再灌注人脐带离体模型：人工胎盘技术中ECMO插管的关键平台

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Reperfused human umbilical cords as an ex vivo model for ECMO cannulation in artificial placenta technology

本文介绍了一种创新的离体人脐带再灌注模型，用于开发和训练人工胎盘技术（AAPT）中脐血管的大口径插管（ECMO）。该模型使用胎儿血液模拟生理条件，成功实现了脐血管的终端插管和体外膜肺氧合（ECMO）插管，为替代动物模型、推动AAPT临床转化提供了高生物相似性的低风险研究平台。

　　

背景

全球每年约有1300万早产儿出生，其中极端早产儿（EPI，胎龄<28周）是最不成熟的群体。尽管新生儿重症监护取得进展，但肺气体交换（包括机械通气）仍会导致终身器官损伤，尤其是支气管肺发育不良（BPD），影响超过一半的极端早产儿。人工羊膜和胎盘技术（AAPT）是减少早产相关肺损伤的有前景的方法。在AAPT中，气体交换通过膜式氧合器（ECMO）在体外进行，后者通过脐带连接到胎儿。脐血管的大口径插管是该技术的关键步骤，但临床经验有限，且动物模型因解剖差异（如血管数量、直径和组织一致性）存在局限性。因此，开发一个生物相似性高的离体人脐带模型至关重要。

方法

伦理与样本：研究获得RWTH亚琛大学医学院伦理委员会批准（EK 206/09）。通过剖宫产采集人脐带和胎盘，并收集胎儿血液。排除长度<15厘米、无法插管或血量<20毫升的样本。

样本制备：脐带血管用罂粟碱溶液冲洗和探通，并进行终端插管。使用商业引入鞘（如Terumo 6Fr/7Fr）或中心静脉导管，并通过压缩胶带和电缆扎带固定。

测试设置：构建了一个模拟天然胎儿胎盘循环的人工血液回路，包括“胎儿”环和“胎盘”环。回路包含离心泵、储血器和流量计，压力在四个点（p₁至p₄）测量。脐带样本浸没在37°C的Ringer溶液中。

验证研究：目标流量设置为70±10毫升/分钟（模拟24周胎龄生理流量）。流量逐步增加，达到目标后维持15分钟。随后进行ECMO插管，使用大口径ECMO插管（如Medtronic 8Fr）插入脐血管，并连接到二级回路模拟AAPT环境。

结果

在67个采集的脐带中，43个成功完成终端插管，15个纳入验证研究。所有15个样本均达到平均流量71.2±3.9毫升/分钟，平均建立时间36.6±9.0分钟。动脉平均压力损失为51±27毫米汞柱，静脉为66±24毫米汞柱。ECMO插管中，5例（33%）成功插管所有三条血管（两条动脉和一条静脉），另5例（33%）成功插管一条动脉和一条静脉，总成功率为66%。全血管插管的最短时间为2.45分钟。在成功案例中，9例能在二级回路中维持70±10毫升/分钟的流量，平均总压力损失为49.6±2.8毫米汞柱。一项初步实验显示，使用六根ECMO插管时，在85毫升/分钟流量下压力损失仅为9毫米汞柱。

讨论

该离体测试设置填补了动物模型与人类新生儿之间的空白，为AAPT和相关围产期技术（如脐带穿刺术）的训练提供了低风险、高生物相似性的平台。与早期研究（如Bj?ro等）相比，该回路能实现更接近生理的流量和压力。尽管压力损失仍超生理范围，但通过改进插管策略（如使用更大插管）可进一步优化。研究还表明，来自足月新生儿的脐带可模拟早产儿生理条件，避免了伦理问题。插管技术可通过训练（如学习曲线）提高，未来可结合超声引导或定制插管以优化效果。固定方法（电缆扎带）可能造成创伤，需进一步组织学评估。

结论

该离体测试设置能成功实现人脐带的再灌注和ECMO插管，在生理流量下具有可重复性。它为AAPT应用的插管设备和程序开发提供了伦理可接受的方法，有助于减少动物实验并推动临床转化。