Etablierung eines einfachen und effektiven Rattenmodells für die intraoperative Bildgebung der Nebenschilddrüse
Summary
Bisher ist die Entwicklung von Methoden zur Identifizierung der Nebenschilddrüse (PG) durch das Fehlen von Tiermodellen in der präklinischen Forschung begrenzt. Hier etablieren wir ein einfaches und effektives Rattenmodell für die intraoperative PG-Bildgebung und evaluieren dessen Wirksamkeit durch den Einsatz von Eisenoxid-Nanopartikeln als neuartiges PG-Kontrastmittel.
Abstract
Die Identifizierung der Nebenschilddrüse (PG) ist ein kritischer ungedeckter Bedarf bei der Thyreoidektomie. Die Identifizierung der PG ist in der Schilddrüsenchirurgie eine Herausforderung, da sie in ihrer Farbe der Schilddrüse ähnelt. Der Mangel an effektiven Tiermodellen in der präklinischen Forschung stellt eine schwerwiegende Einschränkung für die Entwicklung von PG-Identifizierungstechniken dar. Dieses Protokoll ermöglicht die Etablierung eines einfachen und effektiven Rattenmodells für die PG-Identifikation. In diesem Modell werden schwarze Eisenoxid-Nanopartikel (IONPs) lokal in die Schilddrüse injiziert und diffundieren schnell in der Schilddrüse, aber nicht in der PG. Ein negativ gefärbtes PG und eine positiv gefärbte Schilddrüse können mit bloßem Auge leicht identifiziert werden, ohne dass externe Mikroskope erforderlich sind. Die Position des PG kann identifiziert werden, indem der Farbkontrast zwischen der Schilddrüse und dem PG basierend auf der Farbe der schwarzen IONPs erhöht wird. Dieses Rattenmodell ist kostengünstig und praktisch für die PG-Identifizierung, und die IONPs sind ein neuartiges PG-Kontrastmittel.
Introduction
Nebenschilddrüse (PG) sind kleine, ovale endokrine Drüsen im Nacken von Menschen und anderen Wirbeltieren, die Parathormonen produzieren und absondern, um den Kalzium- und Phosphorspiegel im Blut und in den Knochen zu regulieren und auszugleichen1. Menschen haben normalerweise zwei Paare von PG, die sich hinter den Schilddrüsenlappen an variablen Stellen befinden; Die Größe des menschlichen PG misst typischerweise 6 mm x 4 mm x 2 mm, mit einem Gewicht von etwa 35-40 mg2. Die Entfernung oder Schädigung des PG verursacht Hypoparathyreoidismus (HP), eine endokrine Störung, die durch Hypokalzämie und niedrige oder nicht nachweisbare Parathormonspiegel gekennzeichnet ist, die eine Vielzahl von Symptomen verursachen, von krampfartigen Krämpfen über missgebildete Zähne bis hin zu chronischen Nierenerkrankungen. Einige dieser Komplikationen sind tödlich (z. B. Herzinsuffizienz und Krampfanfälle)3,4,5; Daher ist PG essentiell für die Regulierung des Stoffwechsels des Körpers und die Erhaltung des Lebens.
HP ist eine der häufigsten Komplikationen nach einer Operation am vorderen Hals, insbesondere bei der Thyreoidektomie, einer etablierten kurativen Behandlung von Schilddrüsenkrebs, der weltweit häufigsten endokrinen Krebserkrankung 6,7. Die HP-Post-Thyreoidektomie wird überwiegend durch direktes Trauma, Ischämie oder Entfernung des PG in der Chirurgie verursacht, da das PG nicht in der Lage ist, das PG zuverlässig von Schilddrüsenlappen und anderen umgebenden Geweben (z. B. Lymphknoten und peripheren Fettpartikeln) in Echtzeit im Operationssaal zu unterscheiden. Im Jahr 2021 berichteten Barrios et al. über eine durchschnittliche PG-Fehlschnittrate von 22,4 % innerhalb von 1.114 Thyreoidektomiefällen und sogar erfahrene Chirurgen, die eine minimale Fehlerquote von 7,7 % aufwiesen8. Solche hohen PG-Fehlschnittraten stehen im Einklang mit anderen ähnlichen Berichten 9,10,11. Daher ist eine falsche Parathyreoidektomie ein unabhängiger Risikofaktor für vorübergehende und dauerhafte postoperative HP.
Die Entwicklung effektiver intraoperativer PG-Identifizierungsmethoden ist der Schlüssel zur Deckung dieses kritischen ungedeckten medizinischen Bedarfs. Es wurde jedoch durch den Mangel an Tiermodellen in der präklinischen Forschung stark eingeschränkt. Bisher wurden die meisten intraoperativen Untersuchungen zur PG-Identifizierung an menschlichen Patienten und großen Tieren (z. B. Hunden)12 durchgeführt, die teuer und schwierig sind, eine ethische Zulassung zu erhalten, die Anzahl der Probanden zu erweitern und Tests zu wiederholen. Inzwischen hat die Maus, das am häufigsten verwendete Wirbeltiermodell in der biologischen Forschung, ein extrem kleines PG mit einer Größe von weniger als 1 mm13. Aufgrund dieser Einschränkung wurden Maus-PG-Modelle selten in der intraoperativen PG-Identifizierungsforschung verwendet.
In diesem Artikel wird über die Etablierung eines einfachen, unkomplizierten und effektiven Rattenmodells für intraoperative PG-Identifizierungsstudien berichtet. Wir untersuchten die Verwendung von einheimischen Sprague-Dawley (SD) Ratten ohne chirurgische Modifikationen oder Gentechnik als zuverlässiges Tiermodell für die Prüfung eines PG-Bildgebungskontrastmittels, IONPs, in einer Thyreoidektomie-Operation. Dieses Rattenmodell zeigt eine sehr ähnliche physiologische Struktur von PG und der umgebenden Mikroumgebung wie der von Menschen, und die Größe von Ratten-PG ist groß genug, um im Vergleich zu denen von Mäusen visuell erkannt zu werden. Die meisten Ratten haben ein PG auf jeder Seite der Schilddrüse. Die Einfachheit und Wirksamkeit dieses Rattenmodells wurde durch die Durchführung einer intraoperativen IONP-verstärkten PG-Bildgebung in der Thyreoidektomie-Chirurgie nachgewiesen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir demonstrieren eine IONPs-gesteuerte negative Bildgebungstechnik von Ratten-PG unter Verwendung von schwarzen IONPs, die lokal in der Mitte der Schilddrüse injiziert und in der Schilddrüse, aber nicht in der PG diffundiert wurden. Es ermöglicht eine eindeutige Identifikation des PG mit bloßem Auge ohne Hilfe eines Mikroskops. Obwohl über transgene Mäuse mit grün fluoreszierendem Protein, das selektiv im PG exprimiert wird, berichtet wurde13, ist das in dieser Arbeit beschriebene Modell e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (NSFC) (82172598), der Natural Science Foundation der Provinz Zhejiang, China (LZ22H310001), dem 551 Health Talent Training Project der Gesundheitskommission der Provinz Zhejiang, China, und dem Medical and Health Science and Technology Project der Provinz Zhejiang, China (2021KY110) unterstützt.
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).
