הקמת מודל חולדות פשוט ויעיל להדמיית בלוטת יותרת התריס תוך ניתוחית
Summary
נכון להיום, הפיתוח של שיטות זיהוי בלוטת יותרת התריס (PG) מוגבל על ידי היעדר מודלים של בעלי חיים במחקר פרה-קליני. כאן, אנו מקימים מודל חולדות פשוט ויעיל להדמיית PG תוך ניתוחית ומעריכים את יעילותו על ידי שימוש בננו-חלקיקי תחמוצת ברזל כחומר ניגוד PG חדשני.
Abstract
זיהוי בלוטת יותרת התריס (PG) הוא צורך קריטי שלא נענה בכריתת בלוטת התריס. זיהוי PG מאתגר בניתוח בלוטת התריס מכיוון שהוא דומה בצבעו לבלוטת התריס. היעדר מודלים יעילים של בעלי חיים במחקר פרה-קליני מהווה מגבלה חמורה לפיתוח טכניקות זיהוי PG. פרוטוקול זה מאפשר הקמת מודל חולדות פשוט ויעיל לזיהוי PG. במודל זה, ננו-חלקיקים של תחמוצת ברזל שחורה (IONPs) מוזרקים באופן מקומי לבלוטת התריס ומתפזרים במהירות בתוך בלוטת התריס אך לא PG. PG מוכתם באופן שלילי ובלוטת תריס מוכתמת באופן חיובי ניתנים לזיהוי בקלות בעין בלתי ללא צורך במיקרוסקופ חיצוני. ניתן לזהות את המיקום של PG על ידי הגדלת ניגודיות הצבעים בין בלוטת התריס לבין PG, בהתבסס על הצבע של IONPs שחור. דגם חולדה זה הוא זול ונוח לזיהוי PG, וה-IONPs הם חומר ניגוד PG חדשני.
Introduction
בלוטת יותרת התריס (PG) היא בלוטות אנדוקריניות קטנות בצורת אליפסה הממוקמות בצווארם של בני אדם ובעלי חוליות אחרים, המייצרות ומפרישות הורמוני יותרת התריס כדי לווסת ולאזן את רמות הסידן והזרחן בדם ובעצמות1. לבני אדם יש בדרך כלל שני זוגות של PG הממוקמים מאחורי אונות בלוטת התריס במיקומים משתנים; גודל PG אנושי בדרך כלל מודד 6 מ”מ x 4 מ”מ x 2 מ”מ, עם משקל של כ 35-40 מ”ג2. הסרה או נזק של PG גורם hypoparathyroidism (HP), הפרעה אנדוקרינית המאופיינת hypocalcemia ורמות נמוכות או בלתי ניתנות לגילוי של הורמוני יותרת התריס, אשר גורמים למגוון רחב של תסמינים, החל התכווצויות כמו התכווצויות, שיניים מעוותות למחלות כליות כרוניות. חלק מהסיבוכים הללו הם קטלניים (למשל, אי ספיקת לב ופרכוסים)3,4,5; לפיכך, PG חיוני בוויסות חילוף החומרים של הגוף ובקיום החיים.
HP הוא אחד הסיבוכים השכיחים ביותר לאחר ניתוח צוואר קדמי, במיוחד בכריתת בלוטת התריס, טיפול מרפא מבוסס היטב לסרטן בלוטת התריס, שהוא הסרטן האנדוקריני הנפוץ ביותר בעולם 6,7. לאחר כריתת בלוטת התריס HP נגרמת בעיקר על ידי טראומה ישירה, איסכמיה, או הסרת PG בניתוח בגלל חוסר יכולת חמור להבחין באופן אמין PG מאונות בלוטת התריס ורקמות אחרות שמסביב (למשל, בלוטות לימפה וחלקיקי שומן היקפי) בזמן אמת בחדר הניתוח. בשנת 2021, Barrios et al. דיווחו על שיעור ממוצע של חתך שגוי PG של 22.4% בתוך 1,114 מקרים של כריתת בלוטת התריס, ואפילו מנתחים מנוסים עם שיעור שגיאות מינימלי של 7.7%8. שיעורי PG שגויים כה גבוהים עולים בקנה אחד עם דוחות דומים אחרים 9,10,11. לפיכך, כריתת בלוטת התריס השגויה היא גורם סיכון עצמאי ל- HP, חולף וקבוע לאחר הניתוח.
פיתוח שיטות יעילות לזיהוי PG תוך ניתוחי טומן בחובו את המפתח לטיפול בצורך רפואי קריטי זה שלא נענה; עם זאת, היא הוגבלה מאוד על ידי היעדר מודלים של בעלי חיים במחקר פרה-קליני. עד כה, רוב חקירות זיהוי PG תוך ניתוחיות בוצעו על חולים אנושיים ובעלי חיים גדולים (למשל, כלבים)12, שהם יקרים וקשים לקבלת אישור אתי, הרחבת מספרי הנבדקים ובדיקות חוזרות. בינתיים, לעכבר, מודל החוליות הנפוץ ביותר במחקר ביולוגי, יש PG קטן מאוד, עם גודל של פחות מ-1 מ”מ13. בשל מגבלה זו, דגמי PG של עכברים שימשו לעתים רחוקות במחקר זיהוי PG תוך ניתוחי.
מאמר זה מדווח על הקמת מודל חולדות פשוט, פשוט ויעיל למחקרי זיהוי PG תוך ניתוחיים. חקרנו את השימוש בחולדות מקומיות של Sprague-Dawley (SD) ללא כל שינויים כירורגיים או הנדסה גנטית כמודל אמין של בעלי חיים לבדיקת חומר ניגוד להדמיית PG, IONPs, בניתוח לכריתת בלוטת התריס. מודל החולדות הזה מדגים מבנה פיזיולוגי דומה מאוד של PG והמיקרו-סביבה הסובבת אותו לזה של בני אדם, והגודל של PG של חולדה גדול מספיק כדי שניתן יהיה להבחין בו חזותית בהשוואה לאלה של עכברים. לרוב החולדות יש PG אחד בכל צד של בלוטת התריס. הפשטות והיעילות של מודל חולדות זה הודגמו על ידי ביצוע הדמיית PG משופרת IONP תוך ניתוחית בניתוח לכריתת בלוטת התריס.
Protocol
Representative Results
Discussion
אנו מדגימים טכניקת הדמיה שלילית מונחית IONPs של PG חולדה באמצעות IONPs שחורים, אשר הוזרקו מקומית במרכז בלוטת התריס ופוזרו בתוך בלוטת התריס אך לא PG. הוא מאפשר זיהוי ברור של PG בעיניים בלתי ללא סיוע של מיקרוסקופ כלשהו. למרות שעכברים טרנסגניים עם חלבון פלואורסצנטי ירוק מבוטא באופן סלקטיבי ב-PG דווחו<s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (NSFC) (82172598), הקרן למדעי הטבע של מחוז ג’ג’יאנג, סין (LZ22H310001), פרויקט הכשרת כישרונות הבריאות 551 של ועדת הבריאות של מחוז ג’ג’יאנג, סין, ופרויקט המדע והטכנולוגיה הרפואיים והבריאותיים של מחוז ג’ג’יאנג, סין (2021KY110).
Materials
| alcohol | Li feng | 9400820067 | |
| anesthesia machine | RWD Company | R520IE | Machine number |
| blade | Daopian | TB-JZ-10# | |
| cylindrical pillow | made by ourselves | ||
| depilatory cream | Nair | TMG-001 | |
| electronic scale | Hong xingda | CN-HXD2 | |
| eosin | Thermo Fisher (Waltham, USA). | C0105S-2 | |
| erythromycin | Shuang ji (Beijing, China) | 200409 | |
| gauze | Fulanns | YY0331-2006 | |
| heating pad | Johon (ShenZhen,China) | JH-36-2006 | |
| hematoxylin | Thermo Fisher (Waltham, USA). | C0105S-1 | |
| insulin injection needle | Jiangyin NanquanMacromolecule | 20170702 | |
| iodophor cotton ball | HOYON | 19-6007 | |
| iron oxide nanoparticle solution | Zhongke Leiming Technology (Beijing, China) | Mag9110-05 | |
| isoflurane | Sigma Aldrich (St Louis USA). | 21112801 | |
| needle holder | Meijun | MH0587 | |
| operation table | BioJane | BJ-P-M | |
| paraformaldehyde solution | Biosharp | 21269333 | |
| rubber | G-CLONE | XT41050 |
|
| scanning machine | Olympus | Slideview VS200 | |
| surgical forceps | Suping | SPHC-0676 | |
| surgical knife handle | Aladdin | S3052-06-1EA | |
| surgical retractor | TOCYTO | 18-4010 | |
| surgical scissors | Suping | SPHC-0795 | |
| surgical towel | Along technology | YCKJ-RJ-036205 | |
| suture | Ethicon | SA84G | |
| suture with needle | Jinhuan (Shanghai,China) | F301 | |
| vascular forceps | Along technology | YCKJ-RJ-016218 | |
| Water Bath-Slide Drier | Hua su (Jinhua, China) | HS-1145 |
References
- Cope, O., Donaldson, G. A. Relation of thyroid and parathyroid glands to calcium and phosphorus metabolism. Study of a case with coexistent hypoparathyroidism and hyperthyroidism. The Journal of Clinical Investigation. 16 (3), 329-341 (1937).
- Mansberger, A. R., Wei, J. P. Surgical embryology and anatomy of the thyroid and parathyroid glands. Surgical Clinics of North America. 73 (4), 727-746 (1993).
- Koch, A., Hofbeck, M., Dorr, H. G., Singer, H. Hypocalcemia-induced heart failure as the initial symptom of hypoparathyroidism. Zeitschrift für Kardiologie. 88 (1), 10-13 (1999).
- Shoback, D. M., et al. Presentation of hypoparathyroidism: etiologies and clinical features. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 101 (6), 2300-2312 (2016).
- Arneiro, A. J., et al. Self-report of psychological symptoms in hypoparathyroidism patients on conventional therapy. Archives of Endocrinology Metabolism. 62 (3), 319-324 (2018).
- Olson, E., Wintheiser, G., Wolfe, K. M., Droessler, J., Silberstein, P. T. Epidemiology of thyroid cancer: a review of the national cancer database, 2000-2013. Cureus. 11 (2), 4127 (2019).
- Du, L., et al. Epidemiology of thyroid cancer: incidence and mortality in China, 2015. Frontiers in Oncology. 10, 1702 (2020).
- Barrios, L., et al. Incidental parathyroidectomy in thyroidectomy and central neck dissection. Surgery. 169 (5), 1145-1151 (2021).
- Sitges-Serra, A., et al. Inadvertent parathyroidectomy during total thyroidectomy and central neck dissection for papillary thyroid carcinoma. Surgery. 161 (3), 712-719 (2017).
- Sakorafas, G. H., et al. Incidental parathyroidectomy during thyroid surgery: an underappreciated complication of thyroidectomy. World Journal of Surgery. 29 (12), 1539-1543 (2005).
- Sahyouni, G., et al. Rate of incidental parathyroidectomy in a pediatric population. OTO Open. 5 (4), (2021).
- Erickson, A. K., et al. Incidence, survival time, and surgical treatment of parathyroid carcinomas in dogs: 100 cases (2010-2019). Journal of the American Veterinary Medical Association. 259 (11), 1309-1317 (2021).
- Bi, R., Fan, Y., Luo, E., Yuan, Q., Mannstadt, M. Two techniques to create hypoparathyroid mice: parathyroidectomy using GFP glands and diphtheria-toxin-mediated parathyroid ablation. Journal of Visualized Experiments. (121), e55010 (2017).
- Soulsby, S. N., Holland, M., Hudson, J. A., Behrend, E. N. Ultrasonographic evaluation of adrenal gland size compared to body weight in normal dogs. Veterinary Radiology & Ultrasound. 56 (3), 317-326 (2015).
- Zheng, W. H., et al. Biodegradable iron oxide nanoparticles for intraoperative parathyroid gland imaging in thyroidectomy. PNAS Nexus. 1 (3), 087 (2022).
