Een retrograde implantatiebenadering voor peritoneale dialysekatheterplaatsing bij muizen
Summary
Dit artikel beschrijft wijzigingen van een procedure om een peritoneale dialysekatheter in een muizenmodel te implanteren om grote technische problemen te voorkomen die met de conventionele technieken worden waargenomen.
Abstract
Muizenmodellen worden gebruikt om verschillende aspecten van peritoneale dialyse (PD) te onderzoeken, zoals peritoneale ontsteking en fibrose. Deze gebeurtenissen veroorzaken peritoneaal membraanfalen bij mensen, wat een gebied van intensief onderzoek blijft vanwege de diepgaande klinische implicaties bij het beheer van patiënten met eindstadium nierziekte (ESKD). Ondanks het klinische belang van PD en de bijbehorende complicaties, lijden de huidige experimentele muizenmodellen aan belangrijke technische uitdagingen die de prestaties van de modellen in gevaar brengen. Deze omvatten PD-kathetermigratie en knikken en rechtvaardigen meestal eerdere verwijdering van de katheter. Deze beperkingen zorgen er ook voor dat een groter aantal dieren een studie moet voltooien. Om deze nadelen aan te pakken, introduceert deze studie technische verbeteringen en chirurgische nuances om vaak waargenomen PD-kathetercomplicaties in een muizenmodel te voorkomen. Bovendien wordt dit aangepaste model gevalideerd door peritoneale ontsteking en fibrose te induceren met behulp van lipopolysaccharide-injecties. In essentie beschrijft dit artikel een verbeterde methode om een experimenteel model van PD te maken.
Introduction
Eindstadium nierziektelast
Chronische nierziekte (CKD) is een wereldwijd gezondheidsprobleem1. Huidige schattingen suggereren dat meer dan 850 miljoen mensen wereldwijd een nierziekte hebben. De prevalentie van nierziekte verdubbelt bijna het aantal mensen met diabetes (422 miljoen) en is meer dan 20 keer de prevalentie van kanker (42 miljoen) of HIV / AIDS (36,7 miljoen) patiënten wereldwijd2. Ongeveer een op de zeven Amerikanen heeft CKD en twee op de 1.000 Amerikanen hebben ESKD die een niertransplantatie of dialyseondersteuning vereisen3. Gezien de escalerende last van ESKD wereldwijd, is het optimaliseren van dialysetechnologie cruciaal3.
Peritoneale dialyse
PD is een aanzienlijk onderbenutte modaliteit voor de behandeling van ESKD in de Verenigde Staten. Volgens het Renal Data System (USRDS) van de Verenigde Staten was het percentage prevalente PD-patiënten slechts 11% in 2020 4,5. PD biedt verschillende voordelen ten opzichte van in-center hemodialyse (HD), waaronder een betere kwaliteit van leven, minder kliniekbezoeken en een daling van de Medicare-uitgaven 6,7. Bovendien is PD een thuistherapie en wordt het geassocieerd met een veel lager risico op ernstige infecties zoals bacteriëmie en endocarditis die vaak verband houden met hemodialysekatheters. Bovendien kan PD snel worden gestart met een dringend startprotocol, waardoor de noodzaak voor dialyse-initiatie met inwonende vasculaire kathetersafneemt 8. PD wordt beschouwd als de voorkeursmethode voor dialyse in de pediatrische ESKD-populatie9.
Peritoneale stoornis geïnduceerd door peritoneale dialyse
PD omvat het introduceren van PD-vloeistof (dialysaat) in het peritoneum, wat resulteert in ontsteking en remodellering van het peritoneale membraan in de loop van de tijd. Peritoneale ontsteking veroorzaakt fibrose, culminerend in het potentiële verlies van ultrafiltratiemogelijkheden van het membraan in de loop van de tijd. Behoud van het peritoneale membraan is een belangrijke uitdaging bij PD, en verder onderzoek is van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de beste klinische praktijken beschikbaar zijn voor beoefenaars. Er zijn gevestigde muizenmodellen om het begrip van pathofysiologische mechanismen van peritoneale infectie en ontsteking, opgeloste stof, watertransportkinetiek en membraanfalen te helpen bevorderen; toch beperken technische problemen met de katheter deze modellen vaak10.
Analyseren van de peritoneale membraanveranderingen
Bij ESKD-patiënten wordt dialysaat traditioneel in de peritoneale holte geïntroduceerd via een Tenkhoff-katheter met een diepe en oppervlakkige manchet. De patiënten kunnen mogelijk kathetergerelateerde complicaties ervaren, waaronder kathetermigratie, infusiepijn en slechte drainage van het dialysaat 11,12,13. Twee belangrijke soorten peritoneale katheters zijn geïntroduceerd voor mensen, opgerold of recht, om deze complicaties te minimaliseren12. Verschillende wijzigingen, waaronder een extra manchet aan de conventionele katheters met twee manchetten, zijn toegevoegd aan de oorspronkelijke katheters om de overleving van de PD-katheter te verlengen11. De inbrengtechniek varieert afhankelijk van verschillende factoren door te voorkomen dat kathetermigratie na overleving wordt toegevoegd, waaronder de beschikbaarheid van de middelen en het expertiseniveau14.
Daarentegen hebben de muizenmodellen van peritoneale dialyse fundamentele verschillen in technieken en doel in vergelijking met menselijke peritoneale katheters. Peritoneale katheters in muizenmodellen worden bijvoorbeeld voornamelijk gebruikt om membraanveranderingen te bestuderen en zijn minder bedoeld voor bidirectionele drainagefuncties. De huidige techniek lijdt onder mogelijke port loslating en kathetermigratie als gevolg van de omgang met de dieren. In de conventionele muizenmodellen waren de toegangspoorten niet op de huid bevestigd. Dit aspect creëerde een onstabiele toegangspoort, die bij wakkere dieren los zou kunnen raken, wat resulteert in kathetermigratie. Gezien het belang van muizenmodellen in peritoneaal membraanonderzoek, is het noodzakelijk om effectieve chirurgische technieken te creëren om betrouwbare modellen te genereren. Daarom hebben we het conventionele model van PD-katheterplaatsing geoptimaliseerd. Het is belangrijk op te merken dat de katheter zelf histopathologische veranderingen in het peritoneale membraan veroorzaakt, en daarom moeten alle conclusies met betrekking tot het effect van PD-oplossingen in dierstudies in de context van de PD-katheter worden geïnterpreteerd als een vreemd lichaam 15,16,17.
Peritoneale membraan histopathologie
PD-falen is voornamelijk gerelateerd aan fibrose en overmatige angiogenese, wat resulteert in het verlies van een osmolaire concentratiegradiënt. Bovendien kan de peritoneale membraanfiltratiecapaciteit worden beïnvloed door peritonitis. Bovendien is infectieuze peritonitis een gevestigde oorzaak voor verandering in de dialysemodaliteit van peritoneale dialyse naar hemodialyse. 18.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er worden drie muizenmodellen van PD beschreven. Dit omvat een blinde punctie van het peritoneale oppervlak, een open-permanent systeem en een gesloten systeem10. De blinde punctie van het peritoneale oppervlak omvat directe peritoneale toegang vergelijkbaar met intraperitoneale injecties, maar staat geen drainage van dialysaat toe. Omdat het een geblindeerde procedure is, kan deze methode de abdominale viscerale organen verwonden. Het open-permanente systeemmodel houdt de dialysekatheter en insti…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door NIH 1R01HL132325 en R21 DK119740-01 (VCC) en AHA Cardio-oncology SFRN CAT-HD Center grant 857078 (VCC en SL).
Materials
| 10% heparin | Canada Inc., Boucherville, QC, Canada) | Pharmaceutical product | |
| Buprenorphine 0.3 mg/mL | PAR Pharmaceutical | NDC 42023-179-05 | |
| C57BL/6J mice | The Jackson Lab | IMSR_JAX:000664 | |
| CD31 | Abcam | Ab9498 | |
| Clamp | Fine Science Tools | 13002-10 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11002-12 | |
| Dumont #5SF Forceps | Fine Science Tools | 11252-00 | |
| Dumont Vessel Cannulation Forceps | Fine Science Tools | 11282-11 | |
| Fine Scissors – Large Loops | Fine Science Tools | 14040-10 | |
| Fisherbrand Animal Ear-Punch | Fisher Scientific | 13-812-201 | |
| Hill Hemostat | Fine Science Tools | 13111-12 | |
| Huber point needle | Access technologies | PG25-500 | Needle for injections |
| Isoflurane, USP | Covetrus | NDC 11695-6777-2 | |
| Lipopolysaccharide from E.coli | SIGMA | L4391 | |
| Microscope | Nikon Eclipse Inverted Microscope | TE2000 | |
| Minute Mouse Port 4French with retention beads and cross holes | Access technologies | MMP-4S-061108A | |
| Posi-Grip Huber point needles 25 G x 1/2´´ | Access technologies | PG25-500 | |
| Scissors | Fine Science Tools | 14079-10 | |
| Vicryl Suture | AD-Surgical | #L-G330R24 |
References
- Saran, R., et al. US Renal Data System 2019 Annual Data Report: Epidemiology of Kidney Disease in the United States. American Journal of Kidney Diseases. 75, 6-7 (2020).
- ESRD, U.S.R.D.S.M. 2017 USRDS Annual Data Report: Epidemiology of Kidney Disease in the United States, Bethesda, MD, National Institutes of Health, National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases. USRD. , (2017).
- Center of Disease Control, U.S.D.o.H.a.H.S. Chronic Kidney Disease in the United States, 2019. CDC Publications and Resources. , (2019).
- Cho, Y., et al. Peritoneal dialysis use and practice patterns: An international survey study. American Journal of Kidney Diseases. 77 (3), 315-325 (2021).
- Xieyi, G., Xiaohong, T., Xiaofang, W., Zi, L. Urgent-start peritoneal dialysis in chronic kidney disease patients: A systematic review and meta-analysis compared with planned peritoneal dialysis and with urgent-start hemodialysis. Peritoneal Dialysis International. 41 (2), 179-193 (2021).
- Gokal, R., Figueras, M., Olle, A., Rovira, J., Badia, X. Outcomes in peritoneal dialysis and haemodialysis–a comparative assessment of survival and quality of life. Nephrology Dialysis Transplantation. 14, 24-30 (1999).
- Gardezi, A. I., Sequeira, A., Narayan, R. Going home: Access for home modalities. Advances in Chronic Kidney Disease. 27 (3), 253-262 (2020).
- van de Luijtgaarden, M. W., et al. Trends in dialysis modality choice and related patient survival in the ERA-EDTA Registry over a 20-year period. Nephrology Dialysis Transplantation. 31 (1), 120-128 (2016).
- Schaefer, F., Warady, B. A. Peritoneal dialysis in children with end-stage renal disease. Nature Reviews. Nephrology. 7 (11), 659-668 (2011).
- Gonzalez-Mateo, G. T., Pascual-Anton, L., Sandoval, P., Aguilera Peralta, A., Lopez-Cabrera, M. Surgical techniques for catheter placement and 5/6 nephrectomy in murine Models of Peritoneal Dialysis. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (137), e56746 (2018).
- Chow, K. M., et al. Straight versus coiled peritoneal dialysis catheters: A randomized controlled trial. American Journal of Kidney Diseases. 75 (1), 39-44 (2020).
- LaPlant, M. B., et al. Peritoneal dialysis catheter placement, outcomes and complications. Pediatric Surgery International. 34 (11), 1239-1244 (2018).
- Al-Hwiesh, A. K. A modified peritoneal dialysis catheter with a new technique: Farewell to catheter migration. Saudi Journal of Kidney Diseases and Transplantation. 27 (2), 281-289 (2016).
- Crabtree, J. H., Chow, K. M. Peritoneal dialysis catheter insertion. Seminars Nephrology. 37 (1), 17-29 (2017).
- Flessner, M. F., et al. Peritoneal changes after exposure to sterile solutions by catheter. Journal of the American Society of Nephrology. 18 (8), 2294-2302 (2007).
- Kowalewska, P. M., Margetts, P. J., Fox-Robichaud, A. E. Peritoneal dialysis catheter increases leukocyte recruitment in the mouse parietal peritoneum microcirculation and causes Fibrosis. Peritonial Dialysis International: Journal of the International Society for Peritonial Dialysis. 36 (1), 7-15 (2016).
- Kowalewska, P. M., Patrick, A. L., Fox-Robichaud, A. E. Syndecan-1 in the mouse parietal peritoneum microcirculation in inflammation. PLoS One. 9 (9), 104537 (2014).
- Yanez-Mo, M., et al. Peritoneal dialysis and epithelial-to-mesenchymal transition of mesothelial cells. The New England Journal of Medicine. 348 (5), 403-413 (2003).
- Arinze, N. V., et al. Tryptophan metabolites suppress Wnt pathway and promote adverse limb events in CKD patients. The Journal of Clinical Investigation. 132 (1), (2021).
- Belghasem, M., et al. Metabolites in a mouse cancer model enhance venous thrombogenicity through the aryl hydrocarbon receptor-tissue factor axis. Blood. 134 (26), 2399-2413 (2019).
- Krediet, R. T. The peritoneal membrane in chronic peritoneal dialysis. Kidney International. 55 (1), 341-356 (1999).
- Gonzalez-Mateo, G. T., et al. Chronic exposure of mouse peritoneum to peritoneal dialysis fluid: structural and functional alterations of the peritoneal membrane. Peritonial Dialysis International: Journal of the International Society for Peritonial Dialysis. 29 (2), 227-230 (2009).
- Sukul, N., et al. Patient-reported advantages and disadvantages of peritoneal dialysis: results from the PDOPPS. BMC Nephrology. 20 (1), 116 (2019).
- Lu, Y., et al. A method for islet transplantation to the omentum in mouse. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (143), e57160 (2019).
- Gotloib, L., Wajsbrot, V., Shostak, A. A short review of experimental peritoneal sclerosis: from mice to men. The International Journal of Artificial Organs. 28 (2), 97-104 (2005).
- Tateda, K., Matsumoto, T., Miyazaki, S., Yamaguchi, K. Lipopolysaccharide-induced lethality and cytokine production in aged mice. Infection and Immunity. 64 (3), 769-774 (1996).
- Vila Cuenca, M., et al. Differences in peritoneal response after exposure to low-GDP bicarbonate/lactate-buffered dialysis solution compared to conventional dialysis solution in a uremic mouse model. International Urology and Nephrology. 50 (6), 1151-1161 (2018).
- Penar, J., et al. Selected indices of peritoneal fibrosis in patients undergoing peritoneal dialysis. Postepy Higieny Medycyny Doswiadczalnej (Online). 63, 200-204 (2009).
- Yung, S., Chan, T. M. Pathophysiological changes to the peritoneal membrane during PD-related peritonitis: the role of mesothelial cells. Mediators of Inflammation. 2012, 484167 (2012).
