Anesthesie en intubatie van preadolescente muispups voor cardiothoracale chirurgie
Summary
Cardiothoracale chirurgische modellen bij muizen >7 dagen oud vereisen intubatie, maar dit is een uitdaging voor preadolescente (8-14 dagen oude) muispups en er is weinig informatie over anesthetische regimes voor intubatie. Hier presenteren we doseringsschema’s van ketamine / xylazine / atropine in 10 dagen oude C57BL / 6J-muispups die endotracheale intubatie mogelijk maken, terwijl de diersterfte wordt geminimaliseerd.
Abstract
Murine chirurgische modellen spelen een belangrijke rol in preklinisch onderzoek. Mechanistische inzichten in myocardiale regeneratie na hartletsel kunnen worden verkregen uit cardiothoracale operatiemodellen bij 0-14 dagen oude muizen, waarvan de cardiomyocyten, in tegenstelling tot die van volwassenen, proliferatieve capaciteit behouden. Muizenpups tot 7 dagen oud worden effectief geïmmobiliseerd door onderkoeling en hebben geen intubatie nodig voor cardiothoracale chirurgie. Preadolescente (8-14 dagen oude) muispups hebben echter wel intubatie nodig, maar dit is een uitdaging en er is weinig informatie over anesthesie om intubatie te vergemakkelijken. Hier presenteren we doseringsschema’s van ketamine / xylazine / atropine in 10 dagen oude C57BL / 6J-muispups die endotracheale intubatie mogelijk maken, terwijl de diersterfte wordt geminimaliseerd. Empirische titratie van ketamine/xylazine/atropine doseringsschema’s op lichaamsgewicht gaf aan dat de respons op anesthesie van muizenjongen met verschillende gewichten niet-lineair was, waarbij doses van 20/4/0,12 mg/kg, 30/4/0,12 mg/kg en 50/6/0,18 mg/kg de intubatie van pups met een gewicht tussen 3,15-4,49 g (n = 22), 4,50-5,49 g (n = 20) en 5,50-8,10 g (n = 20) vergemakkelijkten, respectievelijk. Pups met een lager lichaamsgewicht hadden meer intubatiepogingen nodig dan zwaardere pups (p < 0,001). Overleving na intubatie correleerde met lichaamsgewicht (59%, 70% en 80% voor groepen met een laag, midden en hoog gewicht, respectievelijk R2 = 0,995). Voor myocardinfarctchirurgie na intubatie werd een chirurgisch anesthesievlak geïnduceerd met 4,5% isofluraan in 100% zuurstof en onderhouden met 2% isofluraan in 100% zuurstof. De overleving na de operatie was vergelijkbaar voor de drie gewichtsgroepen met 92%, 86% en 88% (p = 0,91). Samen met verfijningen in dierbehandelingspraktijken voor intubatie en chirurgie, en het minimaliseren van kannibalisatie door de moeder na de operatie, correleerde de totale overleving voor de hele procedure (intubatie plus chirurgie) met het lichaamsgewicht (55%, 60% en 70% voor groepen met een laag, midden en hoog gewicht, respectievelijk R2 = 0,978). Gezien de moeilijkheden bij intubatie van 10 dagen oude pups en de bijbehorende hoge mortaliteit, raden wij aan om cardiothoracale chirurgie bij 10 dagen oude pups te beperken tot pups met een gewicht van ten minste 5,5 g.
Introduction
Muizenmodellen zijn van onschatbare waarde in preklinisch cardiothoracaal onderzoek, met name vanwege het gemak waarmee genetisch gemanipuleerde muislijnen kunnen worden gegenereerd, en ook het gemak waarmee de muizen chirurgisch kunnen worden gemanipuleerd om pathologische ziektemodellen te bieden om bijvoorbeeld de studie van myocardiale regeneratie na hartletsel mogelijk te maken1 . In dit verband is het van belang dat, in tegenstelling tot volwassen muizen waarbij cardiomyocyten zich uit de celcyclus hebben teruggetrokken, 0-2 dagen oude neonatale muizenharten herstellen met minimale littekens na apicale resectie of inductie van myocardinfarct 2,3,4. Daarentegen regenereren 7 dagen oude neonatale harten onvolledig met een hogere incidentie van littekens 2,3. Aangezien cardiomyocyten in de top van de linker ventrikel tot 2 weken na de geboorte proliferatieve capaciteit behouden, kunnen mechanistische studies van regeneratie na hartletsel bij 0-14 dagen oude muizen informatief zijn voor het identificeren van therapeutische doelen voor regeneratie van het gewonde volwassen hart5.
De ontwikkeling van muismodellen van hartletsel omvat chirurgische manipulatie onder anesthesie. Dit vereist dat de thorax wordt geopend om toegang te krijgen tot het hart, dat over het algemeen intubatie en mechanische ventilatie verplicht stelt. Muizenspanning, lichaamsgewicht en leeftijd beïnvloeden de gevoeligheid voor anesthetica6. Volwassen muizen kunnen worden verdoofd met een breed scala aan middelen, een gemeenschappelijk regime voor intubatie is ketamine / xylazine / atropine bij 100/13/0,5 mg / kg 6,7. Neonatale muizen (0-7 dagen oud) missen een gecentraliseerde pijnreflex en kunnen effectief worden geïmmobiliseerd op ijs en worden onderworpen aan een operatie zonder intubatie 6,8,9. Preadolescente (8-14 dagen oude) muispups kunnen niet worden verdoofd met onderkoeling 9,10; ze vereisen intubatie voor cardiothoracale chirurgie. Er zijn geen eerdere studies over cardiothoracale chirurgie bij preadolescente muizen jonger dan 14 dagen oud. In onze ervaring is intubatie van isofluraan-verdoofde preadolescente muizen jonger dan 14 dagen moeilijk. Het aanbevolen injecteerbare anestheticum dat wordt gerapporteerd voor muizen ouder dan 7 dagen is 50-150 mg / kg ketamine en 5-10 mg / kg xylazine10. Preadolescente muizen ontwikkelen zich nog steeds neurologisch en hun reacties op medicijnen en medicijnmetabolisme zijn heel anders dan bij volwassen dieren6. Dit vormt een verhoogd risico op vocht-, elektrolyt- en zuur-base-onbalans, evenals hypoglykemie en hypothermie vanwege niet alleen hun hoge stofwisseling, die hun beperkte energievoorraden snel uitput, maar ook vanwege hun thermoregulerende onvolwassenheid 6,11,12. Er is dus weinig informatie over anesthetische regimes die zowel intubatie vergemakkelijken als de overleving van preadolescente muizen maximaliseren.
Hier hebben we empirisch doseringsschema’s van ketamine / xylazine / atropine getitreerd in 10-dagen oude C57BL / 6J-muispups variërend in gewicht van 3-8 g om een niveau van anesthesie te bereiken dat voldoende is om endotracheale intubatie mogelijk te maken voor daaropvolgende cardiothoracale chirurgie, terwijl de diersterfte wordt geminimaliseerd. We hebben ook de behandelingspraktijken voor dieren verfijnd om de mortaliteit door intubatie, chirurgie en postoperatief kannibalisme van de moeder te verminderen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Momenteel zijn er geen goed gedocumenteerde methoden voor anesthesie en intubatie van 10 dagen oude muizen voor cardiothoracale chirurgie. Hiertoe hebben we ketamine / xylazine / atropine doseringsschema’s getitreerd tot lichaamsgewicht, waarbij doses van 20/4/0,12 mg / kg, 30/ 4 / 0,12 mg / kg en 50 / 6 / 0,18 mg / kg de intubatie van pups met respectievelijk een laag (3,15-4,49 g), midden (4,50-5,49 g) en hoog (5,50-8,10 g) lichaamsgewicht vergemakkelijkten. Overleving na intubatie correleerde met lichaamsgewicht (resp…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door NHMRC Program Grant [ID 1074386], een Leducq Transatlantic Network of Excellence in Cardiovascular Research grant [RMG] en een subsidie van de RT Hall Trust [RMG &SEI].
Materials
| Atipamezole (Antisedan) | Provet (NSW) Pty Ltd | ATIP I | |
| Atropine 600 mcg/mL | Clifford Hallam Healthcare Pty Ptd | 1957699 PFIZER-0143386 | |
| Betadine | Livingstone International | BU0520 | |
| Buprenorphine (Temgesic) | Provet (NSW) Pty Ltd | TEMG I | |
| Fiber-optic light | Leica | 3011350 | CLS 150X |
| GraphPad Prism | GraphPad Software, LLC | Version 9.1.2 | |
| Intubation platform | – | – | Any sturdy box (e.g. plastic tip box) with approximate dimensions 12 (L) x 8.5 x (W) x 7.5 cm (H) |
| Isoflurane | Provet (NSW) Pty Ltd | ISOF 07 | |
| Ketamine 100 mg/mL | Provet (NSW) Pty Ltd | KETAI1 | |
| Plastic intravenous cannula 24-gauge Polywin Safety | BD Insyte | CE0086 | 19 mm length of plastic tubing (0.7 mm outer diameter) attached to a 21mm plastic female luer lock adaptor; total volume of annula 130 μL |
| Single lumen polyethylene tube | Critchley Electrical Products Pty Ltd Auburn NSW | Outer diameter 0.61 mm, inner diameter 0.28 mm | |
| Small forceps | F.S.T. | NO 11051-10 | |
| Surgical microscope (camera optional) | Leica | M651 (Leica IC80 HD camera) | 10x and 16x objective |
| Suture 7-0 prolene | Ethicon | 8708H | |
| Suture 9-0 polypropylene monofilament | Ethicon | 2813 | |
| V-1 Tabletop with Active Scavenging isoflurane anesthesia systm | VetEquip | 901820 | |
| Vented 2-Liter plexiglass induction chamber | VetQuip Pty Ltd | 942102 | 25 cm (L) x 13 cm (W) x 11 cm (H) |
| Warming lamp | Brilant Lighting | 99223 | |
| Xylazine | Provet (NSW) Pty Ltd | XYLA Z 2 |
Referências
- Klocke, R., Tian, W., Kuhlmann, M. T., Nikol, S. Surgical animal models of heart failure related to coronary heart disease. Cardiovascular Research. 74 (1), 29-38 (2007).
- Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331 (6020), 1078-1080 (2011).
- Porrello, E. R., et al. Regulation of neonatal and adult mammalian heart regeneration by the miR-15 family. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (1), 187-192 (2013).
- Naqvi, N., et al. A proliferative burst during preadolescence establishes the final cardiomyocyte number. Cell. 157 (4), 795-807 (2014).
- Bogush, N., et al. DUSP5 expression in left ventricular cardiomyocytes of young hearts regulates thyroid hormone (T3)-induced proliferative ERK1/2 signaling. Scientific Reports. 10 (1), 21918 (2020).
- Flecknell, P. . Laboratory Animal Anaesthesia. Third edition. , (2009).
- Iismaa, S. E., et al. Cardiac hypertrophy limits infarct expansion after myocardial infarction in mice. Scientific Reports. 8 (1), 6114 (2018).
- Mahmoud, A. I., Porrello, E. R., Kimura, W., Olson, E. N., Sadek, H. A. Surgical models for cardiac regeneration in neonatal mice. Nature Protocols. 9 (2), 305-311 (2014).
- . Anesthesia and Analgesia: Neonatal Mice and Rats Available from: https://www.bu.edu/researchsupport/compliance/animal-care/working-with-animals/anesthesia/anesthesia-and-analgesia-neonatal-mice-and-rats-iacuc/ (2019)
- . Mouse-Specific Anesthesia Guidance Available from: https://research.utexas.edu/qpcontent/uploads/sites/7/2020/02/Mouse_Anesthesia_guidance_ARC_112519.pdf (2019)
- Paddleford, R. . Manual of Small Animal Anaesthesia. Second edition. , (2000).
- Gargiulo, S., et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. Institute for Laboratory Animal Research Journal. 53 (1), 55-69 (2012).
- Daubenspeck, J. A., Li, A., Nattie, E. E. Acoustic plethysmography measures breathing in unrestrained neonatal mice. Journal of Applied Physiology. 104 (1), 262-268 (2008).
- Lim, R., et al. Measuring respiratory function in mice using unrestrained whole-body plethysmography. Journal of Visulaized Experiments. (90), e51755 (2014).
- Brown, R. H., Walters, D. M., Greenberg, R. S., Mitzner, W. A method of endotracheal intubation and pulmonary functional assessment for repeated studies in mice. Journal of Applied Physiology. 87 (6), 2362-2365 (1999).
- Du, X. -. J., Gao, X., Ramsey, D. Surgical methods of inducing transverse aortic stenosis and myocardial infarction in the mouse. Asia Pacific Heart Journal. 7 (3), 187-192 (1998).
- Wu, J., et al. Anesthesia and intubation of 10-Day old C57BL/6J mouse pups for cardiothoracic surgery. Research Square. , (2021).
- Silver, L. M. Mouse Genetics: Concepts and Applications. Mouse Genome Informatics, The Jackson Laboratory. , (2008).
- West, G. B., Woodruff, W. H., Brown, J. H. Allometric scaling of metabolic rate from molecules and mitochondria to cells and mammals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99, 2473-2478 (2002).
- Moscovitz, J. E., Aleksunes, L. M. Establishment of metabolism and transport pathways in the rodent and human fetal liver. International Journal of Molecular Science. 14 (12), 23801-23827 (2013).
- Blevins, C. E., Celeste, N. A., Marx, J. O. Effects of oxygen supplementation on injectable and inhalant anesthesia in C57BL/6 mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 60 (3), 289-297 (2021).
