Генерация крыс с гипопаратиреоидами с помощью паратиреоидэктомии с помощью углеродных наночастиц
Summary
Животная модель приобретенного гипопаратиреоза (HypoPT) имеет решающее значение для понимания того, как HypoPT влияет на гомеостаз минеральных ионов, и для проверки эффективности новых методов лечения. Здесь представлена методика создания модели крысы с приобретенным гипопаратиреозом (AHypoPT) путем паратиреоидэктомии (PTX) с использованием углеродных наночастиц.
Abstract
Гипопаратиреоз (HypoPT) – это редкое заболевание, поражающее паращитовидные железы, которое характеризуется снижением секреции или активности паратиреоидного гормона (ПТГ), что приводит к высокому уровню фосфора в сыворотке и низкому уровню кальция в сыворотке. ГипоПТ чаще всего возникает в результате случайного повреждения желез или их удаления во время операций на щитовидной железе или других передних операциях на шее. Хирургия паращитовидных желез / щитовидной железы стала более распространенной в последние годы, с соответствующим увеличением частоты возникновения HypoPT в качестве послеоперационного осложнения. Существует острая необходимость в животной модели HypoPT, чтобы лучше понять механизмы, лежащие в основе воздействия HypoPT на гомеостаз минеральных ионов, и проверить терапевтическую эффективность новых методов лечения. Здесь сообщается о методе создания приобретенного HypoPT у самцов крыс путем выполнения паратиреоидэктомии (PTX) с использованием углеродных наночастиц. Крысиная модель показывает большие перспективы по сравнению с мышиными моделями гипопаратиреоза. Важно отметить, что область связывания рецептора ПТГ человека имеет сходство последовательности на 84,2% с таковой у крысы, что выше, чем сходство с мышами на 73,7%. Кроме того, эффекты эстрогена, которые могут влиять на сигнальный путь рецептора PTH/PTHrP, не были полностью исследованы у самцов крыс. Углеродные наночастицы представляют собой лимфатические индикаторы, которые окрашивают лимфатические узлы щитовидной железы в черный цвет, не влияя на их функцию, но они не окрашивают паращитовидные железы, что облегчает их идентификацию и удаление. В этом исследовании уровни ПТГ в сыворотке крови не определялись после PTX, и это приводило к значительной гипокальциемии и гиперфосфатемии. Таким образом, клиническое состояние послеоперационного ГипоПТ может быть замечательно представлено на крысиной модели. Таким образом, PTX с помощью углеродных наночастиц может служить чрезвычайно эффективной и легко реализуемой моделью для изучения патогенеза, лечения и прогноза HypoPT.
Introduction
Паратиреоидный гормон (ПТГ) секретируется паращитовидными железами. Он является основным модулятором кальциевого баланса, поддерживает фосфатный обмен и участвует в обновлении костной ткани 1,2. Гипопаратиреоз (HypoPT) проявляется снижением секреции или функциональной потерей ПТГ. Это редкое эндокринное заболевание с распространенностью примерно 9-37 на 100 000 человеко-лет 3,4,5. ГипоПТ характеризуется снижением уровня ПТГ и кальция в сыворотке, сопровождающимся повышением уровня фосфора в сывороткекрови 6,7. ГипоПТ классифицируется в зависимости от его причины: приобретенный гипопаратиреоз (AHypoPT) или идиопатический гипопаратиреоз (IHypoPT)8. AHypoPT чаще встречается в клинической практике; около 75% случаев AHypoPT вызваны резекцией или случайным повреждением паращитовидных желез во время операции на щитовидной железе или других операций на голове и шее. Другие причины включают лучевую терапию и химиотерапию опухолей головы и шеи и лекарственную токсичность 1,8. Совершенствование методов диагностики и расширение скрининга на заболевания щитовидной железы привели к увеличению количества хирургических операций на щитовидной железе. Это привело к соответствующему увеличению соответствующих осложнений со стороны паращитовидных желез 9,10.
Для лучшего исследования AHypoPT и проверки терапевтической эффективности новых методов лечения необходимы легко устанавливаемые модели животных со стабильными характеристиками. Паратиреоидэктомия (PTX), выполненная на крысах и мышах, была зарегистрирована в предыдущих исследованиях 6,11; Однако из-за чрезвычайно малых размеров паращитовидных желез и вариабельности их анатомического распределения вероятность успеха на практике относительно низкая. Таким образом, тиреопаратиреоидэктомия (TPTX) (т.е. полное удаление щитовидной и паращитовидных желез) обычно выполняется для обеспечения резекции паращитовидных желез12. Однако результирующий низкий уровень тироксина может осложнить исследования с этой животной моделью13. Модели HypoPT, созданные другими методами, такими как лекарственная стимуляция и редактирование генов, не могут должным образом представлять наиболее распространенный патогенез AHypoPT. Наша группа ранее использовала нокаутные мышиные модели для маркировки паращитовидных желез и позволяет удалять паращитовидные железы без повреждения щитовидной железы и окружающих анатомических структур14,15. Однако в этом методе используются модели трансгенных мышей, которые требуют более длительного времени развития из-за требований к спариванию и размножению.
Поэтому мы стремились создать легко генерируемую модель AHypoPT. В этом исследовании описывается модель крысы для PTX с использованием маркировки углеродными наночастицами. Суспензия углеродных наночастиц 50 мг/мл, которая обычно используется в хирургии щитовидной железы, равномерно распределяется в щитовидной железе после местной инъекции16. Щитовидная железа становится черной, но паращитовидные железы остаются неокрашенными17, что четко отличает паращитовидные железы от щитовидных желез и позволяет выполнять PTX, не затрагивая щитовидные железы. Этот способ подходит для крыс разного возраста. Инъекция суспензии углеродных наночастиц безопасна и оказывает незначительное влияние на функцию щитовидной железы18. Модель крыс PTX, меченная углеродными наночастицами, созданная в этом исследовании, показала значительные фенотипы гипокальциемии и гиперфосфатемии в течение 4-недельного периода наблюдения. Таким образом, эта модель AHypoPT проста в установлении и имеет воспроизводимый фенотип.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эпидемиологические отчеты свидетельствуют о том, что выявление заболеваний щитовидной железы значительно возросло, а количество проведенных операций соответственно увеличилось на19,20. Частота послеоперационного гипопаратиреоза составляет примерно 7,6…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана грантом NSFC 81800928, финансированием исследований Западно-Китайской школы/больницы стоматологии Сычуаньского университета (No RCDWJS2021-1) и грантом открытого финансирования Государственной ключевой лаборатории заболеваний полости рта SKLOD-R013.
Materials
| 0.9% Sodium Chloride Solution | Kelun Co. Sichuan, China | ||
| 10 µL 30G NanoFil Syringe | WPI | ||
| 6-0 polyglactin 910 suture with needle | Ethicon, Inc | J510G | |
| Calcium LiquiColor test | EKF | 0155-225 | For Ca2+ analysis |
| Carbon Nanoparticles Suspension Injection | Lummy, Chongqing, China | H20073246 | 1 mL : 50 mg |
| Creatinine (Cr) Assay kit ( sarcosine oxidase ) | Jiancheng, Nanjing, China | C011-2-1 | For creatinine analysis |
| Disposable Scalpel | Shinva, China | ||
| Dumstar Biology forceps | Shinva, China | ||
| Micro Dissecting Spring Scissors | Shinva, China | ||
| MicroVue Rat intact PTH ELISA | Immunotopics | 30-2531 | For the measurement of PTH in rat serum |
| Needle Holder | Shinva, China | ||
| Phosphorus Liqui-UV test | EKF | 0830-125 | For Pi analysis |
| Ply gauze | Weian Co. Henan, China | ||
| Povidone-Iodine | Yongan pharmaceutical Co.Ltd. Chengdu, China | ||
| Prism 9.0 (statistics and graphing software) | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/ | |
| Rat C-telopeptide of type I collagen (CTX-I) ELISA Kit | CUSABIO, Wuhan, China | CSB-E12776r | For CTX-I analysis |
| Rat Osteocalcin/Bone Gla Protein (OT/BGP) ELISA Kit | CUSABIO, Wuhan, China | CSB-E05129r | For osteocalcin analysis |
| Safety Single Edge Razor Blades | American Safety Razor Company | 66-0089 | |
| Sprague-Dawley Rats | 8 to 10 weeks old | ||
| Surgical Incise Drapes | Liangyou Co. Sichuan, China | ||
| Urea Assay Kit | Jiancheng, Nanjing, China | C013-2-1 | For urea analysis |
References
- Bilezikian, J. P., et al. Hypoparathyroidism in the adult: Epidemiology, diagnosis, pathophysiology, target-organ involvement, treatment, and challenges for future research. Journal of Bone and Mineral Research. 26 (10), 2317-2337 (2011).
- Bilezikian, J. P. Hypoparathyroidism. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 105 (6), 1722-1736 (2020).
- Underbjerg, L., Sikjaer, T., Mosekilde, L., Rejnmark, L. Postsurgical hypoparathyroidism-Risk of fractures, psychiatric diseases, cancer, cataract, and infections. Journal of Bone and Mineral Research. 29 (11), 2504-2510 (2014).
- Underbjerg, L., Sikjaer, T., Mosekilde, L., Rejnmark, L. The epidemiology of nonsurgical hypoparathyroidism in Denmark: A nationwide case finding study. Journal of Bone and Mineral Research. 30 (9), 1738-1744 (2015).
- Astor, M. C., et al. Epidemiology and health-related quality of life in hypoparathyroidism in Norway. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 101 (8), 3045-3053 (2016).
- Rodriguez-Ortiz, M. E., et al. Calcium deficiency reduces circulating levels of FGF23. Journal of the American Society of Nephrology. 23 (7), 1190-1197 (2012).
- Davies, B. M., Gordon, A. H., Mussett, M. V. A plasma calcium assay for parathyroid hormone, using parathyroidectomized rats. The Journal of Physiology. 125 (2), 383-395 (1954).
- Clarke, B. L., et al. Epidemiology and diagnosis of hypoparathyroidism. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 101 (6), 2284-2299 (2016).
- Liu, Y., Shan, Z. Expert consensus on diagnosis and treatment for elderly with thyroid diseases in China. Aging Medicine. 4 (2), 70-92 (2021).
- Sulejmanovic, M., Cickusic, A. J., Salkic, S., Bousbija, F. M. Annual incidence of thyroid disease in patients who first time visit department for thyroid diseases in Tuzla Canton. Materia Socio-Medica. 31 (2), 130-134 (2019).
- Liao, H. W., et al. Relationship between fibroblast growth factor 23 and biochemical and bone histomorphometric alterations in a chronic kidney disease rat model undergoing parathyroidectomy. PloS One. 10 (7), 0133278 (2015).
- Russell, P. S., Gittes, R. F. Parathyroid transplants in rats: A comparison of their survival time with that of skin grafts. The Journal of Experimental Medicine. 109 (6), 571-588 (1959).
- Sakai, A., et al. Osteoclast development in immobilized bone is suppressed by parathyroidectomy in mice. Journal of Bone and Mineral Metabolism. 23 (1), 8-14 (2005).
- 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).
- Bi, R., et al. Diphtheria toxin- and GFP-based mouse models of acquired hypoparathyroidism and treatment with a long-acting parathyroid hormone analog. Journal of Bone and Mineral Research. 31 (5), 975-984 (2016).
- Huang, Y., et al. Carbon nanoparticles suspension injection for photothermal therapy of xenografted human thyroid carcinoma in vivo. MedComm. 1 (2), 202-210 (2020).
- Zhang, R. J., Chen, Y. L., Deng, X., Yang, H. Carbon nanoparticles for thyroidectomy and central lymph node dissection for thyroid cancer. The American Surgeon. , (2022).
- Long, M., et al. A carbon nanoparticle lymphatic tracer protected parathyroid glands during radical thyroidectomy for papillary thyroid non-microcarcinoma. Surgical Innovation. 24 (1), 29-34 (2017).
- Li, Y., et al. Efficacy and safety of long-term universal salt iodization on thyroid disorders: Epidemiological evidence from 31 provinces of mainland China. Thyroid. 30 (4), 568-579 (2020).
- Powers, J., Joy, K., Ruscio, A., Lagast, H. Prevalence and incidence of hypoparathyroidism in the United States using a large claims database. Journal of Bone and Mineral Research. 28 (12), 2570-2576 (2013).
- Zihao, N., et al. Promotion of allogeneic parathyroid cell transplantation in rats with hypoparathyroidism. Gland Surgery. 10 (12), 3403-3414 (2021).
- Goncu, B., et al. Xenotransplantation of microencapsulated parathyroid cells as a potential treatment for autoimmune-related hypoparathyroidism. Experimental and Clinical Transplantation. , (2021).
- Jung, S. Y., et al. Standardization of a physiologic hypoparathyroidism animal model. PLoS One. 11 (10), 0163911 (2016).
- Chen, W., Lv, Y., Xie, R., Xu, D., Yu, J. Application of lymphatic mapping to recognize and protect parathyroid in thyroid carcinoma surgery by using carbon nanoparticles. Journal of Clinical Otorhinolaryngology, Head, and Neck Surgery. 28 (24), 1918-1920 (1924).
