Generazione di ratti ipoparatiroidei tramite paratiroidectomia assistita da nanoparticelle di carbonio
Summary
Un modello animale di ipoparatiroidismo acquisito (HypoPT) è fondamentale per comprendere come l’HypoPT influisce sull’omeostasi degli ioni minerali e per verificare l’efficacia di nuovi trattamenti. Qui, viene presentata una tecnica per generare un modello di ratto di ipoparatiroidismo acquisito (AHypoPT) mediante paratiroidectomia (PTX) utilizzando nanoparticelle di carbonio.
Abstract
L’ipoparatiroidismo (HypoPT) è una malattia rara che coinvolge le ghiandole paratiroidi ed è caratterizzata da una ridotta secrezione o potenza dell’ormone paratiroideo (PTH), che porta ad alti livelli sierici di fosforo e bassi livelli sierici di calcio. HypoPT più comunemente deriva da danni accidentali alle ghiandole o la loro rimozione durante la tiroide o altri interventi chirurgici del collo anteriore. La chirurgia paratiroidea/tiroidea è diventata più comune negli ultimi anni, con un corrispondente aumento dell’insorgenza di HypoPT come complicanza postoperatoria. C’è una necessità critica di un modello animale HypoPT per comprendere meglio i meccanismi alla base degli effetti di HypoPT sull’omeostasi degli ioni minerali e per verificare l’efficacia terapeutica di nuovi trattamenti. Qui, viene riportata una tecnica per creare HypoPT acquisita nei ratti maschi eseguendo la paratiroidectomia (PTX) utilizzando nanoparticelle di carbonio. Il modello di ratto mostra grandi promesse rispetto ai modelli murini di ipoparatiroidismo. È importante sottolineare che la regione di legame del recettore PTH umano ha una somiglianza di sequenza dell’84,2% con quella del ratto, che è superiore alla somiglianza del 73,7% condivisa con i topi. Inoltre, gli effetti degli estrogeni, che possono influenzare la via di segnalazione del recettore PTH/PTHrP, non sono stati completamente studiati nei ratti maschi. Le nanoparticelle di carbonio sono traccianti linfatici che colorano i linfonodi tiroidei neri senza influire sulla loro funzione, ma non macchiano le ghiandole paratiroidi, il che le rende facili da identificare e rimuovere. In questo studio, i livelli sierici di PTH non erano rilevabili dopo PTX e ciò ha provocato ipocalcemia e iperfosfatemia significative. Pertanto, lo stato clinico dell’HypoPT postoperatorio può essere notevolmente rappresentato nel modello di ratto. Il PTX assistito da nanoparticelle di carbonio può quindi servire come modello straordinariamente efficace e facilmente implementabile per studiare la patogenesi, il trattamento e la prognosi dell’HypoPT.
Introduction
L’ormone paratiroideo (PTH) è secreto dalle ghiandole paratiroidi. È un importante modulatore dell’equilibrio del calcio, mantiene il metabolismo del fosfato e partecipa al turnover osseo 1,2. L’ipoparatiroidismo (HypoPT) si manifesta come una diminuzione della secrezione o perdita funzionale di PTH. È una malattia endocrina rara, con una prevalenza di circa 9-37 per 100.000 anni-persona 3,4,5. L’ipoPT è caratterizzata da una diminuzione dei livelli sierici di PTH e calcio accompagnata da un aumento del fosforo sierico 6,7. L’ipoPT è classificata in base alla sua causa: ipoparatiroidismo acquisito (AHypoPT) o ipoparatiroidismo idiopatico (IHypoPT)8. AHypoPT si riscontra più comunemente nella pratica clinica; circa il 75% dei casi di AHypoPT sono causati da resezione o lesioni accidentali delle ghiandole paratiroidi durante la chirurgia della tiroide o altri interventi chirurgici alla testa e al collo. Altre cause includono la radioterapia e la chemioterapia per i tumori della testa e del collo e la tossicità dei farmaci 1,8. I metodi diagnostici aggiornati e un aumento dello screening per le malattie associate alla ghiandola tiroidea hanno aumentato il numero di operazioni chirurgiche della ghiandola tiroidea. Ciò ha portato ad un corrispondente aumento delle complicanze della ghiandola paratiroidea correlate 9,10.
Sono necessari modelli animali facilmente stabiliti con caratteristiche stabili per studiare meglio AHypoPT e verificare l’efficacia terapeutica di nuovi trattamenti. La paratiroidectomia (PTX) eseguita su ratti e topi è stata riportata in studi precedenti 6,11; Tuttavia, a causa delle dimensioni estremamente ridotte delle ghiandole paratiroidi e della variabilità nella loro distribuzione anatomica, il tasso di successo è relativamente basso nella pratica. Pertanto, la tiro-paratiroidectomia (TPTX) (cioè la rimozione totale della tiroide e delle ghiandole paratiroidi) viene solitamente eseguita per garantire la resezione delle ghiandole paratiroidi12. Tuttavia, i bassi livelli di tiroxina risultanti possono complicare gli studi con questo modello animale13. I modelli HypoPT stabiliti con altri metodi, come la stimolazione dei farmaci e l’editing genico, non possono rappresentare correttamente la patogenesi AHypoPT più comune. Il nostro gruppo ha precedentemente utilizzato modelli murini knockout per etichettare le ghiandole paratiroidi e consentire la rimozione delle ghiandole paratiroidi senza danneggiare le ghiandole tiroidee e le strutture anatomiche circostanti14,15. Tuttavia, questo metodo utilizza modelli murini transgenici, che richiedono un tempo di sviluppo più lungo a causa dei requisiti di accoppiamento e riproduzione.
Pertanto, abbiamo mirato a stabilire un modello facilmente generabile di AHypoPT. Questo studio descrive un modello di ratto per PTX utilizzando l’etichettatura delle nanoparticelle di carbonio. Una sospensione di nanoparticelle di carbonio di 50 mg / ml, che è comunemente usata nella chirurgia della tiroide, si distribuisce uniformemente nelle ghiandole tiroidee dopo l’iniezione locale16. Le ghiandole tiroidee diventano nere, ma le ghiandole paratiroidi sono lasciate senza macchia17, distinguendo così chiaramente le ghiandole paratiroidi dalle ghiandole tiroidee e consentendo l’esecuzione del PTX senza influenzare le ghiandole tiroidee. Questo metodo è adatto a ratti di diverse età. L’iniezione della sospensione di nanoparticelle di carbonio è sicura e ha un effetto trascurabile sulla funzione tiroidea18. Il modello di ratto PTX marcato con nanoparticelle di carbonio generato in questo studio ha mostrato fenotipi significativi di ipocalcemia e iperfosfatemia durante il periodo di osservazione di 4 settimane. Pertanto, questo modello AHypoPT è facile da stabilire e ha un fenotipo riproducibile.
Protocol
Representative Results
Discussion
I rapporti epidemiologici indicano che l’individuazione di malattie della tiroide è aumentata in modo significativo e il numero di interventi chirurgici correlati eseguiti è aumentato di conseguenza19,20. Il tasso di incidenza dell’ipoparatiroidismo postchirurgico è di circa il 7,6%8,21, mentre l’aumentata morbilità dell’ipoparatiroidismo acquisito ha fatto sì che questa rara malattia ottenesse una maggiore attenzione da pa…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dalla sovvenzione NSFC 81800928, dal finanziamento della ricerca della West China School / Hospital of Stomatology Sichuan University (No. RCDWJS2021-1) e dalla sovvenzione di finanziamento aperto del laboratorio chiave statale delle malattie orali 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 |
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