مهارات الجراحة المجهرية لإنشاء قنية دائمة للوريد الوداجي في الفئران لأخذ عينات الدم التسلسلية من الدواء الذي يتم إعطاؤه عن طريق الفم
Summary
تم إثبات تقنيات الجراحة المجهرية التفصيلية لإنشاء نموذج فأر تقنية الوريد الوداجي على المدى الطويل لجمع الدم المتسلسل في نفس الحيوان. تم رصد المعلمات الفسيولوجية والدموية خلال مرحلة تعافي الفئران. تم تطبيق هذا النموذج لدراسة الحرائك الدوائية للبوليفينول الذي يتم إعطاؤه عن طريق الفم دون التسبب في الإجهاد الحيواني.
Abstract
يعد أخذ عينات الدم في المختبر الصغيرة ضروريا لتحسين الرصاص الصيدلاني ولكنه يمكن أن يسبب ضررا كبيرا وإجهادا لحيوانات التجارب ، مما قد يؤثر على النتائج. القنية الوريدية الوداجية (JVC) في الفئران هي نموذج يستخدم على نطاق واسع لجمع الدم المتكرر ولكنه يتطلب تدريبا كافيا على مهارات الجراحة ورعاية الحيوانات. تفصل هذه المقالة الإجراءات الجراحية المجهرية لإنشاء والحفاظ على نموذج دائم للفئران JVC مع التركيز بشكل خاص على وضع وختم القنية الوداجية. تم تسليط الضوء على أهمية المراقبة الفسيولوجية (على سبيل المثال ، وزن الجسم والطعام وتناول الماء) والمعلمات الدموية ، مع النتائج المقدمة لمدة 6 أيام بعد الجراحة أثناء تعافي الفئران. تم تحديد ملف تعريف وقت تركيز البلازما الدوائية لحمض الإيلاجيك الفينول الطبيعي الذي يتم إعطاؤه عن طريق الفم في نموذج الفئران JVC.
Introduction
يعد الحصول المتكرر على عينات الدم من المختبر الصغيرة ، مثل القوارض والخنازير الغينية والأرانب ، جانبا مهما لتحسين الرصاص الصيدلاني وأيضا لتقليل عدد الحيوانات المستخدمة في البحث 1,2. يتطلب خط الأنابيب لتطوير أدوات تشخيصية جديدة وصياغة دوائية (مثل اللقاح) الوصول إلى كميات مختلفة من الدم من أجل تقييم قوتها وأدائها في الجسم الحي ، مثل الحرائك الدوائية (PK) ، والسمية ، والحساسية3،4،5.
يتم تصنيف النهج المختبري لجمع عينات الدم على نطاق واسع إلى نوعين ، الجراحية وغير الجراحية6. من السهل نسبيا فهم النهج غير الجراحي للباحث ، والذي يتضمن تقنيات شائعة ، مثل ثقب القلب ، وثقب الجيوب الأنفية المدارية ، ونزيف الوريد الصافن والذيل. يمكن أخذ عينات دم متعددة من خلال بعض الطرق غير الجراحية ، ولكن حجم العينة صغير ويمكن أن يسبب جرحا جسديا وضغطا نفسيا للحيوانات1. من ناحية أخرى ، فإن النهج الجراحي هو البديل المفضل للوخز بالإبر الوريدية المتكرر ، وينطوي على وضع قنية مؤقتة أو دائمة في الأوعية الدموية للحيوانات7،8،9. يمكن سحب حجم الدم الكبير بشكل متكرر من خلال القنية في الفئران الواعية مع تجنب الإجهاد والألم بسبب تقنية المناولة وكبح النفس والتخدير7،8،10،11. ومع ذلك ، فإن زرع القنية يتطلب باحثا متمرسا لديه تدريب كاف من أجل جمع الدم بنجاح.
جمع الدم من خلال تقليب الوريد الوداجي (JVC) في الفئران هو الطريقة الأكثر استخداما على نطاق واسع لدراسة الدواء PK 6,10,12,13. ومع ذلك ، فإن إنشاء نموذج الفئران JVC يحتاج إلى ممارسة دقيقة لمهارات الجراحة المجهرية ومعرفة الرعاية والصيانة بعد الجراحة. على وجه الخصوص ، بعد الجراحة ، يتطلب الفئران إعطاء المسكنات ووقت كاف للتعافي للوصول إلى حالة فسيولوجية مستقرة لمزيد من التجارب13،14،15. على الرغم من أن زيادة وزن الجسم (أي >10 جم) هي مؤشر صالح وشائع التطبيق لتعافي الفئران ، إلا أنه ليس من غير المألوف أن الفئران لديها موت غير متوقع بعد العملية الجراحية بسبب الجفاف والعدوى والالتهابات ، والتي قد تكون خفية لملاحظة في البداية المبكرة14,15. بالإضافة إلى ذلك ، لا يزال انسداد القسطرة في نموذج JVC يمثل مشكلة أثناء جمع الدم.
وقد أظهر هذا البروتوكول بالتفصيل الإجراءات الجراحية المجهرية ل JVC في فأر مخدر مع التركيز بشكل خاص على تحديد الوريد الوداجي وعزله وتعليبه. يتم تسليط الضوء على أهمية الرصد الفسيولوجي والدموية للفئران خلال مرحلة الانتعاش. وأخيرا ، تم جمع عينات الدم التسلسلية من خلال القسطرة الوريدية لدراسة PK لحمض الإيلاجيك الفينول الطبيعي الذي يتم إعطاؤه عن طريق الفم مع ضعف التوافر البيولوجي (أي التركيز الجهازي المنخفض) للتحقق من نموذج الفئران JVC.
Protocol
Representative Results
Discussion
يتطلب إتقان تقنية تعليب السفن ممارسة كبيرة وتعلم الدرس من كل عملية. وجد كريستاكيس وآخرون باستخدام تحليل المجموع التراكمي (CUSUM) أن الباحث يحتاج إلى ممارسة 200 فأر على مدى عام واحد قبل أن يكون مستعدا لتقييم PK للأدوية المرشحة20. ومع ذلك ، يمكن تقليل وقت التشغيل اللازم لتقليب الوريد ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وتدعم هذا العمل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 82003692) إلى R.X. Zhang؛ أفضل منحة دراسية أكاديمية في جامعة نورث وسترن للفنون التطبيقية إلى R. Miao.
Materials
| 0.5 mL test tube containing EDTA anticoagulant | Xinkang | N/A | collecting blood samples for hematology test |
| 0.5*20 mm 1.0-mL syringe | KLMEDICAL | N/A | washing or replacing the fluid with saline |
| 0.6*28.5 mm 5.0-mL syringe | HD | N/A | Subcutaneous injection |
| 1.0-mL Blunt tipped syringe (22G) | skillsmodel | S4-PKT22G | Inject the saline and collect blood samples through catheter |
| 1.5 mL sterile microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C-S | Store sterile catheter lock solution heparinized saline and meloxicam solution |
| 1.5 mL microcentrifuge tubes | Biosharp | BS-15-M | blood collection |
| 1/2 circle cutting 5*12 mm suture needle | skillsmodel | S4-FHZ | Thread the muscle layer to fix the catheter |
| 3/8 circle cutting 7*17 mm suture needle | skillsmodel | S5-FHZ | Suture the incision of rat cortex |
| 6-0 sterile non-absorbable silk suture thread | JUNSHENG | N/A | ligature |
| 75% medical alcohol | HONGSONG | N/A | Disinfection |
| Adhensive tape | LIUTAI | N/A | positioning the rat |
| Autoclave sterilization tape | Biosharp | BS-QT-028 | Mark sterilized items |
| Automated blood cell counter | Sysmex | XN-550 | Hematology test |
| Castroviejo micro scissors | skillsmodel | WA1010 | Cut the opening in the blood vessel |
| Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75002402 | Plasma preparation |
| Clean cushion | Qingjie | N/A | Prepare the operation area |
| Cotton balls | HC | N/A | Wound disinfection and sterilization |
| Cotton swabs | BEITAGOGO | N/A | Disinfection |
| Curved hemostat | skillsmodel | N/A | ligature |
| DN50 Stainless-steel rat restrainer | skillsmodel | S4-RGDQ1 | Restrict the movement of rats for easy operation |
| Ellagic acid | Aladdin | E102710-25g | natural phenol for oral administration |
| Half-curved forceps | skillsmodel | 53072 | Lift the muscle layer and tissue, isolate the jugular vein and tie the suture |
| Heating pad | Warm mate | N/A | preventing heat loss of animal |
| Heparin sodium | Solarbio | H8060 | anticoagulant |
| Iodophor | Xidebao | N/A | Clean the wound |
| Iris scissors | skillsmodel | 54002 | Bluent separation the muscle layer |
| Isoflurane | RWD | R510-22-16 | anaesthesia |
| LED lamp | EMPERORFEEL | N/A | sugery |
| Liquid chromatography-mass spectroscopy | Thermo Fisher Scientific | VQF01-20001/ TSQ02-10002 | detection of drug concentration in plasma |
| Meloxicam | Hongqiang | N/A | Analgesic |
| Normal saline | KL | N/A | Prepara the solution and protect blood vessels from drying out |
| Pet razor | Codos | 3180 | Shaving the fur |
| Phosphate-buffered saline | ZHHC | PW012 | Preparation of Ellagic acid solution |
| PU catheter | skillsmodel | RJVC-PU | Jugular vein cannulation |
| Small animal operation anesthesia console | RWD | 68620 | Operation workstation |
| Spray bottle | 其他 | N/A | aseptic workstation |
| Stainless steel plug (22G) | skillsmodel | S4-PKD22G | Plug the catheter to ensure its sealing |
| Stainless steel trochar | skillsmodel | S$-PKDGZ | Guide the catheter exteriorization |
| Sterile lock solution | skillsmodel | SK-FB | lock the catheter to ensure its sterility |
| Straight feeding needle | skillsmodel | N/A | Oral gavage |
| Surgical pouch | BKMAM | N/A | container for sterilization of surgical instruments |
| Surgical scissors | skillsmodel | J21070 | Cut incision on rat skin |
| Vessel dilator balanced forceps | skillsmodel | WA3020 | Expand the blood vessel and guide the cannula to slide in |
| ZS-MV Small animal anesthesia machine | ZSLab | 1057003 | inducing and maintaining anaesthesia |
References
- Parasuraman, S., Raveendran, R., Kesavan, R. Blood sample collection in small laboratory animals. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 1 (2), 87-93 (2010).
- Sadler, A. M., Bailey, S. J. Validation of a refined technique for taking repeated blood samples from juvenile and adult mice. Laboratory Animals. 47 (4), 316-319 (2013).
- Zhang, R. X., et al. Coordinating biointeraction and bioreaction of a nanocarrier material and an anticancer drug to overcome membrane rigidity and target mitochondria in multidrug-resistant cancer cells. Advanced Functional Materials. 27 (39), 12 (2017).
- Zhang, R. X., et al. Polymer-lipid hybrid nanoparticles synchronize pharmacokinetics of co-encapsulated doxorubicin-mitomycin C and enable their spatiotemporal co-delivery and local bioavailability in breast tumor. Nanomedicine-Nanotechnology Biology and Medicine. 12 (5), 1279-1290 (2016).
- Zhang, R. X., et al. Sample extraction and simultaneous chromatographic quantitation of doxorubicin and mitomycin C following drug combination delivery in nanoparticles to tumor-bearing mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e11 (2017).
- Bakar, S. K., Niazi, S. Simple reliable method for chronic cannulation of the jugular vein for pharmacokinetic studies in rats. Journal of Pharmaceutical Sciences. 72 (9), 1027-1029 (1983).
- Harms, P. G., Ojeda, S. R. A rapid and simple procedure for chronic cannulation of the rat jugular vein. Journal of Applied Physiology. 36 (3), 391-392 (1974).
- Thrivikraman, K. V., Huot, R. L., Plotsky, P. M. Jugular vein catheterization for repeated blood sampling in the unrestrained conscious rat. Brain Research Protocols. 10 (2), 84-94 (2002).
- Weeks, J. R., Davis, J. D. Chronic intravenous cannulas for rats. Journal of Applied Physiology. 19 (3), 540-541 (1964).
- Goldkuhl, R., et al. Plasma concentrations of corticosterone and buprenorphine in rats subjected to jugular vein catheterization. Laboratory Animals. 44 (4), 337-343 (2010).
- Steffens, A. B. A method for frequent sampling of blood and continuous infusion of fluids in the rat without disturbing the animal. Physiology & Behavior. 4 (5), 833-836 (1969).
- Terao, N., Shen, D. D. Alterations in serum protein binding and pharmacokinetics of l-propranolol in the rat elicited by the presence of an indwelling venous catheter. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 227 (2), 369-375 (1983).
- Feng, J., et al. Catheterization of the carotid artery and jugular vein to perform hemodynamic measures, infusions and blood sampling in a conscious rat model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (95), e51881 (2015).
- Karim, N., Ali, S. Jugular vein cannulation in rats – A mini review. Canadian Journal of Pure and Applied Sciences. 3, 929-935 (2009).
- Ling, S., Jamali, F. Effect of cannulation surgery and restraint stress on the plasma corticosterone concentration in the rat: application of an improved corticosterone HPLC assay. Journal of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences. 6 (2), (2003).
- Lei, F., et al. Pharmacokinetic study of ellagic acid in rat after oral administration of pomegranate leaf extract. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 796 (1), 189-194 (2003).
- Yan, L. L., et al. Method development and validation for pharmacokinetic and tissue distributions of ellagic acid using Ultrahigh Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (UPLC-MS/MS). Molecules. 19 (11), 18923-18935 (2014).
- Long, J. F., et al. Bioavailability and bioactivity of free ellagic acid compared to pomegranate juice. Food & Function. 10 (10), 6582-6588 (2019).
- Zhang, Y., et al. PKSolver: An add-in program for pharmacokinetic and pharmacodynamic data analysis in Microsoft Excel. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 99 (3), 306-314 (2010).
- Christakis, I., et al. Learning curve of vessel cannulation in rats using cumulative sum analysis. Journal of Surgical Research. 193 (1), 69-76 (2015).
- Nm, S., Oduola, A. Haematological profile shows that Inbred Sprague Dawley rats have exceptional promise for use in biomedical and pharmacological studies. Asian Journal of Biomedical and Pharmaceutical Sciences. 4 (37), 33-37 (2014).
- Lillie, L. E., Temple, N. J., Florence, L. Z. Reference values for young normal Sprague-Dawley rats: weight gain, hematology and clinical chemistry. Human & Experimental Toxicology. 15 (8), 612-616 (1996).
- He, Q. L., et al. Sex-specific reference intervals of hematologic and biochemical analytes in Sprague-Dawley rats using the nonparametric rank percentile method. PLoS One. 12 (12), 18 (2017).
- EPA. Recommendations for and Documentation of Biological Values for Use in Risk Assessment. U.S. Environmental Protection Agency. , (1988).
- Gaud, N., et al. Single jugular vein cannulated rats may not be suitable for intravenous pharmacokinetic screening of high logP compounds. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 99, 272-278 (2017).
- Turck, D., et al. Clinical pharmacokinetics of meloxicam. Arzneimittel-Forschung/Drug Research. 47 (3), 253-258 (1997).
- Aghazadeh-Habashi, A., Jamali, F. Pharmacokinetics of meloxicam administered as regular and fast dissolving formulations to the rat: Influence of gastrointestinal dysfunction on the relative bioavailability of two formulations. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 70 (3), 889-894 (2008).
- Ludwig, E., et al. Activation of human cytochrome P-450 3A4-catalyzed meloxicam 5 ‘-methylhydroxylation by quinidine and hydroquinidine in vitro. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 290 (1), 1-8 (1999).
- Zhang, R. X., et al. Nanoparticulate drug delivery strategies to address intestinal cytochrome P450 CYP3A4 metabolism towards personalized medicine. Pharmaceutics. 13 (8), (2021).
