Laminotomy för ländryggen dorsalrotsganglier Ganglion tillgång och injektion hos svin
Summary
Vi beskriver en metod för laminotomy hos svin som ger tillgång till ländryggen dorsalrotsganglier (DRG) intraganglionic injektionsvätska. Injektion är övervakas intraoperatively och histologiskt bekräftat upp till 21 dagar efter operation. Detta protokoll kan användas för framtida prekliniska studier med DRG injektion.
Abstract
Dorsalrotsganglier (DRG) är anatomiskt väl definierade strukturer som innehåller alla primära sensoriska nervceller under chefen. Detta faktum gör DRG attraktiva mål för injektion av nya behandlingar som syftar till att behandla kronisk smärta. I små djurmodeller, har laminektomi använts för att underlätta DRG injektion eftersom det innebär kirurgiskt avlägsnande av det vertebrala benet kring varje DRG. Vi visar en teknik för intraganglionic injektion av ryggradens DRG i en stor djurart, nämligen svin. Laminotomy utförs för att ge direkt tillgång till DRG använder standard Neurokirurgiska tekniker, instrument och material. Jämfört med mer omfattande bone borttagning via laminektomi, genomför vi laminotomy för att bevara spinal anatomi samtidigt uppnå tillräcklig DRG åtkomst. Intraoperativa förloppet för DRG injektion kontrolleras med hjälp av en giftfri färg. Efter eutanasi på postoperativ dag 21 avgörs framgången för injektion av histologi för intraganglionic distribution av 4′, 6-diamidin-2-fenylindol (DAPI). Vi injicerar en biologiskt inaktiva lösning för att visa protokollet. Denna metod kan vara tillämpad i framtiden prekliniska studier till målet terapeutiska lösningar på DRG. Vår metodik bör underlätta testning i översättbarhet av intraganglionic små djur paradigm i en stor djurarter. Dessutom kan detta protokoll tjäna som en viktig resurs för dem som planerar prekliniska studier av DRG injektion hos svin.
Introduction
Dorsalrotsganglier (DRG) är anatomiskt diskret, neuronala samlingar ligger längs ryggraden. Varje DRG innehåller den primära sensoriska nervceller som koda och relä perifera stimuli till det centrala nervsystemet (CNS) från specifika kroppen regioner. Exempelvis börjar smärtan av artros när smärtreceptorer som ligger ca en gemensam uppfattar skadliga stimuli. Denna process kallas nociception. Långsiktiga medvetenheten om skadliga stimuli leder till kronisk smärta 1.
Kronisk smärta är ofta föremål för preklinisk studie 2 där ett mål är att utveckla användbara metoder för riktade leverans av analgetika till DRG, såsom intraganglionic injektion 3. DRG är dock svåra att komma åt eftersom de är bosatta inom boney intervertebral foramina 4. Flera grupper har framgångsrikt övervinna detta hinder genom användning av ryggkirurgi i gnagare 5,6,7,8,9,10.
I kliniken, laminektomi är en gemensam operation i ryggraden och refererar till kirurgiskt avlägsnande av den vertebrala lamina, därmed unroofing ryggradskanalen 11. Införlivandet av kirurgiska tekniker till direkta DRG tillgång har varit framgångsrika i gnagare 5,12, översättning kan emellertid orealistiskt att betrakta skillnader i storlek av relevanta strukturer och hur det påverkar farmakokinetik eller teknisk genomförbarhet 13,14. Till exempel fastställt en studie tvärgående ryggmärgen diametern på T10 vara 3.0, 7.0 och 8,2 mm för råtta, gris och människa, respektive 15. Således modeller stort djur bättre ungefärliga mänskliga dimensioner av nervös strukturer.
Hos svin används Raore et al. multi-level laminektomi för att få tillgång till den cervikala ryggmärgen för flera intraspinala injektioner 16. Behandlingen tolererades väl och ledde till en fas I klinisk prövning där jämförbara kirurgiska resultat var dokumenterade 17. Dessa resultat uppmuntra fortsatt användning av prekliniska stora djurmodeller som prediktorer för teknisk genomförbarhet och säkerhet hos människor.
Hittills finns ingen detaljerad metod för kirurgiska tillgång och injektion av DRG i en stor djurarter. För att begränsa denna translationell lucka, rapporterar vi ett protokoll för DRG exponering och injektion via laminotomy hos svin. Standard Neurokirurgiska tekniker, instrument och material användes och metoden var utformade för att efterlikna modern kirurgisk praxis. Vi demonstrerar intraganglionic injektion med en vattenlösning för ländryggen DRG och bekräfta framgångsrik leverans via histologi efter postoperativ dag 21.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi försökte beskriva en metod för kirurgisk exponering av DRG via laminotomy och intraganglionic injektion i en hälsosam stora djurarter, specifikt, svin. Hos gnagare har en liknande metod för att leverera konventionell farmakologiska agenter 8,10 och virala vektorer 6,7,9,12 till DRG och detaljerad 12</s…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Studien utfördes med stöd av stiftelsen Schulze familj (till 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).
