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Method Article
Dieses Manuskript stellt ein standardisiertes Protokoll für eine 5/6-Nephrektomie durch scharfe Bipolektomie über Mittellinien-Laparotomie in einem Rattenmodell vor, das darauf abzielt, einen Zustand der Niereninsuffizienz durch Nierenparenchymreduktion mit einem hohen Maß an methodischer Präzision und geringem Risiko für technische Fehler zu induzieren.
Über 10 % der Weltbevölkerung sind von chronischer Nierenerkrankung (CKD) betroffen, was mehr als 800 Millionen Menschen weltweit entspricht. Die Fortschritte in der Behandlung von CKD haben einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse für die Patienten. Während CNE in der Vergangenheit oft als Todesurteil galt, da viele Patienten den Komplikationen einer Nierenerkrankung im Endstadium erlagen, wird sie heute zunehmend als chronische Erkrankung behandelt, da Dialyse und Nierentransplantation sowie neue pharmazeutische Entwicklungen wie SGLT2-Hemmer oder nichtsteroidale Mineralokortikoidrezeptor-Antagonisten zur Verfügung stehen.
Dennoch besteht weiterhin ein wachsender Bedarf an weiteren Untersuchungen der pathophysiologischen Prozesse und möglicher therapeutischer Interventionen. Zuverlässige biologische Modelle spielen eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung dieser Forschung. Angesichts der Vielschichtigkeit von Nierenerkrankungen, die nicht nur die Zellbiologie, sondern auch die vaskuläre Mikroanatomie und die endokrine Signalübertragung umfasst, muss ein geeignetes Modell ein Maß an biologischer Komplexität aufweisen, das nur ein Tiermodell bieten kann, was Nagetiere zu einer offensichtlichen Wahl macht.
Dieses Manuskript bietet daher ein kompliziertes, systematisches Protokoll zur chirurgischen Reduzierung des Nierenparenchyms durch Mittellinien-Laparotomie und kombinierte totale und partielle Nephrektomie bei Ratten für Überlebens- und Nicht-Überlebensanwendungen. Es unterstreicht die entscheidende Rolle präziser Operationstechniken für die Gewährleistung konsistenter und zuverlässiger Ergebnisse. Paradebeispiele für mögliche Anwendungen dieses Modells sind biomolekulare und pharmazeutische Studien sowie die Entwicklung innovativer intraoperativer Bildgebungsmodalitäten, wie z. B. der hyperspektralen Bildgebung, um die renale Malperfusion objektiv sichtbar zu machen und zu differenzieren.
Die chronische Nierenerkrankung (CKD) ist eine fortschreitende Erkrankung, von der ein erheblicher Teil der Weltbevölkerung betroffen ist. Es ist gekennzeichnet durch den allmählichen Verlust der endokrinen und filtrativen Nierenfunktion im Laufe der Zeit, was zur Ansammlung von Abfallprodukten und Flüssigkeit im Körper und zu einem Ungleichgewicht im endokrinen System führt. Jüngste Daten deuten darauf hin, dass 9,1 % bis 13,4 % der Weltbevölkerung (zwischen 700 Millionen und einer Milliarde Menschen) an CKD1 leiden. Die Prävalenz von CKD nimmt mit dem Alter zu und betrifft etwa 34 % der Menschen im Alter von 65 Jahren oder älter in den Vereinigten Staaten, verglichen mit 12 % bei den 45- bis 64-Jährigen und 6 % der 18- bis 44-Jährigen.
Daher trägt CKD erheblich zur weltweiten Krankheitslast und Sterblichkeitsrate bei. Die Früherkennung und Behandlung von CKD ist entscheidend, um ihr Fortschreiten zu verlangsamen und das Risiko von Komplikationen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Anämie und schließlich einer Nierenerkrankung im Endstadium zu verringern, die eine Dialyse oder Nierentransplantation zum Überleben erfordert3.
Therapeutische Interventionen bei chronischer Niereninsuffizienz im Endstadium haben in den letzten Jahrzehnten eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen. In der Vergangenheit war die Behandlung von CKD im Endstadium auf die unterstützende Versorgung beschränkt, wobei sich die Dialyse in den 1960er Jahren als lebenserhaltende Modalität herausstellte. Seitdem wurden bedeutende Fortschritte bei den Dialysetechniken erzielt, darunter die Entwicklung biokompatiblerer Membranen, ein verbesserter Gefäßzugang und das Aufkommen der Peritonealdialyse4. Darüber hinaus hat sich die Nierentransplantation als optimale Behandlung für CKD im Endstadium herausgestellt und bietet im Vergleich zur Dialyse ein verbessertes Überleben und eine verbesserte Lebensqualität5. Der Mangel an Spenderorganen bleibt jedoch eine große Herausforderung und treibt die Forschung an neuartigen Strategien wie Xenotransplantation und Ansätzen der regenerativen Medizin voran. Darüber hinaus wurde die Behandlung von CKD-assoziierten Komplikationen im Endstadium, wie z. B. sekundärem Hyperparathyreoidismus, durch die Einführung von Calcimimetika wie Etelcalcetid verbessert, die den Parathormonspiegel effektiv modulieren6.
Trotz dieser Fortschritte geht die Suche nach wirksameren und gezielteren Therapien weiter, angetrieben durch die laufende Erforschung der molekularen Mechanismen, die dem Fortschreiten der CKD im Endstadium und den damit verbundenen Begleiterkrankungen zugrunde liegen. Daher ist die CKD nach wie vor ein wichtiges Problem in der Patientenversorgung, was zu einem anhaltenden Bedarf an umfangreicher Forschung zu biomedizinischen Prozessen und Therapieansätzen führt. Robuste biologische Modelle sind unerlässlich, um solche Untersuchungen zu erleichtern. Angesichts der Vielschichtigkeit der CKD, die Aspekte umfasst, die von der Zellbiologie über die endokrine Signalübertragung zwischen Organen bis hin zur funktionellen Anatomie der Gefäße und der Rheologie reichen, muss ein ideales Modell ein Maß an biologischer Komplexität aufweisen, das nur ein umfassender Modellorganismus bieten kann. Daher erweisen sich Nagetiere aufgrund ihrer Fähigkeit, diese verschiedenen biologischen Dimensionen effektiv zu erfassen, als bevorzugtes Modell.
Das 5/6-Nephrektomie-Restnierenmodell dient aufgrund seiner stabilen Induktion der Niereninsuffizienz 7,8,9,10,11,12,13,14 als gängiges Werkzeug in der CKD-Forschung für Ratten- und Mausexperimente. Bei diesem Modell wird eine ganze Niere und 2/3 der anderen Niere entfernt. Die Bildung der Restniere kann durch die chirurgische Resektion der Nierenpole, die als Polektomiemodell bezeichnet wird, oder durch die Ligatur der oberen und unteren segmentalen Nierenarterien erreicht werden, was zum Polinfarkt 7,15,16,17,18,19,20 führt.
Dieses 5/6-Nephrektomiemodell mit Polektomie ist zwar eine etablierte Technik, wurde aber erst als transparentes und nachvollziehbares Protokoll mit dorsolateralem retroperitonealem Zugang eingeführt21. Dieser Zugang kann bei einem einseitigen Eingriff mit Nierenparenchymreduktion auf nur einer Seite oder bei einem zweistufigen Eingriff mit zeitlichem Abstand von wenigen Tagen vorteilhaft sein, um das postoperative Überleben des Tieres zu erhöhen22. Die Verwendung eines Mittellinien-Laparotomie-Ansatzes bietet jedoch deutliche Vorteile gegenüber dem konventionellen laterodorsalen retroperitonealen Zugangsweg.
Durch den Einsatz eines einzigen Mittellinien-Bauchschnitts erhält der Chirurg ungehinderten Zugang zur gesamten Bauchhöhle und ermöglicht so eine umfassende Exploration und Manipulation der intraabdominalen Organe. Dieses erweiterte Operationsfeld rationalisiert nicht nur das Nephrektomieverfahren, sondern ermöglicht auch die gleichzeitige Durchführung zusätzlicher Eingriffe, die für bestimmte experimentelle Protokolle erforderlich sein können, z. B. Eingriffe an den Harnleitern wie Ligatur, Resektion oder Rekonstruktion, die für die Untersuchung der Pathophysiologie der obstruktiven Uropathie unerlässlich sein können. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz die gleichzeitige Resektion oder Manipulation anderer Bauchorgane, wie z.B. der Leber, der Milz oder des Magen-Darm-Trakts, und erweitert damit den Umfang experimenteller Untersuchungen in Multiorgan-Wechselwirkungen oder systemische Krankheitsmodelle.
Darüber hinaus erleichtert der Midline-Laparotomie-Ansatz die Konstruktion eines Ileumkanals oder einer Neoblase, ein chirurgischer Eingriff, bei dem eine Harnableitung unter Verwendung eines Ileumsegments hergestellt wird, was besonders in Studien zur Untersuchung von Blasenfunktionsstörungen oder rekonstruktiven urologischen Techniken relevant ist. Diese Vielseitigkeit bei der Kombination der Nephrektomie mit anderen chirurgischen Eingriffen innerhalb desselben Operationsfeldes rationalisiert nicht nur die experimentellen Protokolle, sondern minimiert auch das kumulative chirurgische Trauma und die damit verbundenen Risiken für die Probanden. Daher sollte bei einstufigen bilateralen Nierenoperationen oder gleichzeitigen zusätzlichen intraabdominalen Eingriffen der ventrale Zugang über die Mittellinien-Laparotomie die bevorzugte Option sein.
Derzeit gibt es keine Veröffentlichung oder ein Protokoll, das diese Operationsstrategie beschreibt. Daher ist es unser Ziel, mit dieser Arbeit einen detaillierten Verfahrensleitfaden für die Durchführung einer Nierenresektion und chirurgischen Induktion von CKD mittels Mittellinien-Laparotomie bei Ratten zu präsentieren, der sowohl für Überlebens- als auch für Nicht-Überlebensstudien anwendbar ist. Dieses experimentelle Modell schafft ein reguliertes Umfeld, das für die Untersuchung der komplexen Dynamik von CKD förderlich ist und klinisch signifikante Szenarien nachahmt. Dieses Protokoll wurde speziell entwickelt, um die Operationstechnik zu veranschaulichen. Die Intervention wurde daher in einer Nicht-Überlebenssituation an einer homogenen Gruppe von 10 männlichen Ratten durchgeführt. Da es keinen aussagekräftigen Grund für den Vergleich mit einer Baseline- oder alternativen Intervention gab, war der Einschluss einer Kontrollgruppe nicht notwendig. Die 5/6-Nephrektomie bezieht sich explizit auf das Ausmaß der chirurgischen Parenchymresektion. Dies bedeutet sicherlich eine funktionelle Reduktion im Sinne einer Verringerung der glomerulären Filtrationsrate. Der genaue funktionelle Grad kann jedoch nicht vorhergesagt werden, sondern muss für jedes Tier individuell gemessen werden, z. B. mit Hilfe von Inulin oder p-Aminohippursäure-Clearance23,24, falls erforderlich.
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Alle in diesem Dokument beschriebenen Tierverfahren wurden in akkreditierten Einrichtungen durchgeführt und vom Institutionellen Ausschuss für Tierpflege und -verwendung (IACUC) des Regierungspräsidiums Baden-Württemberg in Karlsruhe (35-9185.81/G-62/23) genehmigt. Der Umgang mit den Versuchstieren erfolgte nach institutionellen Protokollen und unter Beachtung der deutschen Tierschutzgesetze sowie unter Einhaltung der Richtlinien des Rates der Europäischen Gemeinschaft (2010/63/EU) und der ALME-Leitlinien. Männliche Sprague Dawley-Ratten mit einem Anfangsgewicht von 400 g wurden nach einer 1-wöchigen Akklimatisierungsphase eingesetzt.
1. Anästhesie und Analgesie
2. Vorbereitung des Eingriffs
Abbildung 1: Experimentelle Instrumente, Materialien und Aufbau. (A) Erforderliche chirurgische Instrumente; (B) Ligatur aus Polyfilamenten; (C) Gefäßschlaufe aus Silikon; (D) eine Schere für die feine Vorbereitung. (E-G) Hämostatisches Pflaster in 0,8 x 0,6 cm große Stücke geschnitten. (H-J) Rattenmodell rasiert und mit Gesichtsmaske mit Sauerstoff angereichert. Das repräsentative Tier, das zur Erstellung von Figurenbildern verwendet wurde, wurde nicht drapiert, um eine bessere Visualisierung der anatomischen Orientierungspunkte zu ermöglichen. (K,L) Medianer Hautschnitt über die gewünschte Bauchlänge von ~3 cm. (M) Mediane Mini-Laparotomie; (N) Freilegung der linken Niere unter Verwendung einer chirurgischen Kompresse, chirurgischer Vorbereitungshaken und eines Metallständers; (O) analoge Freilegung der rechten Niere und Resektion der Faszie der Gerota. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
3. Partielle Nephrektomie
Abbildung 2: Partielle Nephrektomie. (A) Chirurgische Freilegung einer Niere. (B) Längsschnitt der Faszie der Gerota mit einer scharfen Schere. (C) Stumpfes Enthandschuhen der Faszie der Gerota mit einer geschlossenen Schere. (D) Schleudern des Nierenhilums mit einer Silikongefäßschlaufe. (E) Schädelscharfe 1/3-Polektomie mit Schere und Pinzette als Führung. (F) Erreichen der Blutstillung durch Auftragen eines hämostatischen Pflasters; (G) Erreichen der Blutstillung durch manuelle Kompression; (H-J) Erreichen der Blutstillung durch Kompression mit stumpfen Instrumenten und hiläre Spannung über die Silikongefäßschlinge. (K-N) Kaudalspitz 1/3 Polektomie in Analogie. (O) Schematische Darstellung der empfohlenen Präparierebenen, um unbeabsichtigte hiläre Verletzungen zu vermeiden (schwarze Linien). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
4. Totale Nephrektomie
Abbildung 3: Totale Nephrektomie. (A) Chirurgische Freilegung der kontralateralen Niere; (B) analoge Entfernung der Faszie der Gerota und Tunnelung des Nierenhilums mit stumpfen Overholt-Klemmen; (C) Schleudern des Hilums mit einer polyfilen Ligatur. (D) Platzierung einer gleitenden Knotenligatur auf dem Nierenhilum; (E,F) scharfe Dissektion des Hilums mit einer Schere und Entfernung der Niere; (G-I) Kontrolle für die Blutstillung und das Schneiden der Ligaturenden. (J) Schematische Darstellung der empfohlenen Ligaturhöhe (gestrichelte Linie) und der Präparierebene (schwarze Linie). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
5. Verschluss der Bauchdecke
Abbildung 4: Verschluss der Bauchdecke. (A-D) Platzierung einer Ecknaht auf der Bauchfaszie mit Hilfe einer polyfilen Naht. (E-I) Laufnaht der Bauchfaszie; (J-Q) Naht der Hautschicht mit Einzelstichen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
6. Weitere Schritte
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Dieses Protokoll wurde an 10 männlichen Ratten (Durchschnittsgewicht 398 ± 35 g) ohne Überleben durchgeführt und der Eingriff wurde von einem chirurgischen Assistenzarzt im dritten Jahr durchgeführt. Die Erfolgsrate, die durch das Überleben über 20 Minuten nach Bauchwandverschluss definiert wurde, betrug 100%. Die mittlere Dauer des Präparats vom Hautschnitt bis zum Hautverschluss betrug 18 min 34 s ± 7 min 31 s.
Leider gibt es aufgrund des Nicht-Übe...
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Eine CNE ist definiert als Nierenschädigung oder verminderte Nierenfunktion für mindestens 3 Monate, unabhängig von der Ursache28,29. Nierenschäden umfassen pathologische Anomalien in der nativen oder transplantierten Niere, die durch Bildgebung, Biopsie oder aus klinischen Markern wie erhöhte Albuminurie (Albumin-Kreatinin-Verhältnis > 30 mg/g oder 3,4 mg/mmol) oder Veränderungen des Harnsediments abgeleitet werden. Eine ...
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Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.
Für dieses Projekt gab es keine spezielle Förderung. Die Autorinnen und Autoren danken dem Datenspeicherungsdienst, der vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) durch die Zuwendungen INST 35/1314-1 FUGG und INST 35/1503-1 FUGG unterstützt SDS@hd. Darüber hinaus bedanken sich die Autoren für die Unterstützung durch das NCT (Nationales Centrum für Tumorerkrankungen in Heidelberg, Deutschland) durch sein strukturiertes Postdoc-Programm und das Programm Chirurgische Onkologie. Wir würdigen auch die vom Landtag Baden-Württemberg bewilligte Unterstützung aus Landesmitteln für den Innovationscampus Health + Life Science Allianz Heidelberg Mannheim aus dem strukturierten Postdoc-Programm für Alexander Studier-Fischer: Artificial Intelligence in Health (AIH) - Eine Kooperation von DKFZ, EMBL, Universität Heidelberg, Universitätsklinikum Heidelberg, Universitätsklinikum Mannheim, Zentralinstitut für Seelische Gesundheit, und das Max-Planck-Institut für medizinische Forschung. Des Weiteren bedanken wir uns für die Unterstützung durch das DKFZ Hector Krebsinstitut am Universitätsklinikum Mannheim. Für die Publikationsgebühr danken wir der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Förderprogramms "Open Access Publikationskosten" sowie der Universität Heidelberg für eine finanzielle Unterstützung.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
atraumatic preparation forceps | Aesculap | FB395R | DE BAKEY ATRAUMATA atraumatic forceps, straight |
blunt overholt clamp | Aesculap | BJ012R | BABY-MIXTER preparation and ligature clamp, bent, 180 mm |
cannula | BD (Beckton, Dickinson) | 301300 | BD Microlance 3 cannula 20 G |
fixation rods | legefirm | 500343896 | tuning forks used as y-shaped metal fixation rods |
heating pad | Royal Gardineer | IP67 | Royal Gardineer Heating Pad Size S, 20 Watt |
plastic perfusor tube | M. Schilling GmbH | S702NC150 | connecting tube COEX 150 cm |
polyfilament suture | Covidien | CL-769 | Covidien Polysorb Braided Absorbable Suture 2-0 75 cm |
preparation scissors | Aesculap | BC177R | JAMESON preparation scissors, bent, fine model, blunt/blunt, 150 mm (6") |
sealing hemostat patch | Baxter | 1506257 | Hemopatch Sealing Hemopatch Baxter 45 x 90 mm |
silicone vessel loop tie | SERAG WIESSNER | SL26 | silicone vessel loop tie 2.5 mm red |
Spraque Dawley rat | Janvier Labs | RN-SD-M | Spraque Dawley rat |
steel plate | Maschinenbau Feld GmbH | C010206 | Galvanized sheet plate, 40 x 50 cm, thickness 4.0 mm |
Yasargil clip | Aesculap | FE795K | YASARGIL Aneurysm Clip System Phynox Temporary (Standard) Clip |
Yasargil clip applicator | Aesculap | FE558K | YASARGIL Aneurysm Clip Applicator Phynox (Standard) |
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