Kidney decontamination during perfusion for transplantation procedure: In vitro and ex vivo viability analysis

Abstract

Organ transplantations have an increasing medical relevance. It is becoming a regular procedure with an increase in individuals waiting for organs. The increase in the number of discarded organs is mostly due to the donor bacterial and/or viral infection. In this article, we are demonstrating the feasibility of reduction of the bacterial load in kidney model by using ultraviolet-C as a germicidal agent in circulating liquids. Using Staphylococcus aureus as a bacteria model, we were able to demonstrate that in less than 30 min of liquid circulation and associated to irradiation, the bacterial load of the perfusate Custodiol HTK, histidine-tryptophan-ketoglutarate (solution with 5 log CFU mL À1 ), was fully eliminated. A modeling approach was created to verify the possibility of bacterial load decrease, when an organ (here, a renal experimental model) is present in the circuit, releasing a varied rate of microorganisms over time, while the solution is irradiated. Finally, we use an ex vivo model with swine kidney, circulating in the preservation solution with a Lifeport Kidney Transporter machine, to demonstrate that we can contaminate the organ and then promote the elimination of the microbiological load. The results show the feasibility of the technique.

Avaliação de técnicas ópticas para descontaminação de órgãos sólidos para transplante em modelos >i<in vitro>/i< e >i<ex vivo>/i<

“…A fonte de irradiação usada é um equipamento desenvolvido pelo Laboratório de Apoio Tecnológico (LAT) 60,62 do Instituto de Física de São Carlos da Universidade de São Paulo. O dispositivo para irradiação dos fluidos é composto por um compartimento metálico, equipado com quatro lâmpadas tubulares de radiação UV-C. Cada uma das lâmpadas tem uma irradiância de 4,5 mW/cm 2 emitindo no total 18 mW/cm 2 , com emissão centrada no comprimento de onda de 254 nm, dispostas em um arranjo circular.…”

“…Comparando os resultados obtidos nos dois grupos, foi observada uma diminuição das bactérias remanescentes nas membranas do grupo irradiado, que podem estar diretamente associadas à ação da irradiação UV-C, uma vez que diminuindo a carga bacteriana circulante, uma menor quantidade de células podem se aderir às membranas. Os resultados obtidos estão de acordo com os trabalhos reportados na literatura, onde a irradiação UV-C associada à perfusão promove a inativação de células circulantes (bactérias) 62 ou vírus. 60 O método apresenta alta eficiência na descontaminação do fluido circulante, independentemente do tipo de microrganismo.…”

“…Mais especificamente para a S. aureus, a entrega de fluência que usualmente são relatadas na literatura para inativação por UV-C é de 43,2 J/cm 2 . 62 Aqui vale ressaltar que esses parâmetros não podem ser diretamente comparados ao do protocolo do presente estudo, uma vez que a fluência calculada é a dose de energia entregue durante todo o tempo de perfusão, sendo que a solução não está estática, assim a irradiação para as células circulantes é bem inferior a esse valor. As amostras coletadas do grupo controle após o ultrassom apresentam uma recuperação de 3 a 5 log (UFC/mL) de S. aureus.…”

“…148 Em um estudo recente, em modelo porcino, descrevendo a eficácia dos UV-C como agente físico para descontaminação dos rins durante a fase de perfusão dos órgãos, eles foram capazes de eliminar uma carga bacteriana de 5 log de bactérias encontradas em PBS em 40 min, e durante os testes de descontaminação HTK em circulação, com uma fluência de 13,5J/cm 2 e 12,5 min de irradiação eles conseguiram uma redução de 99,99% da carga bacteriana circulante. 62 Há um estudo que demonstrou a eficácia do uso da irradiação UV-C quando o fluido é irradiado durante a perfusão pulmonar ex vivo (EVLP), conseguindo a inativação do vírus da hepatite C e a redução da carga viral nos pulmões doadores com uma irradiação de 31 mW/cm 2 . [60][61] Um parâmetro muito importante a ser considerado na descontaminação do órgão para transplante é o tempo de descontaminação, pois a desinfecção do órgão deve ocorrer dentro do tempo permitido para que o órgão permaneça na máquina de perfusão.…”

“…[46][47][48][49][50][51][52][53][54][55][56][57][58][59] O desenvolvimento instrumental e do protocolo de irradiação UV-C associado à máquina de perfusão ex vivo de pulmão e rim foi reportado recentemente pelo nosso grupo. [60][61][62] Outra técnica muito bem conhecida usada na inativação de microrganismos patogênicos é a terapia fotodinâmica (TFD) ou também chamada inativação fotodinâmica (IFD) ou terapia fotodinâmica antimicrobiana (TFDa) nos estudos que visam o controle microbiológico. Esta técnica envolve o uso de um fotossensibilizador (FS) que quando é ativado por luz no comprimento de onda específico e na presença de oxigênio molecular é capaz de interagir com outras moléculas presentes no meio, gerando espécies reativas de oxigênio (EROs), as quais são as principais responsáveis por induzir a morte de microrganismos e células tumorais.…”