Создание простой и эффективной модели крыс для интраоперационной визуализации паращитовидных желез
Summary
На сегодняшний день развитие методов идентификации паращитовидных желез (ПГ) ограничено отсутствием животных моделей в доклинических исследованиях. Здесь мы устанавливаем простую и эффективную модель крыс для интраоперационной визуализации ПГ и оцениваем ее эффективность, используя наночастицы оксида железа в качестве нового контрастного агента ПГ.
Abstract
Идентификация паращитовидной железы (ПГ) является критической неудовлетворенной потребностью в тиреоидэктомии. Идентификация ПГ является сложной задачей в хирургии щитовидной железы, поскольку она похожа по цвету на щитовидную железу. Отсутствие эффективных моделей на животных в доклинических исследованиях является серьезным ограничением для развития методов идентификации ПГ. Этот протокол позволяет создать простую и эффективную модель крыс для идентификации ПГ. В этой модели наночастицы черного оксида железа (ИОНП) вводятся локально в щитовидную железу и быстро диффундируют внутри щитовидной железы, но не ПГ. Отрицательно окрашенная ПГ и положительно окрашенная щитовидная железа могут быть легко идентифицированы невооруженным глазом, не требуя внешних микроскопов. Положение ПГ может быть идентифицировано путем увеличения цветового контраста между щитовидной железой и ПГ, основываясь на цвете черных ИОНП. Эта модель крыс является недорогой и удобной для идентификации PG, а IONP являются новым контрастным веществом PG.
Introduction
Паращитовидная железа (ПГ) представляет собой небольшие эндокринные железы овальной формы, расположенные на шее человека и других позвоночных, которые производят и секретируют паратиреоидные гормоны для регулирования и балансировки уровня кальция и фосфора в крови и в костях1. У людей обычно есть две пары ПГ, расположенные за долями щитовидной железы в переменных местах; размер человеческой ПГ обычно составляет 6 мм х 4 мм х 2 мм, при весе примерно 35-40 мг2. Удаление или повреждение ПГ вызывает гипопаратиреоз (НР), эндокринное расстройство, характеризующееся гипокальциемией и низкими или неопределяемыми уровнями паратиреоидных гормонов, которые вызывают широкий спектр симптомов от спазмоподобных спазмов до деформированных зубов и хронических заболеваний почек. Некоторые из этих осложнений являются фатальными (например, сердечная недостаточность и судороги)3,4,5; таким образом, ПГ имеет важное значение для регулирования метаболизма организма и поддержания жизни.
HP является одним из наиболее распространенных осложнений после операции на передней части шеи, особенно при тиреоидэктомии, хорошо зарекомендовавшем себя лечебном лечении рака щитовидной железы, который является наиболее распространенным эндокринным раком во всем мире 6,7. Посттиреоидэктомия HP преимущественно вызвана прямой травмой, ишемией или удалением PG в хирургии из-за серьезной неспособности надежно различать PG от долей щитовидной железы и других окружающих тканей (например, лимфатических узлов и периферических жировых частиц) в режиме реального времени в операционной. В 2021 году Barrios et al. сообщили о среднем уровне неправильного сечения ПГ в 22,4% в 1 114 случаях тиреоидэктомии и даже о опытных хирургах, у которых минимальная частота ошибок составляла 7,7%8. Такие высокие показатели расхождений в ПГ согласуются с другими аналогичными отчетами 9,10,11. Таким образом, неправильная паратиреоидэктомия является самостоятельным фактором риска транзиторной и постоянной послеоперационной НР.
Разработка эффективных интраоперационных методов идентификации ПГ является ключом к удовлетворению этой критической неудовлетворенной медицинской потребности; однако он был серьезно ограничен отсутствием моделей на животных в доклинических исследованиях. На сегодняшний день большинство интраоперационных исследований идентификации ПГ были проведены на людях и крупных животных (например, собаках)12, которые являются дорогостоящими и трудными для получения этического одобрения, расширения числа субъектов и повторных тестов. Между тем, мышь, наиболее часто используемая модель позвоночных в биологических исследованиях, имеет чрезвычайно маленький ПГ, размером менее 1 мм13. Из-за этого ограничения мышиные модели PG редко использовались в интраоперационных исследованиях идентификации PG.
В этой статье сообщается о создании простой, понятной и эффективной модели крыс для интраоперационных исследований идентификации ПГ. Мы исследовали использование местных крыс Sprague-Dawley (SD) без каких-либо хирургических модификаций или генной инженерии в качестве надежной модели на животных для тестирования контрастного вещества для визуализации PG, IONPs, в хирургии тиреоидэктомии. Эта модель крыс демонстрирует очень похожую физиологическую структуру ПГ и окружающей микросреды на человеческую, а размер ПГ крыс достаточно велик, чтобы его можно было визуально обнаружить по сравнению с размерами мышей. Большинство крыс имеют по одной ПГ с каждой стороны щитовидной железы. Простота и эффективность этой модели крыс были продемонстрированы путем выполнения интраоперационной визуализации ПГ с усилением IONP в хирургии тиреоидэктомии.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мы демонстрируем метод отрицательной визуализации ПГ крыс с использованием черных ИОНП, которые вводились локально в центр щитовидной железы и диффундировали внутри щитовидной железы, но не ПГ. Это позволяет четко идентифицировать ПГ невооруженным глазом без помощи какого-либо микро…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (NSFC) (82172598), Фондом естественных наук провинции Чжэцзян, Китай (LZ22H310001), Проектом по подготовке талантов в области здравоохранения 551 Комиссии по здравоохранению провинции Чжэцзян, Китай, и Проектом медицинских и медицинских наук и технологий провинции Чжэцзян, Китай (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).
