Untersuchungen zur Wirkung von Antithymozytenglobulin bei der Rekonditionierung von mit Magensaft/Blut-Gemisch vorgeschädigten Spenderlungen

"Studies to explore the effect of anti-thymocyte globulin on the reconditioning of donor lungs injured by a gastric acid/blood-mixture aspiration"

Lung transplantation is often the only therapeutic option left to patients with serious lung diseases. Unfortunately, however, many patients die while waiting for a donor lung. The shortage of donor lungs is not only the result of a too small number of donors: the quality of the major share of donor lungs must still be considered as insufficient for transplantation. Therefore the prime objective is to extend the pool of suitable donor lungs for transplantation.
A variety of efforts have been undertaken to pursue this goal. Various preservation techniques were developed to allow transplantation of lungs from Non Heartbeating Donors. Many other studies have been focusing on the reconditioning of lungs that are not considered transplantable according to the currently accepted criteria. In addition the application of immunsuppressiva has been a key contribution to the growing success story of lung transplantation.
The objective of this study was to contribute to the reconditioning of pre-injured donor lungs with a focus on the effect of anti-thymocyte globulin on the reconditioning of lungs that were injured by aspiration of a gastric acid/blood-mixture.
The reconditioning of gastric acid injured lungs was already studied earlier. It appeared impossible, however, to prevent a too high pulmonary vascular resistance, a too low compliance or the formation of edema.
This study was done with domestic pigs, sus scrofa domestica. Lung injury by gastric acid was induced by intratracheal injection of a blood/gastric acid mix. Our results from seven pigs (group 3) were compared with results of two test groups (group 1 and 2) of six and seven pigs, respectively (The earlier determined test data for these two groups were provided by Dr. S. Wipper.). Lungs of the first group were reconditioned ex vivo for six hours. Lungs of the second group were additionally stabilized by intense medical treatment (nitrogenmonoxideinhalation, acetylcysteine, antibiotics and methylprednisolone). The third group of lungs was treated like the second group but with an additional application of ATG Fresenius® for further stabilization.
As working hypothesis it was postulated that the pool of donor lungs could be enlarged by exploiting the anti-inflammatory effect of anti-thymocyte globulin. Anti-thymocyte globulin application should allow to further improve the effect of earlier demonstrated intense medical measures to recondition gastric acid injured lungs to an extent that such lungs could be considered transplantable at a higher rate. It must be emphasized that anti-thymocyte globulin is applied in the donor already and that another dose is given in vitro. So far anti-thymocyte globulin was applied in lung transplantation only during the first days post transplantationem to mitigate the high rejection risk assumed in this period.
To assess the transplantability of the treated lungs a number of hemodynamic parameters (compliance, pulmonary vascular resistance, pulmonary oxygenation capacity) were determined in addition to a macroscopic rating of lung quality, determination of the wet and dry ratio, histological investigations and myeloperoxydase activity measurements.
The results of this study indicate the validity of our working hypothesis. Particularly the results of the myeloperoxydase activity determination point to improved transplantability of group three lungs over those of the other two groups.
In this way we could find indications that by anti-thymocyte globulin application already in the donor a significant stabilization of the transplant can be achieved. Our results support the assumption of a positive effect of an anti-thymocyte globulin application in vivo and in vitro.
Future studies should answer the question whether donor lungs with such pre-treatment can be successfully transplanted and whether acute or chronic rejection will be mitigated by the suggested reconditioning method. Für Patienten mit schweren Lungenerkrankungen ist eine Lungentransplantation oft die letzte Therapiemöglichkeit. Leider versterben jedoch viele Patienten, während sie auf eine Lunge warten. Der Mangel an Spenderlungen liegt aber nicht nur an einer zu kleinen Anzahl von Spendern: der überwiegende Teil der Spenderlungen muss bisher als nicht transplantabel eingestuft werden. Daher sollte es ein vorrangiges Ziel bleiben, den Spenderpool für Lungentransplantationen zu erweitern.
Es gibt bereits viele Ansätze dieses zu tun. Verschiedene Konservierungstechniken wurden entwickelt, damit Spenderlungen auch von herztoten Spendern verwendet werden können, so genannten Non Heartbeating Donors. Eine große Anzahl weiterer Untersuchungen beschäftigt sich mit der Rekonditionierung von Lungen, die nach den zurzeit akzeptierten Kriterien als nicht transplantabel gelten. Dabei hat der Einsatz von Immunsuppressiva entscheidend zur Erfolgsgeschichte der Lungentransplantation beigetragen.
Ziel dieser Arbeit war es, einen Beitrag zur Rekonditionierung vorgeschädigter Spenderlungen zu leisten. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung des Einflusses von Antithymozytenglobulin auf die Rekonditionierung von durch Aspiration eines Magensaft/-Blut-Gemisches vorgeschädigten Lungen.
Frühere Studien haben sich bereits mit der Rekonditionierung von durch Magensaftaspiration vorgeschädigten Lungen beschäftigt, ohne dabei allerdings einen zu hohen pulmonalen vaskulären Widerstand, eine zu niedrige Compliance und die Entstehung eines Ödems verhindern zu können.
Die Versuche dieser Arbeit wurden an deutschen Hausschweinen, sus scrofa domestica, durchgeführt. Durch eine intratracheale Injektion eines Magensaft-Blut-Gemisches wurde die Schädigung der Lunge durch Magensaftaspiration nachgebildet. Die Ergebnisse unserer Versuche an sieben Tieren (Gruppe 3) wurden mit zwei Versuchsgruppen (Gruppe 1 und 2) mit sechs beziehungsweise sieben Versuchstieren verglichen (Die früher ermittelten Versuchsdaten zu diesen zwei Versuchsgruppen wurden von Frau Dr. S.Wipper zur Verfügung gestellt.). Die Lungen der ersten Gruppe wurden über sechs Stunden ex vivo rekonditioniert. In der zweiten Gruppe wurden die Lungen zusätzlich mit intensivmedizinischen Maßnahmen (Stickoxid-Beatmung, Acetylcystein, Antibiotika und Methylprednisolon) stabilisiert. Die dritte Gruppe war identisch zur zweiten Gruppe, nur wurde hier zusätzlich Antithymozytenglobulin (ATG Fresenius®) eingesetzt, welches die Lungen noch weiter stabilisieren sollte.
Die Arbeitshypothese dabei war, dass der Spenderpool von Lungen erweitert werden kann, indem man die entzündungshemmende Wirkung von Antithymozytenglobulin nutzt, um den Erfolg der bereits früher gezeigten intensivmedizinischen Maßnahmen bei der Rekonditionierung von durch Magensaftaspiration vorgeschädigte Lungen so zu steigern, dass so behandelte Lungen in größerem Umfang als transplantabel eingestuft werden können. Hervorzuheben dabei ist, dass die Antithymozytenglobulingabe bereits im Spender erfolgt und ex vivo wiederholt wird. Bisher war es bei Lungentransplantationen nur üblich, eine Antithymozytenglobulingabe in den ersten Tagen post transplantationem zu verabreichen, um dem in diesem Zeitraum vermuteten größten Abstossungsrisiko entgegen zu wirken.
Zur Beurteilung der Transplantabilität der Spenderlungen wurden verschiedene hämodynamische Parameter (Compliance, pulmonaler vaskulärer Widerstand, pulmonaler Oxygenierungsgrad), eine makroskopische Beurteilung der Lungenqualität, eine wet/dry ratio Bestimmung, histologische Untersuchungen und eine Messsung der Myeloperoxidase Aktivität durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen auf die Richtigkeit unserer Arbeitshypothese hin. Vor allem die Auswertung der Myeloperoxidase Aktivität deutet auf eine Erhöhung der Transplantabilität von Lungen der Gruppe 3 im Vergleich zu denen der anderen beiden Gruppen hin.
Es konnten so Hinweise darauf erarbeitet werden, dass durch eine Antithymozytenglobulin Applikation noch im Donor eine signifikante Stabilisierung des Transplantates erreicht werden kann. Die Versuchsergebnisse stützen die Annahme eines positiven Antithymozytenglobulin-Einflusses bei Verabreichung in vivo und ex vivo. Zukünftige Arbeiten sollten weitere Nachweise für die Gültigkeit der Beobachtungen liefern und klären, ob diese Rekonditionierungstechnik eine erfolgreiche Transplantationen von Spenderlungen erlaubt und ob eine akute und eventuell auch chronische Abstossung der transplantierten Lunge durch dieses Verfahren inhibiert werden kann.