Laminotomy for lumbal dorsalrods Ganglion adgang og injektion i svin
Summary
Vi beskriver en metode til laminotomy i svin, der giver adgang til lumbal dorsalrodsganglier (DRG) for intraganglionic injektion. Injektion fremskridt overvåges intraoperatively og histologisk bekræftet op til 21 dage efter operationen. Denne protokol kan bruges til fremtidige prækliniske undersøgelser der involverer DRG injektion.
Abstract
Dorsalrodsganglier (DRG) er anatomisk veldefineret strukturer, der indeholder alle primære sensoriske neuroner under hovedet. Dette faktum gør DRG attraktive mål for injektion af roman therapeutics rettet mod behandling af kroniske smerter. I små dyremodeller, er laminektomi blevet brugt til at lette DRG injektion, fordi det indebærer kirurgisk fjernelse af vertebrale knoglen omkring hver DRG. Vi demonstrere en teknik til intraganglionic injektion af lumbal DRG i en stor dyrearter, nemlig svin. Laminotomy udføres for at give direkte adgang til DRG ved hjælp af standard neurokirurgiske teknikker, instrumenter og materialer. Sammenlignet med mere omfattende fjernelse af knogle via laminektomi, gennemfører vi laminotomy hen til conserve spinal anatomi samtidig opnå tilstrækkelig DRG adgang. Intraoperativ fremskridt af DRG injektion overvåges ved hjælp af et ikke-giftige farvestof. Efter eutanasi postoperative dag 21, injektion succes afhænger af histologi for intraganglionic fordeling af 4′, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI). Vi indsprøjte en biologisk inaktiv løsning for at demonstrere protokollen. Denne metode kunne være anvendt i fremtiden prækliniske undersøgelser til target terapeutiske løsninger på DRG. Vores metode bør lette translatability af intraganglionic små dyr paradigmer i en stor dyrearter. Derudover kan denne protokol tjene som en vigtig ressource for dem, der planlægger prækliniske undersøgelser af DRG injektion i svin.
Introduction
Dorsalrodsganglier (DRG) er anatomisk diskret, neuronal samlinger placeret langs rygsøjlen. Hver DRG indeholder de primære sensoriske neuroner, der indkode og relæ perifere stimuli til centralnervesystemet (CNS) fra specifikke kroppen regioner. For eksempel, begynder smerten ved slidgigt når smerte receptorer placeret omkring et fælles opfatter skadelige stimuli. Denne proces kaldes nociception. Langsigtet bevidsthed om skadelige stimuli fører til kroniske smerter 1.
Kroniske smerter er en hyppig genstand for prækliniske undersøgelse 2 hvor ét mål er at udvikle nyttige metoder til målrettet levering af analgetika til DRG, såsom intraganglionic injektion 3. DRG er imidlertid vanskeligt at adgang, fordi de opholder sig inden for boney rammerne af intervertebral foramina 4. Flere grupper har med held overvinde denne hindring ved hjælp af rygsøjlen kirurgi i gnavere 5,6,7,8,9,10.
I klinikken, laminektomi er en fælles operation, rygsøjlen og henviser til kirurgisk fjernelse af vertebrale lamina, hvorved unroofing rygmarvskanalen 11. Indarbejdelse af kirurgiske teknikker Råd direkte DRG adgang til har været vellykket i gnavere 5,12, oversættelse kan imidlertid være urealistisk at opfatte forskelle i størrelse af relevante strukturer og hvordan det påvirker farmakokinetik eller teknisk gennemførlighed 13,14. For eksempel, fastslået en undersøgelse tværgående rygmarven diameter på T10 3.0, 7.0 og 8,2 mm for rotte, svin og human, henholdsvis 15. Således modeller store dyre bedre omtrentlige menneskelige dimensioner af nervøs strukturer.
Hos svin anvendes Raore et al. multi-level laminektomi til at få adgang til den cervikale rygmarv til flere intraspinal injektioner 16. Proceduren var veltolereret og ført til en fase jeg klinisk forsøg hvor sammenlignelige kirurgisk resultater var dokumenteret 17. Disse resultater fremme fortsatte brug af prækliniske store dyremodeller som prædiktorer for teknisk gennemførlighed og sikkerhed hos mennesker.
Til dato, findes ingen detaljerede metoder for kirurgisk adgang og injektion af DRG i en stor dyrearter. Hvis du vil indsnævre denne translationel kløft, rapporterer vi en protokol for DRG eksponering og injektion via laminotomy i svin. Neurokirurgiske standardteknikker, instrumenter og materialer blev brugt og metoden blev designet til at efterligne moderne kirurgisk praksis. Vi demonstrere intraganglionic injektion ved hjælp af en vandig opløsning for lumbal DRG og bekræft vellykket levering via histologi efter postoperative dag 21.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har søgt at beskrive en metode for kirurgiske eksponering af DRG via laminotomi og intraganglionic injektion i en sund store dyrearter, specielt, svin. I gnavere, er en lignende metode detaljeret 12 og bruges til at levere konventionelle farmakologiske agenter 8,10 og virale vektorer 6,7,9,12 til DRG…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Undersøgelsen blev udført med støtte af Schulze Family Foundation (til 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 | – |
Riferimenti
- 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).
