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Method Article
ラットにおける直接迷走神経注射のプロトコルを提示し、注射後の合併症なしに神経に直接薬物送達を可能にします。この方法は、自律神経系の操作を含む前臨床神経学的研究に適用されます。ラットや他の種の他の神経に対する直接神経注射に使用でき、必要な変更を加えることができます。
中枢神経系への薬物送達を促進するための戦略と方法論は比較的豊富にあります。しかし、末梢神経系に直接薬物を送達することはあまり一般的ではなく、研究者を支援するために利用できる詳細な方法の発表も少ない。ここでは、迷走神経をモデル神経として、末梢神経系への薬物送達のための直接神経注入法について述べます。この方法は、左迷走神経を標的とすることにより自律神経系障害の治療に使用できますが、この一般的な注射方法は、わずかな変更を加えて他の神経の注射に外挿できます。この方法は、解剖顕微鏡下で麻酔をかけた成体ラットのマイクロサージェリーを含む手順に含まれるすべての重要なステップを説明しています。トラッキング色素の使用は、リアルタイムでの注入フィデリティのモニタリングを容易にするために説明されています。成功した注入と失敗した注入の図が示されています。適切に実施されれば、直接迷走神経注射は、ラットが十分に許容できる安全な方法で実施でき、分娩後の合併症はありません。例えば、外科医がこの方法の訓練を受けると、6匹中6匹のラットが合併症なく注射に成功しました。前臨床ラット研究のための直接神経注射のこの方法は、末梢神経に薬剤(遺伝子治療を含むがこれに限定されない)を送達することができる。
正しい薬物投与方法の適用は、治療結果を成功に導くための重要な要素の1つです。中枢神経系(CNS)への治療薬の送達方法は豊富にありますが、直接神経注射による末梢神経系(PNS)の送達については、ごくわずかしか報告されていません。ラットの後根神経節(DRG)への注射などの直接神経注射は、疼痛メカニズム、薬物毒性、遺伝子導入1,2,3、および一般的な方法開発1,4の理解を深めるために、前臨床試験で試みられています。直接神経注射に関する追加の報告には、ラット5およびマウス6における脊髄神経注射4、坐骨神経注射1、迷走神経注射が含まれます。最近、ウサギの視神経乳頭への治療薬のより良い分布のために、上膜下注射の方法が提案されている7。
DRGは、DRG2の細胞体の感覚機能のために、アデノ随伴ウイルス(AAV)などの導入遺伝子をロードしたベクターの直接注入に理想的な場所と考えられています。DRG注射の外科的方法と非外科的方法の両方が記載されている1,8。しかし、DRG注射の非外科的方法との結果の一貫性について、物議を醸す結論が見つかっています1。椎弓部分切除術を含む外科的方法は、行動結果3を変更することなくラットへのDRG注射で100%成功することが示唆されており、マウス9では部分骨切り術を含む方法が提案されています。いくつかの研究は、ラットおよびマウスにおける前臨床遺伝子治療研究で使用されてきた薬物送達のDRG注射方法を報告している1,2,10。局所注射を含むベクターベースの遺伝子治療研究には、オフターゲット発現の減少、全身毒性の減少、ウイルス量と注射量の減少、免疫原性合併症のリスクの減少などの利点が含まれる場合があります11,12。
体の中で最も長い神経である坐骨神経に直接注入する方法は、ラットの大腿部中央部にある右の坐骨神経を露出させることによって試みられてきました。この方法は、マイクロプロセッサ制御の注入システムを備えたプルドガラスピペットを使用して、総量10μLの色素を1.2μL/minの流量で注入しました1。この実験では、DRGのレベルまで色素の分布が不足していることが示され、その分布は注入部位の周囲にほとんど限られていました。同様に、脊髄神経注射などの他の直接神経注射法も、ラットの適切な注入量と色素分布パターンを評価するために、染料を用いて試みられています。脊髄神経注射には2μLが最適であることが示唆されているが、DRG注射による色素3μLはラットの背根神経節と腹根神経節の両方に分布を示した1。マウスでのDRG注射の量は、ひずみと体のサイズに基づいて1.0μLから1.5μLに最適であると報告されています2,9。
ラット5 およびマウス6 において、ヒトα-シヌクレインの移行における神経損傷または細胞完全性の役割を評価するために、直接迷走神経注射法を用いた。同じ研究者グループによって実施されたこれら 2 つの研究では、頸部の左迷走神経に AAV ベクターを直接注入する簡単な方法が説明されています。ラットでは、この方法には、先端径 60 μm のガラス キャピラリーを使用して、5 μL のハミルトン シリンジで 0.5 μL/分の流速で 2 μL のベクターを注入しました。マウスでは、10 μL NanoFil シリンジ6 に取り付けた 36 G の鈍いスチール製ニードルを使用して、総量 750 nL のベクター溶液を 160 nL/分の流速で注入しました。これらの実験により、導入遺伝子はラットとマウスの橋と中脳の軸索に送達され、発現されることが示されました。同様に、左迷走神経の背側運動核は、導入遺伝子による陽性の免疫反応を示しました。これらの証拠は、直接迷走神経注射法が、細胞形質導入が脳のいくつかの場所に拡張され、迷走神経を介して軸索を投影する遺伝子治療における信頼できる方法である可能性があることを示しています。ただし、これらの方法では、注入忠実度を追跡するための色素の使用については言及されていません。
ここでは、前臨床試験の研究者に大部分適用可能な無毒の追跡染料を使用して左迷走神経に直接注射する方法について説明します。薬物送達に困難を引き起こす可能性のある潜在的な落とし穴と、それらを克服する方法について説明します。これらの状況は、配信が失敗する原因と成功させる方法を示すために、写真で示されています。
以下のプロトコルは、施設の倫理ガイドラインと施設動物管理および使用委員会(IACUC)からの承認に従って実施されます。
1. ハウジングの準備
注:このプロトコルは、少なくとも2か月齢の成体ラット用です。より小さな動物(マウスや若いラットを含む)も可能ですが、推奨されず、かなり難しくなります。
2. 手術用品とスペースの準備
3. 候補薬とトラッキング色素の混合物を調製する
4. 候補薬剤と染料混合物をチューブに装填します。
5.注射針のプライミング
6. 手術のためのラットの準備
7. 候補薬を左迷走神経に直接注入するラット手術を行う(図2、 図3、 図4)
注:この部分では、外科医を補助するために2人目の人が必要になります。
8. ラットの術後ケア
本研究では、6匹の成体ラット(雄3匹、雌3匹)を使用しました。6匹のうち、1匹のラットを複数回注射して、注射部位の周りの色素の拡散を示す失敗注射の状態を示しました図 5A。他のすべてのラットは、 図4B および 図5Bに示すように、滑らかな注射および神経染色を示した。<...
左迷走神経への直接注射の方法は、ラットの手術後の合併症なしに安全に行うことができます。迷走神経への薬物送達は、自律神経系(ANS)を標的とするために使用できます。これには、練習と中等度から高度の外科的スキルを必要とする特定の重要なステップが含まれます。
この外科的処置には、ラットのバランスの取れた全身麻酔が必要です?...
著者NRとXCには利益相反はありません。RMBとSJGは、迷走神経注射によるANSへの遺伝子導入に関連する知的財産の発明者です(米国特許#11,753,655)。SJGとRMBはTaysha Gene Therapiesからロイヤリティ収入を受け取っており、SJGはTaysha Gene Therapiesからコンサルティング収入を得ています。
ラットの手術スペースを手配してくださったUTサウスウェスタンアニマルリソースセンター施設に感謝します。この研究のための資金は、SJGに対してNIH/NINDS R01 NS087175、Hannah's Hope Fund、Taysha Gene Therapiesから提供されました。
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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