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Nous présentons un protocole d’injection directe du nerf vague chez le rat, permettant l’administration directe du médicament dans le nerf sans complications post-injection. Cette méthode s’applique aux études neurologiques précliniques impliquant une manipulation du système nerveux autonome. Il peut être utilisé pour l’injection nerveuse directe pour d’autres nerfs chez les rats et d’autres espèces, avec les modifications nécessaires.
Il existe une abondance relative de stratégies et de méthodologies pour faciliter l’administration de médicaments au système nerveux central. Cependant, l’administration de médicaments directement dans le système nerveux périphérique est moins courante, avec moins de publications de méthodes détaillées disponibles pour aider les chercheurs. Ici, nous décrivons une méthode d’injection nerveuse directe pour l’administration de médicaments dans le système nerveux périphérique, en utilisant le nerf vague comme nerf modèle. Cette méthode peut être utilisée dans le traitement des troubles du système nerveux autonome en ciblant le nerf vague gauche, bien que cette méthode d’injection générale puisse être extrapolée à l’injection d’autres nerfs avec une modification mineure. Cette méthode explique toutes les étapes critiques de la procédure impliquant la microchirurgie chez des rats adultes anesthésiés sous microscope disséquant. L’utilisation d’un colorant de suivi est décrite pour faciliter le suivi de la fidélité d’injection en temps réel. Des illustrations d’injections réussies et échouées sont fournies. Si elles sont effectuées correctement, les injections directes du nerf vague peuvent être effectuées de manière sûre et bien tolérée par le rat sans complications après l’accouchement. Par exemple, une fois que les chirurgiens ont été formés à cette méthode, six rats sur six ont été injectés avec succès sans aucune complication. Cette méthode d’injection nerveuse directe pour les études précliniques chez le rat est capable d’administrer des agents (y compris, mais sans s’y limiter, la thérapie génique) aux nerfs périphériques.
L’application de la bonne méthode d’administration des médicaments est l’un des facteurs critiques pour obtenir des résultats thérapeutiques réussis. Malgré l’abondance de méthodes d’administration d’agents thérapeutiques dans le système nerveux central (SNC), seules quelques méthodes sont rapportées pour l’administration du système nerveux périphérique (SNP) par injection nerveuse directe. L’injection directe de nerfs, telle que l’injection dans les ganglions de la racine dorsale (DRG) chez le rat, a été testée dans des études précliniques pour mieux comprendre les mécanismes de la douleur, la toxicité des médicaments, le transfert de gènes 1,2,3 et le développement général de méthodes 1,4. D’autres rapports sur l’injection directe de nerfs comprennent l’injection de nerf spinal4, l’injection de nerf sciatique1 et l’injection de nerf vague chez le rat5 et la souris6. Récemment, une méthode d’injection suprachondriale a été proposée pour une meilleure distribution des traitements dans la tête du nerf optique chez le lapin7.
Le DRG est considéré comme l’endroit idéal pour l’injection directe de vecteurs chargés de transgènes tels que le virus adéno-associé (AAV) en raison de la fonction sensorielle des corps cellulaires dans le DRG2. Des méthodes chirurgicales et non chirurgicales d’injections de DRG ont été décrites 1,8. Cependant, des conclusions controversées ont été trouvées sur la cohérence des résultats avec la méthode non chirurgicale d’injection de DRG1. Une méthode chirurgicale impliquant une laminectomie partielle a été suggérée comme étant efficace à 100 % pour l’injection de DRG chez le rat sans aucune altération des résultats comportementaux3, ainsi qu’une méthode impliquant une ostéotomie partielle chez la souris9. Plusieurs études rapportent les méthodes d’injection de DRG pour l’administration de médicaments, qui ont été utilisées dans la recherche préclinique sur la thérapie génique chez les rats et les souris 1,2,10. Les études de thérapie génique à base de vecteurs impliquant des injections localisées peuvent inclure les avantages suivants : diminution de l’expression hors cible, réduction de la toxicité systémique, charges virales et volumes d’injection plus faibles, diminution du risque de complications immunogènes11,12.
La méthode d’injection directe dans le nerf sciatique, le nerf le plus long du corps, a été testée en exposant le nerf sciatique droit au niveau de la mi-cuisse d’un rat. La méthode utilisait une pipette en verre tiré équipée d’un système d’injection contrôlé par un microprocesseur pour injecter un volume total de 10 μL de colorant avec un débit de 1,2 μL/min1. Cette expérience a montré un manque de distribution du colorant au niveau du DRG, et la distribution était principalement limitée autour du site d’injection. De même, d’autres méthodes d’injections directes dans les nerfs, telles que les injections dans le nerf rachidien, ont été testées avec un colorant pour évaluer la quantité appropriée de volume d’injection et le modèle de distribution du colorant chez les rats. Il est suggéré que 2 μL sont optimaux pour l’injection du nerf rachidien, tandis que 3 μL de colorant par injection de DRG ont montré la distribution dans les ganglions de la racine dorsale et ventrale chez le rat1. Le volume d’injection de DRG chez la souris a été signalé comme étant optimal de 1,0 μL à 1,5 μL sur la base de la souche et de la taille corporelle 2,9.
La méthode d’injection directe du nerf vague a été utilisée chez le rat5 et la souris6 pour évaluer le rôle des lésions neuronales ou de l’intégrité cellulaire dans le transfert de la α-synucléine humaine. Ces deux études, menées par le même groupe de chercheurs, décrivent une brève méthode d’injection directe de vecteurs AAV dans le nerf vague gauche de la région cervicale. Chez le rat, la méthode impliquait un capillaire en verre avec un diamètre d’embout de 60 μm pour injecter un vecteur de 2 μL à un débit de 0,5 μL/min avec une seringue Hamilton de 5 μL. Chez la souris, un volume total de solution vectorielle de 750 nL a été injecté à un débit de 160 nL/min à l’aide d’une aiguille en acier émoussée de 36 G fixée sur une seringue NanoFil6 de 10 μL. Ces expériences ont montré que le transgène était délivré et exprimé dans les axones du pont et du mésencéphale des rats et des souris. De même, le noyau moteur dorsal du nerf vague gauche a montré une immunoréaction positive avec le transgène. Ces éléments de preuve illustrent que la méthode d’injection directe du nerf vague pourrait être une méthode fiable en thérapie génique où la transduction cellulaire est étendue à plusieurs endroits du cerveau, qui projettent des axones à travers le nerf vague. Cependant, ces méthodes ne mentionnent pas l’utilisation d’un colorant pour suivre la fidélité de l’injection.
Ici, une méthode est décrite pour l’injection directe dans le nerf vague gauche à l’aide de colorants de suivi non toxiques largement applicables aux chercheurs dans les études précliniques. Les pièges potentiels qui peuvent causer des difficultés dans l’administration des médicaments et les moyens de les surmonter sont discutés. Ces situations sont illustrées par des images pour montrer ce qui fait que la livraison échoue et la manière de la réussir.
Le protocole suivant est mené conformément aux lignes directrices en matière d’éthique de l’établissement et à l’approbation du Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux (IACUC).
1. Préparation du logement
REMARQUE : Ce protocole s’adresse aux rats adultes âgés d’au moins 2 mois. Des animaux plus petits (y compris les souris et les jeunes rats) sont possibles mais ne sont pas recommandés et seront beaucoup plus difficiles.
2. Préparation des articles chirurgicaux et de l’espace
3. Préparation d’un mélange du médicament candidat et du colorant de suivi
4. Chargement du mélange de médicament candidat et de colorant dans le tube
5. Amorçage de l’aiguille d’injection
6. Préparation du rat à la chirurgie
7. Réalisation d’une chirurgie du rat pour injecter le médicament candidat directement dans le nerf vague gauche (Figure 2, Figure 3 et Figure 4)
REMARQUE : Cette partie de la méthode nécessitera une deuxième personne pour aider le chirurgien.
8. Soins postopératoires d’un rat
Six rats adultes (3 mâles et 3 femelles) ont été utilisés dans la présente étude. Sur six, un rat a été injecté plusieurs fois pour démontrer une condition d’injection d’échec qui montre une diffusion du colorant autour du site d’injection Figure 5A. Tous les autres rats ont montré une injection douce et une coloration nerveuse, comme le montrent les figures 4B et
La méthode d’injection directe dans le nerf vague gauche peut être réalisée en toute sécurité et sans complications post-opératoires chez le rat. L’administration de médicaments au nerf vague peut être utilisée pour cibler le système nerveux autonome (SNA). Cela implique certaines étapes critiques qui nécessitent de la pratique et un degré modéré à élevé de compétence chirurgicale.
Cette intervention chirurgicale nécessite une anesth?...
Les auteurs NR et XC n’ont aucun conflit d’intérêts. RMB et SJG sont les inventeurs de la propriété intellectuelle liée au transfert de gènes vers le SNA via des injections de nerf vague (brevet américain #11,753,655). SJG et RMB ont reçu des revenus de redevances de Taysha Gene Therapies, et SJG a reçu des revenus de conseil de Taysha Gene Therapies.
Nous tenons à remercier l’installation du Centre de ressources animales du sud-ouest de l’UT pour l’organisation de l’espace chirurgical pour les rats. Le financement de ce travail a été fourni par les sources suivantes à SJG : NIH/NINDS R01 NS087175, Hannah’s Hope Fund et 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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