Induktion der lumbalen Bandscheibendegeneration bei Kaninchen durch einen transabdominalen Zugang

Zusammenfassung

Hier beschreiben wir ein chirurgisches Protokoll mit Nadelpunktion, um eine lumbale Bandscheibendegeneration bei Kaninchen über einen transabdominalen Zugang festzustellen. Radiologische Kontrollen und histologische Analysen bestätigten die erfolgreiche Etablierung der lumbalen Bandscheibendegeneration.

Zusammenfassung

Schmerzen im unteren Rückenbereich sind ein äußerst häufiges medizinisches Problem in der Bevölkerung weltweit. Eine der Hauptursachen für Schmerzen im unteren Rücken ist die Bandscheibendegeneration (IVD). Ein ideales Tiermodell der IVD-Degeneration ist unerlässlich, um die Pathophysiologie von Schmerzen im unteren Rückenbereich zu untersuchen und mögliche therapeutische Strategien zu untersuchen. Kaninchenmodelle sind zuverlässige, wirtschaftliche und leicht zu etablierende Tiermodelle. Der retroperitoneale Ansatz wurde häufig verwendet, um eine IVD-Degeneration in Kaninchenmodellen zu induzieren. Es gibt jedoch Berichte über Komplikationen, die mit dieser Technik verbunden sind, wie z. B. der Ausriss von segmentalen Arterien und Nervenwurzelverletzungen. In dieser Arbeit wollen wir ein chirurgisches Protokoll mit Nadelpunktion vorstellen, um eine Bandscheibendegeneration des Kaninchens über einen transabdominalen Zugang zu etablieren. Folglich zeigten radiologische Kontrollen und histologische Analysen, dass die lumbale Bandscheibendegeneration bei Kaninchen erfolgreich festgestellt werden konnte. Dieses chirurgische Protokoll zeigt die genaue Lage der Zielscheiben und die hohe Reproduzierbarkeit von IVD-Degenerationsmodellen mit weniger Komplikationen.

Einleitung

Schmerzen im unteren Rücken (LBP) sind weltweit die häufigste Ursache für Behinderungen¹. Die Bandscheibendegeneration (IVDD) ist eine der Hauptursachen für LBP ^2,3,4. IVDD ist ein komplexer und unvollständig verstandener multifaktorieller Prozess, der durch verschiedene Umwelt- und biologische Faktoren beschleunigt werden kann ^5,6,7. Die pathologischen Veränderungen der IVDD sind gekennzeichnet durch eine unorganisierte IVD-Struktur, einen verminderten Wassergehalt im Nucleus pulposus und einen Abbau der umgebenden extrazellulären Matrix ^8,9. IVDD-Tiermodelle sind wichtig für IVD-bezogene Studien ^9,10,11.

Bisher wurden verschiedene IVDD-Tiermodelle etabliert, um den Verlauf der IVDD beim Menschen nachzuahmen. Große Tiere wie Rinder, Schafe, Ziegen, Hunde und Primaten haben einige Ähnlichkeiten mit dem Menschen in Bezug auf die Bandscheibengröße und die zelluläre Zusammensetzung der degenerierten Bandscheibe (das Fehlen von notochordalen Zellen, wie z. B. Schafe und Ziegen)¹². Diese großen Modelle werden jedoch aufgrund der hohen Kosten, der langen Versuchsdauer, der schlechten Reproduzierbarkeit und der komplizierteren Fähigkeiten, die zur Feststellung der Degeneration in diesen Modellen erforderlich sind, nicht häufig verwendet¹³. Im Gegensatz dazu werden Kleintiermodelle wie Ratten, Mäuse und Kaninchen häufig in IVD-Studien verwendet, da sie einfacher zu bedienen, kostengünstig und zuverlässig sind¹⁰. Die Scheibengröße eines Kaninchens ist größer als bei einer Maus oder Ratte, und daher gibt es bei Kaninchen mehr Platz für die Manipulation. Darüber hinaus weisen Kaninchen aufgrund der ähnlichen anatomischen Struktur der Wirbelsäule (Facettengelenke, paravertebrale Muskeln und Bänder) ein hohes Maß an Homologie zu humanen IVDs ^auf14,15. Kaninchen eignen sich daher besser als andere Kleintiere für die Etablierung von IVDD-Modellen.

IVDD-Tiermodelle umfassen mechanische Modelle (Kompression, Instabilität), Strukturmodelle (Verletzung, chemisch) und Tiermodelle der spontanen Degeneration¹⁶. Kaninchen-IVDD-Modelle werden in der Regel durch Induktion von Verletzungen unter Verwendung von zwei verschiedenen chirurgischen Ansätzen erstellt - dem transabdominalen Zugang¹⁷und dem retroperitonealen Zugang¹⁸. Der retroperitoneale Ansatz der Nadelpunktion der Ziel-IVDs ist weit verbreitet, kann jedoch viele Komplikationen verursachen, wie z. B. den Ausriss der segmentalen Arterien und die Verletzung der Nervenwurzel^18,19. Hier berichten wir über ein Kaninchen-IVDD-Modell, das durch Nadelpunktion von IVDs über einen transabdominalen Ansatz induziert wurde, mit dem Ziel, eine einfache und reproduzierbare Methode zur Etablierung von IVDD bei Kaninchen bereitzustellen.

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Protokoll

Das Versuchsprotokoll wurde vom Animal Care and Use Committee des Xingtai General Hospital der North China Medical Health Group genehmigt (Zulassungsnummer: ZCKT-2021-0009). In dieser Studie wurden gesunde, skelettreife neuseeländische weiße Kaninchen (weiblich, 1 Jahr, 3-5 kg) verwendet.

1. Präoperative Vorbereitung

1. Fasten Sie die Kaninchen und entziehen Sie ihnen vor der Vollnarkose 6-8 Stunden lang Wasser.
2. Wiegen Sie das Kaninchen.
3. Tupfen Sie das Ohr mit einem Mullschwamm mit 70% Ethanol ab.
4. Tragen Sie eine örtliche Betäubungscreme auf die Ohren auf.
5. Üben Sie Druck auf die Basis des Ohrs aus, um die marginale Ohrvene zu dehnen.
6. Die Kaninchen werden mit Midazolam (1-2 mg/kg) durch Injektion in die Ohrvene^{marginalisiert 20}.
7. Verabreichen Sie die Inhalationsnarkose mit einer Maske. Stellen Sie die Sauerstoffrate auf 1 l/min und die Isoflurankonzentration auf 4%-5% ein, um eine Anästhesie einzuleiten.
   HINWEIS: Um die Tiefe der Anästhesie zu beurteilen, ziehen Sie das Hinterbein des Tieres gerade heraus und kneifen Sie den Fuß mit Daumen und Zeigefinger fest zusammen. Tiere sollten nicht operiert werden, bis der Entzugsreflex abgeklungen ist²¹.
8. Halten Sie die Isoflurankonzentration bei 2,5 % bis 3,5 % (abhängig vom Gewicht des Kaninchens).

2. Intraoperative Verfahren

1. Autoklavieren Sie die chirurgischen Instrumente (Gefäßklemme/-zange, Gewebeschere, Nahtscherne, Skalpellgriff, #22 Skalpellklinge, doppelseitiger Handretraktor, sterile Gaze, 3-0 resorbierbares Nahtmaterial, 4-0 nicht resorbierbares geflochtenes Nahtmaterial, Nadelhalter, Erdnussgaze [eine handgefertigte kugelförmige Gaze], 5 ml Spritze, 1 ml Spritze, 16 g Nadel, 26 g Nadel, ein tiefer 5 mm Stopfen), bevor Sie mit dem chirurgischen Eingriff fortfahren.
2. Sterilisieren Sie den Operationstisch mit 75% Alkohol.
3. Rasieren Sie mit einem Elektrorasierer und einer Enthaarungspaste den von der untersten Rippe bis zum Beckenkamm definierten Bereich auf der Bauchseite des Kaninchens.
   HINWEIS: Vermeiden Sie es, die Brustwarzen zu beschädigen.
4. Positionieren Sie das Kaninchen auf dem Operationstisch und sichern Sie die Gliedmaßen.
5. Nehmen Sie die Linie des Beckenkamms auf beiden Seiten als Mittelpunkt und zeichnen Sie die Linie 2 cm oben und unten als Landmarken für die chirurgische Schnittstelle. Markieren Sie diese Orientierungspunkte mit einem sterilen Stift.
6. Desinfizieren Sie die Haut zweimal mit einer Povidon-Jod-Lösung. Legen Sie ein steriles quadratisches Fenstertuch über die Operationsstelle und ein großes quadratisches Tuch, um den Operationstisch abzudecken. Halten Sie während des gesamten Verfahrens eine streng aseptische Umgebung aufrecht.
7. Injizieren Sie 2 ml 2% Lidocain subkutan vor dem chirurgischen Schnitt, um postoperative Schmerzen zu lindern.
8. Machen Sie den Schnitt entlang der Orientierungspunkte mit einer Skalpellklinge #22 und trennen Sie Faszien, Muskeln und Bauchdecke stumpf mit einer gebogenen Pinzette und einer Gewebeschere.
9. Treten Sie in die Bauchhöhle ein, bis die Blase zu sehen ist. Ziehen Sie mit dem doppelseitigen Handhaken die Blase und andere Organe der Darmhöhle vorsichtig nach links. Suchen Sie dann die Bifurkation der Vena iliaca und nehmen Sie diese als Markierungspunkt für die darunter liegende Bandscheibe L5-6.
   HINWEIS: Achten Sie darauf, Bauchorgane, insbesondere den Darm, nicht zu verletzen.
10. Berühren Sie mit einem Finger die pulsierende Bauchschlagader auf der rechten Seite der Wirbelsäule und ziehen Sie die Blutgefäße und Organe nach links.
11. Nach der Manipulation der hervorstehenden Bandscheibe (L5-6) wird das hintere Peritoneum eingeschnitten und dann mit der Erdnussgaze das prävertebrale Muskelgewebe stumpf präpariert.
12. Um die korrekte Höhe der Zielscheibe und die Richtung der Nadel zu bestätigen, stechen Sie mit einer 26 G Nadel die Wirbel neben der Zielscheibe und überprüfen Sie dies unter Anleitung des C-Bogens.
13. Nachdem Sie die Zielscheibe lokalisiert haben, platzieren Sie die 16-G-Nadelspitze parallel zur oberen und unteren Knorpelendplatte. Verwenden Sie dann die Nadelspitze, um das IVD-Zentrum bis zu einer Tiefe von 5 mm zu durchstechen (mit einem Stopper), und halten Sie es 30 s lang.
    HINWEIS: Machen Sie eine lumbale anteroposteriore und laterale Röntgenaufnahme, um zu überprüfen, ob sich die Position der Nadelspitze in der Mitte des IVD befindet und die Richtung der Nadelspitze parallel zur oberen bzw. unteren Endplatte verläuft.
14. Wiederholen Sie den gleichen Vorgang für die nächste L6-7-Disc.
15. Verwenden Sie warme Kochsalzlösung, um die Bauchhöhle zu spülen und Blutungen zu überprüfen, bevor Sie den Schnitt schließen.
16. Führen Sie einen mehrschichtigen Verschluss durch. Verwenden Sie 3-0 synthetische resorbierbare Nähte, um die Faszienschicht kontinuierlich zu schließen. Nähen Sie die Haut in voller Dicke mit 4-0 nicht resorbierbaren geflochtenen Nähten.
17. Schalten Sie den Verdampfer aus und stoppen Sie die Anästhesie. Halten Sie das Kaninchen unter ständiger Beobachtung in einem Stoffwechselkäfig, bis es sich normal bewegen kann.

3. Postoperatives Management

1. Injizieren Sie Ceftriaxon-Natrium (25 mg/kg) unmittelbar nach der Operation intramuskulär.
2. Lassen Sie die Tiere sich frei bewegen und fressen. Achten Sie weiterhin auf Anzeichen neurologischer Komplikationen wie Lähmungen der Beine, Probleme beim Wasserlassen und Stuhlgang oder Komplikationen des Verdauungssystems.

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Ergebnisse

Der transabdominale Ansatz wurde in unserer vorherigen Studie zur Erstellung von IVDD-Kaninchenmodellen validiert²². Röntgen- und Magnetresonanztomographie (MRT) wurden in der 4^., 12^{. und} 16^. Woche postoperativ durchgeführt. Röntgenbilder zeigten, dass die Höhe der IVD L5-6 und L6-7 über 16 Wochen nach der Nadelpunktion allmählich abnahm (Abbildung 1A). Der DHI der Nadelpunktionsgruppe nahm in de...

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Diskussion

Die kritischen Schritte in diesem Protokoll sind der Schutz der Bauchorgane, die Identifizierung der Zielscheiben sowie die Position und Richtung der Nadel. Das IVD L5-6 befindet sich knapp unterhalb der Bifurkation der Vena iliaca und das IVD L6-7 wird anhand der Position parallel zum Beckenkamm identifiziert. Diese beiden Marker ermöglichen eine präzise Positionierung der Bandscheibe und verbessern die Genauigkeit und Wiederholbarkeit der Operation – was einer der großen Vorteile ...

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Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
#22 scalpel blade	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	AA6468	None
16-G needle, 26-G needle	Zhejiang Kangkang MEDICAL-DEVICES Co., Ltd.	305111	None
3-0 absorbable suture	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	V500431	None
4-0 non-absorbable braided suture	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	R413	None
5 mL syringe, 1 mL syringe	Zhejiang Kangkang MEDICAL-DEVICES Co., Ltd.	301942	None
Double-ended handheld retractor	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	60002066	None
Midazolam	Yichang Humanwell Pharmaceutical Co., Ltd.	M-908CAS	None
Needle holder	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	HC00505336	None
Peanut gauze	In-house	None	Hand-made ball-shaped gauze
Rabbit	Tonghui ulture Limited Liability Company	SCXK2016--002	None
Scalpel handle	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	AM5100678	None
Stopper	In-house	None	Depth of 5 mm
Tissue scissors	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	HC00505422	None
Vaporizer	Apollo Management L.P.	BW-AM503	None
Vessel clamp/forceps	Huaiyin MEDICAL Instruments Co., Ltd.	AM5102194	None