Karbon-nanopartikül yardımlı paratiroidektomi ile hipoparatiroid sıçanlarının üretimi
Summary
Kazanılmış hipoparatiroidizmin (HypoPT) bir hayvan modeli, HipoPT’nin mineral iyon homeostazını nasıl etkilediğini anlamak ve yeni tedavilerin etkinliğini doğrulamak için çok önemlidir. Burada, karbon nanopartikülleri kullanılarak paratiroidektomi (PTX) ile edinilmiş bir hipoparatiroidizm (AHypoPT) sıçan modeli oluşturmak için bir teknik sunulmuştur.
Abstract
Hipoparatiroidizm (HipoPT), paratiroid bezlerini tutan, yüksek serum fosfor düzeylerine ve düşük serum kalsiyum düzeylerine yol açan, paratiroid hormonunun (PTH) salgılanmasının veya gücünün azalması ile karakterize nadir görülen bir hastalıktır. HipoPT en sık bezlerin kazara hasar görmesinden veya tiroid veya diğer ön boyun cerrahisi sırasında çıkarılmasından kaynaklanır. Paratiroid/tiroid cerrahisi son yıllarda daha yaygın hale gelmiştir ve postoperatif bir komplikasyon olarak HipoPT oluşumunda buna bağlı bir artış olmuştur. HipoPT’nin mineral iyon homeostazı üzerindeki etkilerinin altında yatan mekanizmaları daha iyi anlamak ve yeni tedavilerin terapötik etkinliğini doğrulamak için bir HipoPT hayvan modeline kritik bir ihtiyaç vardır. Burada, karbon nanopartikülleri kullanılarak paratiroidektomi (PTX) yapılarak erkek sıçanlarda edinilmiş HipoPT oluşturmak için bir teknik bildirilmiştir. Sıçan modeli, hipoparatiroidizmin fare modelleri üzerinde büyük umut vaat ediyor. Önemli olarak, insan PTH reseptörü bağlanma bölgesi, farelerle paylaşılan% 73.7 benzerlikten daha yüksek olan sıçanınkiyle % 84.2’lik bir dizi benzerliğine sahiptir. Ayrıca, PTH / PTHrP reseptör sinyal yolunu etkileyebilen östrojenin etkileri, erkek sıçanlarda tam olarak araştırılmamıştır. Karbon nanopartikülleri, tiroid lenf düğümlerini işlevlerini etkilemeden siyaha boyayan lenfatik izleyicilerdir, ancak paratiroid bezlerini boyamazlar, bu da onları tanımlamayı ve çıkarmayı kolaylaştırır. Bu çalışmada, PTX sonrası serum PTH düzeyleri saptanamadı ve bu da belirgin hipokalsemi ve hiperfosfatemi ile sonuçlandı. Bu nedenle, postoperatif HipoPT’nin klinik durumu sıçan modelinde dikkat çekici bir şekilde temsil edilebilir. Bu nedenle, karbon-nanopartikül destekli PTX, HipoPT’nin patogenezini, tedavisini ve prognozunu incelemek için olağanüstü etkili ve kolayca uygulanabilir bir model olarak hizmet edebilir.
Introduction
Paratiroid hormonu (PTH) paratiroid bezleri tarafından salgılanır. Kalsiyum dengesinin önemli bir modülatörüdür, fosfat metabolizmasını korur ve kemik döngüsüne katılır 1,2. Hipoparatiroidizm (HipoPT), PTH’nin sekresyonunun azalması veya fonksiyonel kaybı olarak kendini gösterir. Nadir görülen bir endokrin bozukluktur ve prevalansı 100.000 kişi-yıl başına yaklaşık 9-37 arasındadır 3,4,5. HipoPT, artmış serum fosfor 6,7 ile birlikte azalmış serum PTH ve kalsiyum seviyeleri ile karakterizedir. HipoPT nedenine göre sınıflandırılır: edinilmiş hipoparatiroidizm (AHypoPT) veya idiyopatik hipoparatiroidizm (IHypoPT)8. AHypoPT klinik pratikte daha sık rastlanmaktadır; AHypoPT vakalarının yaklaşık% 75’i, tiroid cerrahisi veya diğer baş boyun ameliyatları sırasında paratiroid bezlerinin rezeksiyonu veya kazara yaralanmasından kaynaklanır. Diğer nedenler arasında baş boyun tümörleri için radyoterapi ve kemoterapi ve ilaç toksisitesi 1,8 sayılabilir. Gelişen tanı yöntemleri ve tiroid bezi ile ilişkili hastalıkların taranmasında artış, tiroid bezi cerrahi operasyonlarının sayısını artırmıştır. Bu da ilişkili paratiroid bezi komplikasyonlarında 9,10 artışa yol açmıştır.
AHypoPT’yi daha iyi araştırmak ve yeni tedavilerin terapötik etkinliğini doğrulamak için kararlı özelliklere sahip kolayca oluşturulmuş hayvan modellerine ihtiyaç vardır. Sıçan ve farelere yapılan paratiroidektomi (PTX) önceki çalışmalarda bildirilmiştir 6,11; Bununla birlikte, paratiroid bezlerinin son derece küçük boyutları ve anatomik dağılımlarındaki değişkenlik nedeniyle, pratikte başarı oranı nispeten düşüktür. Bu nedenle, tiro-paratiroidektomi (TPTX) (yani, tiroid ve paratiroid bezlerinin tamamen çıkarılması) genellikle paratiroid bezlerinin rezeksiyonunu sağlamak için yapılır12. Bununla birlikte, ortaya çıkan düşük tiroksin seviyeleri, bu hayvan modeli13 ile yapılan çalışmaları zorlaştırabilir. İlaç stimülasyonu ve gen düzenleme gibi diğer yöntemlerle oluşturulan hipoPT modelleri, en yaygın AHypoPT patogenezini doğru bir şekilde temsil edememektedir. Grubumuz daha önce paratiroid bezlerini etiketlemek ve tiroid bezlerine ve çevresindeki anatomik yapılara zarar vermeden paratiroid bezlerinin çıkarılmasına izin vermek için nakavt fare modelleri kullanmıştır14,15. Bununla birlikte, bu yöntem, çiftleşme ve üreme gereksinimleri nedeniyle daha uzun bir geliştirme süresi gerektiren transgenik fare modellerini kullanır.
Bu nedenle, AHypoPT’nin kolay oluşturulan bir modelini kurmayı amaçladık. Bu çalışma, karbon nanopartikül etiketlemesini kullanarak PTX için bir sıçan modelini açıklamaktadır. Tiroid cerrahisinde yaygın olarak kullanılan 50 mg / mL’lik bir karbon nanopartikül süspansiyonu, lokal enjeksiyon16’dan sonra tiroid bezlerinde eşit olarak dağılır. Tiroid bezleri siyaha döner, ancak paratiroid bezleri lekesiz kalır17, böylece paratiroid bezlerini tiroid bezlerinden açıkça ayırt eder ve PTX’in tiroid bezlerini etkilemeden yapılmasına izin verir. Bu yöntem farklı yaşlardaki sıçanlar için uygundur. Karbon nanopartikül süspansiyonunun enjeksiyonu güvenlidir ve tiroid fonksiyonu üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye sahiptir18. Bu çalışmada üretilen karbon nanopartikül etiketli PTX sıçan modeli, 4 haftalık gözlem süresi boyunca önemli hipokalsemi ve hiperfosfatemi fenotipleri göstermiştir. Bu nedenle, bu AHypoPT modelinin kurulması kolaydır ve tekrarlanabilir bir fenotipe sahiptir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Epidemiyolojik raporlar, tiroid hastalıklarının saptanmasının önemli ölçüde arttığını ve buna bağlı olarak yapılan ilgili ameliyatların sayısının arttığını göstermektedir19,20. Cerrahi sonrası hipoparatiroidi insidansı yaklaşık %7,68,21 iken, edinsel hipoparatiroidizmin artmış morbiditesi bu nadir hastalığın araştırmalara daha fazla ilgi çekmesine neden olmuştur. Bu n…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NSFC hibe 81800928, Batı Çin Stomatoloji Okulu / Hastanesi Sichuan Üniversitesi’nden Araştırma Fonu (No. RCDWJS2021-1) ve Ağız Hastalıkları Açık Finansman Devlet Anahtar Laboratuvarı SKLOD-R013 tarafından desteklenmiştir.
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).
