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Method Article
Presentiamo un protocollo per l'iniezione diretta del nervo vago nei ratti, che consente la somministrazione del farmaco direttamente nel nervo senza complicazioni post-iniezione. Questo metodo si applica agli studi neurologici preclinici che coinvolgono la manipolazione del sistema nervoso autonomo. Può essere utilizzato per l'iniezione diretta di nervi per altri nervi nei ratti e in altre specie, con le modifiche necessarie.
C'è una relativa abbondanza di strategie e metodologie per facilitare la somministrazione di farmaci al sistema nervoso centrale. Tuttavia, la somministrazione diretta di farmaci al sistema nervoso periferico è meno comune, con meno pubblicazioni dettagliate sui metodi disponibili per aiutare i ricercatori. Qui, descriviamo un metodo di iniezione diretta del nervo per la somministrazione di farmaci nel sistema nervoso periferico, utilizzando il nervo vago come nervo modello. Questo metodo può essere utilizzato nel trattamento dei disturbi del sistema nervoso autonomo attraverso il targeting del nervo vago sinistro, sebbene questo metodo di iniezione generale possa essere estrapolato all'iniezione di altri nervi con piccole modifiche. Questo metodo spiega tutte le fasi critiche coinvolte nella procedura che coinvolge la microchirurgia in ratti adulti anestetizzati sotto un microscopio da dissezione. L'uso di un colorante tracciante è descritto per facilitare il monitoraggio della fedeltà dell'iniezione in tempo reale. Vengono fornite illustrazioni di iniezioni riuscite e fallite. Se eseguite correttamente, le iniezioni dirette del nervo vago possono essere condotte in modo sicuro e ben tollerato dal ratto senza complicazioni post-parto. Ad esempio, una volta che i chirurghi sono stati formati su questo metodo, sei ratti su sei sono stati iniettati con successo senza complicazioni. Questo metodo di iniezione diretta del nervo per studi preclinici sui ratti è in grado di somministrare agenti (inclusa, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, la terapia genica) ai nervi periferici.
L'applicazione del corretto metodo di somministrazione dei farmaci è uno dei fattori critici per ottenere risultati terapeutici di successo. Nonostante l'abbondanza di metodi per la somministrazione di agenti terapeutici al sistema nervoso centrale (SNC), solo pochi metodi sono riportati per la somministrazione di agenti terapeutici al sistema nervoso periferico (PNS) mediante iniezione diretta di nervo. L'iniezione diretta di nervi, come l'iniezione nei gangli della radice dorsale (DRG) nei ratti, è stata provata in studi preclinici per una migliore comprensione dei meccanismi del dolore, della tossicità dei farmaci, del trasferimento genico 1,2,3 e dello sviluppo di metodi generali 1,4. Ulteriori segnalazioni sull'iniezione diretta del nervo includono l'iniezione del nervo spinale4, l'iniezione del nervo sciatico1 e l'iniezione del nervo vago nei ratti5 e nei topi6. Recentemente è stato proposto un metodo per l'iniezione sopracondriale per una migliore distribuzione di terapie nella testa del nervo ottico nei conigli7.
Il DRG è considerato il luogo ideale per l'iniezione diretta di vettori caricati con transgeni come il virus adeno-associato (AAV) a causa della funzione sensoriale dei corpi cellulari nel DRG2. Sono stati descritti metodi chirurgici e non chirurgici di iniezioni di DRG 1,8. Tuttavia, sono state riscontrate conclusioni controverse sulla coerenza dei risultati con il metodo non chirurgico di iniezione DRG1. È stato suggerito che un metodo chirurgico che prevede una laminectomia parziale sia efficace al 100% per l'iniezione di DRG nei ratti senza alcuna alterazione degli esiti comportamentali3, così come un metodo che prevede l'osteotomia parziale nei topi9. Diversi studi riportano i metodi di iniezione DRG per la somministrazione di farmaci, che sono stati utilizzati nella ricerca preclinica sulla terapia genica nei ratti e nei topi 1,2,10. Gli studi di terapia genica basati su vettori che coinvolgono iniezioni localizzate possono includere i seguenti benefici: diminuzione dell'espressione off-target, riduzione della tossicità sistemica e minori cariche virali e volumi di iniezione, diminuzione del rischio di complicanze immunogeniche11,12.
Il metodo dell'iniezione diretta nel nervo sciatico, il nervo più lungo del corpo, è stato provato esponendo il nervo sciatico destro a metà coscia di un ratto. Il metodo ha utilizzato una pipetta di vetro tirata dotata di un sistema di iniezione controllato da microprocessore per iniettare un volume totale di 10 μl di colorante con una portata di 1,2 μl/min1. Questo esperimento ha mostrato una mancanza di distribuzione del colorante al livello di DRG e la distribuzione era per lo più limitata intorno al sito di iniezione. Allo stesso modo, altri metodi di iniezioni nervose dirette, come le iniezioni del nervo spinale, sono stati provati con il colorante per valutare la quantità appropriata di volume di iniezione e il modello di distribuzione del colorante nei ratti. Si ritiene che 2 μL siano ottimali per l'iniezione del nervo spinale, mentre 3 μL di colorante mediante iniezione DRG hanno mostrato la distribuzione sia nei gangli della radice dorsale che in quelli ventrali nei ratti1. È stato riportato che il volume per l'iniezione di DRG nei topi è ottimale da 1,0 μL a 1,5 μL in base al ceppo e alle dimensioni corporee 2,9.
Il metodo di iniezione diretta del nervo vago è stato utilizzato nei ratti5 e nei topi6 per valutare il ruolo del danno neurale o dell'integrità cellulare nel trasferimento della α-sinucleina umana. Questi due studi, condotti dallo stesso gruppo di ricercatori, descrivono un breve metodo per iniettare direttamente vettori AAV nel nervo vago sinistro nella regione cervicale. Nei ratti, il metodo prevedeva un capillare di vetro con un diametro della punta di 60 μm per iniettare 2 μL di vettore a una velocità di flusso di 0,5 μL/min con una siringa Hamilton da 5 μL. Nei topi, un volume totale di soluzione vettoriale da 750 nL è stato iniettato a una velocità di flusso di 160 nL/min utilizzando un ago in acciaio smussato da 36 G montato su una siringa NanoFil da 10 μL6. Questi esperimenti hanno dimostrato che il transgene è stato consegnato ed espresso negli assoni nel ponte e nel mesencefalo dei ratti e dei topi. Allo stesso modo, il nucleo motorio dorsale del nervo vago sinistro ha mostrato un'immunoreazione positiva con il transgene. Queste prove illustrano che il metodo di iniezione diretta del nervo vago potrebbe essere un metodo affidabile nella terapia genica in cui la trasduzione cellulare è estesa in diverse posizioni del cervello, che proiettano assoni attraverso il nervo vago. Tuttavia, questi metodi non menzionano l'uso di alcun colorante per monitorare la fedeltà dell'iniezione.
Qui, viene descritto un metodo per l'iniezione diretta nel nervo vago sinistro utilizzando coloranti di tracciamento non tossici ampiamente applicabili ai ricercatori negli studi preclinici. Vengono discusse le potenziali insidie che possono causare difficoltà nella somministrazione dei farmaci e i modi per superarle. Queste situazioni sono illustrate con immagini per mostrare cosa rende la consegna non riuscita e il modo per renderla di successo.
Il seguente protocollo è condotto in conformità con le linee guida etiche istituzionali e l'approvazione del Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali (IACUC).
1. Preparazione dell'alloggio
NOTA: Questo protocollo è per ratti adulti di almeno 2 mesi. Gli animali più piccoli (compresi i topi e i ratti più giovani) sono possibili, ma non sono raccomandati e saranno considerevolmente più difficili.
2. Preparazione degli articoli chirurgici e dello spazio
3. Preparazione di una miscela del farmaco candidato e del colorante di tracciamento
4. Caricamento del farmaco candidato e della miscela di colorante nel tubo
5. Adescamento dell'ago per iniezione
6. Preparazione del ratto per l'intervento chirurgico
7. Esecuzione di un intervento chirurgico nel ratto per iniettare il farmaco candidato direttamente nel nervo vago sinistro (Figura 2, Figura 3 e Figura 4)
NOTA: Questa parte del metodo richiederà una seconda persona per assistere il chirurgo.
8. Cura post-operatoria di un ratto
Nel presente studio sono stati utilizzati sei ratti adulti (3 maschi e 3 femmine). Su sei, un ratto è stato iniettato più volte per dimostrare una condizione di fallimento dell'iniezione che mostra una diffusione del colorante intorno al sito di iniezione Figura 5A. Tutti gli altri ratti hanno mostrato un'iniezione liscia e una colorazione nervosa, come mostrato nella Figura 4B e
Il metodo per l'iniezione diretta nel nervo vago sinistro può essere eseguito in modo sicuro e senza complicazioni post-operatorie nei ratti. La somministrazione di farmaci al nervo vago può essere utilizzata per colpire il sistema nervoso autonomo (ANS). Ciò comporta alcuni passaggi critici che richiedono pratica e un grado di abilità chirurgica da moderato ad alto.
Questa procedura chirurgica richiede un'anestesia generale equilibrata nei ratti. Il chir...
Gli autori NR e XC non hanno conflitti di interesse. RMB e SJG sono inventori della proprietà intellettuale relativa al trasferimento genico all'ANS tramite iniezioni di nervo vago (brevetto degli Stati Uniti #11,753,655). SJG e RMB hanno ricevuto royalties da Taysha Gene Therapies e SJG ha ricevuto proventi da consulenze da Taysha Gene Therapies.
Vorremmo ringraziare l'UT Southwestern Animal Resource Center Facility per aver organizzato lo spazio chirurgico per i ratti. Il finanziamento per questo lavoro è stato fornito dalle seguenti fonti a SJG: NIH/NINDS R01 NS087175, Hannah's Hope Fund e 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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