Dit artikel biedt een protocol en een begeleidende video voor de retrobulbaire sinusinjectie tot een totaal volume van 150 μL voor postnatale, juveniele en uitgelopen volwassen muizen. Deze procedure is bijzonder geschikt voor de injectie van kleine muizen (15 g) wanneer injectie van de staartader niet haalbaar is.
Hoewel injecties met staartaders vaak worden gebruikt als systemische toedieningsroute bij volwassen muizen, zijn retrobulbaire injecties een alternatieve methode voor systemische toediening met minder beperkingen. Ten eerste zijn staartaderinjecties (TVI’s) beperkt tot volwassen muizen waarbij de grootte van de staartader geschikt is voor toegang. Beperkt zijn tot het behandelen van volwassen muizen kan problematisch zijn bij het omgaan met muismodellen die de volwassenheid niet overleven. Ten tweede zijn TVI’s niet haalbaar voor muismodellen met fenotypes van groeiachterstand waarbij de muizen nooit de grootte bereiken van volwassen wildtype muizen. Daarom kunnen retrobulbaire injecties met succes worden gebruikt om zowel jonge als kleine volwassen muizen te behandelen. Ten slotte worden retrobulbaire injecties uitgevoerd onder anesthesie, wat minder belastend is voor de muizen dan TVI’s die gewoonlijk zonder verdoving worden uitgevoerd. Dit artikel presenteert een protocol en gedetailleerde instructies voor retrobulbaire injecties die kunnen worden gebruikt voor systemische toediening aan kleine en jonge muizen.
Muizenmodellen van genetische ziekten worden vaak gebruikt om de werkzaamheid van kleine molecuul-, genetische en celtherapieënaan te tonen. Bij muizen is de meest gebruikte methode om systemische toediening aan mensen na te bootsen de staartaderinjectie (TVI), die meestal wordt uitgevoerd bij volwassen muizen op een leeftijd van ongeveer 6-8 weken om ervoor te zorgen dat de ader groot genoeg is om toegang te krijgen. TVI is met succes gebruikt in tal van preklinische proof-of-principle-studies van genetische ziekten, zoals hemofilie, die klinische proeven bij mensen voor gentherapie hebben ondersteund2. Veel muizenmodellen van genetische ziekten hebben echter groei- en/of vroege letaliteitsfenotypes, waardoor ze niet de leeftijd of grootte van een volwassen muis kunnen bereiken (Figuur 1). Het behandelen van dergelijke muizen via TVI kan uiterst moeilijk, zo niet onmogelijk zijn, afhankelijk van de leeftijd van dodelijkheid en/of de maximale grootte die de dieren kunnen bereiken.
Daarentegen kan systemische toediening van een therapeutisch middel door retrobulbaire (vaak en ten onrechte retro-orbitale genoemd) sinusinjectie vrij gemakkelijk worden gedaan bij muizen, ongeacht leeftijd of grootte3. Retrobulbaire injecties van adeno-geassocieerd virus (AAV) zijn met succes gebruikt in jonge groeiachterlijke muizenmodellen van genetische ziekten, zoals methylmalonzuuracidemie (MMA) en Niemann-Pick type C-ziekte 4,5,6,7,8. (Deze procedure kan ook worden gebruikt om pasgeborenen 3,4,9,10 te injecteren; deze techniek wordt echter niet beschreven in dit protocol of de bijbehorende video.) Zelfs zeer giftige stoffen zoals doxorubicine kunnen veilig worden toegediend door retrobulbaire injectie11,12. In tegenstelling tot TVI worden muizen verdoofd tijdens retrobulbaire sinusinjecties, wat de procedure minder belastend maakt voor de muis en gemakkelijker voor de operator die de muis niet fysiek in bedwang hoeft te houden13,14. Een extra zorg is dat TVI vaak een warmtelamp gebruikt om de staartader te verwijden, wat mogelijk uitdroging zou kunnen veroorzaken bij jonge muizen en problematisch zou kunnen zijn in muizenmodellen van genetische ziekten die meer verdacht zijn van hittegerelateerde stress. Een ander probleem dat zich kan voordoen bij het gebruik van TVI is dat de staartader bijzonder uitdagend kan zijn om te visualiseren op sterk gepigmenteerde muizen. Net als TVI resulteren retrobulbaire sinusinjecties echter in een brede systemische biodistributie 15,16.
Hoewel retrobulbaire injectie een betrouwbare methode is om kleine moleculen, eiwitten en genomische therapieën toe te dienen, is het oefenen van de techniek met een kleurstof noodzakelijk om ervoor te zorgen dat een betrouwbare en reproduceerbare systemische toediening wordt bereikt. Het gebruik van een kleurstof wordt ten zeerste aanbevolen voor het oefenen van retrobulbaire injecties bij muizen voordat deze toedieningsroute in experimenten wordt gebruikt. Kleurstoffen kunnen visueel worden gecontroleerd in de muizenweefsels om een consistente systemische afgifte te garanderen.
In onze demonstratie van de retrobulbaire injectietechniek werd isofluraangas gebruikt om de muizen voorafgaand aan de procedure te verdoven. Andere vormen van anesthesie kunnen voorafgaand aan de procedure worden gebruikt, maar het is belangrijk ervoor te zorgen dat de muis niet herstelt van de sedatie voordat de injectie is voltooid. Gelukkig duurt de daadwerkelijke injectie meestal minder dan een minuut en is de tijd waarin de muis volledig verdoofd moet worden kort. De muis moet tijdens de injectie volledig worden verdoofd en de anesthesie moet opnieuw worden toegediend als de muis vóór de injectie bij bewustzijn komt. Aangezien er risico’s verbonden zijn aan het gebruik van anesthesie, moet de tijdsduur dat de muis wordt verdoofd tot een minimum worden beperkt. We hebben geen problemen gehad met het gebruik van isofluraan om kleine zieke muizen met methylmalonzuur- en propionzuuracidemie te verdoven. Sommige muismodellen kunnen echter gevoeliger zijn voor sedatie en bepaalde anesthesie. Dit mogelijke probleem moet in overweging worden genomen voordat wordt geprobeerd sedatie in een onderzoek te gebruiken. Ten slotte vermindert het gebruik van sedatie in combinatie met de retrobulbaire injectie het schijnbare leed dat de muis tijdens het injectieproces vertoont aanzienlijk in vergelijking met TVI, waar sedatie niet vaak wordt gebruikt.
We hebben geen problemen na injectie waargenomen, hoewel infectie een potentieel risico is bij elke injectie. Om de kans op infectie te verkleinen, worden een steriele wegwerpspuit voor eenmalig gebruik en steriele PBS gebruikt om de gezuiverde AAV te verdunnen. Alle muizen in onze dierenfaciliteit worden dagelijks gecontroleerd op tekenen van mogelijke gezondheidsproblemen en krijgen veterinaire zorg om eventuele gezondheidsproblemen aan te pakken wanneer dat gerechtvaardigd is.
Het alternatief voor retrobulbaire sinusinjectie en de meer algemeen gebruikte methode van systemische toediening aan juveniele en volwassen muizen is TVI. TVI en retrobulbaire sinusinjectie resulteren in een vergelijkbare biodistributie in het geval van kleine moleculen en antilichamen, en door extrapolatie zou hetzelfde worden verwacht voor virale vectoren15,16. In de literatuur zijn echter geen voorbeelden te vinden waarin de systemische afgifte van gentherapievectoren door TVI en retrobulbaire sinusinjectie wordt vergeleken. Naar onze mening zijn retrobulbaire sinusinjecties gemakkelijker uit te voeren bij muizen met een verminderd groeifenotype en/of vroege letaliteit.
TVI wordt vaak beschouwd als meer analoog aan systemische bevalling bij mensen, ondanks dat mensen een retrobulbaire sinus hebben maar geen staart. In één opzicht lijkt de retrobulbaire sinusinjectie op menselijke systemische toediening, in die zin dat de injectant het bovenste veneuze systeem binnenkomt op dezelfde manier als wanneer een injecterend middel aan een mens wordt toegediend door een perifeer ingebrachte centrale katheter (PICC-lijn) of een intraveneuze katheter die in de arm wordt geplaatst. Omgekeerd komt de injectant na injectie van de staartader in het onderste veneuze systeem van een muis. Helaas repliceert geen van deze methoden precies de methode(n) die worden gebruikt voor systemische toediening bij mensen, maar beide zijn effectieve methoden voor systemische toediening bij muizen.
The authors have nothing to disclose.
We waarderen de hulp van het personeel van de NHGRI-muisfaciliteit, het NCI Molecular Pathology Lab en vooral Andrew Warner. R.J.C. wordt ondersteund door het Intramural Research Program van de NHGRI via 1ZIAHG200318-16 en dit werk werd gedeeltelijk gefinancierd door het National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS). Figuur 2C is gemaakt met BioRender.
AAV8-CAG-eGFP | Univ. Penn. Vector Core | Special order | alternative sources of AAV reporters and alternative AAV reporters are available |
Barrier (Filter) Tips, 20 μL size | ThermoFisher | AM12645 | for diluting AAV to disire injection volume and concentration |
Barrier (Filter) Tips, 100 μL size (sterile) | ThermoFisher | AM12648 | for diluting AAV to disire injection volume and concentration |
Dual Prodedure Circuit | VetEquip | 921400 | alternative anesthesia method can be used |
Gilsen PIPETTEMAN Classic P20 pipette | Gilson | F123600 | for diluting AAV to disire injection volume and concentration |
Gilsen PIPETTEMAN Classic P100 pipette | Gilson | F123615 | for diluting AAV to disire injection volume and concentration |
Hand warmers (HOTHANDS) | ULINE | S-1497B | to keep mouse warm while anesthesized |
Insulin syringes, 31 G, 8 mm length, 3/10 mL capacity | Becton Dickson | 328438 | used in video; one syringe per injection |
Isoflurane (Fluriso) | VETONE | 502017 | alternative anesthesia can be used |
Medline Protection Plus Disposable Underpads | ThermoFisher | 23-666-062 | to place mouse on durring injection |
Oak Ridge Phlebotomy Sharps Container With Transparent Lid | ThermoFisher | 22-730-434 | for needle disposal |
Phosphate buffered saline PBS, pH 7.4 | Gibco | 10010023 | To dilute AAV to desired concencentration and volume |
Snap Cap Low Retention Microcentrifuge Tubes (sterile) | ThermoFisher | 3451 | for diluting AAV to disire injection volume and conentration |
Sterile gauze sponge 4"x"4 | Covidien | 3033 | |
Table-Top laboratory animal anesthesia system (LAAS) | VetEquip | 901806 | alternative anesthesia method can be used |
Trecaine Hydrochloride Ophthalmic (0.5%) | Ocenanside Pharmaceuticals | AK102D5DS | local anesthetic |
Tuberculin syringe with a 27.0 G (or smaller) | Any | N/A | alternative to insulin syringe used in video |
VetEquip’s User Guide and Operating Manual for table top and mobile Laboratory Animal Anesthesia System. | VetEquip | chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.vetequip.com/pdfs/LAAS%20Manual.pdf | link to users guide and manual |
.