During transplantation, and more broadly during surgery, there’s an urgent need to reduce ischemia-reperfusion (IR), improve graft outcomes, and ease recovery. During my thesis, we 1. optimized kidney graft preservation temperature and perfusate composition (including molecules such as hydrogen sulfide) 2. Identified novel biomarkers of graft viability.
3. Examine the effects of carbohydrate loading before surgery to reduce IR injury (IRI).
In the first part, we hypothesized that kidney perfusion at subnormothermic temperature (22°C) might improve kidney mitochondrial function and viability and limit IRI. Indeed, kidney perfusion at 22°C improved cortical and medullary perfusion and reduced histological lesions after transplantation compared to 4°C. In addition, total adenosine triphosphate (ATP) content was 4 times higher during ex vivo perfusion at 22 °C than at 4 °C. Recent improvements in the detection and measurement of ATP have rendered it a reliable and valuable indicator of graft viability, capable of predicting immediate graft function.
Interestingly, the addition of sodium hydrosulfide (NaHS) in the perfusate, previously shown to protect against renal IRI in several models of IR and during cold preservation before transplantation in rodents, did not affect porcine kidney graft function.
Lastly, we tested whether carbohydrate-rich drinks (part of a multimodal perioperative care pathway) could increase resistance to IRI / surgical stress. Despite widespread clinical use, preclinical and mechanistic studies on carbohydrate loading in surgical contexts are lacking. Here, we investigated the effects of carbohydrate loading, aiming to understand how it can influence post-operative recovery in multiple rodent models of IRI. Here we demonstrated in ad libitum-fed mice that liquid carbohydrate loading for 1 week reduces solid food intake while nearly doubling total caloric intake. Carbohydrate loading- induced protein dilution increased expression of hepatic fibroblast growth factor 21 (FGF21), resulting in protection in two models of surgical stress: renal and hepatic IRI. The protection was consistent across sex and age and was associated with the induction of the canonical integrated stress response (ATF3/4, NFkB) and oxidative metabolism (PPARγ). Together, these data support carbohydrate loading drinks before acute surgical stress and reveal an essential role of protein dilution via FGF21.
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Lors des transplantations, et plus largement pendant les chirurgies, il est urgent de réduire l'ischémie-reperfusion (IR), d'améliorer les résultats des greffes et de faciliter la récupération. Durant ma thèse, nous avons 1. Optimisé la température de conservation des greffes rénales et la composition du perfusat (incluant des molécules comme le sulfure d'hydrogène) 2. Identifié de nouveaux biomarqueurs de viabilité de la greffe 3. Examiné les effets d'une charge glucidique avant la chirurgie pour réduire les lésions d'ischémie- reperfusion (IRI).
Dans la première partie, nous avons émis l’hypothèse qu'une perfusion rénale à une température subnormothermique (22°C) pourrait améliorer la fonction mitochondriale et la viabilité du rein et limiter l'IRI. En effet, la perfusion rénale à 22°C a amélioré la perfusion corticale et médullaire et réduit les lésions histologiques après transplantation par rapport à 4°C. De plus, le contenu total en adénosine triphosphate (ATP) était 4 fois plus élevé lors de la perfusion ex vivo à 22°C qu'à 4°C. Les récentes avancées dans la détection et la mesure de l'ATP en ont fait un indicateur fiable de la viabilité de la greffe, capable de prédire une fonction immédiate du greffon. De façon intrigante, l'ajout de sodium hydrosulfide (NaHS) au perfusat, montré auparavant comme protecteur contre l'IRI rénal dans plusieurs modèles d'IR et pendant la conservation à froid avant transplantation chez les rongeurs, n'a pas affecté la fonction du greffon chez le cochon.
Enfin, nous avons testé si des boissons riches en glucides (intégrées dans un protocole périopératoire multimodal) pouvaient augmenter la résistance à l'IRI/au stress chirurgical. Malgré leur usage clinique courant, peu d'études précliniques se penchent sur ces charges en glucides. Nous avons analysé leurs effets. Chez des souris nourries à volonté, l’ajout d’une boisson riche en glucides pendant 1 semaine réduisait l'apport en nourriture solide tout en doublant presque la prise calorique totale. Cette surcharge glucidique induisait une dilution protéique, augmentant l'expression du facteur de croissance hépatique fibroblast growth factor 21 (FGF21), offrant une protection lors de deux modèles de stress chirurgical : IRI rénale et hépatique. La protection était cohérente quel que soit le sexe ou l'âge, associée à l'induction d'une réponse au stress (via ATF3/4, NFkB) et au métabolisme oxydatif (PPARγ). Ces données soutiennent l'usage de boissons chargées en glucides avant un stress chirurgical et mettent en lumière le rôle crucial de la dilution protéique via FGF21.