Multidrug donor preconditioning zur Verminderung des kalten Konservierungsschadens steatotischer Rattenlebern

Abstract

Introduction: The advantage of a medical preconditioning of brain dead donors consists of a high bioavailability of pharmacological substances to the liver tissue. We studied the effect of a pharmacological preconditioning of steatotic rat livers in an isolated liver perfusion model. Material and Methods: Sprague-Dawley rats were allocated to three groups (n=8 each), including a control group (Control, normal livers) and two steatotic liver groups (SL-Control/SL-PD). The Control group and the SL-Control received NaCl 0,9% before organ perfusion in contrast to the SL-PD group, which was treated according to the short-term multidrug donor preconditioning protocol (MDDP, including glycine (100mg/kgbw), pentoxiphylline (50mg/kgbw), deferoxamine (30mg/kgbw), simvastatin (5mg/kgbw), N-acetylcysteine (150mg/kgbw), melatonin (10mg/kgbw) and erythropoietin (1000 IU). Organ harvesting and 24h cold storage in HTK solution was followed by a 60min reperfusion period with Krebs-Henseleit bicarbonate buffer in an isolated liver perfusion model. Results: MDDP preconditioning of steatotic livers significantly attenuated cellular and mitochondrial reperfusion injury as measured by the liver enzymes ASAT, ALAT, LDH and GLDH. After 60 minutes reperfusion the inflammatory reaction was also significantly reduced in the SL-PD compared to SL-Control group. This was shown in both cytokine release and recruitment of neutrophils in the hepatic tissue. SL-Control showed a marked increase of apoptotic cell death when compared to normal control livers, whereas MDDP was able to reduce apoptotic cell death. Discussion: Steatotic rat livers showed a significantly higher cell- and mitochondrial damage as well as a pro-inflammatory reaction after 24h cold storage. By preconditioning of these steatotic livers according to the MDDP protocol, organ quality could be improved. Therefore, MDDP may be a promising approach to enhance the quality of marginal livers for transplantation in clinical practice.

Einleitung: Aufgrund des Mangels an Spenderorganen werden zunehmend marginale Lebern transplantiert. Problematisch ist hierbei das erhöhte Risiko der postoperativen Leberdysfunktion und der konsekutiven Empfängermortalität. In einem isolierten Leber-Perfusions-Modell an der Ratte sollte in der vorliegenden Arbeit geklärt werden, inwieweit die Qualität von Fettlebern durch eine kurzzeitige medikamentöse Präkonditionierung (multidrug donor preconditioning [MDDP]) verbessert werden kann. Material und Methoden: Sprague-Dawley Ratten wurden in 3 Gruppen (jeweils n=8), bestehend aus einer Kontrollgruppe mit gesunden Lebern (Kontrolle) und 2 Fettlebergruppen (FL-Kontrolle/FL-MDDP) eingeteilt. Wir induzierten zunächst Fettlebern, von welchen je eine Gruppe eine medikamentöse Vorbehandlung (multidrug donor preconditioning, FL-MDDP) bzw. NaCl 0,9% (FL-Kontrolle), beginnend jeweils 30 Minuten vor Perfusionsbeginn erhielt. MDDP bestand aus Glycin (100mg/kgKG), Pentoxifyllin (50mg/kgKG), Deferoxamin (30mg/kgKG), Simvastatin (5mg/kgKG), N-Acetylcystein (150mg/kgKG), Melatonin (10mg/kgKG) und Erythropoietin (1000 I.E.), welche intravasal, intragastral oder intraperitoneal appliziert wurden. Nach in situ-Perfusion mit 4°C kalter Histidin-Tryptophan- Ketoglutarat-Lösung (HTK-Lösung) und Leberexplantation folgte eine 24h kalte Ischämie-/Konservierungsphase in HTK-Lösung (4°C) und anschließend eine 60- minütige Reperfusion mit 37°C warmer Krebs-Henseleit-Pufferlösung. 1 Minute nach Beginn der Reperfusion, sowie nach 30 und 60 Minuten wurde das Effluat zur laborchemischen Analyse verschiedener Leberenzyme, Elektrolyte, Zytokine und Malondialdehyd gesammelt. Nach Abschluss der Reperfusion wurde das Lebergewebe zur histologischen Untersuchung und zur Proteinanalyse konserviert. Ergebnisse: Die Präkonditionierung von Fettlebern mit MDDP verbesserte nach 60 Minuten Reperfusion signifikant die zelluläre und mitochondriale Integrität gemessen anhand der Leberenzyme ASAT, ALAT, LDH und GLDH sowie des Totalproteins im Vergleich zur FL-Kontrollgruppe (p<0,05). Nach 60-minütiger Reperfusion war die inflammatorische Reaktion gemessen anhand der Ausschüttung von IL-1 in der FLMDDP Gruppe gegenüber der FL-Kontrollgruppe signifikant erniedrigt. Auch die Invasion neutrophiler Granulozyten war bei den mit MDDP vorbehandelten Lebern im Vergleich zur steatotischen Kontrolle signifikant geringer. Fettlebern zeigten eine deutlich höhere Apoptoserate gegenüber gesunden Lebern. Diese konnte durch die MDDP Präkonditionierung signifikant reduziert werden. Diskussion: Steatotisch veränderte Rattenlebern zeigen nach 24 Stunden kalter Konservierung und anschließender 60-minütiger warmer Reperfusion relevant höhere zelluläre und mitochondriale Schäden mit signifikant erhöhter inflammatorischer Reaktion und apoptotischem Zelltod. Durch eine Präkonditionierung der Fettlebern nach dem MDDP-Schema, welches durch Gabe bei bestehender Herzkreislauftätigkeit des Organspenders eine hohe Bioverfügbarkeit der applizierten Substanzen in das Lebergewebe gewährleistet, konnte die Organqualität verbessert werden. MDDP ist ein zur chirurgischen Organexplantation zeitnahes Verfahren, welches effektiv zur Verbesserung marginaler Fettlebern eingesetzt werden könnte.