Hypotherme geoxygeneerde (HOPE) versus normothermische machinale perfusie (NMP) bij menselijke levertransplantatie (HOPE-NMP)

Levertransplantatie is geëvolueerd als de steunpilaar van de behandeling van leverziekte in het eindstadium. Hoewel de vraag naar orgaantransplantatie in de loop van de tijd is toegenomen, is het aantal orgaandonaties in Duitsland laag in vergelijking met andere landen. De belangrijkste indicaties voor plaatsing op de lijst zijn 'fibrose en cirrose' (27%), gevolgd door 'alcoholische leverziekte' (23%) en 'hepatische maligniteiten' (17%).

Met de komst van opkomende wachtlijststerfte worden verschillende strategieën voor uitbreiding van de donorpool nagestreefd; deze omvatten het gebruik van levende donoren, het splitsen van kadaverlevers voor twee ontvangers en het gebruik van allotransplantaten met uitgebreide criteria (ECD) voor OLT. Deze ECD-allotransplantaten vertonen echter een slechte tolerantie voor ischemie-reperfusie (I/R) letsel, een belangrijke oorzaak van leverschade. Als zodanig is I/R-letsel de onderliggende oorzaak van transplantaatdisfunctie bij ECD-allotransplantaten en heeft het een negatieve invloed op het proces van leverregeneratie bij chirurgische aandoeningen, waaronder leverresecties en OLT.

Machineperfusie met zuurstofrijk bloed werd al geïmplementeerd in de eerste reeks van 11 succesvolle menselijke OLT's in de jaren zestig. Hoewel de logistieke eenvoud en betrouwbare prestaties van CCS hebben geleid tot de snelle acceptatie ervan als de standaardtechniek voor het bewaren van solide organen, heeft het toegenomen gebruik van organen met een hoog risico de beperkingen van CCS onthuld, wat het debat over de impact van verschillende MP-technieken heeft bevorderd. Tegenwoordig variëren de perfusiecondities sterk, vooral in preklinisch onderzoek. Parameters die worden besproken, zijn onder meer verschillende temperaturen, de samenstelling van het perfusaat, de toepassing van perfusiestroom (continu of pulserend), de timing en duur van de perfusie, beginnend op de donorplaats of alleen toegepast in het ontvangende centrum. Twee hoofdprincipes zijn vandaag in de klinische praktijk vertaald: hypothermische geoxygeneerde perfusie (HOPE) en normotherme MP (NMP). Dit laatste verschilt aanzienlijk van HOPE omdat het allotransplantaat wordt geperfuseerd met geoxygeneerde rode bloedcellen of zuurstofdragers bij fysiologische temperaturen met als doel de ischemische transplantaatbeschadiging te verminderen door de duur van koude bewaring te minimaliseren en fysiologische omstandigheden perfect na te bootsen. Een onlangs voltooide gerandomiseerde gecontroleerde studie (RCT) door Nasralla et al. bewees de haalbaarheid van NMP voor OLT en demonstreerde een significante vermindering van de piek-AST en de daaropvolgende vroege transplantaatdisfunctie (EAD), echter zonder een significant verschil in overleving van transplantaat en patiënt. Meest recent werd een ontwikkeling van de NMP-techniek die een 7-daagse bewaring van menselijke levers met een aanhoudende metabole functie en een intacte leverstructuur mogelijk maakte, onlangs gerapporteerd door Eshmuminov et al. Op basis van het aanhoudende volledige levermetabolisme tijdens NMP, onderzoeken verschillende groepen momenteel de mogelijkheid van normotherme levensvatbaarheidstests. De cellulaire mechanismen van orgaanbescherming door NMP concentreren zich niet op IRI-mitigatie en reconditionering, maar op IRI-preventie, en verschillen totaal van koude perfusietechnieken. Terwijl normotherme machinale perfusie het meest effectief is wanneer toegepast gedurende de gehele periode van orgaanbewaring, wordt de end-ischemische toepassing van deze techniek in het ontvangende ziekenhuis steeds populairder.

Er zijn twee hoofdhypothesen over de onderliggende mechanismen van door HOPE geïnduceerde orgaanbescherming; (I.) modulatie van cellulair metabolisme (energiehuishouding, mitochondriale ademhaling), en (II.) stimulatie van de sinusoïdale endotheellaag. Hoewel het zuurstofverbruik van het weefsel aanzienlijk afneemt bij 4-10 graden Celsius, wordt het niet volledig stopgezet. De verschuiving van het mitochondriale metabolisme naar anaerobe routes leidt tot expressieve mitochondriale metabolietaccumulatie tijdens ischemie en vervolgens tot het genereren van extreme radicale zuurstofsoorten (ROS) door snelle heroxidatie door de vroege reperfusie respiratoire burst. De levering van zuurstof tijdens koude bewaring kan de cellulaire energiehuishouding effectief uploaden via verschillende mitochondriale routes. Pre-implantatie reanimatie van organen met machinale perfusie en zuurstof kan de ATP-niveaus in het weefsel verhogen en de post-ischemische productie van ROS en gevaar-geassocieerde moleculaire patronen (DAMP's) verminderen, wat vervolgens leidt tot een verzwakte immuunrespons. Dit orgaanconditionerende effect wordt toegeschreven aan een gecontroleerde re-oxygenatie die een matige ROS-afgifte induceert vlak voor reperfusie. Deze lage niveaus van ROS zijn niet alleen verantwoordelijk voor de inductie van antioxidante enzymen (heem-oxygenase, glutathion-synthase, superoxide-dismutase), maar zijn ook verantwoordelijk voor de stimulatie van eiwitbemiddelaars van aangeboren pro-overlevingsmechanismen. Een ander mechanisme achter de beschermende effecten van dynamische conserveringsbenaderingen is de aanwezigheid van schuifspanning en als zodanig kan actieve perfusie tijdens de conserveringsfase specifieke genen induceren die gevoelig zijn voor schuifspanning, waaronder Kruppel-achtige factor 2 of endotheliaal stikstofmonoxidesynthase. Momenteel hebben drie multicenter RCT's hun rekrutering van patiënten voltooid en worden klinische resultaten verwacht voor het jaar 2021. De Zürich-groep startte een multicentrische RCT om de impact van HOPE op elk DBD-levertransplantaat te beoordelen, inclusief hertransplantaties en marginale levers, en is bevoegd om belangrijke complicaties te beoordelen (Clavien-graad ≥III) (NCT01317342). Het Groningse team onderzoekt de dubbele HOPE (d-HOPE) techniek in DCD-transplantaten (NCT02584283) en onze eigen groep startte in 2017 een multicentrische RCT over HOPE bij ECD-DBD-levertransplantatie (NCT03124641).

Beoordeling van de levensvatbaarheid tijdens MP kan leidend zijn bij de klinische beslissing om een ​​lever te accepteren voor transplantatie en is daarom een ​​belangrijk opkomend hulpmiddel bij ECD OLT. De mogelijkheid van een betrouwbare levensvatbaarheidsbeoordeling wordt bepleit als een aanzienlijk voordeel van normotherme perfusietechnieken. Door het volledige metabolisme in stand te houden, maakt NMP het mogelijk om verschillende veroorzakers van leverfunctie en letsel te analyseren, inclusief galparameters (bijv. galstroom, galglucose, bicarbonaat en pH), perfusaat-pH ​​en base-overmaat, portale veneuze en hepatische arteriestroom en perfusaat hepatocellulaire enzymen. Ondanks de verminderde metabolische activiteit tijdens koude opslag en hypothermische leverperfusie, is er steeds meer bewijs dat een voorspelling van toekomstige transplantaatprestaties na transplantatie mogelijk ook tijdens HOPE mogelijk is. Analyse van het koude perfusaat tijdens HOPE biedt een unieke kans om potentiële biomarkers te identificeren die geassocieerd zijn met verschillende post-OLT-uitkomsten. Een recent onderzoek met 31 menselijke ECD-DBD-transplantaten die aanvankelijk waren afgewezen voor transplantatie, toonde aan dat koude perfusie niet alleen reperfusieschade verbetert, maar ook de levensvatbaarheid van het transplantaat kan beoordelen. Aldus correleerden de 2-uurs perfusaat-AST en lactaatdehydrogenase (LDH) significant met de piek-AST na implantatie. Bij twee transplantaten met een significante afgifte van transaminase na reperfusie werd een hoge portale perfusiedruk opgemerkt.

De Zurich-groep heeft onlangs een nieuwe mitochondriale marker gepresenteerd om de levensvatbaarheid van volledige levertransplantaten tijdens HOPE te beoordelen. Realtime fluorometrische analyse van mitochondriaal flavine-mononucleotide (FMN) in het HOPE-perfusaat voorspelde menselijke leverfunctie, complicaties en transplantaatverlies voorafgaand aan transplantatie. Het gebruik van deze surrogaatparameter zou de juiste klinische besluitvorming kunnen vergemakkelijken over het al dan niet accepteren van allogene transplantaten in de HOPE-setting. Deze marker wordt momenteel gevalideerd in andere solide organen en ook in de RCT van de Guarerras-werkgroep. Belangrijk is dat de kwantificering van FMN in realtime mogelijk is, waarbij alleen een spectroscoop nodig is om de overleving van het transplantaat betrouwbaar te voorspellen binnen de eerste 30-45 minuten van HOPE. De klinische waarde en onderlinge vergelijking van verschillende parameters voor de levensvatbaarheid van allogene transplantaten in de HOPE vs. NMP-setting moet nog worden onderzocht in de setting van een grote multicenter RCT. Met de komst van klinische MP en de context van een ernstige donatiesituatie in de westerse wereld, zal het van het grootste klinische belang zijn om de meest effectieve dynamische conserveringstechniek te identificeren. Hoewel eerdere en huidige klinische onderzoeken naar DCD- en DBD-levertransplantatie waren ontworpen om verschillende MP-benaderingen met CCS als klinische standaard te vergelijken, ontbreekt er nog steeds een directe vergelijking tussen verschillende end-ischemische MP-technieken (HOPE versus NMP).