Génération de rats hypoparathyroïdiens par parathyroïdectomie assistée par nanoparticules de carbone
Summary
Un modèle animal d’hypoparathyroïdie acquise (HypoPT) est crucial pour comprendre comment HypoPT affecte l’homéostasie des ions minéraux et pour vérifier l’efficacité des nouveaux traitements. Ici, une technique est présentée pour générer un modèle d’hypoparathyroïdie acquise (AHypoPT) chez le rat par parathyroïdectomie (PTX) en utilisant des nanoparticules de carbone.
Abstract
L’hypoparathyroïdie (HypoPT) est une maladie rare impliquant les glandes parathyroïdes qui se caractérise par une sécrétion ou une puissance réduite de l’hormone parathyroïdienne (PTH), ce qui entraîne des taux élevés de phosphore sérique et de faibles taux de calcium sérique. L’hypoPT résulte le plus souvent de dommages accidentels aux glandes ou de leur retrait lors d’une chirurgie thyroïdienne ou d’une autre chirurgie antérieure du cou. La chirurgie parathyroïdienne / thyroïdienne est devenue plus fréquente ces dernières années, avec une augmentation correspondante de la survenue de HypoPT en tant que complication postopératoire. Il existe un besoin critique d’un modèle animal HypoPT pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents aux effets de HypoPT sur l’homéostasie des ions minéraux et pour vérifier l’efficacité thérapeutique des nouveaux traitements. Ici, une technique est rapportée pour créer l’hypoPT acquis chez les rats mâles en effectuant une parathyroïdectomie (PTX) en utilisant des nanoparticules de carbone. Le modèle du rat est très prometteur par rapport aux modèles murins d’hypoparathyroïdie. Il est important de noter que la région de liaison au récepteur PTH humain présente une similitude de séquence de 84,2% avec celle du rat, ce qui est supérieur à la similitude de 73,7% partagée avec les souris. De plus, les effets des œstrogènes, qui peuvent affecter la voie de signalisation des récepteurs PTH/PTHrP, n’ont pas été pleinement étudiés chez les rats mâles. Les nanoparticules de carbone sont des traceurs lymphatiques qui colorent les ganglions lymphatiques thyroïdiens en noir sans affecter leur fonction, mais elles ne colorent pas les glandes parathyroïdes, ce qui les rend faciles à identifier et à enlever. Dans cette étude, les taux sériques de PTH étaient indétectables après PTX, ce qui a entraîné une hypocalcémie et une hyperphosphatémie significatives. Ainsi, l’état clinique de l’hypoPT postopératoire peut être remarquablement représenté dans le modèle du rat. Le PTX assisté par nanoparticules de carbone peut donc servir de modèle extraordinairement efficace et facilement réalisable pour étudier la pathogenèse, le traitement et le pronostic de l’hypoPT.
Introduction
L’hormone parathyroïdienne (PTH) est sécrétée par les glandes parathyroïdes. C’est un modulateur majeur de l’équilibre calcique, maintient le métabolisme du phosphate, et participe au renouvellement osseux 1,2. L’hypoparathyroïdie (HypoPT) se manifeste par une diminution de la sécrétion ou une perte fonctionnelle de PTH. Il s’agit d’une maladie endocrinienne rare, avec une prévalence d’environ 9 à 37 pour 100 000 années-personnes 3,4,5. HypoPT est caractérisé par une diminution des taux sériques de PTH et de calcium accompagnée d’une augmentation du phosphore sérique 6,7. L’hypoPT est classée en fonction de sa cause : hypoparathyroïdie acquise (AHypoPT) ou hypoparathyroïdie idiopathique (IHypoPT)8. L’AHypoPT est plus fréquemment rencontré dans la pratique clinique; environ 75% des cas d’AHypoPT sont causés par une résection ou une blessure accidentelle des glandes parathyroïdes lors d’une chirurgie de la thyroïde ou d’autres chirurgies de la tête et du cou. D’autres causes comprennent la radiothérapie et la chimiothérapie pour les tumeurs de la tête et du cou et la toxicité des médicaments 1,8. L’amélioration des méthodes de diagnostic et l’augmentation du dépistage des maladies associées à la glande thyroïde ont augmenté le nombre d’opérations chirurgicales de la glande thyroïde. Cela a conduit à une augmentation correspondantedes complications de la glande parathyroïde 9,10.
Des modèles animaux faciles à établir avec des caractéristiques stables sont nécessaires pour mieux étudier l’AHypoPT et vérifier l’efficacité thérapeutique des nouveaux traitements. La parathyroïdectomie (PTX) pratiquée sur des rats et des souris a été rapportée dans des études antérieures 6,11; Cependant, en raison de la taille extrêmement petite des glandes parathyroïdes et de la variabilité de leur distribution anatomique, le taux de réussite est relativement faible dans la pratique. Ainsi, la thyro-parathyroïdectomie (TPTX) (c’est-à-dire l’ablation totale de la thyroïde et des glandes parathyroïdes) est généralement réalisée pour assurer la résection des glandes parathyroïdes12. Cependant, les faibles niveaux de thyroxine qui en résultent peuvent compliquer les études avec ce modèle animal13. Les modèles hypoPT établis par d’autres méthodes, telles que la stimulation médicamenteuse et l’édition de gènes, ne peuvent pas représenter correctement la pathogenèse AHypoPT la plus courante. Notre groupe a précédemment utilisé des modèles de souris knockout pour marquer les glandes parathyroïdes et permettre l’ablation des glandes parathyroïdes sans endommager les glandes thyroïdes et les structures anatomiques environnantes14,15. Cependant, cette méthode utilise des modèles de souris transgéniques, qui nécessitent un temps de développement plus long en raison des exigences d’accouplement et de reproduction.
Par conséquent, nous avons cherché à établir un modèle facile à générer d’AHypoPT. Cette étude décrit un modèle de rat pour PTX utilisant le marquage des nanoparticules de carbone. Une suspension de nanoparticules de carbone de 50 mg/mL, couramment utilisée en chirurgie de la thyroïde, se répartit uniformément dans les glandes thyroïdes après injection locale16. Les glandes thyroïdes deviennent noires, mais les glandes parathyroïdes ne sont pas tachées17, ce qui distingue clairement les glandes parathyroïdes des glandes thyroïdes et permet d’effectuer le PTX sans affecter les glandes thyroïdes. Cette méthode convient aux rats d’âges différents. L’injection de la suspension de nanoparticules de carbone est sûre et a un effet négligeable sur la fonction thyroïdienne18. Le modèle de rat PTX marqué par des nanoparticules de carbone généré dans cette étude a montré des phénotypes significatifs d’hypocalcémie et d’hyperphosphatémie au cours de la période d’observation de 4 semaines. Ainsi, ce modèle AHypoPT est facile à établir et possède un phénotype reproductible.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les rapports épidémiologiques indiquent que la détection des maladies thyroïdiennes a considérablement augmenté et que le nombre de chirurgies connexes effectuées a augmenté en conséquence19,20. Le taux d’incidence de l’hypoparathyroïdie postopératoire est d’environ 7,6 %8,21, tandis que la morbidité accrue de l’hypoparathyroïdie acquise a fait en sorte que cette maladie rare attire davantage l’attention d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la subvention NSFC 81800928, le financement de la recherche de l’École / Hôpital de stomatologie de l’Université du Sichuan de Chine occidentale (No. RCDWJS2021-1) et la subvention de financement ouvert SKLOD-R013 du Laboratoire clé d’État des maladies bucco-dentaires.
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).
