Biomarcatori predittivi di outcome nel danno da ischemia-riperfusione durante l’ex vivo lung perfusion.

BACKGROUND Lung transplantation represents the only therapeutic option for many end stage lung diseases. The donor organ shortage leads to the high mortality rate in the patients awaiting for lung transplantation. The high prevalence of Primary Graft Dysfunction (PGD) caused by the ischemia-reperfusion injury due to the release of inflammatory mediators limits the efficacy of this procedure. The use of suboptimal marginal donor lungs might help to overcome the issue of organ shortage, and the organ suitability can be evaluated through the Ex vivo Lung Perfusion (EVLP) technique. Isolated lungs are ventilated with protective low tidal volumes and re-perfused with a normothermic, hyperoncotic and acellular solution. The EVLP allowed to expand the actual donor pool for lung transplantation. METHODS Lung suitability for transplant relies on the assessment of physiological and respiratory mechanics variables during EVLP. These parameters aren’t fully exhaustive for a complete organ assessment and don’t allow accurate predictions on outcomes. Introducing new biomarkers predictive of ischemia-reperfusion injury in the clinical practice might implement the efficacy of this procedure. The aim of this study was to evaluate the association between inflammatory biomarkers and EVLP outcomes In this monocentric study the amount of cytokines (IL-6, IL-10, GCSF, MCP1) in perfusate, sampled during EVLP, has been evaluated with the aim to assess their association with lung transplantation suitability and the development of primary graft dysfunction. Furthermore, the impact of the EVLP perfusate on lung epithelial cells’ viability has been evaluated in an in-vitro assay on BEAS-2B cells. RESULTS From July 2011 and march 2020 54 lungs underwent EVLP. Fifty lungs were from brain dead donors (93%) and four from donation after cardiac death donors (7%). At the end of EVLP, 39 lungs (72%) have been considered suitable for transplantation. Fourteen of them had high-grade PGD (PGD3) at ICU arrival. Pro-inflammatory cytokines IL6 and MCP1 measured in perfusates at the beginning and MCP1 obtained at the end of EVLP were significantly higher in rejected lungs compared to the transplanted ones. IL6 and IL10 were significantly higher in perfusates sampled at the end of EVLP in the transplanted recipients who developed PGD3. IL6 at the beginning of EVLP was independently associated with lung rejection at the end of the procedure at the multivariable analysis. The in vitro assay showed a significant reduction in cells viability, directly proportional to the cold ischemic time applied. The perfusate addition to the culture medium during 4-hours cold ischemia time induced a significant reduction in terms of cells viability compared to control. CONCLUSIONS Pro-inflammatory cytokines levels during EVLP are associated with organ suitability for transplantation and lung dysfunction in the recipients. These biomarkers are associated with cell viability abnormalities and might represent an accurate tool for a punctual and early point-of-care evaluation of lungs undergoing EVLP.

BACKGROUND Il trapianto di polmone rappresenta l’unica opzione terapeutica per molte patologie polmonari end stage. La ridotta disponibilità di polmoni idonei è responsabile di una elevata mortalità in lista d’attesa. L’elevata prevalenza di disfunzione primaria dell’organo (primary graft dysfunction, PGD) conseguente al danno da ischemia-riperfusione indotto dai mediatori infiammatori limita l’efficacia di questa procedura. Queste criticità possono essere affrontate grazie all’utilizzo di polmoni di donatori marginali, la cui idoneità al trapianto viene valutata tramite l’Ex Vivo Lung Perfusion (EVLP). Tale procedura prevede la ventilazione in modalità protettiva e la riperfusione con una soluzione acellulare ed iperoncotica dei polmoni isolati in normotermia. L’EVLP ha permesso un ampliamento del pool di polmoni disponibili per il trapianto. MATERIALI E METODI L’idoneità al trapianto dei polmoni viene stabilita in base a parametri fisiologici e di meccanica respiratoria in corso di EVLP. Questi indici non sono del tutto esaustivi e sufficienti per un corretto assessment dell’organo e non permettono un’accurata previsione dell’outcome. L’introduzione nella pratica di nuovi biomarcatori predittivi del danno da ischemia-riperfusione potrebbe implementare l’efficacia di questa procedura. Scopo del lavoro è stato quello di valutare l’associazione tra biomarcatori infiammatori e outcome del polmone sottoposto ad EVLP. Nel presente studio monocentrico è stata indagata l’espressione di citochine (IL-6, IL-10, GCSF, MCP1) nel liquido di perfusione campionato durante le procedure EVLP, al fine di valutare il loro potenziale ruolo quali marcatori associati alla trapiantabilità dell’organo e al danno d’organo da ischemia/riperfusione. Inoltre è stata valutata la capacità del liquido di perfusione di modificare la vitalità delle cellule epiteliali polmonari tramite un saggio in vitro su cellule tipo BEAS-2B. RISULTATI Dal luglio 2011 al marzo 2020 sono stati sottoposti ad EVLP 54 polmoni. Gli organi sono stati prelevati da 50 pazienti con diagnosi di morte cerebrale (93%) e da 4 pazienti con diagnosi di morte cardiaca (7%). Al termine dell’EVLP, 39 polmoni (72%) sono stati dichiarati idonei al trapianto. Tra i riceventi, 14 hanno presentato una PGD di grado elevato (PGD3) all’ingresso in terapia intensiva. La concentrazione delle citochine pro-infiammatorie IL6 e MCP1 nel perfusato prelevato all’inizio della procedura e di MCP1 al termine della procedura è risultata essere significativamente più elevata nei polmoni non idonei al trapianto rispetto a quelli trapiantati. All’analisi multivariata IL6 al tempo iniziale è risultata essere associata in modo indipendente alla non idoneità dell’organo. Nei pazienti trapiantati che hanno sviluppato PGD3, IL6 e IL10 sono risultate significativamente aumentate nei perfusati prelevati al termine della procedura. Il modello in vitro ha evidenziato una riduzione della vitalità cellulare progressiva all’incremento del tempo di ischemia fredda. L’aggiunta dei perfusati di al terreno di coltura nel modello di ischemia fredda a 4 ore ha evidenziato una riduzione significativa della vitalità cellulare rispetto al controllo negativo. CONCLUSIONI I profili di espressione in corso di EVLP delle citochine pro-infiammatorie si associano alla trapiantabilità del polmone sottoposto a perfusione ex vivo e allo sviluppo di disfunzione primaria dell’organo trapiantato. Questi biomarcatori sono associati ad alterazioni della vitalità cellulare e potrebbero costituire un importante strumento per una puntuale e precoce valutazione point of care dei polmoni ricondizionati tramite EVLP.