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Method Article
Presentamos un protocolo para la inyección directa del nervio vago en ratas, que permite la administración del fármaco directamente en el nervio sin complicaciones posteriores a la inyección. Este método se aplica a los estudios neurológicos preclínicos que involucran la manipulación del sistema nervioso autónomo. Se puede utilizar para la inyección directa de nervios para otros nervios en ratas y otras especies, con las modificaciones necesarias.
Existe una relativa abundancia de estrategias y metodologías para facilitar la administración de fármacos al sistema nervioso central. Sin embargo, la administración de fármacos directamente al sistema nervioso periférico es menos común, con menos publicaciones de métodos detallados disponibles para ayudar a los investigadores. Aquí, describimos un método de inyección directa de nervio para la administración de fármacos en el sistema nervioso periférico, utilizando el nervio vago como nervio modelo. Este método se puede utilizar en el tratamiento de los trastornos del sistema nervioso autónomo mediante la focalización del nervio vago izquierdo, aunque este método general de inyección puede extrapolarse a la inyección de otros nervios con pequeñas modificaciones. Este método explica todos los pasos críticos involucrados en el procedimiento que involucra la microcirugía en ratas adultas anestesiadas bajo un microscopio de disección. Se describe el uso de un colorante de seguimiento para facilitar el seguimiento de la fidelidad de la inyección en tiempo real. Se proporcionan ilustraciones de inyecciones exitosas y fallidas. Si se llevan a cabo correctamente, las inyecciones directas del nervio vago se pueden realizar de una manera segura que sea bien tolerada por la rata sin complicaciones posteriores al parto. Por ejemplo, una vez que los cirujanos fueron entrenados en este método, seis de cada seis ratas fueron inyectadas con éxito sin ninguna complicación. Este método de inyección directa de nervios para estudios preclínicos en ratas es capaz de administrar agentes (incluida, entre otras, la terapia génica) a los nervios periféricos.
La aplicación del método correcto de administración de medicamentos es uno de los factores críticos para lograr resultados terapéuticos exitosos. A pesar de la abundancia de métodos para la administración de agentes terapéuticos al sistema nervioso central (SNC), solo se han reportado unos pocos métodos para la administración del sistema nervioso periférico (SNP) mediante inyección nerviosa directa. La inyección directa de nervios, como la inyección en los ganglios de la raíz dorsal (DRG) en ratas, se ha probado en estudios preclínicos para una mejor comprensión de los mecanismos del dolor, la toxicidad de los fármacos, la transferencia de genes 1,2,3 y el desarrollo de métodos generales 1,4. Los informes adicionales sobre la inyección directa del nervio incluyen la inyección del nervio espinal4, la inyección del nervio ciático1 y la inyección del nervio vago en ratas5 y ratones6. Recientemente, se ha propuesto un método para la inyección supracondrial para una mejor distribución de la terapéutica en la cabeza del nervio óptico en conejos7.
El DRG se considera el lugar ideal para la inyección directa de vectores cargados con transgenes, como el virus adenoasociado (AAV), debido a la función sensorial de los cuerpos celulares en el DRG2. Se han descrito métodos quirúrgicos y no quirúrgicos de inyecciones de DRG 1,8. Sin embargo, se han encontrado conclusiones controvertidas sobre la consistencia de los resultados con el método no quirúrgico de inyección de DRG1. Se ha sugerido que un método quirúrgico que involucra una laminectomía parcial es 100% exitoso para la inyección de DRG en ratas sin ninguna alteración en los resultados del comportamiento3, así como un método que involucra osteotomía parcial en ratones9. Varios estudios informan sobre los métodos de inyección de DRG para la administración de fármacos, que se han utilizado en la investigación preclínica de terapia génica en ratas y ratones 1,2,10. Los estudios de terapia génica basados en vectores que involucran inyecciones localizadas pueden incluir los siguientes beneficios: disminución de la expresión fuera del objetivo, reducción de la toxicidad sistémica y menores cargas virales y volúmenes de inyección, disminución del riesgo de complicaciones inmunogénicas11,12.
El método de inyección directa en el nervio ciático, el nervio más largo del cuerpo, se ha probado exponiendo el nervio ciático derecho a la altura de la mitad del muslo de una rata. El método utilizó una pipeta de vidrio estirado equipada con un sistema de inyección controlado por un microprocesador para inyectar un volumen total de 10 μL de colorante con un caudal de 1,2 μL/min1. Este experimento mostró una falta de distribución del colorante al nivel de DRG, y la distribución fue principalmente limitada alrededor del sitio de inyección. De manera similar, se han probado otros métodos de inyecciones directas en el nervio, como las inyecciones en el nervio espinal, con tinte para evaluar la cantidad adecuada de volumen de inyección y el patrón de distribución del tinte en ratas. Se sugiere que 2 μL son óptimos para la inyección del nervio espinal, mientras que 3 μL de colorante por inyección de DRG mostraron la distribución en los ganglios de la raíz dorsal y ventral en ratas1. Se ha informado que el volumen para la inyección de DRG en ratones es óptimo de 1,0 μL a 1,5 μL según la cepa y el tamaño corporal 2,9.
El método de inyección directa del nervio vago se utilizó en ratas5 y ratones6 para evaluar el papel de la lesión neuronal o la integridad celular en la transferencia de α-sinucleína humana. Estos dos estudios, realizados por el mismo grupo de investigadores, describen un breve método de inyección directa de vectores AAV en el nervio vago izquierdo en la región cervical. En ratas, el método involucró un capilar de vidrio con un diámetro de punta de 60 μm para inyectar un vector de 2 μL a un caudal de 0,5 μL/min con una jeringa Hamilton de 5 μL. En ratones, se inyectó un volumen total de solución vectorial de 750 nL a un caudal de 160 nL/min utilizando una aguja de acero romo de 36 G instalada en una jeringa NanoFil de 10 μL6. Estos experimentos demostraron que el transgén se entregaba y expresaba en axones en la protuberancia y el mesencéfalo de las ratas y ratones. Del mismo modo, el núcleo motor dorsal del nervio vago izquierdo mostró inmunorreacción positiva con el transgén. Estas pruebas ilustran que el método de inyección directa del nervio vago podría ser un método fiable en la terapia génica, en el que la transducción celular se extiende a varios lugares del cerebro, que proyectan los axones a través del nervio vago. Sin embargo, estos métodos no mencionan el uso de ningún tinte para rastrear la fidelidad de la inyección.
Aquí, se describe un método para la inyección directa en el nervio vago izquierdo utilizando tintes de seguimiento no tóxicos aplicables en gran medida a los investigadores en estudios preclínicos. Se analizan los posibles escollos que pueden causar dificultades en la administración de fármacos y las formas de superarlos. Estas situaciones se ilustran con imágenes para mostrar qué hace que la entrega no sea exitosa y la forma de hacerla exitosa.
El siguiente protocolo se lleva a cabo de acuerdo con los lineamientos de ética institucional y la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC).
1. Preparación de la vivienda
NOTA: Este protocolo es para ratas adultas de al menos 2 meses de edad. Los animales más pequeños (incluidos ratones y ratas más jóvenes) son posibles, pero no se recomiendan y serán considerablemente más difíciles.
2. Preparación de los elementos quirúrgicos y del espacio
3. Preparación de una mezcla del fármaco candidato y el colorante de seguimiento
4. Carga del fármaco candidato y la mezcla de colorante en el tubo
5. Cebado de la aguja de inyección
6. Preparación de la rata para la cirugía
7. Realizar una cirugía en ratas para inyectar el fármaco candidato directamente en el nervio vago izquierdo (Figura 2, Figura 3 y Figura 4)
NOTA: Esta parte del método requerirá que una segunda persona ayude al cirujano.
8. Cuidados postoperatorios de una rata
En el presente estudio se utilizaron seis ratas adultas (3 machos y 3 hembras). De las seis, una rata fue inyectada varias veces para demostrar una condición de falla en la inyección que muestra una difusión de tinte alrededor del sitio de inyección Figura 5A. Todas las demás ratas mostraron una inyección suave y tinción nerviosa, como se muestra en la Figura 4B y la F...
El método de inyección directa en el nervio vago izquierdo se puede realizar de forma segura y sin complicaciones postoperatorias en ratas. La administración de fármacos al nervio vago puede utilizarse para dirigirse al sistema nervioso autónomo (SNA). Esto implica ciertos pasos críticos que requieren práctica y un grado moderado a alto de habilidad quirúrgica.
Este procedimiento quirúrgico requiere anestesia general equilibrada en ratas. El cirujano...
Los autores NR y XC no tienen conflictos de interés. RMB y SJG son inventores de propiedad intelectual relacionada con la transferencia de genes al SNA a través de inyecciones en el nervio vago (patente de los Estados Unidos #11,753,655). SJG y RMB han recibido ingresos por regalías de Taysha Gene Therapies, y SJG ha recibido ingresos por consultoría de Taysha Gene Therapies.
Nos gustaría agradecer a las instalaciones del Centro de Recursos Animales de UT Southwestern por organizar el espacio quirúrgico para ratas. Los fondos para este trabajo fueron proporcionados por las siguientes fuentes a SJG: NIH/NINDS R01 NS087175, Hannah's Hope Fund y Taysha Gene Therapies.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL BD Tuberculin Syringe with Detachable 25 G x 5/8". Needle | Becton, Dickinson and Company | SKU:309626 | Used to connect with curved needle to pull the vagus nerve and hold it at the time of injection. |
0.5% Bupivacaine Hydrochloride Injection | Hospira | NDC 0409-1162-19 | Local anesthetics used to anesthetize local tissue. |
100 mL 0.9% Sodium Chloride Irrigation USP | Stericare Solutions | Item #6240 | Normal saline, used to rehydrate rat and tissue. |
20 Blunt, Retractor Tips, 7.5 mm | Kent Scientific Corporation | Surgi 5018 | Used to pull apart and hold tissues at the time of surgery. |
3 mL BD-Luer-Lok Syringe, Sterile, Single Use | Becton, Dickinson and Company | SKU # 309657 | Used to inject saline in rat and fill the saline into the Polythene tubing. |
AK-Fluor10% | Akorn | NDC 17478-253-10 | Fluorescein dye visible within the nerve. Used to track injection fidelity. |
Animal Weighing Scale | Kent Scientific Corporation | SCL 4000 | Used to measure body weight of rat. |
Ansell ENCORE Perry Style 42 PF Surgical Gloves | Ansell | ASTM D3577 | Sterilie glove, it is used at the time of surgery by a surgeon. |
Artificial Tears Ointment 3.5g | Pivetal | NDC 46066-753-55 | Used in eyses to prevent excessive dryness of eyes. |
Baby-Myxter Hemostat | Fine Science Tools | 13013-14 | Used to stop bleeding in case of emergency. Also used to bend the 25 G x 5/8" in needle. |
BD Intramedic PE Tubing | Becton, Dickinson and Company | 14-170-12A | Used in the injection set up system to connect with Hamilton needle and NanoFil Needles. It also holds the injection mixture. |
BD Precison Glide Needle, 25 G x 5/8" | Becton, Dickinson and Company | REF#305122 | Used to inject saline in rat, and to make a curved needle. |
BD Precison Glide Needle, 27 G x ½" | Becton, Dickinson and Company | REF#301629 | Used to fill sterile saline into the BD Intradermic tubing. |
Benchmark Accuris ”NextPette” Variable Volume Pipette Micro Starter Setincludes 4 pipettes: 10/20/200/1000 μL, plus stand | MilliporeSigma | BMSP7700S1 | Used to pippette sterile solution. |
Betadine, Povidine Iodine 10% | Honestmed | 67618015017 | Used to disinfect the surgical area. |
Carprofen Injectable solution 50 mg/mL | Supplied by Covtrus (6451506845) | SKU 591149 | In our case, we used diluted carprofen at the dose rate of 5 mg/kg provided by the Animal Resource Center of University of Texas Southwestern Medical Center. |
Curved needle (custom made) | Becton, Dickinson and Company | REF#305122 | BD PrecisionGlide 25 G x 5/8" in needle is curved to 90 degrees with the help of a hemostat. The tip of the needle is made blunt. It needs to be sterilized before use. It is used to hook the vagus nerve and hold it at the time of separation and injection. |
Dissecting microscope | Motic | SMZ-171-BLED (Binocular with Lights) | Used to magnify the crifical anatomical area at the time of vagus nerve separation, injeciton, and to check injection leakage. |
Drape sheet | Dynarex | Reorder#8122 | Used as drape after sterilization. |
Dukal Cotton Tip Applicators, Non-Sterile | Dukal | Item 9003 | Used to blunt separation of tissue, needs to sterilize before use. |
Dumont #7 - Fine Forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | Used to separate the left vagus nerve from common carotid artery. It is curved so easy to use. |
Ethicon PDS II Undyed Monofilament Suture - SUTURE, 4/0 18 PDS II CLR MONO PS | Ethicon | VA - Z682G | Used in suturing the wound. |
Ethilon Nylon Suture Black Monofilament | Ethicon | 1856G | Used in suturing the wound if non-absorbale suture is used. Also used to hook the rat tooth to fix nose inside the nose cone. |
Fine Forceps - Mirror Finish | Fine Science Tools | 11412-11 | Used at the time of vagus nerve separation from the common carotid artery. This is straight. |
Fine Scissors - Sharp | Fine Science Tools | 14060-09 | Ued to cut tissue. |
Hamilton cleaning solution | Hamilton | HT18311 | Used to clean the Hamilton after use. |
Hamilton Needle, 27G, Small Hub RN Needle, 2”, PT3, 6/PK | Hamilton | 7762-01 | Used to connect BD Intramedic™ PE Tubing. |
Hamilton Syringe , 710RN | Hamilton | 7638-01 | Used to hold drug at the time of vagus nerve injection. |
Insulin Syringe | EXEL INT, Comfort point | REF 26027 | Used to inject carprofen and local anesthetics. |
Lidocaine 2% Injection | Covetrus | Reorder#002468 | Used to mix with Bupivacaine and inject at the site of incision. |
Luxol Fast Blue MBSN | Acros Organics | 212170250 | Dye visible within the nerve, used to mix with drug so that injection mixture is visible. |
Micro Bead Sterilizer with Glass Beads | Fine Science Tools | Item No. 18090-46 | Used to sterilize surgical tools in between the rat surgery. |
NanoFil Needles-NF35BV-2 | World Precision Instrument | NC9708956 | Used to inject drug - dye mixture inside the vagus nerve. |
Olsen-Hegar Needle Holders with Suture Cutters | Fine Science Tools | 12002-12 | Used in wound suturing. |
Parafilm M Laboratory Wrapping Film, 4 Inches x 125 Feet, 1 Roll per Box, 12 Count | Honestmed | PM#996 | Used to hold the aliquoted 5 uL of drug-dye mixture so that loading of drug-dye mixture into the BDTM intradermic tubing is accurate. |
PDI Alcohol Prep Pads | Honestmed | NDC 10819-3914-2 | Used to disinfect the surgical area. |
Premium Care Sterile Type VII Gauze Sponges, 8-Ply, 2" x 2" | Dukal | Item C5119 | Used as cushon under the neck of rat at the time of surgery. |
Press’n Seal Cling Film | Glad | Used to cover a rat at the time of surgery like a drape. | |
Rat Retractor Set | Kent Scientific Corporation | Surgi 5002 | Used to keep the incision open so that it is easy to separate the vagus nerve from the carotid artery. |
RightTemp Jr. | Kent Scientific Corporation | 20.3 cm W x 25.4 cm L (8 in W x 10 in L), used to keep rat warm. | |
S&T Forceps - SuperGrip Tips | Fine Science Tools | 00632-11 | Used at the time of suturing to hold tissue without damage. |
S&T Suture Tying Forceps | Fine Science Tools | 00272-13 | Used to tight the suture. |
Scalpel blade #15 | Fine Science Tools | 10015-00 | Used to make an incision in the skin at the ventral side of neck. |
Scalpel Handle-#7 | Fine Science Tools | 10007-12 | Used to hold the scalpel blade. |
Syringe Pump | KD Scientific | 78-81-8052GL | Serial #D107034, Model#LEGATO-180, is a programmable pump that can pump small volume of mixture under a program. |
TipOne Filter Tip Refill Starter Systems | USA Scientific | Item #1120-3510 | Used to pipette the drug and dye mixture. |
Vaporizer for Isoflurane, Funnel Filled | Kent Scientific Corporation | Vetflow 1231 | Used to anesthetize rats. |
Vetbond Tissue Adhesives | 3M Science Applied to Life | ID B00016067 | Used to seal tissue at the site of cut wound if suturing is not perfect. |
Wahl BravMini+ Professional Cordless Clipper Kit | Kent Scientific Corporation | CL7300-Kit | Used to cut hair of rat. |
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