Generatie van hypoparathyroïde ratten via koolstof-nanodeeltje-geassisteerde bijschildklierectomie
Summary
Een diermodel van verworven hypoparathyreoïdie (HypoPT) is cruciaal om te begrijpen hoe HypoPT de homeostase van minerale ionen beïnvloedt en om de effectiviteit van nieuwe behandelingen te verifiëren. Hier wordt een techniek gepresenteerd om een verworven hypoparathyreoïdie (AHypoPT) rattenmodel te genereren door bijschildklierectomie (PTX) met behulp van koolstofnanodeeltjes.
Abstract
Hypoparathyreoïdie (HypoPT) is een zeldzame ziekte waarbij de bijschildklieren betrokken zijn en die wordt gekenmerkt door een verminderde secretie of potentie van het bijschildklierhormoon (PTH), wat leidt tot hoge serumfosforspiegels en lage serumcalciumspiegels. HypoPT is meestal het gevolg van accidentele schade aan de klieren of hun verwijdering tijdens schildklier- of andere voorste nekchirurgie. Bijschildklier / schildklierchirurgie is de laatste jaren gebruikelijker geworden, met een overeenkomstige toename van het optreden van HypoPT als een postoperatieve complicatie. Er is een kritieke behoefte aan een HypoPT-diermodel om de mechanismen die ten grondslag liggen aan de effecten van HypoPT op minerale ionhomeostase beter te begrijpen en om de therapeutische effectiviteit van nieuwe behandelingen te verifiëren. Hier wordt gemeld dat een techniek verworven HypoPT bij mannelijke ratten creëert door bijschildklierectomie (PTX) uit te voeren met behulp van koolstofnanodeeltjes. Het rattenmodel is veelbelovend ten opzichte van de muismodellen van hypoparathyreoïdie. Belangrijk is dat het menselijke PTH-receptorbindingsgebied een sequentieovereenkomst van 84,2% heeft met die van de rat, wat hoger is dan de 73,7% gelijkenis die met muizen wordt gedeeld. Bovendien zijn de effecten van oestrogeen, die de PTH / PTHrP-receptorsignaleringsroute kunnen beïnvloeden, niet volledig onderzocht bij mannelijke ratten. Koolstofnanodeeltjes zijn lymfatische tracers die de schildklierlymfeklieren zwart kleuren zonder hun functie te beïnvloeden, maar ze kleuren de bijschildklieren niet, waardoor ze gemakkelijk te identificeren en te verwijderen zijn. In deze studie waren serum PTH-spiegels niet detecteerbaar na PTX, en dit resulteerde in significante hypocalciëmie en hyperfosfatemie. De klinische toestand van postoperatieve HypoPT kan dus opmerkelijk worden weergegeven in het rattenmodel. Koolstof-nanodeeltjes-ondersteunde PTX kan daarom dienen als een buitengewoon effectief en gemakkelijk implementeerbaar model voor het bestuderen van de pathogenese, behandeling en prognose van HypoPT.
Introduction
Bijschildklierhormoon (PTH) wordt uitgescheiden door de bijschildklieren. Het is een belangrijke modulator van de calciumbalans, handhaaft het fosfaatmetabolisme en neemt deel aan botomzetting 1,2. Hypoparathyreoïdie (HypoPT) manifesteert zich als een verminderde secretie of functioneel verlies van PTH. Het is een zeldzame endocriene aandoening, met een prevalentie van ongeveer 9-37 per 100.000 persoonsjaren 3,4,5. HypoPT wordt gekenmerkt door verlaagde serum PTH- en calciumspiegels vergezeld van verhoogd serumfosfor 6,7. HypoPT wordt geclassificeerd op basis van de oorzaak: verworven hypoparathyreoïdie (AHypoPT) of idiopathische hypoparathyreoïdie (IHypoPT)8. AHypoPT komt vaker voor in de klinische praktijk; ongeveer 75% van de AHypoPT-gevallen wordt veroorzaakt door resectie of accidenteel letsel van de bijschildklieren tijdens schildklierchirurgie of andere hoofd- en nekoperaties. Andere oorzaken zijn radiotherapie en chemotherapie voor hoofd-halstumoren en geneesmiddeltoxiciteit 1,8. Verbeterde diagnostische methoden en een toename van screening op schildklier-geassocieerde ziekten hebben het aantal schildklierchirurgische operaties verhoogd. Dit heeft geleid tot een overeenkomstige toename van de gerelateerde bijschildkliercomplicaties 9,10.
Gemakkelijk vast te stellen diermodellen met stabiele kenmerken zijn nodig om AHypoPT beter te onderzoeken en de therapeutische effectiviteit van nieuwe behandelingen te verifiëren. Bijschildklierectomie (PTX) uitgevoerd op ratten en muizen is gemeld in eerdere studies 6,11; Vanwege de extreem kleine omvang van de bijschildklieren en de variabiliteit in hun anatomische verdeling, is het slagingspercentage in de praktijk echter relatief laag. Zo wordt thyro-parathyroidectomie (TPTX) (d.w.z. de totale verwijdering van de schildklier en bijschildklieren) meestal uitgevoerd om de resectie van de bijschildklierente garanderen 12. De resulterende lage thyroxinespiegels kunnen echter studies met dit diermodel13 bemoeilijken. HypoPT-modellen die zijn opgesteld met andere methoden, zoals medicijnstimulatie en genbewerking, kunnen de meest voorkomende AHypoPT-pathogenese niet goed weergeven. Onze groep gebruikte eerder knock-out muismodellen om de bijschildklieren te labelen en de verwijdering van de bijschildklieren mogelijk te maken zonder de schildklieren en omliggende anatomische structuren te beschadigen14,15. Deze methode maakt echter gebruik van transgene muismodellen, die een langere ontwikkelingstijd vereisen vanwege de parings- en fokvereisten.
Daarom wilden we een eenvoudig te genereren model van AHypoPT opzetten. Deze studie beschrijft een rattenmodel voor PTX met behulp van koolstofnanodeeltjeslabeling. Een koolstof nanodeeltjessuspensie van 50 mg / ml, die vaak wordt gebruikt bij schildklierchirurgie, verdeelt zich gelijkmatig in de schildklieren na lokale injectie16. De schildklieren worden zwart, maar de bijschildklieren worden ongekleurdgelaten 17, waardoor de bijschildklieren duidelijk worden onderscheiden van de schildklieren en de PTX kan worden uitgevoerd zonder de schildklieren te beïnvloeden. Deze methode is geschikt voor ratten van verschillende leeftijden. De injectie van de koolstof nanodeeltjessuspensie is veilig en heeft een verwaarloosbaar effect op de schildklierfunctie18. Het koolstofnanodeeltje-gelabelde PTX-rattenmodel dat in deze studie werd gegenereerd, toonde significante hypocalciëmie- en hyperfosfatemiefenotypen tijdens de observatieperiode van 4 weken. Dit AHypoPT-model is dus eenvoudig vast te stellen en heeft een reproduceerbaar fenotype.
Protocol
Representative Results
Discussion
Epidemiologische rapporten geven aan dat de detectie van schildklieraandoeningen aanzienlijk is toegenomen en dat het aantal uitgevoerde gerelateerde operaties dienovereenkomstig is toegenomen19,20. De incidentie van postoperatieve hypoparathyreoïdie is ongeveer 7,6%8,21, terwijl de verhoogde morbiditeit van verworven hypoparathyreoïdie ervoor heeft gezorgd dat deze zeldzame ziekte meer onderzoeksaandacht heeft gekregen.<sup c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door NSFC-subsidie 81800928, onderzoeksfinanciering van de West China School / Hospital of Stomatology Sichuan University (nr. RCDWJS2021-1) en de State Key Laboratory of Oral Diseases Open Funding-subsidie 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).
