מיומנויות מיקרוכירורגיות של הקמת קנדול וריד הצוואר קבוע בחולדות עבור דגימת דם סדרתית של תרופה מנוהלת דרך הפה
Summary
טכניקות מיקרוכירורגיות מפורטות מודגמות כדי להקים מודל עכברוש קנביטציה וריד הצוואר לטווח ארוך יותר עבור איסוף דם רציף באותה חיה. פרמטרים פיזיולוגיים והמטולוגיים היו במעקב במהלך שלב ההתאוששות של החולדה. מודל זה יושם כדי ללמוד פרמקוקינטיקה של פוליפנול דרך הפה מבלי לגרום ללחץ בעלי חיים.
Abstract
דגימת דם בחיות מעבדה קטנות נחוצה לאופטימיזציה של עופרת פרמצבטית, אך יכולה לגרום נזק רב ומתח לבעלי חיים ניסיוניים, מה שעלול להשפיע על התוצאות. קנדול וריד הצוואר (JVC) בחולדות הוא מודל נפוץ לאיסוף דם חוזר, אך דורש הכשרה נאותה של מיומנויות ניתוח וטיפול בבעלי חיים. מאמר זה מפרט את ההליכים המיקרוכירורגיים להקמת ושמירה על מודל עכברוש JVC קבוע עם דגש ספציפי על מיקום ואיטום של צינורית הצוואר. החשיבות של ניטור פיזיולוגי (למשל, משקל גוף, מזון וצריכת מים) ופרמטרים המטולוגיים, הודגשה עם תוצאות שהוצגו במשך 6 ימים לאחר הניתוח במהלך התאוששות החולדה. פרופיל זמן ריכוז פלזמה סמים של חומצה אלגית פנול טבעי מנוהל דרך הפה נקבע במודל חולדת JVC.
Introduction
רכישה חוזרת ונשנית של דגימות דם מחיות מעבדה קטנות, כגון מכרסמים, שרקנים וארנבות, היא היבט חשוב לאופטימיזציה של עופרת פרמצבטית וגם להפחתת מספר בעלי החיים המשמשים במחקר 1,2. הצינור לפיתוח כלי אבחון חדשים וניסוחים תרופתיים (למשל, חיסון) דורש גישה לכמויות שונות של דם על מנת להעריך את החוסן והביצועים שלהם ב- vivo, כגון פרמקוקינטיקה (PK), רעילות ורגישות 3,4,5.
גישת המעבדה לאיסוף דגימות דם מסווגת באופן כללי לשני סוגים, כירורגיים ולא כירורגיים6. הגישה הלא-כירורגית קלה יחסית לתפיסה עבור החוקר, הכוללת טכניקות נפוצות, כגון ניקוב לב, ניקוב סינוס מסלולי ודימום של הווריד הספני והזנב. דגימת דם מרובה אפשרית על ידי כמה שיטות לא כירורגיות, אבל נפח המדגם הוא קטן והוא יכול לגרום פצע פיזי ומתח פסיכולוגי לבעלי החיים1. מצד שני, הגישה הכירורגית היא חלופה מועדפת לווניפונקטורה חוזרת ונשנית, והיא כוללת מיקום של צינורית זמנית או קבועה בכלי הדם של בעלי חיים 7,8,9. נפח הדם הגדול יכול להיות נסוג שוב ושוב דרך הצינורית בחולדות מודעות תוך הימנעות הלחץ והכאב עקב טכניקת הטיפול, ריסון, והרדמה 7,8,10,111. עם זאת, השתלת הצינורית דורשת חוקר מנוסה עם הכשרה נאותה על מנת לאסוף בהצלחה את הדם.
איסוף דם באמצעות קנסולציה וריד הצוואר (JVC) בחולדות היא השיטה הנפוצה ביותר ללמוד את התרופה PK 6,10,12,13. עם זאת, הקמת מודל חולדות JVC זקוקה לתרגול זהיר של מיומנויות מיקרו-כירורגיות וידע בטיפול ותחזוקה פוסט-כירורגיים. במיוחד, לאחר הניתוח, החולדה דורשת מתן משככי כאבים וזמן החלמה מספיק כדי להגיע למצב פיזיולוגי יציב לניסויים נוספים 13,14,15. למרות העלייה במשקל הגוף (כלומר, >10 גרם) הוא אינדיקטור תקף ומיושם בדרך כלל להתאוששות החולדה, זה לא נדיר כי החולדות יש מוות בלתי צפוי לאחר הניתוח עקב התייבשות, זיהום, ודלקת, אשר יכול להיות עדין להבחין בתחילת14,15. בנוסף, חסימת קטטר במודל JVC נותרה בעיה במהלך איסוף הדם.
הפרוטוקול הנוכחי הדגים בפירוט את ההליכים המיקרוכירורגיים עבור JVC בחולדה מרדימה עם דגש ספציפי על זיהוי, בידוד, ו cannulation של וריד הצוואר. החשיבות של ניטור פיזיולוגי והמטולוגי של החולדות במהלך שלב ההתאוששות מודגשת. לבסוף, דגימות דם סדרתיות נאספו דרך צנתר ורידים כדי ללמוד את PK של חומצה אלגית פנול טבעי מנוהל דרך הפה עם זמינות ביולוגית ירודה (כלומר, ריכוז מערכתי נמוך) כדי לאמת את מודל חולדת JVC.
Protocol
Representative Results
Discussion
שליטה בטכניקה של קנוניציה כלי דורש תרגול משמעותי ולמידה של הלקח מכל פעולה. Christakis ואח ‘ באמצעות ניתוח סכום מצטבר (CUSUM), מצא כי חוקר צריך לתרגל 200 חולדות על פני תקופה של שנה אחת לפני להיות מוכן להערכת PK של מועמדים לסמים20. עם זאת, זמן הפעולה הנדרש עבור cannulation הווריד יכול להיות מופחת ב?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס ‘82003692) כדי R.X. Zhang; מלגה אקדמית מובילה באוניברסיטה הפוליטכנית נורת’ווסטרן לר’ מיאו.
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 | Other | 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 |
References
- 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).
