Etablering af en enkel og effektiv rottemodel til intraoperativ billeddannelse af biskjoldbruskkirtlen
Summary
Hidtil er udviklingen af parathyroidkirtel (PG) identifikationsmetoder begrænset af manglen på dyremodeller i præklinisk forskning. Her etablerer vi en enkel og effektiv rottemodel til intraoperativ PG-billeddannelse og evaluerer dens effektivitet ved at bruge jernoxidnanopartikler som et nyt PG-kontrastmiddel.
Abstract
Parathyroidkirtel (PG) identifikation er et kritisk uopfyldt behov i thyroidektomi. Identifikationen af PG er udfordrende i skjoldbruskkirtlen kirurgi, da det er ens i farve til skjoldbruskkirtlen. Manglen på effektive dyremodeller i præklinisk forskning er en alvorlig begrænsning for udviklingen af PG-identifikationsteknikker. Denne protokol gør det muligt at etablere en enkel og effektiv rottemodel til PG-identifikation. I denne model injiceres sorte jernoxidnanopartikler (IONP’er) lokalt i skjoldbruskkirtlen og diffunderer hurtigt i skjoldbruskkirtlen, men ikke PG. En negativt farvet PG og en positivt farvet skjoldbruskkirtel kan let identificeres med det blotte øje uden at kræve eksterne mikroskoper. PG’s position kan identificeres ved at øge farvekontrasten mellem skjoldbruskkirtlen og PG, baseret på farven på de sorte IONP’er. Denne rottemodel er billig og praktisk til PG-identifikation, og IONP’erne er et nyt PG-kontrastmiddel.
Introduction
Parathyroidkirtel (PG) er små, ovale formede endokrine kirtler placeret i nakken på mennesker og andre hvirveldyr, som producerer og udskiller parathyroideahormoner for at regulere og balancere calcium- og fosforniveauer i blodet og i knoglerne1. Mennesker har normalt to par PG placeret bag skjoldbruskkirtlen lobes på variable steder; størrelsen af human PG måler typisk 6 mm x 4 mm x 2 mm, med en vægt på ca. 35-40 mg2. Fjernelse eller beskadigelse af PG forårsager hypoparathyroidisme (HP), en endokrin lidelse præget af hypokalcæmi og lave eller uopdagelige niveauer af parathyroidhormoner, som forårsager en bred vifte af symptomer fra krampelignende spasmer til misdannede tænder til kroniske nyresygdomme. Nogle af disse komplikationer er dødelige (f.eks. hjertesvigt og krampeanfald)3,4,5; PG er således afgørende for at regulere kroppens stofskifte og opretholde livet.
HP er en af de mest almindelige komplikationer efter operation i forreste hals, især i thyroidektomi, en veletableret helbredende behandling af kræft i skjoldbruskkirtlen, som er den mest almindelige endokrine kræft på verdensplan 6,7. Post-thyroidektomi HP er overvejende forårsaget af direkte traumer, iskæmi eller fjernelse af PG i kirurgi på grund af en alvorlig mangel på evne til pålideligt at skelne PG fra skjoldbruskkirtellobes og andre omgivende væv (f.eks. lymfeknuder og perifere fedtpartikler) i realtid i operationsrummet. I 2021 rapporterede Barrios et al. en gennemsnitlig PG-fejlsektionsrate på 22.4% inden for 1,114 thyroidektomitilfælde og endda erfarne kirurger, der havde en minimumsfejlrate på 7.7%8. Sådanne høje PG-fejlsnitsrater er i overensstemmelse med andre lignende rapporter 9,10,11. Således er forkert parathyroidektomi en uafhængig risikofaktor for forbigående og permanent postoperativ HP.
Udvikling af effektive intraoperative PG-identifikationsmetoder er nøglen til at imødekomme dette kritiske uopfyldte medicinske behov; Det har dog været stærkt begrænset af manglen på dyremodeller i præklinisk forskning. Til dato er de fleste intraoperative PG-identifikationsundersøgelser blevet udført på humane patienter og store dyr (f.eks. hunde)12, som er dyre og vanskelige at modtage etisk godkendelse, udvide emnenumre og gentage tests. I mellemtiden har musen, den mest almindeligt anvendte hvirveldyrmodel i biologisk forskning, ekstremt lille PG med en størrelse på mindre end 1 mm13. På grund af denne begrænsning er muse-PG-modeller sjældent blevet brugt i intraoperativ PG-identifikationsforskning.
Dette papir rapporterer etableringen af en enkel, ligetil og effektiv rottemodel til intraoperative PG-identifikationsundersøgelser. Vi undersøgte brugen af indfødte Sprague-Dawley (SD) rotter uden kirurgiske ændringer eller genteknologi som en pålidelig dyremodel til test af et PG-billeddannende kontrastmiddel, IONP’er, i en thyroidektomioperation. Denne rottemodel viser en fysiologisk struktur, der i høj grad ligner PG og det omgivende mikromiljø som hos mennesker, og størrelsen af rottens PG er stor nok til at blive visuelt detekteret sammenlignet med mus. De fleste rotter har en PG på hver side af skjoldbruskkirtlen. Enkelheden og effektiviteten af denne rottemodel er blevet demonstreret ved at udføre intraoperativ IONP-forstærket PG-billeddannelse i thyroidektomikirurgi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi demonstrerer en IONPs-guidet negativ billeddannelsesteknik af rotte PG ved hjælp af sorte IONP’er, som blev injiceret lokalt i midten af skjoldbruskkirtlen og diffunderet i skjoldbruskkirtlen, men ikke PG. Det muliggør klar identifikation af PG med blotte øjne uden hjælp af mikroskop. Selvom transgene mus med grønt fluorescerende protein selektivt udtrykt i PG er blevet rapporteret13, er modellen beskrevet i denne artikel mere ligetil at udføre. Det tager kun ~1 min pr. rotte efter injekt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af National Natural Science Foundation of China (NSFC) (82172598), Natural Science Foundation of Zhejiang Province, Kina (LZ22H310001), 551 Health Talent Training Project of Health Commission of Zhejiang Province, Kina, og Medical and Health Science and Technology Project of Zhejiang Province, China (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).
