Toegang tot het varkensbrein via high-speed pneumatische boorcraniectomie
Summary
Dit protocol beschrijft het uitvoeren van een craniectomie met behulp van een pneumatische boor met hoge snelheid op een 3 maanden oud Deens Landras-varken. De toegang wordt gemaakt door het voorhoofdsbeen en onthult de ventrale dura mater en de onderliggende hersenhelften. Deze procedure geeft toegang tot een groot deel van de varkenshersenen.
Abstract
Het gebruik van varkens als experimenteel diermodel is vooral relevant in neurowetenschappelijk onderzoek, aangezien het centrale zenuwstelsel van varkens en de mens (CZS) veel belangrijke functionele en architecturale eigenschappen delen. De verwachting is dan ook dat varkens een steeds belangrijkere rol zullen spelen in het toekomstige onderzoek naar verschillende neurologische aandoeningen. Hier wordt een methode beschreven om een anterieure craniectomie uit te voeren via het voorhoofdsbot van het varken. Na een incisie in de middellijn en de daaropvolgende blootstelling van het frontale bot van het varken, worden anatomische oriëntatiepunten gebruikt om de optimale locatie van de craniectomie te garanderen. Door het frontale bot voorzichtig en geleidelijk dunner te maken met een afgeronde boor, wordt een rechthoekige opening naar de dura mater en de onderliggende hersenhelften bereikt. De gepresenteerde methode vereist bepaalde chirurgische materialen, waaronder een pneumatische hogesnelheidsboor, en een zekere mate van chirurgische ervaring. Mogelijke complicaties zijn onder meer onbedoelde laesies van de dura mater of dorsale sagittale sinus. De methode is echter eenvoudig, tijdbesparend en biedt een hoge mate van reproduceerbaarheid voor onderzoekers. Als de techniek correct wordt uitgevoerd, wordt een groot deel van de onaangetaste varkenshersenen blootgelegd voor verschillende neuromonitoring of analyses.
Introduction
Over het algemeen worden diermodellen gebruikt wanneer praktische en/of ethische beperkingen het gebruik van menselijke patiënten om ziekten te onderzoeken of chirurgische methoden te testen, verbieden. Nieuwe diermodellen worden over het algemeen ontwikkeld om nieuwe kennis te leveren met translationele waarde voor menselijke omstandigheden. Knaagdieren worden vaak gebruikt vanwege praktische en financiële overwegingen, maar ze hebben een beperkte translationele waarde voor mensen, vooral vanwege substantiële anatomische verschillen. Varkens bieden echter verschillende voordelen ten opzichte van knaagdieren. Varkens delen niet alleen verschillende belangrijke anatomische, fysiologische, metabole en genetische kenmerken met mensen, maar de grootte van de orgaansystemen van varkens kan op gewicht worden afgestemd om op menselijke organen te lijken. Dit geeft varkens een unieke rol onder chirurgische diermodellen en in procedurele training4. Hoewel het gebruik van varkensmodellen bepaalde praktische en financiële capaciteiten vereist in vergelijking met het gebruik van knaagdieren, bieden varkens zowel een financieel als ethisch meer acceptabele optie in vergelijking met het gebruik van niet-menselijke primaten.
Het varkensbrein is van bijzonder belang in translationeel neurowetenschappelijk onderzoek. Ten eerste is de architectuur van het varkensbrein vergelijkbaar met die van het menselijk brein, aangezien beide overheersend zijn in de witte stof en gyrencephalisch 3,5,6. Ten tweede maakt de grotere hersenomvang bij varkens in vergelijking met knaagdieren het gebruik van chirurgische apparatuur en verschillende beeldvormingsmodaliteiten mogelijk die gelijkwaardig zijn aan die welke in klinische omgevingen worden gebruikt 7,8. Daarom zijn de afgelopen decennia verschillende varkensmodellen op grote schaal gebruikt in neurowetenschappelijk onderzoek9. De meeste van deze CZS-modellen voor varkens vereisen echter een directe analyse van hersenweefsel, die op verschillende manieren kan worden verkregen (bijv. implantatie van katheters of elektroden, weefselbiopten, enz.) 10. Aangezien de meeste van deze modaliteiten een zekere mate van instrumentalisering en directe toegang tot de hersenen vereisen, moeten verschillende benaderingen voor chirurgische toegang worden overwogen.
Deze methode omvat het uitvoeren van een anterieure craniectomie door het frontale bot bij een verdoofd vrouwelijk Deens landrasvarken van 3 maanden oud. Het algemene doel van dit manuscript is om een methode te beschrijven voor het blootleggen van een groot deel van de ventrale varkenshersenen door middel van een craniectomie met behulp van een pneumatische hogesnelheidsboor. De eerste stap is om het onderwerp in een geschikte positie te plaatsen met een opgeheven hoofd. Omdat de varkensschedel heel anders is dan die van mensen, omvat de tweede stap het plannen van de plaatsing van de craniectomie met behulp van verschillende anatomische oriëntatiepunten. De derde stap is om toegang te krijgen tot de onderliggende dura mater die beide hemisferen bedekt zonder deze te beschadigen.
Protocol
Representative Results
Discussion
De gedemonstreerde procedure omvat verschillende kritieke stappen. Ten eerste is de nauwkeurige planning van de locatie van de craniectomie cruciaal vanwege de samenstelling van de varkensschedel. Aangezien de dikte van het voorhoofdsbeen van het varken aan de zijranden toeneemt, kan het te zijdelings plaatsen van de opening11 het moeilijk maken om de dura mater te bereiken tijdens het boren. Bovendien is het belangrijk om de opening correct binnen de middellijn te lokaliseren om het risico op onb…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen onze dank uitspreken voor de steun en technische ervaring die wordt gedeeld door het personeel van het Biomedisch Laboratorium, Universitair Ziekenhuis van Aalborg, Denemarken.
Materials
| 10 mL plastic syrringes | Becton, Dickinson and Company | 303219 | |
| 107 Microdialysis pump | M Dialysis | P000127 | 107 Microdialysis Pump |
| 2 mL plastic syrringes | Becton, Dickinson and Company | 300928 | |
| 25 mm, 18 G needles | Becton, Dickinson and Company | 304100 | |
| Bair Hugger heater | 3M | B5005241003 | |
| Bair Hugger heating blanket | 3M | B5005241003 | |
| Batery for microdialysis pump | M Dialysis | 8001788 | Battery 6V, 106 & MD Pump |
| Dissector | Karl Storz | 223535 | Flattended 3 mm dissector |
| Endotracheal tube size 6.5 | DVMed | DVM-107860 | Cuffed endotracheal tube |
| Euthasol Vet | Dechra Veterinary Products A/S | 380019 | phentobarbital for euthanazia, 400 mg/mL |
| Farabeuf Rougine | Mahr Surgical | Flat headed rougine (12 mm) | |
| Foley Catheter 12 F | Becton, Dickinson and Company | D175812E | Catherter with in-built thermosensor |
| Intravenous sheath | Coris Avanti | Avanti Cordis Femoral Sheath 6 F | |
| Microdialysis brain catheters | M Dialysis | P000050 | membrane length 10 mm -shaft 100 mm 4/pkg |
| Microdialysis syringe | M Dialysis | 8010191 | 106 Pump Syringe 20/pkg |
| Microvials for microdialysis sampling | M Dialysis | P000001 | Microvials 250/pkg |
| Operating table | |||
| Pneumatic high-speed drill | Medtronic | Medtronic Midas Rex 7 drill | |
| Primus respirator | Dräger | Respirator with in-built vaporiser for supplementary Sevofluran anesthesia | |
| Rounded diamond drill | Medtronic | 7BA40D-MN | |
| Self-retaining retractor | World Precission Instruments | 501722 | Weitlander retractor, self-retaining, 14 cm blunt |
| Sterile Saline | Fresnius Kabi | 805541 | 1000 mL |
| Sterile surgical swaps | |||
| Surgical scalpel no 24 | Swann Morton | 5.03396E+12 | Swann Morton Sterile Disposable Scalpel No. 24 |
| Zoletil Vet | Virbac | Medical mixture for induction of anesthesia |
Referenzen
- Mariager, T., Bjarkam, C., Nielsen, H., Bodilsen, J. Experimental animal models for brain abscess: a systematic review. Br J Neurosurg. , (2022).
- Bassols, A., et al. The pig as an animal model for human pathologies: A proteomics perspective. Proteomics Clin Appl. 8, 715-731 (2014).
- Meurens, F., Summerfield, A., Nauwynck, H., Saif, L., Gerdts, V. The pig: A model for human infectious diseases. Trends Microbiol. 20 (1), 50-57 (2012).
- Swindle, M. M., Makin, A., Herron, A. J., Clubb, F. J., Frazier, K. S. Swine as models in biomedical research and toxicology testing. Vet Pathol. 49 (2), 344-356 (2012).
- Lind, N. M., et al. The use of pigs in neuroscience: Modeling brain disorders. Neurosci Biobehav Rev. 31 (5), 728-751 (2007).
- Hoffe, B., Holahan, M. R. The use of pigs as a translational model for studying neurodegenerative diseases. Front Physiol. 10, 838 (2019).
- Ettrup, K. S., et al. Basic surgical techniques in the göttingen minipig: Intubation, bladder catheterization, femoral vessel catheterization, and transcardial perfusion. J Vis Exp. 52, e2652 (2011).
- Bjarkam, C. R., Glud, A. N., Orlowski, D., Sørensen, J. C. H., Palomero-Gallagher, N. The telencephalon of the Göttingen minipig, cytoarchitecture and cortical surface anatomy. Brain Struct Funct. 222 (5), 2093-2114 (2017).
- Hou, N., Du, X., Wu, S. Advances in pig models of human diseases. Animal Model Exp Med. 5 (2), 141-152 (2022).
- Munk, M., Poulsen, F. R., Larsen, L., Nordström, C. H., Nielsen, T. H. Cerebral metabolic changes related to oxidative metabolism in a model of bacterial meningitis induced by lipopolysaccharide. Neurocrit Care. 29 (3), 496-503 (2018).
- Kyllar, M., et al. Radiography, computed tomography and magnetic resonance imaging of craniofacial structures in pig. J Vet Med C: Anat Histol Embryol. 43 (6), 435-452 (2014).
- Mariager, T., et al. Continuous evaluation of single-dose moxifloxacin concentrations in brain extracellular fluid, cerebrospinal fluid, and plasma: A novel porcine model. J Antimicrobial Chemother. , (2024).
.