Etablering av en enkel och effektiv råttmodell för intraoperativ bisköldkörtelavbildning
Summary
Hittills är utvecklingen av bisköldkörteln (PG) identifieringsmetoder begränsad av bristen på djurmodeller i preklinisk forskning. Här etablerar vi en enkel och effektiv råttmodell för intraoperativ PG-avbildning och utvärderar dess effektivitet genom att använda järnoxidnanopartiklar som ett nytt PG-kontrastmedel.
Abstract
Bisköldkörteln (PG) identifiering är ett kritiskt ouppfyllt behov i tyreoidektomi. Identifieringen av PG är utmanande i sköldkörtelkirurgi eftersom den har samma färg som sköldkörteln. Bristen på effektiva djurmodeller i preklinisk forskning är en allvarlig begränsning för utvecklingen av PG-identifieringstekniker. Detta protokoll möjliggör upprättandet av en enkel och effektiv råttmodell för PG-identifiering. I denna modell injiceras svarta järnoxidnanopartiklar (IONP) lokalt i sköldkörteln och diffunderar snabbt i sköldkörteln men inte PG. En negativt färgad PG och en positivt färgad sköldkörtel kan lätt identifieras med blotta ögat utan att kräva externa mikroskop. PG: s position kan identifieras genom att öka färgkontrasten mellan sköldkörteln och PG, baserat på färgen på de svarta IONP: erna. Denna råttmodell är billig och bekväm för PG-identifiering, och IONP: erna är ett nytt PG-kontrastmedel.
Introduction
Bisköldkörteln (PG) är små, ovalformade endokrina körtlar som ligger i halsen hos människor och andra ryggradsdjur, som producerar och utsöndrar parathormoner för att reglera och balansera kalcium- och fosfornivåer i blodet och i ben1. Människor har vanligtvis två par PG som ligger bakom sköldkörtelloberna på varierande platser; storleken på human PG mäter vanligtvis 6 mm x 4 mm x 2 mm, med en vikt på cirka 35-40 mg2. Avlägsnande eller skada på PG orsakar hypoparatyreoidism (HP), en endokrin störning som kännetecknas av hypokalcemi och låga eller odetekterbara nivåer av parathormoner, vilket orsakar ett brett spektrum av symtom från krampliknande spasmer till missbildade tänder till kroniska njursjukdomar. Några av dessa komplikationer är dödliga (t.ex. hjärtsvikt och krampanfall)3,4,5; Således är PG viktigt för att reglera kroppens ämnesomsättning och upprätthålla livet.
HP är en av de vanligaste komplikationerna efter främre nackkirurgi, särskilt vid tyreoidektomi, en väletablerad botande behandling för sköldkörtelcancer, som är den vanligaste endokrina cancerformen i världen 6,7. Post-tyreoidektomi HP orsakas främst av direkt trauma, ischemi eller avlägsnande av PG vid kirurgi på grund av en allvarlig brist på förmåga att på ett tillförlitligt sätt diskriminera PG från sköldkörtellober och andra omgivande vävnader (t.ex. lymfkörtlar och perifera fettpartiklar) i realtid i operationssalen. År 2021 rapporterade Barrios et al. en genomsnittlig PG-felsektionsfrekvens på 22,4% inom 1 114 tyreoidektomifall, och till och med erfarna kirurger som hade en lägsta felfrekvens på 7,7%8. Sådana höga PG-felsektionsfrekvenser överensstämmer med andra liknande rapporter 9,10,11. Således är felaktig paratyreoidektomi en oberoende riskfaktor för övergående och permanent postoperativ HP.
Att utveckla effektiva intraoperativa PG-identifieringsmetoder är nyckeln till att ta itu med detta kritiska ouppfyllda medicinska behov; Det har dock begränsats kraftigt av bristen på djurmodeller i preklinisk forskning. Hittills har de flesta intraoperativa PG-identifieringsundersökningar utförts på mänskliga patienter och stora djur (t.ex. hundar)12, som är dyra och svåra att få etiskt godkännande, utöka antalet försökspersoner och upprepa tester. Samtidigt har musen, den vanligaste ryggradsdjurmodellen i biologisk forskning, extremt liten PG, med en storlek på mindre än 1 mm13. På grund av denna begränsning har PG-musmodeller sällan använts i intraoperativ PG-identifieringsforskning.
Detta dokument rapporterar upprättandet av en enkel, okomplicerad och effektiv råttmodell för intraoperativa PG-identifieringsstudier. Vi undersökte användningen av inhemska Sprague-Dawley (SD) råttor utan några kirurgiska modifieringar eller genteknik som en pålitlig djurmodell för att testa ett PG-bildkontrastmedel, IONP, i en tyreoidektomioperation. Denna råttmodell visar en mycket liknande fysiologisk struktur av PG och den omgivande mikromiljön som hos människor, och storleken på råtta PG är tillräckligt stor för att detekteras visuellt i jämförelse med möss. De flesta råttor har en PG på varje sida av sköldkörteln. Enkelheten och effektiviteten hos denna råttmodell har demonstrerats genom att utföra intraoperativ IONP-förbättrad PG-avbildning vid tyreoidektomikirurgi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi demonstrerar en IONPs-styrd negativ avbildningsteknik av råtta PG med hjälp av svarta IONP, som injicerades lokalt i mitten av sköldkörteln och diffunderades i sköldkörteln men inte PG. Det möjliggör tydlig identifiering av PG med blotta ögon utan hjälp av något mikroskop. Även om transgena möss med grönt fluorescerande protein selektivt uttryckt i PG har rapporterats13, är modellen som beskrivs i denna uppsats enklare att utföra. Det tar bara ~ 1 min per råtta efter injektion,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie stöddes 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, och 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).
