Geração de Ratos Hipoparatireoides via Paratireoidectomia Assistida por Nanoparticle-Carbono
Summary
Um modelo animal de hipoparatireoidismo adquirido (HypoPT) é crucial para entender como o HypoPT afeta a homeostase de íons minerais e para verificar a eficácia de novos tratamentos. Aqui, uma técnica é apresentada para gerar um modelo de hipoparatireoidismo adquirido (AHypoPT) em ratos por paratireoidectomia (PTX) usando nanopartículas de carbono.
Abstract
O hipoparatireoidismo (HypoPT) é uma doença rara que envolve as glândulas paratireoides, caracterizada por uma reduzida secreção ou potência do paratormônio (PTH), o que leva a níveis elevados de fósforo sérico e baixos níveis de cálcio sérico. O hipoTP resulta mais comumente de danos acidentais às glândulas ou sua remoção durante a cirurgia da tireoide ou outra cirurgia do pescoço anterior. A cirurgia de paratireoide/tireoide tornou-se mais comum nos últimos anos, com um aumento correspondente na ocorrência de HipoTP como complicação pós-operatória. Há uma necessidade crítica de um modelo animal de HypoPT para entender melhor os mecanismos subjacentes aos efeitos do HypoPT na homeostase de íons minerais e verificar a eficácia terapêutica de novos tratamentos. Aqui, uma técnica é relatada para criar HypoPT adquirido em ratos machos realizando paratireoidectomia (PTX) usando nanopartículas de carbono. O modelo de rato mostra-se muito promissor em relação aos modelos de camundongos de hipoparatireoidismo. É importante ressaltar que a região de ligação do receptor PTH humano tem uma similaridade de sequência de 84,2% com a do rato, que é maior do que a similaridade de 73,7% compartilhada com camundongos. Além disso, os efeitos do estrogênio, que podem afetar a via de sinalização do receptor PTH/PTHrP, não foram totalmente investigados em ratos machos. As nanopartículas de carbono são traçadores linfáticos que mancham os linfonodos da tireoide de preto sem afetar sua função, mas não mancham as glândulas paratireoides, o que as torna fáceis de identificar e remover. Neste estudo, os níveis séricos de PTH foram indetectáveis após PTX, o que resultou em hipocalcemia e hiperfosfatemia significativas. Assim, o estado clínico do HypoTP pós-operatório pode ser notavelmente representado no modelo de ratos. A PTX assistida por nanopartículas de carbono pode, portanto, servir como um modelo extraordinariamente eficaz e prontamente implementável para estudar a patogênese, o tratamento e o prognóstico da HypoPT.
Introduction
O paratormônio (PTH) é secretado pelas glândulas paratireoides. É um importante modulador do balanço de cálcio, mantém o metabolismo do fosfato e participa da remodelaçãoóssea1,2. O hipoparatireoidismo (HypoTP) manifesta-se como diminuição da secreção ou perda funcional do PTH. É uma desordem endócrina rara, com prevalência de aproximadamente 9-37 por 100.000 pessoas-ano 3,4,5. O hipoTP é caracterizado pela diminuição dos níveis séricos de PTH e cálcio acompanhada de aumento do fósforo sérico 6,7. A hipoTP é classificada com base em sua causa: hipoparatireoidismo adquirido (AHypoPT) ou hipoparatireoidismo idiopático (IHypoPT)8. A TPH é mais comumente encontrada na prática clínica; cerca de 75% dos casos de AHypoPT são causados por ressecção ou lesão acidental das glândulas paratireoides durante cirurgia de tireoide ou outras cirurgias de cabeça e pescoço. Outras causas incluem radioterapia e quimioterapia para tumores de cabeça e pescoço e toxicidade de drogas 1,8. Métodos diagnósticos aprimorados e um aumento no rastreamento de doenças associadas à glândula tireoide aumentaram o número de operações cirúrgicas da glândula tireoide. Isso levou a um aumento correspondente nas complicações relacionadas à glândula paratireoide 9,10.
Modelos animais facilmente estabelecidos e com características estáveis são necessários para melhor investigar a AHypoPT e verificar a eficácia terapêutica de novos tratamentos. A paratireoidectomia (PTX) realizada em ratos e camundongos foi relatada em estudos anteriores 6,11; no entanto, devido ao tamanho extremamente pequeno das glândulas paratireoides e à variabilidade em sua distribuição anatômica, a taxa de sucesso é relativamente baixa na prática. Assim, a tireoparatireoidectomia (TPTX) (ou seja, a remoção total das glândulas tireoide e paratireoides) é geralmente realizada para garantir a ressecção das glândulas paratireoides12. No entanto, os baixos níveis de tiroxina resultantes podem complicar os estudos com esse modelo animal13. Modelos de hipoPT estabelecidos por outros métodos, como estimulação de drogas e edição gênica, não podem representar adequadamente a patogênese mais comum da AHypoPT. Nosso grupo utilizou previamente modelos knockout em camundongos para marcar as glândulas paratireoides e permitir a remoção das glândulas paratireoides sem danificar as glândulas tireoides e estruturas anatômicas adjacentes14,15. No entanto, este método utiliza modelos de camundongos transgênicos, que requerem um tempo de desenvolvimento maior devido às exigências de acasalamento e reprodução.
Portanto, nosso objetivo foi estabelecer um modelo de AHypoPT de fácil geração. Este estudo descreve um modelo de PTX em ratos usando marcação de nanopartículas de carbono. Uma suspensão de nanopartículas de carbono de 50 mg/mL, comumente utilizada em cirurgia de tireoide, distribui-se uniformemente nas glândulas tireoides após injeção local16. As glândulas tireoides ficam pretas, mas as paratireoides não são coradas17, distinguindo claramente as glândulas paratireoides das tireoides e permitindo que a PTX seja realizada sem afetar as glândulas tireoides. Este método é adequado para ratos de diferentes idades. A injeção da suspensão de nanopartículas de carbono é segura e tem efeito desprezível sobre a função tireoidiana18. O modelo de PTX marcado com nanopartículas de carbono em ratos gerado neste estudo mostrou fenótipos significativos de hipocalcemia e hiperfosfatemia durante o período de observação de 4 semanas. Assim, este modelo AHypoPT é fácil de estabelecer e tem um fenótipo reprodutível.
Protocol
Representative Results
Discussion
Relatórios epidemiológicos indicam que a detecção de doenças tireoidianas tem aumentado significativamente, e o número de cirurgias relacionadas realizadas tem aumentado emconformidade19,20. A taxa de incidência de hipoparatireoidismo pós-cirúrgico é de aproximadamente 7,6%8,21, enquanto o aumento da morbidade do hipoparatireoidismo adquirido fez com que essa doença rara ganhasse maior atenção da pesquisa.<sup class…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela concessão NSFC 81800928, financiamento de pesquisa da escola da China ocidental / Hospital da Universidade de Sichuan de estomatologia (No. RCDWJS2021-1), e o State Key Laboratory of Oral Diseases Open Funding grant SKLOD-R013.
Materials
| 0.9% Sodium Chloride Solution | Kelun Co. Sichuan, China | ||
| 10 µL 30G NanoFil Syringe | WPI | ||
| 6-0 polyglactin 910 suture with needle | Ethicon, Inc | J510G | |
| Calcium LiquiColor test | EKF | 0155-225 | For Ca2+ analysis |
| Carbon Nanoparticles Suspension Injection | Lummy, Chongqing, China | H20073246 | 1 mL : 50 mg |
| Creatinine (Cr) Assay kit ( sarcosine oxidase ) | Jiancheng, Nanjing, China | C011-2-1 | For creatinine analysis |
| Disposable Scalpel | Shinva, China | ||
| Dumstar Biology forceps | Shinva, China | ||
| Micro Dissecting Spring Scissors | Shinva, China | ||
| MicroVue Rat intact PTH ELISA | Immunotopics | 30-2531 | For the measurement of PTH in rat serum |
| Needle Holder | Shinva, China | ||
| Phosphorus Liqui-UV test | EKF | 0830-125 | For Pi analysis |
| Ply gauze | Weian Co. Henan, China | ||
| Povidone-Iodine | Yongan pharmaceutical Co.Ltd. Chengdu, China | ||
| Prism 9.0 (statistics and graphing software) | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/ | |
| Rat C-telopeptide of type I collagen (CTX-I) ELISA Kit | CUSABIO, Wuhan, China | CSB-E12776r | For CTX-I analysis |
| Rat Osteocalcin/Bone Gla Protein (OT/BGP) ELISA Kit | CUSABIO, Wuhan, China | CSB-E05129r | For osteocalcin analysis |
| Safety Single Edge Razor Blades | American Safety Razor Company | 66-0089 | |
| Sprague-Dawley Rats | 8 to 10 weeks old | ||
| Surgical Incise Drapes | Liangyou Co. Sichuan, China | ||
| Urea Assay Kit | Jiancheng, Nanjing, China | C013-2-1 | For urea analysis |
References
- Bilezikian, J. P., et al. Hypoparathyroidism in the adult: Epidemiology, diagnosis, pathophysiology, target-organ involvement, treatment, and challenges for future research. Journal of Bone and Mineral Research. 26 (10), 2317-2337 (2011).
- Bilezikian, J. P. Hypoparathyroidism. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 105 (6), 1722-1736 (2020).
- Underbjerg, L., Sikjaer, T., Mosekilde, L., Rejnmark, L. Postsurgical hypoparathyroidism-Risk of fractures, psychiatric diseases, cancer, cataract, and infections. Journal of Bone and Mineral Research. 29 (11), 2504-2510 (2014).
- Underbjerg, L., Sikjaer, T., Mosekilde, L., Rejnmark, L. The epidemiology of nonsurgical hypoparathyroidism in Denmark: A nationwide case finding study. Journal of Bone and Mineral Research. 30 (9), 1738-1744 (2015).
- Astor, M. C., et al. Epidemiology and health-related quality of life in hypoparathyroidism in Norway. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 101 (8), 3045-3053 (2016).
- Rodriguez-Ortiz, M. E., et al. Calcium deficiency reduces circulating levels of FGF23. Journal of the American Society of Nephrology. 23 (7), 1190-1197 (2012).
- Davies, B. M., Gordon, A. H., Mussett, M. V. A plasma calcium assay for parathyroid hormone, using parathyroidectomized rats. The Journal of Physiology. 125 (2), 383-395 (1954).
- Clarke, B. L., et al. Epidemiology and diagnosis of hypoparathyroidism. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 101 (6), 2284-2299 (2016).
- Liu, Y., Shan, Z. Expert consensus on diagnosis and treatment for elderly with thyroid diseases in China. Aging Medicine. 4 (2), 70-92 (2021).
- Sulejmanovic, M., Cickusic, A. J., Salkic, S., Bousbija, F. M. Annual incidence of thyroid disease in patients who first time visit department for thyroid diseases in Tuzla Canton. Materia Socio-Medica. 31 (2), 130-134 (2019).
- Liao, H. W., et al. Relationship between fibroblast growth factor 23 and biochemical and bone histomorphometric alterations in a chronic kidney disease rat model undergoing parathyroidectomy. PloS One. 10 (7), 0133278 (2015).
- Russell, P. S., Gittes, R. F. Parathyroid transplants in rats: A comparison of their survival time with that of skin grafts. The Journal of Experimental Medicine. 109 (6), 571-588 (1959).
- Sakai, A., et al. Osteoclast development in immobilized bone is suppressed by parathyroidectomy in mice. Journal of Bone and Mineral Metabolism. 23 (1), 8-14 (2005).
- 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).
- Bi, R., et al. Diphtheria toxin- and GFP-based mouse models of acquired hypoparathyroidism and treatment with a long-acting parathyroid hormone analog. Journal of Bone and Mineral Research. 31 (5), 975-984 (2016).
- Huang, Y., et al. Carbon nanoparticles suspension injection for photothermal therapy of xenografted human thyroid carcinoma in vivo. MedComm. 1 (2), 202-210 (2020).
- Zhang, R. J., Chen, Y. L., Deng, X., Yang, H. Carbon nanoparticles for thyroidectomy and central lymph node dissection for thyroid cancer. The American Surgeon. , (2022).
- Long, M., et al. A carbon nanoparticle lymphatic tracer protected parathyroid glands during radical thyroidectomy for papillary thyroid non-microcarcinoma. Surgical Innovation. 24 (1), 29-34 (2017).
- Li, Y., et al. Efficacy and safety of long-term universal salt iodization on thyroid disorders: Epidemiological evidence from 31 provinces of mainland China. Thyroid. 30 (4), 568-579 (2020).
- Powers, J., Joy, K., Ruscio, A., Lagast, H. Prevalence and incidence of hypoparathyroidism in the United States using a large claims database. Journal of Bone and Mineral Research. 28 (12), 2570-2576 (2013).
- Zihao, N., et al. Promotion of allogeneic parathyroid cell transplantation in rats with hypoparathyroidism. Gland Surgery. 10 (12), 3403-3414 (2021).
- Goncu, B., et al. Xenotransplantation of microencapsulated parathyroid cells as a potential treatment for autoimmune-related hypoparathyroidism. Experimental and Clinical Transplantation. , (2021).
- Jung, S. Y., et al. Standardization of a physiologic hypoparathyroidism animal model. PLoS One. 11 (10), 0163911 (2016).
- Chen, W., Lv, Y., Xie, R., Xu, D., Yu, J. Application of lymphatic mapping to recognize and protect parathyroid in thyroid carcinoma surgery by using carbon nanoparticles. Journal of Clinical Otorhinolaryngology, Head, and Neck Surgery. 28 (24), 1918-1920 (1924).
