Oral Yoldan Verilen İlacın Seri Kan Örneklemesi için Sıçanlarda Kalıcı Juguler Ven Kanülasyonu Oluşturma Mikrocerrahi Becerileri
Summary
Aynı hayvanda sıralı kan alımı için daha uzun süreli juguler ven kanülasyon sıçanı modeli oluşturmak için ayrıntılı mikrocerrahi teknikler gösterilmiştir. Sıçanın iyileşme aşamasında fizyolojik ve hematolojik parametreler izlenmiştir. Bu model, hayvan stresine neden olmadan oral yoldan uygulanan polifenolün farmakokinetiğini incelemek için uygulanmıştır.
Abstract
Küçük laboratuvar hayvanlarında kan örneklemesi farmasötik kurşun optimizasyonu için gereklidir, ancak deney hayvanlarına büyük zarar ve strese neden olabilir ve bu da sonuçları potansiyel olarak etkileyebilir. Sıçanlarda juguler ven kanülasyonu (JVC), tekrarlanan kan alımı için yaygın olarak kullanılan bir modeldir, ancak cerrahi becerilerin ve hayvan bakımının yeterli eğitimini gerektirir. Bu makalede, juguler kanülün yerleştirilmesi ve sızdırmazlığına özel olarak odaklanarak kalıcı bir JVC sıçan modelinin kurulması ve sürdürülmesi için mikrocerrahi prosedürler detaylandırılmıştır. Fizyolojik (örneğin, vücut ağırlığı, yiyecek ve su alımı) ve hematolojik parametrelerin izlenmesinin önemi, sıçanın iyileşmesi sırasında ameliyat sonrası 6 gün boyunca sunulan sonuçlarla vurgulanmıştır. JVC sıçan modelinde oral yoldan uygulanan doğal fenol ellajik asidin ilaç-plazma konsantrasyon-zaman profili belirlenmiştir.
Introduction
Kemirgenler, kobaylar ve tavşanlar gibi küçük laboratuvar hayvanlarından kan örneklerinin tekrar tekrar alınması, farmasötik kurşun optimizasyonu ve ayrıca araştırmada kullanılan hayvan sayısını azaltmak için önemli bir husustur 1,2. Yeni tanı araçları ve ilaç formülasyonu (örneğin, aşı) geliştirme boru hattı, farmakokinetiği (PK), toksisitesi ve duyarlılığı 3,4,5 gibi sağlamlıklarını ve performanslarını in vivo olarak değerlendirmek için farklı kan hacimlerine erişim gerektirir.
Kan örneği toplamaya laboratuvar yaklaşımı genel olarak cerrahi ve cerrahi olmayan 6 olmak üzere iki tip olaraksınıflandırılır. Cerrahi olmayan yaklaşımın, kardiyak ponksiyon, orbital sinüs delinmesi ve safen ve kuyruk veninin kanaması gibi yaygın teknikleri içeren araştırmacı için kavranması nispeten kolaydır. Bazı cerrahi olmayan yöntemlerle çoklu kan örneklemesi mümkündür, ancak numune hacmi küçüktür ve hayvanlarda fiziksel yara ve psikolojik strese neden olabilir1. Öte yandan, cerrahi yaklaşım tekrarlanan venipunktura favori bir alternatiftir ve hayvanların kan damarlarına geçici veya kalıcı bir kanülün yerleştirilmesini içerir 7,8,9. Büyük kan hacmi, bilinçli sıçanlarda kanülden tekrar tekrar çekilebilirken, kullanım tekniği, kısıtlama ve anestezi 7,8,10,11 nedeniyle stres ve ağrıdan kaçınılabilir. Bununla birlikte, kanül implantasyonu, kanı başarılı bir şekilde toplamak için yeterli eğitime sahip deneyimli bir araştırmacı gerektirir.
Sıçanlarda juguler ven kanülasyonu (JVC) yoluyla kan toplanması, PK6,10,12,13 ilacını incelemek için en yaygın kullanılan yöntemdir. Bununla birlikte, JVC sıçan modelinin kurulması, mikrocerrahi becerilerin dikkatli bir şekilde uygulanmasını ve cerrahi sonrası bakım ve bakım bilgisine ihtiyaç duymaktadır. Özellikle ameliyattan sonra sıçan, daha ileri deneyler için stabil fizyolojik duruma ulaşmak için analjeziklerin uygulanmasını ve yeterli iyileşme süresini gerektirir13,14,15. Vücut ağırlığı artışı (yani, >10 g), sıçanın iyileşmesi için geçerli ve yaygın olarak uygulanan bir gösterge olmasına rağmen, sıçanların, erken başlangıçtaki14,15’te fark edilmesi ince olabilen dehidrasyon, enfeksiyon ve iltihaplanma nedeniyle ameliyat sonrası beklenmedik bir ölüme sahip olmaları nadir değildir. Ek olarak, JVC modelinde kateter tıkanıklığı, kan alımı sırasında bir sorun olmaya devam etmektedir.
Mevcut protokol, juguler venin tanımlanması, izolasyonu ve kanülasyonuna özel olarak odaklanarak anestezi uygulanmış bir sıçanda JVC için mikrocerrahi prosedürleri ayrıntılı olarak göstermiştir. İyileşme aşamasında sıçanların fizyolojik ve hematolojik olarak izlenmesinin önemi vurgulanmaktadır. Son olarak, JVC sıçan modelini doğrulamak için oral yoldan uygulanan doğal fenol ellajik asidin PK’sini zayıf biyoyararlanımlı (yani düşük sistemik konsantrasyon) incelemek için venöz kateter yoluyla seri kan örnekleri toplandı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Damar kanülasyonu tekniğinde ustalaşmak, önemli bir uygulama ve her işlemden ders çıkarmayı gerektirir. Christakis ve ark. kümülatif toplam (CUSUM) analizini kullanarak, bir araştırmacının ilaç adaylarının PK değerlendirmesine hazır olmadan önce bir yıllık bir süre boyunca200 sıçan uygulaması gerektiğini bulmuşlardır 20. Bununla birlikte, damar kanülasyonu için gereken çalışma süresi,13,20 yapılan sıça…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (No. 82003692) tarafından R.X. Zhang’a desteklenmektedir; Northwestern Politeknik Üniversitesi’nde R. Miao’ya En İyi Akademik Bursu.
Materials
| 0.5 mL test tube containing EDTA anticoagulant | Xinkang | N/A | collecting blood samples for hematology test |
| 0.5*20 mm 1.0-mL syringe | KLMEDICAL | N/A | washing or replacing the fluid with saline |
| 0.6*28.5 mm 5.0-mL syringe | HD | N/A | Subcutaneous injection |
| 1.0-mL Blunt tipped syringe (22G) | skillsmodel | S4-PKT22G | Inject the saline and collect blood samples through catheter |
| 1.5 mL sterile microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C-S | Store sterile catheter lock solution heparinized saline and meloxicam solution |
| 1.5 mL microcentrifuge tubes | Biosharp | BS-15-M | blood collection |
| 1/2 circle cutting 5*12 mm suture needle | skillsmodel | S4-FHZ | Thread the muscle layer to fix the catheter |
| 3/8 circle cutting 7*17 mm suture needle | skillsmodel | S5-FHZ | Suture the incision of rat cortex |
| 6-0 sterile non-absorbable silk suture thread | JUNSHENG | N/A | ligature |
| 75% medical alcohol | HONGSONG | N/A | Disinfection |
| Adhensive tape | LIUTAI | N/A | positioning the rat |
| Autoclave sterilization tape | Biosharp | BS-QT-028 | Mark sterilized items |
| Automated blood cell counter | Sysmex | XN-550 | Hematology test |
| Castroviejo micro scissors | skillsmodel | WA1010 | Cut the opening in the blood vessel |
| Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75002402 | Plasma preparation |
| Clean cushion | Qingjie | N/A | Prepare the operation area |
| Cotton balls | HC | N/A | Wound disinfection and sterilization |
| Cotton swabs | BEITAGOGO | N/A | Disinfection |
| Curved hemostat | skillsmodel | N/A | ligature |
| DN50 Stainless-steel rat restrainer | skillsmodel | S4-RGDQ1 | Restrict the movement of rats for easy operation |
| Ellagic acid | Aladdin | E102710-25g | natural phenol for oral administration |
| Half-curved forceps | skillsmodel | 53072 | Lift the muscle layer and tissue, isolate the jugular vein and tie the suture |
| Heating pad | Warm mate | N/A | preventing heat loss of animal |
| Heparin sodium | Solarbio | H8060 | anticoagulant |
| Iodophor | Xidebao | N/A | Clean the wound |
| Iris scissors | skillsmodel | 54002 | Bluent separation the muscle layer |
| Isoflurane | RWD | R510-22-16 | anaesthesia |
| LED lamp | EMPERORFEEL | N/A | sugery |
| Liquid chromatography-mass spectroscopy | Thermo Fisher Scientific | VQF01-20001/ TSQ02-10002 | detection of drug concentration in plasma |
| Meloxicam | Hongqiang | N/A | Analgesic |
| Normal saline | KL | N/A | Prepara the solution and protect blood vessels from drying out |
| Pet razor | Codos | 3180 | Shaving the fur |
| Phosphate-buffered saline | ZHHC | PW012 | Preparation of Ellagic acid solution |
| PU catheter | skillsmodel | RJVC-PU | Jugular vein cannulation |
| Small animal operation anesthesia console | RWD | 68620 | Operation workstation |
| Spray bottle | Outro | N/A | aseptic workstation |
| Stainless steel plug (22G) | skillsmodel | S4-PKD22G | Plug the catheter to ensure its sealing |
| Stainless steel trochar | skillsmodel | S$-PKDGZ | Guide the catheter exteriorization |
| Sterile lock solution | skillsmodel | SK-FB | lock the catheter to ensure its sterility |
| Straight feeding needle | skillsmodel | N/A | Oral gavage |
| Surgical pouch | BKMAM | N/A | container for sterilization of surgical instruments |
| Surgical scissors | skillsmodel | J21070 | Cut incision on rat skin |
| Vessel dilator balanced forceps | skillsmodel | WA3020 | Expand the blood vessel and guide the cannula to slide in |
| ZS-MV Small animal anesthesia machine | ZSLab | 1057003 | inducing and maintaining anaesthesia |
Referências
- Parasuraman, S., Raveendran, R., Kesavan, R. Blood sample collection in small laboratory animals. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 1 (2), 87-93 (2010).
- Sadler, A. M., Bailey, S. J. Validation of a refined technique for taking repeated blood samples from juvenile and adult mice. Laboratory Animals. 47 (4), 316-319 (2013).
- Zhang, R. X., et al. Coordinating biointeraction and bioreaction of a nanocarrier material and an anticancer drug to overcome membrane rigidity and target mitochondria in multidrug-resistant cancer cells. Advanced Functional Materials. 27 (39), 12 (2017).
- Zhang, R. X., et al. Polymer-lipid hybrid nanoparticles synchronize pharmacokinetics of co-encapsulated doxorubicin-mitomycin C and enable their spatiotemporal co-delivery and local bioavailability in breast tumor. Nanomedicine-Nanotechnology Biology and Medicine. 12 (5), 1279-1290 (2016).
- Zhang, R. X., et al. Sample extraction and simultaneous chromatographic quantitation of doxorubicin and mitomycin C following drug combination delivery in nanoparticles to tumor-bearing mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e11 (2017).
- Bakar, S. K., Niazi, S. Simple reliable method for chronic cannulation of the jugular vein for pharmacokinetic studies in rats. Journal of Pharmaceutical Sciences. 72 (9), 1027-1029 (1983).
- Harms, P. G., Ojeda, S. R. A rapid and simple procedure for chronic cannulation of the rat jugular vein. Journal of Applied Physiology. 36 (3), 391-392 (1974).
- Thrivikraman, K. V., Huot, R. L., Plotsky, P. M. Jugular vein catheterization for repeated blood sampling in the unrestrained conscious rat. Brain Research Protocols. 10 (2), 84-94 (2002).
- Weeks, J. R., Davis, J. D. Chronic intravenous cannulas for rats. Journal of Applied Physiology. 19 (3), 540-541 (1964).
- Goldkuhl, R., et al. Plasma concentrations of corticosterone and buprenorphine in rats subjected to jugular vein catheterization. Laboratory Animals. 44 (4), 337-343 (2010).
- Steffens, A. B. A method for frequent sampling of blood and continuous infusion of fluids in the rat without disturbing the animal. Physiology & Behavior. 4 (5), 833-836 (1969).
- Terao, N., Shen, D. D. Alterations in serum protein binding and pharmacokinetics of l-propranolol in the rat elicited by the presence of an indwelling venous catheter. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 227 (2), 369-375 (1983).
- Feng, J., et al. Catheterization of the carotid artery and jugular vein to perform hemodynamic measures, infusions and blood sampling in a conscious rat model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (95), e51881 (2015).
- Karim, N., Ali, S. Jugular vein cannulation in rats – A mini review. Canadian Journal of Pure and Applied Sciences. 3, 929-935 (2009).
- Ling, S., Jamali, F. Effect of cannulation surgery and restraint stress on the plasma corticosterone concentration in the rat: application of an improved corticosterone HPLC assay. Journal of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences. 6 (2), (2003).
- Lei, F., et al. Pharmacokinetic study of ellagic acid in rat after oral administration of pomegranate leaf extract. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 796 (1), 189-194 (2003).
- Yan, L. L., et al. Method development and validation for pharmacokinetic and tissue distributions of ellagic acid using Ultrahigh Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (UPLC-MS/MS). Molecules. 19 (11), 18923-18935 (2014).
- Long, J. F., et al. Bioavailability and bioactivity of free ellagic acid compared to pomegranate juice. Food & Function. 10 (10), 6582-6588 (2019).
- Zhang, Y., et al. PKSolver: An add-in program for pharmacokinetic and pharmacodynamic data analysis in Microsoft Excel. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 99 (3), 306-314 (2010).
- Christakis, I., et al. Learning curve of vessel cannulation in rats using cumulative sum analysis. Journal of Surgical Research. 193 (1), 69-76 (2015).
- Nm, S., Oduola, A. Haematological profile shows that Inbred Sprague Dawley rats have exceptional promise for use in biomedical and pharmacological studies. Asian Journal of Biomedical and Pharmaceutical Sciences. 4 (37), 33-37 (2014).
- Lillie, L. E., Temple, N. J., Florence, L. Z. Reference values for young normal Sprague-Dawley rats: weight gain, hematology and clinical chemistry. Human & Experimental Toxicology. 15 (8), 612-616 (1996).
- He, Q. L., et al. Sex-specific reference intervals of hematologic and biochemical analytes in Sprague-Dawley rats using the nonparametric rank percentile method. PLoS One. 12 (12), 18 (2017).
- EPA. Recommendations for and Documentation of Biological Values for Use in Risk Assessment. U.S. Environmental Protection Agency. , (1988).
- Gaud, N., et al. Single jugular vein cannulated rats may not be suitable for intravenous pharmacokinetic screening of high logP compounds. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 99, 272-278 (2017).
- Turck, D., et al. Clinical pharmacokinetics of meloxicam. Arzneimittel-Forschung/Drug Research. 47 (3), 253-258 (1997).
- Aghazadeh-Habashi, A., Jamali, F. Pharmacokinetics of meloxicam administered as regular and fast dissolving formulations to the rat: Influence of gastrointestinal dysfunction on the relative bioavailability of two formulations. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 70 (3), 889-894 (2008).
- Ludwig, E., et al. Activation of human cytochrome P-450 3A4-catalyzed meloxicam 5 ‘-methylhydroxylation by quinidine and hydroquinidine in vitro. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 290 (1), 1-8 (1999).
- Zhang, R. X., et al. Nanoparticulate drug delivery strategies to address intestinal cytochrome P450 CYP3A4 metabolism towards personalized medicine. Pharmaceutics. 13 (8), (2021).
