has been firmly established and previously used to investigate novel cardioprotective strategies. This procedure focuses on acute ischemia-reperfusion injury and is a reliable method to investigate novel interventions which have been tested and validated in smaller experimental models, such as the murine model. We demonstrate its usefulness in assessing cardiac performance during the early post-transplantation period and other potential possibilities enabled by the model.

Here, we describe a pre-clinical large-animal (porcine) model of orthotopic heart transplantation that has been firmly established and utilized to investigate novel cardioprotective strategies.

Un modello pre-clinico di trapianto di cuore ortotopico

Fifty-years following the first successful report, cardiac transplantation remains the gold-standard treatment for eligible patients with advanced heart ...

Pre-clinical Model of Cardiac Donation after Circulatory Death

Cardiac transplantation demand is on the rise; nevertheless, organ availability is limited due to a paucity of suitable donors. Organ donation after circulatory death (DCD) is a solution to address this limited availability, but due to a period of prolonged warm ischemia and the risk of tissue injury, its routine use in cardiac transplantation is seldom seen. In this manuscript we provide a detailed protocol closely mimicking current clinical practices in the context of DCD with continuous monitoring of heart function, allowing for the evaluation of novel cardioprotective strategies and interventions to decrease ischemia-reperfusion injury.
In this model, the DCD protocol is initiated in anesthetized Lewis rats by stopping ventilation to induce circulatory death. When systolic blood pressure drops below 30 mmHg, the warm ischemic time is initiated. After a pre-set warm ischemic period, hearts are flushed with a normothermic cardioplegic solution, procured, and mounted onto a Langendorff ex vivo heart perfusion system. Following 10 min of initial reperfusion and stabilization, cardiac reconditioning is continuously evaluated for 60 min using intraventricular pressure monitoring. A heart injury is assessed by measuring cardiac troponin T and the infarct size is quantified by histological staining. The warm ischemic time can be modulated and tailored to develop the desired amount of structural and functional damage. This simple protocol allows for the evaluation of different cardioprotective conditioning strategies introduced at the moment of cardioplegia, initial reperfusion and/or during ex vivo perfusion. Findings obtained from this protocol can be reproduced in large models, facilitating clinical translation.

This protocol shows a simple and flexible approach for the evaluation of new conditioning agents or strategies to increase the feasibility of cardiac donation after circulatory death.

Modello preclinico di donazione cardiaca dopo la morte circolatoria

Cardiac transplantation demand is on the rise; nevertheless, organ availability is limited due to a paucity of suitable donors. Organ donation after ...

Optocardiography and Electrophysiology Studies of Ex Vivo Langendorff-perfused Hearts

Small animal models are most commonly used in cardiovascular research due to the availability of genetically modified species and lower cost compared to larger animals. Yet, larger mammals are better suited for translational research questions related to normal cardiac physiology, pathophysiology, and preclinical testing of therapeutic agents. To overcome the technical barriers associated with employing a larger animal model in cardiac research, we describe an approach to measure physiological parameters in an isolated, Langendorff-perfused piglet heart. This approach combines two powerful experimental tools to evaluate the state of the heart: electrophysiology (EP) study and simultaneous optical mapping of transmembrane voltage and intracellular calcium using parameter sensitive dyes (RH237, Rhod2-AM). The described methodologies are well suited for translational studies investigating the cardiac conduction system, alterations in action potential morphology, calcium handling, excitation-contraction coupling and the incidence of cardiac alternans or arrhythmias.

The objective of this study was to establish a method for investigating cardiac dynamics using a translational animal model. The described experimental approach incorporates dual-emission optocardiography in conjunction with an electrophysiological study to assess electrical activity in an isolated, intact porcine heart model.

Optocardiografia ed elettrofisiologia Studi di Ex Vivo Langendorff-perfusi

Small animal models are most commonly used in cardiovascular research due to the availability of genetically modified species and lower cost compared to ...

Semi-Minimal Invasive Method to Induce Myocardial Infarction in Rats and the Assessment of Cardiac Function by an Isolated Working Heart System

Myocardial infarction (MI) remains the main contributor to morbidity and mortality worldwide. Therefore, research on this topic is mandatory. An easily and highly reproducible MI induction procedure is required to obtain further insight and better understanding of the underlying pathological changes. This procedure can also be used to evaluate the effects or potency of new and promising treatments (as drugs or interventions) in acute MI, subsequent remodeling and heart failure (HF). After intubation and pre-operative preparation of the animal, an anesthetic protocol with isoflurane was performed, and the surgical procedure was conducted&#160;quickly. Using a minimally invasive approach, the left anterior descending artery (LAD) was located and occluded by a ligature. The occlusion can be performed acutely for subsequent reperfusion (ischemia/reperfusion injury). Alternatively, the vessel can be ligated permanently to investigate the development of chronic MI, remodeling or HF. Despite common pitfalls, the drop-out rates are minimal. Various treatments such as remote ischemic conditioning can be examined for their cardioprotective potential pre-, peri- and post-operatively. The post-operative recovery was quick as the anesthesia was precisely controlled and the duration of the operation was short. Post-operative analgesia was administered for three days. The minimally invasive procedure reduces the risk of infection and inflammation. Furthermore, it facilitates rapid recovery. The &#8220;working heart&#8221; measurements were performed ex vivo and enabled precise control of preload, afterload and flow. This procedure requires specific equipment and training for adequate performance. This manuscript provides a detailed step-by-step introduction for conducting these measurements.

This article presents an efficient method to perform myocardial ischemia and subsequent chronic reperfusion in rats using a minimally invasive approach. In addition, left ventricular hemodynamic function of rats is assessed by echocardiography and isolated working heart methods.&#160;

Metodo semi-minimo invasivo per indurre l'infarto miocardico nei ratti e la valutazione della funzione cardiaca da parte di un sistema cardiaco funzionante isolato

Myocardial infarction (MI) remains the main contributor to morbidity and mortality worldwide. Therefore, research on this topic is mandatory. An easily ...

Large Animal Model for Evaluating the Efficacy of the Gene Therapy in Ischemic Heart

Coronary artery disease is one of the significant causes of mortality and morbidity worldwide. Despite the progression of current therapeutics, a considerable proportion of coronary artery disease patients remain symptomatic. Gene therapy-mediated therapeutic angiogenesis offers a novel therapeutic method for improving myocardial perfusion and relieving symptoms. Gene therapy with different angiogenic factors has been studied in few clinical trials. Due to the novelty of the method, the progress of myocardial gene therapy is a continuous path from bench to bedside. Therefore, large animal models are needed for evaluating the safety and efficacy. The more the large animal model identifies the original disease and the endpoints used in clinics, the more predictable outcomes are from clinical trials. Here, we introduce a large animal model for evaluating the efficacy of the gene therapy in the ischemic porcine heart. We use clinically relevant imaging methods such as ultrasound imaging and 15H2O-PET. For targeting the gene transfers into the desired area, electroanatomical mapping is used. The aim of this method is: (1) to mimic chronic coronary artery disease, (2) to induce therapeutic angiogenesis at hypoxic areas of the heart, and (3) to evaluate the safety and efficacy of the gene therapy by using relevant endpoints.

Myocardial gene therapy for ischemic heart disease holds great promise for future therapeutics. Here, we introduce a large animal model for evaluating the efficacy of gene therapy in the ischemic heart.

Modello animale di grandi dimensioni per valutare l'efficacia della terapia genica nel cuore ischemico

Coronary artery disease is one of the significant causes of mortality and morbidity worldwide. Despite the progression of current therapeutics, a ...

Rodent Working Heart Model for the Study of Myocardial Performance and Oxygen Consumption

Isolated working heart models have been used to understand the effects of loading conditions, heart rate and medications on myocardial performance in ways that cannot be accomplished in vivo. For example, inotropic medications commonly also affect preload and afterload, precluding load-independent assessments of their myocardial effects in vivo. Additionally, this model allows for sampling of coronary sinus effluent without contamination from systemic venous return, permitting assessment of myocardial oxygen consumption. Further, the advent of miniaturized pressure-volume catheters has allowed for the precise quantification of markers of both systolic and diastolic performance. We describe a model in which the left ventricle can be studied while performing both volume and pressure work under controlled conditions. 
In this technique, the heart and lungs of a Sprague-Dawley rat (weight 300-500 g) are removed en bloc under general anesthesia. The aorta is dissected free and cannulated for retrograde perfusion with oxygenated Krebs buffer. The pulmonary arteries and veins are ligated and the lungs removed from the preparation. The left atrium is then incised and cannulated using a separate venous cannula, attached to a preload block. Once this is determined to be leak-free, the left heart is loaded and retrograde perfusion stopped, creating the working heart model. The pulmonary artery is incised and cannulated for collection of coronary effluent and determination of myocardial oxygen consumption. A pressure-volume catheter is placed into the left ventricle either retrograde or through apical puncture. If desired, atrial pacing wires can be placed for more precise control of heart rate. This model allows for precise control of preload (using a left atrial pressure block), afterload (using an afterload block), heart rate (using pacing wires) and oxygen tension (using oxygen mixtures within the perfusate).

Isolated working heart models can be used to measure the effect of loading conditions, heart rate, and medications on myocardial performance and oxygen consumption. We describe methods for preparation of a rodent left heart working model that permits study of systolic and diastolic performance and oxygen consumption under various conditions.

Roditore Working Model Cuore per lo Studio della performance miocardica e consumo di ossigeno

Isolated working heart models have been used to understand the effects of loading conditions, heart rate and medications on myocardial performance in ways ...

Biologia

Dissection Techniques and Histological Sampling of the Heart in Large Animal Models for Cardiovascular Diseases

The standard gross examination and sampling are key elements in the reproducibility and success of experimental studies of cardiovascular diseases carried out in large animals. Considering the complex anatomy of the heart, interspecies differences, and the types of compensatory and pathological reactions, consistent protocols are challenging to implement. The utilization of multiple dissection protocols is usually adapted to suit the prosector's experience, and personal preference continues to be a source of experimental and interobserver variability. Here, the aim is to present the main anatomical features and landmarks, dissection protocols, and histological sampling standards of the heart in some commonly used species (including dogs, pigs, ruminants, and cats) as models of cardiovascular diseases.
Two standard gross examination protocols are presented here. First, the inflow-outflow method, which follows the physiological blood flow direction through the heart and large vessels (frequently used in dogs, ruminants, and pigs), and second, the four-chamber dissection technique (exemplified in cats). Both techniques can be adapted to any species in certain experimental circumstances. The sampling protocols include all the areas of interest (sinoatrial node, ventricles, interventricular septum, atria, valves, and aorta), and if properly carried out, improve both the reproducibility and reliability of experimental studies.

Due to the complex anatomy, a consistently reproducible dissection and harvesting protocol for cardiac samples can be challenging to implement. This manuscript presents the key elements of some standard cardiac dissection protocols, highlighting both the gross examination approaches and the sampling sites commonly used for histopathologic examination.

Tecniche di dissezione e campionamento istologico del cuore in modelli animali di grandi dimensioni per malattie cardiovascolari

The standard gross examination and sampling are key elements in the reproducibility and success of experimental studies of cardiovascular diseases carried ...

Large-Animal Model of Donation after Circulatory Death and Normothermic Regional Perfusion for Cardiac Assessment

The increase in demand for cardiac transplantation throughout the years has fueled interest in donation after circulatory death (DCD) to expand the organ donor pool. However, the DCD process is associated with the risk of cardiac tissue injury due to the inevitable period of warm ischemia. Normothermic regional perfusion (NRP) allows for an in situ organ assessment, allowing the procurement of hearts determined to be viable. Here, we describe a clinically relevant large-animal model of DCD followed by NRP. Circulatory death is established in anesthetized pigs by stopping mechanical ventilation. After a preset warm ischemia period, an extracorporeal membrane oxygenator (ECMO) is used for a NRP period lasting at least 30 min. During this reperfusion period, the model allows the collection of various myocardial biopsies and blood samples for initial cardiac evaluation. Once NRP is weaned, biochemical, hemodynamic, and echocardiographic assessments of cardiac function and metabolism can be performed before organ procurement. This protocol closely simulates the clinical scenario previously described for DCD and NRP in heart transplantation and has the potential to facilitate studies aimed at decreasing ischemia-reperfusion injury and enhance cardiac functional preservation and recovery.

The protocol describes a large-animal (porcine) model of donation after circulatory death, followed by thoracoabdominal normothermic regional perfusion that closely simulates the clinical scenario in heart transplantation, and has the potential to facilitate therapeutic studies and strategies.

Modello di donazione su animali di grandi dimensioni dopo morte circolatoria e perfusione regionale normothermica per la valutazione cardiaca

The increase in demand for cardiac transplantation throughout the years has fueled interest in donation after circulatory death (DCD) to expand the organ ...