Hydrogen preconditioning during ex vivo lung perfusion improves the quality of lung grafts in rats. | ラットの体外肺灌流中に水素処理を行うと、ドナー肺の質が良くなる

Transplantation. 2014 Sep 15;98(5):499-506.

Hydrogen preconditioning during ex vivo lung perfusion improves the quality of lung grafts in rats.

Department of Cardiothoracic Surgery, University of Pittsburgh

Abstract

BACKGROUND:

Although the benefits of ex vivo lung perfusion (EVLP) have been globally advocated, the potentially deleterious effects of applying EVLP, in particular activation of proinflammatory cascades and alteration of metabolic profiles, are rarely discussed. This study examined proinflammatory events and metabolic profiles in lung grafts on EVLP and tested whether preconditioning lung grafts with inhaled hydrogen, a potent, cytoprotective gaseous signaling molecule, would alter the lungs’ response to EVLP.

METHODS:

Rat heart-lung blocks were mounted on an acellular normothermic EVLP system for 4 hr and ventilated with air or air supplemented with 2% hydrogen. Arterial and airway pressures were monitored continuously; perfusate was sampled hourly to examine oxygenation. After EVLP, the lung grafts were transplanted orthotopically into syngeneic rats, and lung function was examined.

RESULTS:

Placing lung grafts on EVLP resulted in significant upregulation of the messenger RNAs for several proinflammatory cytokines, higher glucose consumption, and increased lactate production. Hydrogen administration attenuated proinflammatory changes during EVLP through upregulation of the heme oxygenase-1. Hydrogen administration also promoted mitochondrial biogenesis and significantly decreased lactate production. Additionally, in the hydrogen-treated lungs, the expression of hypoxia-inducible factor-1 was significantly attenuated during EVLP. These effects were maintained throughout EVLP and led to better posttransplant lung graft function in the recipients of hydrogen-treated lungs.

CONCLUSIONS:

Lung grafts on EVLP exhibited prominent proinflammatory changes and compromised metabolic profiles. Preconditioning lung grafts using inhaled hydrogen attenuated these proinflammatory changes, promoted mitochondrial biogenesis in the lungs throughout the procedure, and resulted in better posttransplant graft function.

Transplantation. 2014 Sep 15;98(5):499-506.

ラットの体外肺灌流中に水素処理を行うと、
ドナー肺の質が良くなる

ピッツバーグ大学心胸郭外科

＜要旨＞

背景

体外肺灌流（EVLP）の利点は広く唱えられてはいるものの、EVLPを利用する上での有害作用、特に炎症カスケードの活性化や代謝関連検査値の悪化といったことについてはあまり討論されていません。そこで本研究ではEVLPを行うドナー肺の炎症作用やメタボ関連検査値について調べるとともに、細胞保護作用を持つガスとして期待されている水素をドナー肺に吸入させることで、EVLPに対する肺の反応が変わるかどうかを調べました。

方法

赤血球を含まない正常体温EVLPシステムを用いて、ラットの心肺ブロックを4時間行い、空気あるいは2％の水素を添加した空気で換気を行いました。そして血圧（動脈）と気道圧を継続的にモニターしました。また、高酸素かどうかをチェックするため灌流液を1時間おきにサンプリングしました。EVLP後、ドナー肺を同じ遺伝子を持つラットに移植し、肺機能を調べました。

結果

EVLPを実施したドナー肺を移植することで、複数の炎症サイトカインのmRNAが有意にアップレギュレーションし、またブドウ糖消費の上昇、乳酸塩の産生増加が確認されました。水素の投与は、HO-1のアップレギュレーションを介してEVLP中の炎症変化を緩和しました。また、ミトコンドリア新生を促進させて乳酸の産生を有意に抑制しました。さらに水素処置を行った肺では、EVLP中に低酸素誘導因子1の発現が有意に抑えられていました。これらの効果はEVLPの間ずっと継続しており、水素処置の肺を用いた場合、レシピエントに移植した後の肺の機能がより良好なものになりました。

結論

EVLPを行ったドナー肺は、著しい炎症の変化と代謝関連検査値の悪化がみられました。EVLP中にドナー肺を水素で換気することによってこれらの炎症変化を抑え、肺のミトコンドリア新生を促進しました。その結果、移植後のドナー肺の機能が改善しました。

＜一言＞

体外肺灌流とは、取り出したドナー肺に体外にある専用装置をつないで薬液を循環させることで、肺が生きているような状態にしておくもので、移植の際のタイムリミットを延長させる効果が認めます。とっても良いことなのですが、炎症が起こりやすかったり、代謝がおかしくなったりするなど問題点も抱えているとのこと。そこで体外肺灌流の間に水素ガスを吸入させたらどうなるか…というのを調べたのがこの実験です。その結果、水素ガスを用いる方が生着後の肺の機能が良かった…とのことです。

結構移植分野での水素の研究って行われていますよね。実際に応用される日が来るのはまだ先だと思いますが、期待したいところですね。