Oprichting van een eenvoudig en effectief rattenmodel voor intraoperatieve beeldvorming van bijschildklieren
Summary
Tot op heden wordt de ontwikkeling van bijschildklier (PG) identificatiemethoden beperkt door het gebrek aan diermodellen in preklinisch onderzoek. Hier stellen we een eenvoudig en effectief rattenmodel op voor intraoperatieve PG-beeldvorming en evalueren we de effectiviteit ervan door ijzeroxidenanodeeltjes te gebruiken als een nieuw PG-contrastmiddel.
Abstract
Bijschildklier (PG) identificatie is een kritieke onvervulde behoefte bij thyroidectomie. De identificatie van de PG is een uitdaging bij schildklierchirurgie omdat het qua kleur vergelijkbaar is met de schildklier. Het gebrek aan effectieve diermodellen in preklinisch onderzoek is een ernstige beperking voor de ontwikkeling van PG-identificatietechnieken. Dit protocol maakt het mogelijk om een eenvoudig en effectief rattenmodel voor PG-identificatie vast te stellen. In dit model worden zwarte ijzeroxide nanodeeltjes (IONPs) lokaal in de schildklier geïnjecteerd en snel diffunderen in de schildklier, maar niet in de PG. Een negatief gekleurde PG en een positief bevlekte schildklier kunnen gemakkelijk met het blote oog worden geïdentificeerd zonder dat externe microscopen nodig zijn. De positie van de PG kan worden geïdentificeerd door het kleurcontrast tussen de schildklier en de PG te verhogen, op basis van de kleur van de zwarte IONPs. Dit rattenmodel is goedkoop en handig voor PG-identificatie, en de IONPs zijn een nieuw PG-contrastmiddel.
Introduction
Bijschildklier (PG) is een kleine, ovaalvormige endocriene klier in de nek van mensen en andere gewervelde dieren, die bijschildklierhormonen produceren en afscheiden om calcium- en fosforspiegels in het bloed en in botten te reguleren en in evenwicht te brengen1. Mensen hebben meestal twee paren PG achter de schildklierkwabben op variabele locaties; de grootte van menselijke PG meet doorgaans 6 mm x 4 mm x 2 mm, met een gewicht van ongeveer 35-40 mg2. Verwijdering of beschadiging van de PG veroorzaakt hypoparathyreoïdie (HP), een endocriene aandoening die wordt gekenmerkt door hypocalciëmie en lage of niet-detecteerbare niveaus van bijschildklierhormonen, die een breed scala aan symptomen veroorzaken, van krampachtige spasmen tot misvormde tanden tot chronische nierziekten. Sommige van deze complicaties zijn fataal (bijv. hartfalen en epileptische aanvallen)3,4,5; PG is dus essentieel bij het reguleren van het metabolisme van het lichaam en het in stand houden van het leven.
HP is een van de meest voorkomende complicaties na een voorste nekoperatie, vooral bij thyroidectomie, een gevestigde curatieve behandeling voor schildklierkanker, de meest voorkomende endocriene kanker wereldwijd 6,7. Post-thyroidectomie HP wordt voornamelijk veroorzaakt door direct trauma, ischemie of verwijdering van de PG bij een operatie vanwege een ernstig gebrek aan vermogen om de PG betrouwbaar te onderscheiden van schildklierkwabben en andere omliggende weefsels (bijv. lymfeklieren en perifere vetdeeltjes) in realtime in de operatiekamer. In 2021 rapporteerden Barrios et al. een gemiddeld PG-missectiepercentage van 22,4% binnen 1.114 gevallen van thyroidectomie, en zelfs ervaren chirurgen met een minimaal foutenpercentage van 7,7% 8. Dergelijke hoge PG-missectiepercentages zijn consistent met andere vergelijkbare rapporten 9,10,11. Onjuiste bijschildklierectomie is dus een onafhankelijke risicofactor voor voorbijgaande en permanente postoperatieve HP.
Het ontwikkelen van effectieve intraoperatieve PG-identificatiemethoden bevat de sleutel tot het aanpakken van deze kritieke onvervulde medische behoefte; het is echter ernstig beperkt door het gebrek aan diermodellen in preklinisch onderzoek. Tot op heden zijn de meeste intraoperatieve PG-identificatieonderzoeken uitgevoerd op menselijke patiënten en grote dieren (bijv. honden)12, die duur zijn en moeilijk om ethische goedkeuring te krijgen, het aantal proefpersonen uit te breiden en tests te herhalen. Ondertussen heeft de muis, het meest gebruikte gewervelde model in biologisch onderzoek, extreem kleine PG, met een grootte van minder dan 1 mm13. Vanwege deze beperking zijn PG-modellen van muizen zelden gebruikt in intraoperatief PG-identificatieonderzoek.
Dit artikel rapporteert de oprichting van een eenvoudig, eenvoudig en effectief rattenmodel voor intraoperatieve PG-identificatiestudies. We onderzochten het gebruik van inheemse Sprague-Dawley (SD) ratten zonder chirurgische modificaties of genetische manipulatie als een betrouwbaar diermodel voor het testen van een PG-beeldcontrastmiddel, IONPs, in een thyroidectomiechirurgie. Dit rattenmodel toont een zeer vergelijkbare fysiologische structuur van PG en de omliggende micro-omgeving als die van mensen, en de grootte van rat PG is groot genoeg om visueel te worden gedetecteerd in vergelijking met die van muizen. De meeste ratten hebben één PG aan elke kant van de schildklier. De eenvoud en effectiviteit van dit rattenmodel zijn aangetoond door het uitvoeren van intraoperatieve IONP-verbeterde PG-beeldvorming bij thyroidectomiechirurgie.
Protocol
Representative Results
Discussion
We demonstreren een IONPs-geleide negatieve beeldvormingstechniek van rat PG met behulp van zwarte IONPs, die lokaal in het midden van de schildklier werden geïnjecteerd en diffuus in de schildklier werden verspreid, maar niet in de PG. Het maakt een duidelijke identificatie van de PG met het blote oog mogelijk zonder de hulp van een microscoop. Hoewel transgene muizen met groen fluorescerend eiwit selectief tot expressie gebracht in de PG zijn gemeld13, is het model dat in dit artikel wordt besc…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (NSFC) (82172598), de Natural Science Foundation van de provincie Zhejiang, China (LZ22H310001), het 551 Health Talent Training Project van de Gezondheidscommissie van de provincie Zhejiang, China, en het Medical and Health Science and Technology Project van de provincie Zhejiang, China (2021KY110).
Materials
| alcohol | Li feng | 9400820067 | |
| anesthesia machine | RWD Company | R520IE | Machine number |
| blade | Daopian | TB-JZ-10# | |
| cylindrical pillow | made by ourselves | ||
| depilatory cream | Nair | TMG-001 | |
| electronic scale | Hong xingda | CN-HXD2 | |
| eosin | Thermo Fisher (Waltham, USA). | C0105S-2 | |
| erythromycin | Shuang ji (Beijing, China) | 200409 | |
| gauze | Fulanns | YY0331-2006 | |
| heating pad | Johon (ShenZhen,China) | JH-36-2006 | |
| hematoxylin | Thermo Fisher (Waltham, USA). | C0105S-1 | |
| insulin injection needle | Jiangyin NanquanMacromolecule | 20170702 | |
| iodophor cotton ball | HOYON | 19-6007 | |
| iron oxide nanoparticle solution | Zhongke Leiming Technology (Beijing, China) | Mag9110-05 | |
| isoflurane | Sigma Aldrich (St Louis USA). | 21112801 | |
| needle holder | Meijun | MH0587 | |
| operation table | BioJane | BJ-P-M | |
| paraformaldehyde solution | Biosharp | 21269333 | |
| rubber | G-CLONE | XT41050 |
|
| scanning machine | Olympus | Slideview VS200 | |
| surgical forceps | Suping | SPHC-0676 | |
| surgical knife handle | Aladdin | S3052-06-1EA | |
| surgical retractor | TOCYTO | 18-4010 | |
| surgical scissors | Suping | SPHC-0795 | |
| surgical towel | Along technology | YCKJ-RJ-036205 | |
| suture | Ethicon | SA84G | |
| suture with needle | Jinhuan (Shanghai,China) | F301 | |
| vascular forceps | Along technology | YCKJ-RJ-016218 | |
| Water Bath-Slide Drier | Hua su (Jinhua, China) | HS-1145 |
References
- Cope, O., Donaldson, G. A. Relation of thyroid and parathyroid glands to calcium and phosphorus metabolism. Study of a case with coexistent hypoparathyroidism and hyperthyroidism. The Journal of Clinical Investigation. 16 (3), 329-341 (1937).
- Mansberger, A. R., Wei, J. P. Surgical embryology and anatomy of the thyroid and parathyroid glands. Surgical Clinics of North America. 73 (4), 727-746 (1993).
- Koch, A., Hofbeck, M., Dorr, H. G., Singer, H. Hypocalcemia-induced heart failure as the initial symptom of hypoparathyroidism. Zeitschrift für Kardiologie. 88 (1), 10-13 (1999).
- Shoback, D. M., et al. Presentation of hypoparathyroidism: etiologies and clinical features. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 101 (6), 2300-2312 (2016).
- Arneiro, A. J., et al. Self-report of psychological symptoms in hypoparathyroidism patients on conventional therapy. Archives of Endocrinology Metabolism. 62 (3), 319-324 (2018).
- Olson, E., Wintheiser, G., Wolfe, K. M., Droessler, J., Silberstein, P. T. Epidemiology of thyroid cancer: a review of the national cancer database, 2000-2013. Cureus. 11 (2), 4127 (2019).
- Du, L., et al. Epidemiology of thyroid cancer: incidence and mortality in China, 2015. Frontiers in Oncology. 10, 1702 (2020).
- Barrios, L., et al. Incidental parathyroidectomy in thyroidectomy and central neck dissection. Surgery. 169 (5), 1145-1151 (2021).
- Sitges-Serra, A., et al. Inadvertent parathyroidectomy during total thyroidectomy and central neck dissection for papillary thyroid carcinoma. Surgery. 161 (3), 712-719 (2017).
- Sakorafas, G. H., et al. Incidental parathyroidectomy during thyroid surgery: an underappreciated complication of thyroidectomy. World Journal of Surgery. 29 (12), 1539-1543 (2005).
- Sahyouni, G., et al. Rate of incidental parathyroidectomy in a pediatric population. OTO Open. 5 (4), (2021).
- Erickson, A. K., et al. Incidence, survival time, and surgical treatment of parathyroid carcinomas in dogs: 100 cases (2010-2019). Journal of the American Veterinary Medical Association. 259 (11), 1309-1317 (2021).
- Bi, R., Fan, Y., Luo, E., Yuan, Q., Mannstadt, M. Two techniques to create hypoparathyroid mice: parathyroidectomy using GFP glands and diphtheria-toxin-mediated parathyroid ablation. Journal of Visualized Experiments. (121), e55010 (2017).
- Soulsby, S. N., Holland, M., Hudson, J. A., Behrend, E. N. Ultrasonographic evaluation of adrenal gland size compared to body weight in normal dogs. Veterinary Radiology & Ultrasound. 56 (3), 317-326 (2015).
- Zheng, W. H., et al. Biodegradable iron oxide nanoparticles for intraoperative parathyroid gland imaging in thyroidectomy. PNAS Nexus. 1 (3), 087 (2022).
