Laminotomy for lumbale Dorsal Root Ganglion og injeksjon i svin
Summary
Vi beskriver en metode for laminotomy i svin som gir tilgang til lumbale dorsal root Ganglion (DRG) for intraganglionic injeksjon. Injeksjon fremgang overvåkes intraoperatively og histologisk bekreftet opp til 21 dager etter operasjonen. Denne protokollen kan brukes for fremtidig prekliniske studier som involverer DRG injeksjon.
Abstract
Dorsal root Ganglion (DRG) er anatomisk veldefinert strukturer som inneholder alle primære sensoriske neurons under hodet. Dette faktum gjør DRG attraktiv mål for injeksjon av romanen therapeutics rettet mot behandling av kroniske smerter. I små dyr modeller, har laminectomy blitt brukt til rette DRG injeksjon fordi det involverer kirurgisk fjerning av ryggvirvel benet rundt hver DRG. Vi viser en teknikk for intraganglionic injeksjon av lumbale DRG i en stor dyrearter, nemlig svin. Laminotomy utføres for å gi direkte tilgang til DRG bruker standard neurosurgical teknikk, instrumenter og materialer. Sammenlignet med mer omfattende bein flytting via laminectomy, implementere vi laminotomy å spare spinal anatomi mens de oppnår tilstrekkelig DRG tilgang. Intraoperativ utviklingen av DRG injeksjon overvåkes ved hjelp av en ikke-giftig fargestoff. Etter euthanasia på postoperativ dag 21 bestemmes suksess for injeksjon av histology for intraganglionic distribusjon av 4′, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI). Vi injisere en biologisk inaktive løsning å demonstrere protokollen. Denne metoden kan være brukt i fremtiden prekliniske studier til målet terapeutiske løsninger DRG. Vår metode skal lette testing translatability av intraganglionic liten dyr paradigmer i en stor dyrearter. I tillegg kan denne protokollen tjene som en viktig ressurs for de som planlegger prekliniske studier av DRG injeksjon i svin.
Introduction
Dorsal root Ganglion (DRG) er anatomisk diskret, neuronal samlinger ligger langs virvelsøylen. Hver DRG inneholder primære sensoriske neurons som kode og videresender eksterne stimuli til sentralnervesystemet (CNS) fra bestemte kroppen regioner. For eksempel, begynner smerten av slitasjegikt når smerte reseptorene ligger omtrent en felles oppfatter skadelige stimuli. Denne prosessen kalles nociception. Langsiktig bevissthet om skadelige stimuli fører til kroniske smerter 1.
Kronisk smerte er en hyppig prekliniske studie 2 der ett mål er å utvikle nyttige metoder for målrettet levering av smertestillende til DRG, som intraganglionic injeksjon 3. Men DRG er vanskelige å finne fordi de befinner seg i boney rammen av intervertebral foramina 4. Flere grupper har med hell løse dette problemet ved hjelp av ryggraden kirurgi i gnagere 5,6,7,8,9,10.
I klinikken, laminectomy er en vanlig ryggraden operasjon og refererer til kirurgisk fjerning av ryggvirvel lamina, og dermed unroofing den vertebral kanal 11. Innlemmelse av kirurgiske teknikker råd DRG direkteforbindelser til har vært vellykket i gnagere 5,12, men oversettelse kan være urealistisk vurderer forskjeller i størrelsen på relevante strukturer og hvordan det påvirker farmakokinetikken eller teknisk gjennomførbarhet 13,14. For eksempel bestemt en studie tverrgående ryggmargen diameteren på T10 3.0, 7.0 og 8.2 mm for rotte, gris og menneskelige, henholdsvis 15. Dermed modeller store dyr bedre tilnærmet menneskelige mål av nervøs strukturer.
I svin brukt Raore et al. multi-level laminectomy tilgang til cervical ryggmargen flere intraspinal injeksjoner 16. Prosedyren ble godt tolerert og førte til en fase jeg kliniske der sammenlignbare kirurgisk resultatene var dokumentert 17. Disse resultatene oppfordrer fortsatt bruk av prekliniske store dyr modeller som prediktorer av teknisk gjennomførbarhet og sikkerhet i mennesker.
Hittil finnes ingen detaljert metodikk for kirurgiske og injeksjon av DRG i en stor dyrearter. Hvis du vil begrense dette translasjonsforskning gapet, rapportere vi en protokoll for DRG eksponering og injeksjon via laminotomy i svin. Standard neurosurgical teknikk, instrumenter og materialer ble brukt og metoden ble designet for å etterligne moderne kirurgisk praksis. Vi demonstrere intraganglionic injeksjon med en vandig løsning for lumbale DRG og bekrefte vellykket levering via histology etter postoperativ dag 21.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi søkte å beskriver en metode for kirurgiske eksponering av DRG via laminotomy og intraganglionic injeksjon i en sunn store dyrearter, spesielt svin. I Red, en lignende metode er detaljert 12 og brukes til å levere konvensjonelle pharmacologic agenter 8,10 og viral vektorer 6,7,9,12 til DRG. Resultat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Studien ble utført med støtte av Schulze Family Foundation (til A.S.B.).
Materials
| Large humane animal sling | Britz & Company | 002539 | Modified to include abdominal aperture |
| Adhesive patient return electrode – 9 inch | Medtronic | E7506 | – |
| Ranger blood & fluid warming system | 3M | 24500 | – |
| Lactated Ringer's fluid | Hospira | 0409-7953-09 | – |
| Force air warming device | 3M | 77500 | – |
| Duraprep solution with applicator, 26 ml (0.7% iodine povacrylex, 74% isopropyl alcohol | 3M | 8630 | – |
| Sterile disposable surgical towels | Medline | MDT2168286 | – |
| Ioban 2 incise drape | 3M | 6651EZSB | – |
| Disposable suction canister and tubing | Medline | DYND44703H | – |
| Button switch electrosurgical monopolar pencil | Medtronic | E2450H | – |
| Fine smooth straight bipolar electrosurgical forceps, 4 1/2 inch | Bovie | A826 | – |
| #15 blade | Miltex | 4-315 | – |
| #11 blade | Miltex | 4-311 | – |
| 4×4 surgical gauze | Dynarex | 3262 | – |
| Weitlaner self-retaining retractor, 8 inch | Miltex | 11-618 | – |
| Meyerding self-retaining retractor, 1×2 3/8 inch | Sklar | 42-2078 | – |
| Gelpi self-retaining retractor, 7 inch | Sklar | 60-6570 | – |
| Freer elevator, 5 mm | Medline | MDS4641518F | – |
| Bone wax | Ethicon | W31G | – |
| Spurling intervertebral disc rongeur, 3 mm | Sklar | 42-2852 | – |
| Spurling 45-degree, up-biting Kerrison rongeur, 2 mm | Medline | MDS4052802 | – |
| Leksell angled rongeur, 2 mm | Sklar | 40-4097 | – |
| Gelfoam, size 50 | Pfizer | AZL32301 | – |
| Cottonoid patty | Medtronic | 8004007 | – |
| Frazier suction tip, 6 Fr | Sklar | 50-2006 | – |
| Frazier suction tip, 10 Fr | Sklar | 50-2010 | – |
| Dandy blunt right angle nerve hook | Medline | MDS4005220 | – |
| Nylon suture, 6-0 | Ethicon | 697G | – |
| Castroviejo smooth micro needle holder | Medline | MDG2428614 | – |
| 22 gauge Quinke point spinal needle | Halyard Health | 18397 | – |
| 32 gauge CED needle with locking Luer hub | See comments | n/a | As in: Pleticha, J., Maus, T.P., Christner, J.A., Marsh, M.P., Lee, K.H., Hooten, W.M., Beutler, A.S. Minimally invasive convection-enhanced delivery of biologics into dorsal root ganglia: validation in the pig model and prospective modeling in humans. Technical note. J Neurosurg. 121(4), 851-8 (2014). |
| Polyethylene tubing, 5 feet | Scientific Commodities | BB31695-PE/05 | – |
| Monoject syringe, 3 ml | Kendall | SY15352 | – |
| NanoJet syringe pump | Chemyx | 10050 | – |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | – |
| Fast Green FCF | Sigma-Aldrich | F7252 | – |
| Bulb irrigation syringe | Medline | DYND20125 | – |
| Fine-toothed Adson forceps | Medline | MDS1000212 | – |
| Vicryl suture, 0 | Ethicon | J603H | – |
| Vicryl suture, 2-0 | Ethicon | J317H | – |
| Needle counter | Medline | NC20FBRGS | – |
| Steri-strip skin closure, 1/2×4 inch | 3M | R1547 | – |
References
- Millan, M. J. The induction of pain: An integrative review. Prog Neurobiol. 57 (1), 1-164 (1999).
- Burma, N. E., Leduc-Pessah, H., Fan, C. Y., Trang, T. Animal models of chronic pain: Advances and challenges for clinical translation. J Neurosci Res. , (2016).
- Pleticha, J., Maus, T. P., Beutler, A. S. Future directions in pain management: integrating anatomically selective delivery techniques with novel molecularly selective agents. Mayo Clin Proc. 91 (4), 522-533 (2016).
- Standring, S. . The anatomical basis of clinical practice. , (2005).
- Fischer, G., et al. Direct injection into the dorsal root ganglion: technical, behavioral, and histological observations. J Neurosci Methods. 199 (1), 43-55 (2011).
- Zhao, X., et al. A long noncoding RNA contributes to neuropathic pain by silencing Kcna2 in primary afferent neurons. Nat Neurosci. 16 (8), 1024-1031 (2013).
- Xu, Y., Gu, Y., Wu, P., Li, G. W., Huang, L. Y. M. Efficiencies of transgene expression in nociceptive neurons through different routes of delivery of adeno-associated viral vectors. Hum Gene Ther. 14 (9), 897-906 (2003).
- Puljak, L., Kojundzic, S. L., Hogan, Q. H., Sapunar, D. Targeted delivery of pharmacological agents into rat dorsal root ganglion. J Neurosci Methods. 177 (2), 397-402 (2009).
- Mason, M. R. J., et al. Comparison of AAV serotypes for gene delivery to dorsal root ganglion neurons. Mol Ther. 18 (4), 715-724 (2010).
- Jelicic Kadic, A., Boric, M., Kostic, S., Sapunar, D., Puljak, L. The effects of intraganglionic injection of calcium/calmodulin-dependent protein kinase II inhibitors on pain-related behavior in diabetic neuropathy. Neurosci. 256, 302-308 (2014).
- Greenberg, M. S. . Handbook of neurosurgery. , (2010).
- Yu, H., Fischer, G., Hogan, Q. H. AAV-mediated gene transfer to dorsal root ganglion. Methods Mol Biol. 1382, 251 (2016).
- Yaksh, T. L., et al. Pharmacology and toxicology of chronically infused epidural clonidine HCL in dogs. Toxicol Sci. 23 (3), 319-335 (1994).
- Federici, T., et al. Surgical technique for spinal cord delivery of therapies: demonstration of procedure in gottingen minipigs. J Vis Exp. (70), e4371 (2012).
- Lee, J. H. T., et al. A novel porcine model of traumatic thoracic spinal cord injury. J Neurotrauma. 30 (3), 142-159 (2013).
- Raore, B., et al. Cervical multilevel intraspinal stem cell therapy: assessment of surgical risks in Gottingen minipigs. Spine. 36 (3), e164 (2011).
- Riley, J., et al. Intraspinal stem cell transplantation in amyotrophic lateral sclerosis: A phase I safety trial, technical note, and lumbar safety outcomes. Neurosurg. 71 (2), 405-416 (2012).
- Olmarker, K., Holm, S., Rosenqvist, A., Rydevik, B. Experimental nerve root compression. A model of acute, graded compression of the porcine cauda equina and an analysis of neural and vascular anatomy. Spine. 16 (1), 61-69 (1991).
- Bobo, R. H., et al. Convection-enhanced delivery of macromolecules in the brain. Proc Natl Acad Sci U.S.A. 91 (6), 2076-2080 (1994).
- Lonser, R. R., Sarntinoranont, M., Morrison, P. F., Oldfield, E. H. Convection-enhanced delivery to the central nervous system. J Neurosurg. 122 (3), 697-706 (2015).
- Shen, J., Wang, H. Y., Chen, J. Y., Liang, B. L. Morphologic analysis of normal human lumbar dorsal root ganglion by 3D MR imaging. AJNR Am J Neuroradiol. 27 (0195–6108 (Print)), 2098-2103 (2006).
- Pleticha, J., et al. Minimally invasive convection-enhanced delivery of biologics into dorsal root ganglia: validation in the pig model and prospective modeling in humans. J Neurosurg. 121 (4), 851-858 (2014).
