Laminotomia per accesso del ganglio di radice dorsale lombare e l'iniezione nei suini
Summary
Descriviamo un metodo per laminotomia in maiali che fornisce l’accesso ai gangli della radice dorsale lombare (DRG) per iniezione intraganglionic. Progresso di iniezione è monitorato intraoperatively e istologicamente confermato fino a 21 giorni dopo la chirurgia. Questo protocollo potrebbe essere utilizzato per futuri studi preclinici su iniezione di DRG.
Abstract
Gangli delle radici dorsali (DRG) sono anatomicamente ben definite strutture che contengono tutti i neuroni sensoriali primari sotto la testa. Questo fatto rende gli obiettivi attraenti DRG per iniezione di approcci terapeutici volti a trattare il dolore cronico. In modelli animali di piccole dimensioni, il laminectomy è stato utilizzato per facilitare l’iniezione di DRG perché coinvolge la rimozione chirurgica dell’osso vertebrale che circondano ciascun DRG. Dimostriamo una tecnica per iniezione intragangliari di DRG lombare in una grande specie animale, vale a dire, suina. Laminotomia viene eseguita per consentire l’accesso diretto al DRG utilizzando materiali, strumenti e tecniche neurochirurgiche standard. Rispetto al più vasta rimozione dell’osso tramite laminectomy, implementiamo laminotomia per conservare l’anatomia spinale ottenendo accesso sufficiente di DRG. Intraoperative progresso dell’iniezione di DRG è controllata mediante un colorante non tossico. A seguito di eutanasia il giorno post-operatorio 21, il successo di iniezione è determinato dall’istologia per distribuzione intragangliari di 4′, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI). Iniettiamo una soluzione biologicamente inattiva per illustrare il protocollo. Questo metodo potrebbe essere applicato in futuro preclinica per soluzioni terapeutiche di destinazione per DRG. La nostra metodologia dovrebbe facilitare il test la traducibilità dei paradigmi animale piccoli intragangliari in una specie animale. Inoltre, questo protocollo può servire come una risorsa fondamentale per chi ha intenzione di studi preclinici di iniezione di DRG in maiali.
Introduction
Gangli delle radici dorsali (DRG) sono raccolte anatomicamente discreti, un neurone situati lungo la colonna vertebrale. Ciascun DRG contiene i neuroni sensoriali primari che codificano e trasmettere stimoli periferici al sistema nervoso centrale (SNC) da regioni specifiche del corpo. Per esempio, il dolore dell’osteoartrite inizia quando recettori del dolore che si trova a circa un giunto percepiscono stimoli nocivi. Questo processo è definito nocicezione. A lungo termine consapevolezza di stimoli nocivi conduce a dolore cronico 1.
Il dolore cronico è un frequente soggetto di studio preclinico 2 dove uno degli obiettivi è di sviluppare metodi utili per la somministrazione mirata di analgesici di DRG, quali intragangliari iniezione 3. Tuttavia, DRG sono difficilmente accessibili perché risiedono all’interno dei confini boney di forami intervertebrali 4. Diversi gruppi sono riusciti a superare questo ostacolo attraverso l’uso di chirurgia della colonna vertebrale in roditori 5,6,7,8,9,10.
Nella clinica, il laminectomy è un’operazione comune della colonna vertebrale e si riferisce alla rimozione chirurgica della lamina vertebrale, quindi unroofing il canale vertebrale 11. Incorporazione di tecniche chirurgiche per permettere accesso diretto di DRG ha avuto successo in roditori 5,12, tuttavia, la traduzione potrebbe essere irrealistiche considerando le differenze di dimensione delle strutture competenti e come che influenza La farmacocinetica o fattibilità tecnica 13,14. Ad esempio, uno studio ha determinato il diametro trasversale del midollo spinale a T10 essere 3.0, 7.0 e 8,2 mm per ratto, maiale e umani, rispettivamente 15. Così, grande animale modelli meglio approssimative dimensioni umane delle strutture nervose.
In maiali, Raore et al. usato laminectomia multi-livello per poter accedere al midollo spinale cervicale per multiple iniezioni intraspinal 16. La procedura è stata ben tollerata e portato una fase I trial clinici dove paragonabili risultati chirurgici sono stati documentati 17. Questi risultati incoraggiano l’uso continuato di modelli preclinici di animali grandi come preannunciatori della fattibilità tecnica e della sicurezza negli esseri umani.
Fin qui, nessuna metodologia dettagliata esiste per accesso chirurgico e l’iniezione di DRG in una specie animale. Per ridurre questo divario traslazionale, segnaliamo un protocollo per l’esposizione DRG e iniezione tramite laminotomia in maiali. Materiali, strumenti e tecniche neurochirurgiche standard sono stati utilizzati e il metodo è stato progettato per imitare la pratica chirurgica moderna. Dimostriamo intragangliari iniezione utilizzando una soluzione acquosa per DRG lombare e confermare la riuscita consegna tramite istologia dopo giorno post-operatorio 21.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abbiamo cercato di descrivere un metodo per l’esposizione chirurgica di DRG via laminotomy e intragangliari iniezione in una sana grande specie animali, in particolare, suina. Nei roditori, un metodo simile è stato dettagliato 12 e utilizzato per fornire gli agenti farmacologici convenzionali 8,10 e vettori virali 6,7,9,<sup c…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Lo studio è stato effettuato con il supporto dalla Fondazione famiglia Schulze (per A.S.B.).
Materials
| Large humane animal sling | Britz & Company | 002539 | Modified to include abdominal aperture |
| Adhesive patient return electrode – 9 inch | Medtronic | E7506 | – |
| Ranger blood & fluid warming system | 3M | 24500 | – |
| Lactated Ringer's fluid | Hospira | 0409-7953-09 | – |
| Force air warming device | 3M | 77500 | – |
| Duraprep solution with applicator, 26 ml (0.7% iodine povacrylex, 74% isopropyl alcohol | 3M | 8630 | – |
| Sterile disposable surgical towels | Medline | MDT2168286 | – |
| Ioban 2 incise drape | 3M | 6651EZSB | – |
| Disposable suction canister and tubing | Medline | DYND44703H | – |
| Button switch electrosurgical monopolar pencil | Medtronic | E2450H | – |
| Fine smooth straight bipolar electrosurgical forceps, 4 1/2 inch | Bovie | A826 | – |
| #15 blade | Miltex | 4-315 | – |
| #11 blade | Miltex | 4-311 | – |
| 4×4 surgical gauze | Dynarex | 3262 | – |
| Weitlaner self-retaining retractor, 8 inch | Miltex | 11-618 | – |
| Meyerding self-retaining retractor, 1×2 3/8 inch | Sklar | 42-2078 | – |
| Gelpi self-retaining retractor, 7 inch | Sklar | 60-6570 | – |
| Freer elevator, 5 mm | Medline | MDS4641518F | – |
| Bone wax | Ethicon | W31G | – |
| Spurling intervertebral disc rongeur, 3 mm | Sklar | 42-2852 | – |
| Spurling 45-degree, up-biting Kerrison rongeur, 2 mm | Medline | MDS4052802 | – |
| Leksell angled rongeur, 2 mm | Sklar | 40-4097 | – |
| Gelfoam, size 50 | Pfizer | AZL32301 | – |
| Cottonoid patty | Medtronic | 8004007 | – |
| Frazier suction tip, 6 Fr | Sklar | 50-2006 | – |
| Frazier suction tip, 10 Fr | Sklar | 50-2010 | – |
| Dandy blunt right angle nerve hook | Medline | MDS4005220 | – |
| Nylon suture, 6-0 | Ethicon | 697G | – |
| Castroviejo smooth micro needle holder | Medline | MDG2428614 | – |
| 22 gauge Quinke point spinal needle | Halyard Health | 18397 | – |
| 32 gauge CED needle with locking Luer hub | See comments | n/a | As in: Pleticha, J., Maus, T.P., Christner, J.A., Marsh, M.P., Lee, K.H., Hooten, W.M., Beutler, A.S. Minimally invasive convection-enhanced delivery of biologics into dorsal root ganglia: validation in the pig model and prospective modeling in humans. Technical note. J Neurosurg. 121(4), 851-8 (2014). |
| Polyethylene tubing, 5 feet | Scientific Commodities | BB31695-PE/05 | – |
| Monoject syringe, 3 ml | Kendall | SY15352 | – |
| NanoJet syringe pump | Chemyx | 10050 | – |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | – |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | – |
| Bulb irrigation syringe | Medline | DYND20125 | – |
| Fine-toothed Adson forceps | Medline | MDS1000212 | – |
| Vicryl suture, 0 | Ethicon | J603H | – |
| Vicryl suture, 2-0 | Ethicon | J317H | – |
| Needle counter | Medline | NC20FBRGS | – |
| Steri-strip skin closure, 1/2×4 inch | 3M | R1547 | – |
References
- Millan, M. J. The induction of pain: An integrative review. Prog Neurobiol. 57 (1), 1-164 (1999).
- Burma, N. E., Leduc-Pessah, H., Fan, C. Y., Trang, T. Animal models of chronic pain: Advances and challenges for clinical translation. J Neurosci Res. , (2016).
- Pleticha, J., Maus, T. P., Beutler, A. S. Future directions in pain management: integrating anatomically selective delivery techniques with novel molecularly selective agents. Mayo Clin Proc. 91 (4), 522-533 (2016).
- Standring, S. . The anatomical basis of clinical practice. , (2005).
- Fischer, G., et al. Direct injection into the dorsal root ganglion: technical, behavioral, and histological observations. J Neurosci Methods. 199 (1), 43-55 (2011).
- Zhao, X., et al. A long noncoding RNA contributes to neuropathic pain by silencing Kcna2 in primary afferent neurons. Nat Neurosci. 16 (8), 1024-1031 (2013).
- Xu, Y., Gu, Y., Wu, P., Li, G. W., Huang, L. Y. M. Efficiencies of transgene expression in nociceptive neurons through different routes of delivery of adeno-associated viral vectors. Hum Gene Ther. 14 (9), 897-906 (2003).
- Puljak, L., Kojundzic, S. L., Hogan, Q. H., Sapunar, D. Targeted delivery of pharmacological agents into rat dorsal root ganglion. J Neurosci Methods. 177 (2), 397-402 (2009).
- Mason, M. R. J., et al. Comparison of AAV serotypes for gene delivery to dorsal root ganglion neurons. Mol Ther. 18 (4), 715-724 (2010).
- Jelicic Kadic, A., Boric, M., Kostic, S., Sapunar, D., Puljak, L. The effects of intraganglionic injection of calcium/calmodulin-dependent protein kinase II inhibitors on pain-related behavior in diabetic neuropathy. Neurosci. 256, 302-308 (2014).
- Greenberg, M. S. . Handbook of neurosurgery. , (2010).
- Yu, H., Fischer, G., Hogan, Q. H. AAV-mediated gene transfer to dorsal root ganglion. Methods Mol Biol. 1382, 251 (2016).
- Yaksh, T. L., et al. Pharmacology and toxicology of chronically infused epidural clonidine HCL in dogs. Toxicol Sci. 23 (3), 319-335 (1994).
- Federici, T., et al. Surgical technique for spinal cord delivery of therapies: demonstration of procedure in gottingen minipigs. J Vis Exp. (70), e4371 (2012).
- Lee, J. H. T., et al. A novel porcine model of traumatic thoracic spinal cord injury. J Neurotrauma. 30 (3), 142-159 (2013).
- Raore, B., et al. Cervical multilevel intraspinal stem cell therapy: assessment of surgical risks in Gottingen minipigs. Spine. 36 (3), e164 (2011).
- Riley, J., et al. Intraspinal stem cell transplantation in amyotrophic lateral sclerosis: A phase I safety trial, technical note, and lumbar safety outcomes. Neurosurg. 71 (2), 405-416 (2012).
- Olmarker, K., Holm, S., Rosenqvist, A., Rydevik, B. Experimental nerve root compression. A model of acute, graded compression of the porcine cauda equina and an analysis of neural and vascular anatomy. Spine. 16 (1), 61-69 (1991).
- Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 91 (6), 2076-2080 (1994).
- Lonser, R. R., Sarntinoranont, M., Morrison, P. F., Oldfield, E. H. Convection-enhanced delivery to the central nervous system. J Neurosurg. 122 (3), 697-706 (2015).
- Shen, J., Wang, H. Y., Chen, J. Y., Liang, B. L. Morphologic analysis of normal human lumbar dorsal root ganglion by 3D MR imaging. AJNR Am J Neuroradiol. 27 (0195–6108 (Print)), 2098-2103 (2006).
- Pleticha, J., et al. Minimally invasive convection-enhanced delivery of biologics into dorsal root ganglia: validation in the pig model and prospective modeling in humans. J Neurosurg. 121 (4), 851-858 (2014).
