הערכת Biomaterials עבור הגדלת שלפוחית השתן באמצעות ניתוח Cystometric על מודלים מכרסם שונים
Summary
שלבי ניתוח של הגדלת שלפוחית השתן מתוארים באמצעות 3-D פיגומים במודלים Murine וחולדה. כדי לבדוק את היעילות של תצורות ביולוגי לשימוש הגדלת שלפוחית השתן, טכניקות cystometry הן ער הרדים מוצגים.
Abstract
תפקוד כליות ההתאפקות ואת השתן תלויים באופן קריטי על תפקוד תקין של שלפוחית השתן, אשר מאחסן שתן בלחץ נמוך ומוציאה אותו עם בדיוק ניצח התכווצות. מספר חריגות אורולוגית מולד ונרכש כולל שסתומים השופכה האחורי, גידול שפיר של הערמונית, ועל שלפוחית השתן neurogenic משני ספינה ביפידה / פגיעה בחוט השדרה יכול לגרום שיפוץ רקמות פתולוגי המוביל ציות לקוי ויכולת מופחתת 1. חסימה תפקודית או אנטומית בדרכי השתן קשורה לעתים קרובות עם תנאים אלה, והוא יכול להוביל בריחת שתן ופגיעה בכליות מ האחסון גדל ולחצים הרקה 2. השתלה כירורגית של חלקים במערכת העיכול כדי להרחיב את יכולת האיבר ולהפחית לחצים השלפוחית מייצג את האופציה העיקרית טיפול כירורגי בהפרעות אלה, כאשר הניהול הרפואי נכשל 3. עם זאת, גישה זו היא לעכבאד על ידי הגבלה של רקמות התורם זמין, והיא קשורה עם סיבוכים משמעותיים, כולל דלקת בדרכי השתן כרונית, הפרעה מטבולית, היווצרות אבנים בדרכי השתן, וכן גידול ממאיר משני 4,5.
המחקר הנוכחי בהנדסת רקמות שלפוחית השתן מתמקדת בעיקר על זיהוי תצורות ביולוגי אשר יכול לתמוך והתחדשות של רקמות באתרים פגם. קונבנציונאלי 3-D ויוצר תשתית נגזר פולימרים טבעיים וסינתטיים, כגון submucosa המעי הדק פולי חומצה גליקולית הראו הצלחה מסוימת לטווח קצר בתמיכה התחדשות שריר urothelial וחלק, כמו גם להקל על האחסון גדל איבר קיבולת הן בבעלי חיים והן המרפאה 6,7. עם זאת, ליקויים תקינות הפיגום biocompatibility מכונות לעתים קרובות לגרום סיסטיק מזיקה 8, התכווצות השתל 9, 10 ו הסתיידות, ובכך מגדילים את הסיכון לאי ספיקת השתל וצורך FO-R ניתוחים משניים. בנוסף, שחזור של מאפיינים הרקה נורמלי ניצול מבנים סטנדרטיים ביולוגי עבור cystoplasty הגדלת טרם הושג, ולכן המחקר והפיתוח של מטריצות הרומן אשר יכול למלא תפקיד זה היא זקוקה.
על מנת לפתח בהצלחה ולהעריך biomaterials אופטימליים הגדלת שלפוחית השתן קליני, מחקר יעילות תחילה יש לבצע בבעלי חיים סטנדרטיים בשיטות כירורגיות מפורטים והערכות תוצאה תפקודית. דיווחנו בעבר על שימוש במודל הגדלת שלפוחית השתן בעכברים כדי לקבוע את הפוטנציאל של fibroin מבוססי פיגומים משי לתווך התחדשות רקמות ותכונות הרקה תפקודית. 11,12 ניתוחים Cystometric של מודל זה הראו כי שינויים מבניים תכונות שתל מכני יכול להשפיע על תכונות urodynamic כתוצאה של שלפוחיות רקמות מהונדסות 11,12. חיובי correlations בין מידת התחדשות מטריקס בתיווך רקמות נקבע בהיסטולוגיה ותאימות יכולת תפקודית ומוערכת על ידי cystometry הודגמו במודל זה 11,12. תוצאות אלו ולכן עולה כי הערכות תפקודיות של תצורות ביולוגי בשלפוחית מערכות מכרסמים הגדלת יכול להיות בפורמט שימושי להערכת נכסים הפיגום והקמת ב היתכנות vivo לפני מחקרים בבעלי חיים גדולים פריסה קליני. במחקר הנוכחי, נציג בשלבים שונים של ניתוח הגדלת שלפוחית השתן בשני עכברים וחולדות באמצעות פיגומים משי ולהדגים טכניקות cystometry ער הרדים.
Protocol
Discussion
הערכות Cystometric של תצורות ביולוגי לאחר ההשתלה הגדלת שלפוחית השתן במודלים של בעלי חיים קטנים מייצג צעד חשוב אימות זיהוי מאפיינים מבניים מכני אופטימליות של עיצובים מטריקס לשימוש במצבים קליניים. במחקר זה, אנו מתארים שיטות ניתוחיות לביצוע הגדלת שלפוחית השתן אצל עכברים וחולדות, כמו גם טכניקות cystometric לקבוע מאפיינים urodynamic של איברים מהונדסים עבור הערכות תפקודיות. יש לנו שימוש בטכניקות אלה בניסויים רבים מעורבים שני עכברים וחולדות, עם כל ניסוי בהיקף של 30 מכרסמים + ללא בעיות משמעותיות. מעבדת המחקר שלנו היא קונגלומרט מגוון של מדענים בסיסיים ומנתחים רופא, מנתחים עם לפחות 5-6 שנים של אימונים לאחר ניתוח בוגר ביצע בהיבטים פרוצדורליים של ניסויים אלו.
ללא קשר לסוג ביולוגי בשימוש, די גדולfference משלים בין שלפוחית השתן בחולדות לעומת עכברים הוא בגודל של שלפוחית השתן. בשל גודל השלפוחית קטן יותר, דיסקציה ושילוב של ביולוגי הוא יותר קשה מבחינה טכנית על העכבר. כדי לסייע להדמיה, מיקרוסקופ כירורגי ניתן להשתמש. מאז בגודל של שלפוחית השתן בחולדות גדול, זה נוח יותר במצבים בהם אחד או יותר של ההליך חייב להתבצע על שלפוחית השתן (כגון הגדלת והמיקום של קטטר cystostomy). בנוסף, הפרוטוקול הנ"ל מתאר את השימוש של צינורות PE-50 עבור חולדה 13, עם זאת, צנתרים גודל גדולים עוד יותר, עד PE-100 נעשה שימוש, במיוחד עבור מחקרים ארוכי טווח 14. בעכברים, בקוטר קטן יותר, כגון צינורות PE-10 יכול להיות מנוצל 15,16, אך יש לזכור כי צינורות גמישים יותר, יותר לא יכול להעביר שינויים בלחץ כדי מתמר מדויק. כמו כן, שיטה חלופית להבטיח את הקטטר על dorsum (שלב 8 * לעיל) נעשית מיילCE עקב גודל קטן שלהם בגוף המחט עצה בוטה שווי IV הם מסורבלים מדי. החיסרון של זה הוא הצורך בהרדמה כדי לחלץ את סוף קטטר בכיס תת עורית לפני cystometry.
מחקרים הראו כי בימים הראשונים הראשונים (0-4 ימים) לאחר מיקום צנתרים את, cystometry גילה לחצים בשלפוחית השתן גבוהה עם פעילות יתר כרכים הרקה נמוכים. ממצאים אלה נראה לייצב סביב 6 עד היום 7 14,17 ועל כן, הוא כנראה עיתוי אידיאלי להערכת cystometric. עם זאת, רוב הדיווחים בספרות לבצע cystometry במהלך 3 הימים הראשונים של צנתור 18, זה מסביר את השינוי רחב בפרמטרים הנ"ל ביחס לעת. השארת צנתר suprapubic למשך יותר מ -3 ימים נושא עמו נלוות כגון הסיכון של אבנים, שליפה, זיהום, המטוריה לבין חסימה של קטטר בפסולת.
<בכיתה P = "jove_content"> שיעורי עירוי שונים במהלך cystometry תוארו מ 1-3mL/hr על עכברים 15,16 ו 10-11mL/hr לחולדות 13,19,20. שיעורי עירוי Supraphysiologic יכול לגרום ללחצים גבוהות שקר 14. אנו משתמשים בשיעור עירוי של 12.5 μL / דקה (0.75 mL / שעה) עבור עכברים 100 μL / דקה (6 מ"ל / שעה) של חולדות ההתקנה שלנו, אבל שיעור נמוך יותר יכול גם להיות מנוצל. הטמפרטורה של תמיסת מלח פיזיולוגית צריך להיות לפחות בטמפרטורת החדר, אם כי מלוחים חמים (37 מעלות) הוא אופטימלי יותר כדי למנוע פעילות יתר בשלפוחית השתן עורר עם הטמעת פתרון קר. ב cystometry ער, חשוב לאפשר ייצוב של דפוס הרקה כמו חיה בכלוב הופך להיות מותאם, אשר הניסיון שלנו דורש תקופה של ~ 10-20 דקות. בעקבות זאת, מחזורי השתנה רגילים ניתן להקליט על 45-120 דקות, או לכל הפחות 3-4 מחזורים הרקה. בעלי חיים יש לשים לב בזמן אמת מאז חיה הוא חופשי לזוזגרם וסיבוכים כגון סיבוב או מסתלסל של קטטר יכול לשנות ניתוח cystometric. הגבלת רעש סביבתי במהלך cystometry הוא הרצוי כדי להקטין תנועת בעלי חיים ממצאים הבאים. Cystometry מודע אין את הבעיות הנלוות כמו cystometry ער, אבל הרדמה רבים הוכחו לעכב את התכווצויות שלפוחית השתן ספונטניות. עיכוב זה מתאים ישירות למשך הזמן הצפוי של פעולה של תרופות הרדמה, כלומר, כאשר שוך אפקט הרדמה, התכווצויות ספונטניות לחדש 14. יתר על כן, הלחצים הנמדדים כאשר שלפוחית השתן עלה על גדותיו, היו מבחינה סטטיסטית גדולה יותר אצל חולדות הרדים, הן בחיים שלאחר המוות, המעיד על השפעה על תכונות ציות פסיבי של קיר שלפוחית השתן. השפעה זו נתפסת עם 21 pentobarbital, קטמין, ו chloralose IM / IP, בנוסף halothane שאף intrathecal nesacaine 14. מחקר מקיף יותר של חומרי הרדמה שונים confirמ 'זה ממצא עם דיכוי של רפלקס השתנה עבור הרדמה הן שאיפת (ו isoflurane methoxyflurane) ו ברביטורטים (pentobarbital ו thiobutabarbital) תחת הרדמה רמות מתונות 17. תופעה זו נצפתה עם רמות האור אפילו הרגעה או הרדמה של עם תרופות כגון פנטניל, דרופרידול ו-דיאזפם קטמין, וכמו במחקר הקודם, גם את השפעת ההרדמה נרגע, כך גם עיכוב 17. על הליך זה, urethane זריקות intraperitoneal ניתן להשתמש שכן הוכח כי השתנה רפלקס נשמר גם בעת המאפשר הרדמה נאותה 17,22. יתר על כן, השפעה הוא ציין לגבי הלחצים השתנה 23. מיקום קטטר Suprapubic עבור cystometry מתואר כאן, מאז צנתור intraurethral הוכח יש יותר לחץ בשלפוחית השתן עקומות ספיקות נמוכות בקנה אחד עם חסימת מוצא שלפוחית השתן יחסית 24.יתר על כן, צנתור intraurethral אפשרית רק אצל בעלי חיים רדומה וגם אז, צנתור יכול להיות קשה, במיוחד מכרסמים עכברים זכרים.לסיכום, הבחירה של איזה דגם להשתמש עבור הגדלת שלפוחית השתן ו / או ניתוח cystometric תלויה במטרות המחקר הספציפי. מבחינה טכנית מודל עכברוש בעל יתרון ברור על הסיבות שנדונו לעיל. עם זאת, המודל העכבר יכול לשמש במחקרים שבדקו את התפקידים של גנים המקודדים מוצרים ספציפיים הקצה במחלות של דרכי השתן, בשל הרגישות שלהם מניפולציה גנטית. זה לא אפשרי בדרך כלל עכברים.
Cystometry ער מחקה באופן המדויק ביותר את מצב פיזיולוגי נורמלי, שבו בעלי החיים האלה עוברים מחזורים השתנה שלהם, ולכן, סביר לתת להגדרה פיזיולוגי אמין יותר של תפקוד שלפוחית השתן. יתר על כן, משתנה בלבול של השפעות ישירות שלnesthetics על תפקוד שלפוחית השתן הוא התחמק.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקרים אלו מומנו, בין השאר, על ידי החולים לילדים בבוסטון קרן התרומות הכנסות אורולוגיה ואת מכוני הבריאות הלאומיים מענקים NIBIB P41-EB002520 (קפלן); NIDDK T32-DK60442 (פרימן); NIDDK 1K99-DK083616 (Mauney). אנו מכירים ד"ר פיטר Zvara מאוניברסיטת ורמונט לסיוע בהקמת טכניקה מיקום צינור cystostomy ו cystometry.
Materials
| Materials: | Description/Use: | |||
| Shaving shears | Preparation of rat/mouse for surgery | |||
| Sterile drapes, betadine, 70% ethanol, sterile gauze | Preparation of sterile surgical field | |||
| Instruments: | ||||
| Scalpel blade | Skin incision | |||
| forceps with teeth | Manipulating skin | |||
| Fine forceps | Atraumatic (no teeth), no serrations or with fine serrations to manipulate | |||
| Small needle driver | Sharp tissue dissection | |||
| Metzenbaum scissors | Bldder incision | |||
| Tenotomy scissors | For retraction sutures and to develop subcutaneous tunnel (cystostomy catheter) | |||
| Small curved clamps | Subcutaneous tunnel (cystostomy catheter) | |||
| Sutures: | ||||
| 6-0 polypropylene sutures | Bladder stay sutures and pursestring suture | |||
| 7-0 polyglactin suture | Anastomosis of scaffold to bladder | |||
| 4-0 polyglactin suture | Closure of muscle/skin | |||
| 3-0 or 4-0 Silk suture | Securing catheter tip to skin | |||
| Needles and syringes: | ||||
| 18 Gauge needle | Piercing the bladder for cystostomy catheter | |||
| 25 and 30 Gauge needles | Testing bladder for leakage | |||
| 1 mL saline filled syringe | ||||
| 22 Gauge blunt tip needle | ||||
| Cystostomy catheter: | ||||
| PE-50 tubing | ||||
| Lighter | Flaring PE-50 tubing | |||
| Small curved clamp | Developing subcutaneous tunnel | |||
| Cystometry: | ||||
| MLT844 ADInstruments data capture and LabChart software | Pressure data acquisition | |||
| Harvard 22 syringe pump (Harvard Apparatus, Holliston, MA) | Fluid infusion pump | |||
| Anesthetics (Unconscious cystometry): | ||||
| Isoflurane | Induction/maintenance of general anesthesia | |||
| Urethane | Unconconscious cystometry | |||
| Bupivicaine or equivalent | Local anesthesia | |||
| Meloxicam | Post-operative analgesia | |||
| Buprenorphine | Post-operative analgesia | |||
References
- Atala, A. Tissue engineering for bladder substitution. World. J. Urol. 18, 364-370 (2000).
- Roehrborn, C. G. Male lower urinary tract symptoms (LUTS) and benign prostatic hyperplasia (BPH). Med. Clin. North Am. 95, 87-100 (2011).
- Niknejad, K. G., Atala, A. Bladder augmentation techniques in women. Int. Urogynecol. J. Pelvic Floor Dysfunct. 11, 156-169 (2000).
- Hensle, T. W., Gilbert, S. M. A review of metabolic consequences and long-term complications of enterocystoplasty in children. Curr. Urol. Rep. 8, 157-162 (2007).
- Somani, B. K. Bowel dysfunction after transposition of intestinal segments into the urinary tract: 8-year prospective cohort study. J. Urol. 177, 1793-1798 (2007).
- Atala, A., Bauer, S. B., Soker, S., Yoo, J. J., Retik, A. B. Tissue-engineered autologous bladders for patients needing cystoplasty. Lancet. 367, 1241-1246 (2006).
- Sharma, A. K. A nonhuman primate model for urinary bladder regeneration using autologous sources of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Stem Cells. 29, 241-250 (2011).
- Chung, S. Y. Bladder reconstitution with bone marrow derived stem cells seeded on small intestinal submucosa improves morphological and molecular composition. J. Urol. 174, 353-359 (2005).
- Ashley, R. A. Regional variations in small intestinal submucosa evoke differences in inflammation with subsequent impact on tissue regeneration in the rat bladder augmentation model. BJU Int. 105, 1462-1468 (2010).
- Zhang, Y., Frimberger, D., Cheng, E. Y., Lin, H. K., Kropp, B. P. Challenges in a larger bladder replacement with cell-seeded and unseeded small intestinal submucosa grafts in a subtotal cystectomy model. BJU Int. 98, 1100-1105 (2006).
- Gomez, P. The effect of manipulation of silk scaffold fabrication parameters on matrix performance in a murine model of bladder augmentation. Biomaterials. 32, 7562-7570 (2011).
- Mauney, J. R. Evaluation of gel spun silk-based biomaterials in a murine model of bladder augmentation. Biomaterials. 32, 808-818 (2011).
- Persson, K. Spinal and peripheral mechanisms contributing to hyperactive voiding in spontaneously hypertensive rats. Am. J. Physiol. 275, 1366-1373 (1998).
- Yaksh, T. L., Durant, P. A., Brent, C. R. Micturition in rats: a chronic model for study of bladder function and effect of anesthetics. Am. J. Physiol. 251, 1177-1185 (1986).
- Pandita, R. K., Fujiwara, M., Alm, P., Andersson, K. E. Cystometric evaluation of bladder function in non-anesthetized mice with and without bladder outlet obstruction. J. Urol. 164, 1385-1389 (2000).
- Soler, R., Fullhase, C., Lu, B., Bishop, C. E., Andersson, K. E. Bladder dysfunction in a new mutant mouse model with increased superoxide–lack of nitric oxide. J. Urol. 183, 780-785 (2010).
- Matsuura, S., Downie, J. W. Effect of anesthetics on reflex micturition in the chronic cannula-implanted rat. Neurourol. Urodyn. 19, 87-99 (2000).
- Andersson, K. E., Soler, R., Fullhase, C. Rodent models for urodynamic investigation. Neurourol. Urodyn. 30, 636-646 (2011).
- Soler, R., Fullhase, C., Santos, C., Andersson, K. E. Development of bladder dysfunction in a rat model of dopaminergic brain lesion. Neurourol Urodyn. 30, 188-193 (2011).
- Streng, T., Santti, R., Andersson, K. E., Talo, A. The role of the rhabdosphincter in female rat voiding. BJU Int. 94, 138-142 (2004).
- Malmgren, A. Cystometrical evaluation of bladder instability in rats with infravesical outflow obstruction. J. Urol. 137, 1291-1294 (1987).
- Smith, P. P., Kuchel, G. A. Continuous uroflow cystometry in the urethane-anesthetized mouse. Neurourol. Urodyn. 29, 1344-1349 (2010).
- Cannon, T. W., Damaser, M. S. Effects of anesthesia on cystometry and leak point pressure of the female rat. Life Sci. 69, 1193-1202 (2001).
- Smith, P. P., Hurtado, E., Smith, C. P., Boone, T. B., Somogyi, G. T. Comparison of cystometric methods in female rats. Neurourol. Urodyn. 27, 324-329 (2008).
