Den Dünndarm der Ratte ins Visier nehmen: Langzeitinfusion in die Arteria mesenterica superior
Summary
Der Zugang zur Langzeitinfusion in der oberen Mesenterialarterie (SMA) von Ratten ist ein chirurgischer Eingriff, der aus der Kanülierung eines proximalen Astes der SMA besteht. Die Kanüle tritt aus der Bauchwunde aus und wird durch den subkutanen Raum zurück zur interskapulären Falte getunnelt.
Abstract
Die Arteria mesentericus superior kann beim Menschen durch minimalinvasive radiologische Katheterisierung der Oberschenkel- oder Achselarterie kanüliert werden. Die SMA-Kanülierung ist bei Ratten aufgrund der geringen anatomischen Abmessungen schwieriger. Ziel der Studie ist es, eine Operationstechnik zur Kanülierung der SMA bei Ratten zu beschreiben, um bei uneingeschränkten Tieren eine Langzeitinfusion von Medikamenten in das SMA-Gefäßbett durchzuführen, was nach der postoperativen Genesung für 24 Stunden zu einer hohen Katheterdurchgängigkeit führt.
Um das Risiko einer SMA-Thrombose oder Blutung aus dem direkten Zugang zu vermeiden, wird ein proximaler Ast der SMA isoliert, distal ligiert und mit einem 0,25 mm Polyurethan-Kapillarrohr kanüliert, dessen Spitze in der Nähe des Ursprungs der SMA aus der Aorta vorgeschoben ist. Die Kanüle wird dann subkutan in den Nacken des Tieres und durch die Haut über eine künstliche Klappe getunnelt. Der äußere Teil der Kanüle wird in ein halbstarres Stützsystem eingeführt und mit der kontinuierlichen Infusionspumpe außerhalb des Käfigs verbunden, wo sich die Ratte frei bewegen kann.
Die korrekte Positionierung der Kanüle wurde durch postoperative Angiographie und Autopsiebefunde nachgewiesen. Die Katheterdurchgängigkeit nach 24 Stunden Kochsalzinfusion in die SMA-Region wurde bei den meisten Ratten durch die vollständige Entladung der Pumpe und die Erkennung einer funktionellen Kanüle für die Blutentnahme oder Kochsalzinfusion sichergestellt.
Introduction
Die Arteria mesenterica superior (SMA) beim Menschen wie bei Ratten entspringt der Bauchaorta und versorgt den Darm mit arteriellem Blut vom Zwölffingerdarm bis zum proximalen Transversaldarm. Aus SMA entstehen zahlreiche Niederlassungen.
Nach der Kapillarperfusion wird der mesenteriale Kreislauf durch die Pfortader in die Leber abfließen, wo er dem Leberstoffwechsel unterzogen wird, bevor er wieder in den systemischen Kreislauf zurückgeführt wird. Die Kanülierung der SMA ist nützlich für diagnostische Zwecke, therapeutische Embolisation und Arzneimittelinfusion in selektiver oder kontinuierlicher Weise, um die Wirkung auf den Darm oder vor allem den Leberstoffwechsel und die chemische Clearance zu bewerten. Beim Menschen wird die minimalinvasive radiologische Katheterisierung der SMA zur endovaskulären Behandlung1 oder selektiven Arzneimittelinfusion2 unter Verwendung mehrerer perkutaner Ansätze wie transfemoraler oder transaxillärer Punktion und Kanülierung durchgeführt.
Es gibt Literaturberichte über verschiedene Techniken der Kanülierung der kleinen Bauchgefäße: die Vena mesenterica superior (SMV)3, die Arteria mesenterica inferior (IMA)4, den mesenterialen Lymphgang5, die Leberarterie6 oder Studien für ex vivo zur Darmperfusion7 bei Ratten. Im Vergleich zur Venenseite ist die Kanülierung der SMA bei Ratten aufgrund der gleichzeitigen Thrombose- und Blutungsrisiken bei hohem Druck viel anspruchsvoller. Insbesondere treten Probleme auf, wenn die Kanüle in Betrieb ist, wenn die Ratte aus der Narkose auf dem Operationsbett erwacht, und mehr, wenn das Experiment nach der Operation ein freies Tier in einem Käfig erfordert.
Eine kürzlich erschienene Arbeit hat die SMA-Kanülierung als Teil des Experiments (Blutdruckmessung) bei einem Tier unter Narkose beschrieben8. Es ist jedoch keine Technik zur chirurgischen Kanülierung der SMA zur Langzeitinfusion bei einem uneingeschränkten Tier beschrieben. Ziel dieses Manuskripts ist es, Schritt für Schritt eine Operationstechnik zur langfristigen Kanülierung der SMA durch einen proximalen Ast zu beschreiben, die die selektive Infusion von Medikamenten in das Mesenterialbett für mindestens 24 Stunden (und mehr) ermöglicht. Da eine gleichmäßige und robuste Kanülierung eine permanente Ligatur und einen dauerhaften Verschluss des Gefäßes erfordert, in das der Katheter eingeführt wird, vermeidet diese Technik stattdessen das direkte Einführen des Katheters in den SMA9 und nähert sich dem Gefäß durch die Kanülierung eines proximalen Astes, so proximal wie möglich zum Ursprung der SMA aus der Aorta. Die proximale Infusion ermöglicht es dem infundierten Arzneimittel, das breiteste anatomische Bett zu erreichen, ohne den Blutfluss durch das Hauptgefäß zu schließen.
Die Ratten-SMA-Kanülierungstechnik hat viele Anwendungen. Es wäre möglich, Arzneimittel selektiv im mesenteriellen arteriellen Kompartiment zu verabreichen, um eine lokale Wirkung auf gastrointestinaler Ebene zu erzielen und systemische Wirkungen und den hepatischen Arzneimittelstoffwechsel zu vermeiden. Das SMA-kanülierte Rattenmodell hat Vorteile gegenüber größeren Tiermodellen: Es ist kostengünstiger, ethisch vertretbar und es ist einfacher durchzuführen und zu erlernen. SMA-Kanülierungsoperationen sind auch im Rattenmodell im Vergleich zum Mausmodell einfacher durchzuführen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Hauptvorteil dieses Ratten-SMA-Infusionsmodells ist seine Standhaftigkeit und Haltbarkeit für mindestens 24 Stunden bei der überwiegenden Mehrheit der Tiere. Die Infusion von Antikoagulans kann dieses Zeitintervall verlängern. Das Modell ermöglicht eine zuverlässige Infusion von Medikamenten selektiv in der mesenterialen Region, die auf den Dünndarm und den proximalen Teil des Dickdarms abzielt.
Mehrere Schritte sind entscheidend für den Erfolg der Technik. Um eine Kanülierung in einem sehr kleinen Gefäß zu erreichen, ist es wichtig, Ratten mit einem Gewicht von mindestens 400 g auszuwählen. Geschlecht und Alter sind nicht relevant. Es ist auch wichtig, die richtigen chirurgischen Instrumente und die Art der Kanüle zu wählen. Hierbei wird eine kleinere Polyurethankanüle (0,4 mm O.D., 0,25 mm I.D.) 1 cm in die größere Kanüle (0,93 mm O.D., 0,5 mm I.D.) eingeführt, um einen funktionellen und nützlichen Katheter zu erhalten, der sowohl Verbindungen zur kleinen Arterie als auch zum größeren Infusionssystem ermöglicht.
Der erste chirurgische kritische Schritt ist die Reinigung der SMA und des für die Kanülierung identifizierten Astes aus dem umgebenden Fettgewebe (Schritt 3.5). Dies hilft, das Einführen der Kanüle zwischen dem Gewebe und der Arterie zu vermeiden, was ein häufiger Fehler ist. Dieser Reinigungsschritt ist jedoch schwierig, da der kleine Ast des SMA zerbrechlich und leicht zu beschädigen ist. Wenn der Ast verletzt ist, ist es möglich, die Blutung durch Ligatur zu stoppen und einen anderen proximalen Zweig zu wählen, um das Tier nicht zu verschwenden.
Um die Bildung von Luftblasen innerhalb der Kanüle zu verhindern und eine Gasembolie zu vermeiden, muss die Kanüle vor dem Einsetzen in den Ast bis zur Spitze mit Kochsalzlösung gefüllt werden. Um die Kanüle an Ort und Stelle zu sichern, muss die Anwendung des chirurgischen Fadens (4-0 Seide) zwischen der Einführstelle in die Arterie und der Kanülenspitze direkt auf dem Gefäß um den Katheter erfolgen. Der chirurgische Knoten muss fest genug sein, um die Kanüle zu fixieren, aber nicht zu fest, um sie zu verschließen (Schritt 3.12).
Der beste Weg, um eine korrekte Kanülierung zu gewährleisten, besteht darin, den Blutfluss durch die Kanüle zurück zu sehen (Schritt 3.10). Wenn dies nicht geschieht, kann dies in Bezug auf die Fehlerbehebung folgende Gründe haben:
die Kanüle wurde nicht korrekt in die Arterie eingeführt;
die Kanüle befindet sich in der Arterie, wird aber vom Knoten in einer falschen Position verdeckt;
die Kanüle befindet sich in der Arterie und eine Luftblase in der Kanüle verlangsamt den Fluss;
in der Kanüle hat sich ein Gerinnsel gebildet.
Eine falsche Einführung kann auf eine Kanülenpositionierung im Raum zwischen der Arterie und dem Fettgewebe zurückzuführen sein. In diesem Fall ist ein erneutes Einfügen erforderlich. Wenn der Knoten über dem Gefäß die Kanüle verdeckt, ist es möglich, sie sehr vorsichtig zu lösen und neu zu machen. Kleine Luftblasen im Katheter beeinträchtigen im Allgemeinen nicht die Kanülierung und sind nicht lebensbedrohlich; Wenn sich jedoch eine große Luftblase in der Kanüle befindet, ist es notwendig, die Kanüle mit der Spritze zurückzuziehen oder den Katheter in einem anderen Ast neu zu positionieren. Normalerweise ist es möglich, die Gerinnselbildung zu vermeiden und das Kanülenpatent zu behalten, indem während des Betriebs hin und wieder 0,2 ml Salzwurzeln infundiert werden.
Eine Einschränkung dieser Studie ist eine Unterbewertung der Durchgängigkeit der Kanüle bei längeren Infusionszeiten: Hier wurde eine 24-Stunden-Infusion durchgeführt, während Ratten in einem Stoffwechselkäfig untergebracht waren. Um eine längere Infusionsdauer zu erhalten, kann es sinnvoll sein, eine gerinnungshemmende Therapie anzuwenden, die in dieser Studie nicht verabreicht wird. Während der Infusion muss die Ratte jedoch im Stoffwechselkäfig untergebracht werden, da sie die einzige ist, die das Infusionssystem unterstützt. Dieser Ort ist unangenehm für das Tier, das bei längerer Behandlung gestresst sein könnte. Darüber hinaus wurde nur Kochsalzlösung zur Infusion verwendet, so dass es keine Ergebnisse über die spezifische Verabreichung von Arzneimitteln gibt. Eine Einschränkung der Methode ist die Unmöglichkeit, in die arteriellen Äste (falls vorhanden) über den für den Katheter verwendeten zu infundieren. Aus diesem Grund wird empfohlen, den nächstgelegenen Zweig der Aorta zu kanülieren.
Kein anderes Ratten-SMA-Langzeitinfusionsmodell für hemmungslose Tiere ist in der Literatur vorhanden. Im Vergleich zu dem vor vielen Jahren beschriebenen IMA-Kanülierungsmodell4 hat die hier beschriebene Technik ein breiteres experimentelles Ziel, da sie eine Arzneimittelinfusion im SMA-Perfusionsbereich ermöglicht und nicht auf den Dickdarm beschränkt ist. Kürzlich wurde zum ersten Mal die selektive Kanülierung eines Astes der SMA zur Infusion von Botulinumtoxin direkt in die arterielle Mesenterialregion verwendet, um die Wirkung auf die glatte Darmmuskulatur zu untersuchen10, aber viele andere Medikamente könnten in Zukunft getestet werden. Zum Beispiel können Antikoagulanzien infundiert werden, um Mesenterialthrombosen zu untersuchen, oder Medikamente mit einer intestinalen Mikrobiota-Wirkung11 oder sogar Medikamente für entzündliche Darmerkrankungen12. Die intraarterielle Infusion ist insbesondere für Studien zum Darmstoffwechsel nützlich, da die Arzneimittelwirkung auswertbar ist, bevor das Blut den Portalkreislauf durchläuft, wo es dem Leberstoffwechsel unterliegt.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken der Cen.Ri.S. (Centro di ricerche sperimentali) der Università Cattolica del Sacro Cuore in Rom für Genehmigungen.
Materials
| Crile-Wood Needle Holder | 2Biological Instruments | Tip Shape: Straight; Tip Width: 2 mm; Clamping Length: 14 mm; Lock: Yes; Scissors: No; Alloy / Material: Stainless Steel; Length: 15 cm; Serrated: Yes | |
| Extra Fine Graefe Forceps | 2Biological Instruments | Tip Width: 0.5 mm; Tip Dimensions: 0.5 x 0.5 mm; Alloy / Material: Stainless Steel; Length: 10 cm | |
| Luer Stub Adapter | BD Intramedic | 23 gauge for use with 427410 tubing | |
| Membrane valve | Biomed | Mod 617 | |
| Poliurethane Catheter | ENKI | external diameter: 0.4 mm, internal diameter: 0.25 mm | |
| Silastic Catheter Laboratory tubing | Healthcare industries | 508-002 | |
| Spring Scissors | 2Biological Instruments | Tip Shape: Angled; Tips: Sharp; Alloy / Material: Stainless Steel | |
| Student Surgical Scissors | 2Biological Instruments | Tip Shape: Straight; Alloy / Material: Student Stainless Steel; Serrated: No; Feature: Student Quality |
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