Etablering av en enkel og effektiv rottemodell for intraoperativ avbildning av biskjoldbruskkjertelen
Summary
Hittil er utviklingen av identifikasjonsmetoder for parathyroidkjertel (PG) begrenset av mangel på dyremodeller i preklinisk forskning. Her etablerer vi en enkel og effektiv rottemodell for intraoperativ PG-avbildning og evaluerer effektiviteten ved å bruke jernoksid nanopartikler som et nytt PG-kontrastmiddel.
Abstract
Parathyroid kjertel (PG) identifikasjon er et kritisk udekket behov i thyroidectomy. Identifiseringen av PG er utfordrende i skjoldbrusk kirurgi som det er lik i fargen til skjoldbruskkjertelen. Mangelen på effektive dyremodeller i preklinisk forskning er en alvorlig begrensning for utviklingen av PG-identifikasjonsteknikker. Denne protokollen tillater etablering av en enkel og effektiv rottemodell for PG-identifikasjon. I denne modellen injiseres svarte jernoksid nanopartikler (IONP) lokalt i skjoldbruskkjertelen og diffunderer raskt i skjoldbruskkjertelen, men ikke PG. En negativt farget PG og en positivt farget skjoldbruskkjertel kan lett identifiseres med det blotte øye uten å kreve eksterne mikroskoper. Posisjonen til PG kan identifiseres ved å øke fargekontrasten mellom skjoldbruskkjertelen og PG, basert på fargen på de svarte IONP-ene. Denne rottemodellen er billig og praktisk for PG-identifikasjon, og IONP-ene er et nytt PG-kontrastmiddel.
Introduction
Biskjoldbruskkjertelen (PG) er små, ovalformede endokrine kjertler som ligger i nakken hos mennesker og andre vertebrater, som produserer og utskiller parathyroidhormoner for å regulere og balansere kalsium- og fosfornivåer i blodet og i bein1. Mennesker har vanligvis to par PG plassert bak skjoldbruskkjertelen lobes i variable steder; Størrelsen på menneskelig PG måler vanligvis 6 mm x 4 mm x 2 mm, med en vekt på ca. 35-40 mg2. Fjerning eller skade på PG forårsaker hypoparathyroidism (HP), en endokrin lidelse preget av hypokalsemi og lave eller uoppdagelige nivåer av parathyroidhormoner, noe som forårsaker et bredt spekter av symptomer fra kramper-lignende spasmer til misdannede tenner til kroniske nyresykdommer. Noen av disse komplikasjonene er dødelige (f.eks. hjertesvikt og anfall)3,4,5; Dermed er PG viktig for å regulere kroppens metabolisme og opprettholde livet.
HP er en av de vanligste komplikasjonene etter fremre nakkekirurgi, spesielt i skjoldbruskektomi, en veletablert kurativ behandling for skjoldbruskkjertelkreft, som er den vanligste endokrine kreften over hele verden 6,7. Post-thyroidectomy HP er hovedsakelig forårsaket av direkte traumer, iskemi eller fjerning av PG i kirurgi på grunn av en alvorlig mangel på evne til pålitelig å diskriminere PG fra skjoldbruskkjertelen lobes og andre omkringliggende vev (f.eks lymfeknuter og perifere fettpartikler) i sanntid i operasjonsrommet. I 2021 rapporterte Barrios et al. en gjennomsnittlig PG-feilseksjonsrate på 22.4% innen 1,114 thyroidectomy tilfeller, og til og med erfarne kirurger som hadde en minimum feilrate på 7.7%8. Slike høye PG-feilseksjonsrater er i samsvar med andre lignende rapporter 9,10,11. Dermed er feil paratyreoidektomi en uavhengig risikofaktor for forbigående og permanent postoperativ HP.
Utvikling av effektive intraoperative PG-identifikasjonsmetoder holder nøkkelen til å takle dette kritiske udekkede medisinske behovet; Det har imidlertid blitt sterkt begrenset av mangelen på dyremodeller i preklinisk forskning. Til dags dato har de fleste intraoperative PG-identifikasjonsundersøkelser blitt utført på menneskelige pasienter og store dyr (f.eks. hunder)12, som er dyre og vanskelige å motta etisk godkjenning, utvider fagnumre og gjentar tester. I mellomtiden har musen, den mest brukte virveldyrmodellen i biologisk forskning, ekstremt liten PG, med en størrelse på mindre enn 1 mm13. På grunn av denne begrensningen har mus PG-modeller sjelden blitt brukt i intraoperativ PG-identifikasjonsforskning.
Dette papiret rapporterer etableringen av en enkel, grei og effektiv rottemodell for intraoperative PG-identifikasjonsstudier. Vi undersøkte bruken av innfødte Sprague-Dawley (SD) rotter uten kirurgiske modifikasjoner eller genteknologi som en pålitelig dyremodell for testing av et PG-bildekontrastmiddel, IONP, i en skjoldbruskektomioperasjon. Denne rottemodellen demonstrerer en svært lik fysiologisk struktur av PG og det omkringliggende mikromiljøet til mennesker, og størrelsen på rotte PG er stor nok til å bli visuelt oppdaget i forhold til musene. De fleste rotter har en PG på hver side av skjoldbruskkjertelen. Enkelheten og effektiviteten til denne rottemodellen har blitt demonstrert ved å utføre intraoperativ IONP-forbedret PG-avbildning i skjoldbruskektomikirurgi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi demonstrerer en IONPs-guidet negativ bildebehandlingsteknikk av rotte PG ved bruk av svarte IONP, som ble injisert lokalt i midten av skjoldbruskkjertelen og diffust i skjoldbruskkjertelen, men ikke PG. Det muliggjør tydelig identifisering av PG med blotte øyne uten hjelp av mikroskop. Selv om transgene mus med grønt fluorescerende protein selektivt uttrykt i PG har blitt rapportert13, er modellen beskrevet i denne artikkelen enklere å utføre. Det tar bare ~ 1 min per rotte etter injeksjon…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble støttet av National Natural Science Foundation of China (NSFC) (82172598), Natural Science Foundation of Zhejiang Province, Kina (LZ22H310001), 551 Health Talent Training Project of Health Commission of Zhejiang Province, Kina, og Medical and Health Science and Technology Project of Zhejiang Province, Kina (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).
