고속 Pneumatic Drill Craniectomy를 통한 돼지 뇌 접근

요약

이 프로토콜은 3개월 된 덴마크 재래종 돼지에게 고속 공압 드릴을 사용하여 두개골 절제술을 수행하는 것을 설명합니다. 접근은 전두골을 통해 이루어지며 복부 경막과 기저 대뇌 반구를 드러냅니다. 이 절차를 통해 돼지 뇌의 많은 부분에 접근할 수 있습니다.

초록

돼지를 실험 동물 모델로 사용하는 것은 돼지와 인간의 중추신경계(CNS)가 많은 중요한 기능적, 구조적 특성을 공유하기 때문에 신경과학 연구와 특히 관련이 있습니다. 결과적으로 돼지는 다양한 신경 질환에 대한 향후 연구에서 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 여기에서는 돼지 전두골을 통해 전두골 절제술을 시행하는 방법에 대해 설명합니다. 정중선 절개 및 돼지 전두골의 후속 노출 후, 두개골 절제술의 최적 위치를 보장하기 위해 해부학적 랜드마크가 사용됩니다. 둥근 드릴로 전두골을 신중하고 점진적으로 얇게 함으로써 경막과 그 아래의 대뇌 반구에 대한 직사각형 개구부가 이루어집니다. 제시된 방법은 공압 고속 드릴을 포함한 특정 수술 재료와 어느 정도의 수술 경험이 필요합니다. 잠재적인 합병증에는 경막(dura mater) 또는 등쪽 시상동(dorsal sagittal sinus)의 의도하지 않은 병변이 포함됩니다. 그러나 이 방법은 간단하고 시간 효율적이며 연구자에게 높은 수준의 재현성을 제공합니다. 올바르게 수행된다면, 이 기술은 다양한 신경 모니터링 또는 분석을 위해 영향을 받지 않은 돼지 뇌의 많은 부분을 노출시킵니다.

서문

일반적으로 동물 모델은 실용적 및/또는 윤리적 한계로 인해 인간 환자를 사용하여 질병을 검사하거나 수술 방법을 테스트하는 것이 금지될 때 사용됩니다. 새로운 동물 모델은 일반적으로 인간 조건에 대한 번역 가치가 있는 새로운 지식을 제공하기 위해 확립됩니다. 설치류는 실용적이고 재정적 고려 사항으로 인해 종종 활용되지만, 특히 상당한 해부학적 차이로 인해 인간에 대한 번역 가치가 제한적입니다¹. 그러나 돼지는 설치류에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다. 돼지는 인간과 몇 가지 주요 해부학적, 생리학적, 대사적, 유전적 특징을 공유할 뿐만 아니라 돼지 장기 시스템의 크기는 인간의 장기와 유사하도록 무게를 일치시킬 수 있습니다 ^2,3. 이로 인해 돼지는 수술 동물 모델과 절차 훈련에서 독특한 역할을 한다⁴. 돼지 모델의 사용은 설치류의 사용에 비해 특정 실용적이고 재정적 인 능력이 필요하지만, 돼지는 인간이 아닌 영장류의 사용에 비해 재정적으로나 윤리적으로 더 수용 가능한 옵션을 제공합니다.

돼지의 뇌는 중개 신경과학 연구에서 특히 관심이 많습니다. 첫째, 돼지 뇌의 구조는 인간의 뇌와 유사한데, 둘 다 백질이 우세하고 gyrencephalic ^3,5,6이기 때문이다. 둘째, 설치류에 비해 돼지의 뇌 크기가 더 크기 때문에 임상 환경에서 사용되는 것과 동일한 수술 장비 및 다양한 영상 기법을 사용할 수 있습니다 ^7,8. 결과적으로, 다양한 돼지 모델이 최근 수십 년 동안 신경 과학 연구에서 광범위하게 사용되어 왔다⁹. 그러나 이러한 돼지 중추신경계 모델의 대부분은 뇌 조직에 대한 직접적인 분석이 필요하며, 이는 다양한 방법(예: 카테터 또는 전극 이식, 조직 생검 등)으로 얻을 수 있습니다 ¹⁰. 이러한 치료법의 대부분은 어느 정도의 도구화와 뇌에 대한 직접적인 접근을 필요로 하기 때문에 외과적 접근을 위한 다양한 접근법을 고려해야 합니다.

이 방법은 진정제를 투여한 3개월 된 암컷 덴마크 랜드레이스 돼지의 전두골을 통해 전두골 절제술을 시행하는 것입니다. 이 원고의 전반적인 목적은 공압식 고속 드릴을 사용하여 두개골 절제술을 통해 복부 돼지 뇌의 상당 부분을 노출시키는 방법을 설명하는 것입니다. 첫 번째 단계는 머리를 들어 올린 상태에서 피사체를 적절한 위치에 놓는 것입니다. 돼지의 두개골은 인간의 두개골과 상당히 다르기 때문에 두 번째 단계는 다양한 해부학적 랜드마크를 사용하여 두개골 절제술의 배치를 계획하는 것입니다. 세 번째 단계는 양쪽 반구를 덮고 있는 기본 경막을 손상시키지 않고 접근하는 것입니다.

프로토콜

기술된 모든 동물실험은 덴마크 올보르 대학병원에서 현행법에 따라 덴마크 동물실험검사관(허가번호 2020-15-0201-00401)의 승인 하에 수행되었다. 이 연구에는 약 40kg의 암컷과 3개월령의 국내 돼지가 사용되었습니다. 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나와 있습니다.

1. 대상 주택

1. 적응을 보장하기 위해 수술 절차 전 최소 7일 동안 승인된 펜에서 12시간의 밝음/어두운 주기가 있는 그룹으로 피험자를 수용합니다.

2. 마취 및 모니터링

1. 틸레타민 6.25mg/mL, 케타민 6.25mg/mL, 졸라제팜 6.25mg/mL, 부토르파놀 1.25mg/mL, 자일라진 6.25mg/mL를 함유한 혼합물 2mL/10kg을 근육 주사하여 동물을 진정시킵니다.
2. 최적의 온도 조절을 보장하기 위해 동물을 난방 담요 위에 누운 자세로 놓습니다.
3. 크기 6.5 튜브⁷ 로 피험자를 삽관하고 호기 호기말 CO₂ 농도< 따라 비가습 공기, 8mL/kg의 일회 호흡량, 16-20 호흡/분의 호흡수로 기계적으로 환기시킵니다.
   알림: 이것은 또한 기관 내 튜브의 올바른 배치를 보장합니다.
4. 1%에서 2%의 세보플루란을 흡입하여 마취를 유지합니다.
5. 마취 중 건조함을 방지하기 위해 피험자의 양쪽 눈에 안과 연고를 조심스럽게 바르십시오.
6. 섬모 반사를 확인하고 그에 따라 세보플루란을 조정하여 마취 정도를 확인합니다.
7. 체온계가 있는 방광 카테터를 요도를 통해 피험자의 방광에 삽입하여 체온을 모니터링하고 카테터 백에 소변을 수집합니다.
8. 절차 전반에 걸쳐 동물의 활력 징후를 모니터링합니다.
   알림: 활력 징후에는 맥박, 지속적인 동맥 혈압, 온도 및 호기말 CO₂가 포함됩니다.
9. 경피적 천자로 우측 경정맥에 중심 정맥 카테터(6 Fr sheath)를 삽입하고 연속 식염수(NaCl, 0.9%) 주입, 약물 주입 및 연구 종료 시 안락사에 사용합니다.

3. 동물 포지셔닝

1. 최적의 위치를 보장하기 위해 전두골이 거의 수평이 될 때까지 머리를 들고 모래주머니로 안정시킨 상태에서 피험자를 엎드린 자세로 놓습니다.
   알림: 원치 않는 움직임을 방지하기 위해 머리가 어느 정도 고정되어 있는지 확인하십시오.
2. 트리머나 면도기를 사용하여 수술 부위의 수염을 면도합니다.

4. 수술 장비 준비

1. 재료 표에 나열된 대로 수술 장비를 준비합니다.

5. 전두골 노출

1. 각 상안와능선(superior orbital crest)의 목덜미(nuchal prominence)와 꼬리 측면(caudal aspect)을 식별하여 예상되는 시상 정중선(sagittal midline)을 정의합니다.
2. 메스 번호 24를 사용하여 피부와 galea aponeurotica를 모두 절단하여 전두골의 골막으로 정중선 절개로 시작합니다.
3. 수술용 면봉으로 피를 닦아냅니다.
4. 12mm의 납작한 롱게르를 사용하여 절개 부위 주변의 전두골에서 galea aponeurotica를 점차적으로 분리합니다.
5. 수술용 견인기를 사용하여 galea aponeurotica를 분리하고 아래에 있는 전두골을 노출시킵니다(그림 2).

6. 노출된 전두골의 해부학적 랜드마크 식별

1. 시상 봉합사를 해부학적 정중선과 관상동맥 봉합사에 대한 참조로 식별합니다(그림 2).
2. 수동 촉진을 통해 세 가지 뼈 구조를 식별합니다: 양쪽 상안와 능선의 목덜미 돌출부와 꼬리 측면(그림 1 및 그림 3).
   참고: 이 랜드마크는 두개골 절제술이 수행되는 삼각형을 형성합니다(그림 1 및 그림 4A).

7. 경막에 대한 접근

1. 둥근 다이아몬드 코팅된 버가 있는 고속 공압 드릴(그림 3A)을 사용하여 이전에 정의된 삼각형의 테두리 내에서 직사각형의 각 모서리를 정의합니다.
2. 각 모서리를 4mm의 둥근 다이아몬드 버로 연결하여 개구부의 올바른 위치를 확인합니다(그림 4B).
3. 경막이 노출될 때까지 4mm의 둥근 다이아몬드 버로 전두골을 점차적으로 얇게 만듭니다.
   알림: 큰 등쪽 시상 부비동이 여기에 있으므로 시상 봉합사(그림 1)에 해당하는 정중선의 경막과 첫 번째 접촉점을 만들지 마십시오. 이 시점의 천공은 심각한 정맥 출혈을 유발할 수 있습니다.
4. 경막과의 첫 번째 접촉 지점을 사용하여 나머지 전두골의 두께를 육안으로 평가합니다.
5. 4mm 둥근 다이아몬드 버를 사용하여 정의된 직사각형의 정면 뼈를 계속 조심스럽게 얇게 만듭니다.
   참고: 정맥에서 출혈하거나 전두골의 노출된 해면체증을 나중에 지혈할 수 있도록 뼛가루를 보관하십시오.
6. 뼈 플레이트 주위의 충분히 얇아진 뼈 아래로 3mm 해부부를 밀어 넣고 부드러운 수동 압력으로 깎아내어 경막까지 개구부를 확장합니다.
   알림: 골판 주변의 경막의 여러 지점이 노출될 때까지 뼈를 뚫고 깎아내는 작업을 번갈아 가며 수행합니다.
7. 주사기로 멸균 식염수를 바르면 시야가 깨끗해집니다.

8. 뼈 판의 제거

1. 골판 아래에 3mm 해부기를 삽입하고 손잡이에 점진적인 아래쪽 압력을 가하여 골판을 분리합니다.
   참고: 이제 밑에 있는 경막이 노출되어 양쪽 대뇌 반구의 윤곽이 드러나야 합니다(그림 5 및 그림 6).
2. 뇌척수액(CSF) 누출을 육안으로 검사하여 경막의 무결성을 평가합니다.
   알림: 두 반구는 dura mater에 심각한 결함이 없는 경우 동기 맥동으로 상승합니다.
3. 저장된 뼛가루를 사용하거나 저전압에서 소작으로 단극 또는 양극성 응고를 조심스럽게 적용하여 경미한 정맥 출혈을 막습니다.
   참고: 사절 또는 이배체 정맥에서 경미한 정맥 출혈이 예상됩니다.

9. 드러난 경막 물질 보호

1. 노출된 경막을 멸균 식염수에 적신 멸균 수술용 면봉으로 덮어 기저 조직이 건조되는 것을 방지합니다.

10. 미세투석 카테터(MDC) 삽입

1. 등쪽 시상동(dorsal sagittal sinus)을 정중선의 참조로 사용하십시오. 일회용 18G 바늘의 내강 내에 미세 투석 카테터(MDC)를 삽입합니다. 바늘의 20mm가 조직 내에 올 때까지 바늘을 두개골 주둥 방향으로 10°-15° 각도로 바늘로 등쪽 시상동에서 측면으로 10mm 떨어진 경막을 관통합니다.
2. MDC가 표재성 대뇌 피질 내의 동일한 위치에 유지되도록 하면서 바늘을 천천히 빼냅니다.
3. MDC의 탈구를 방지하기 위해 카테터를 주변 피부에 단단히 고정합니다.
   알림: 손상을 방지하기 위해 MDC의 끝이 바늘의 날카로운 끝에 닿지 않도록 하십시오.
4. 등쪽 시상동을 정중선 참조로 사용하여 절차를 반복합니다. 위에서 설명한 대로 바늘 안에 MDC를 놓고 바늘이 수직(90° 각도)으로 정중선에서 15mm 떨어진 반대쪽 반구의 경막을 관통합니다.
   1. 바늘을 20mm 삽입한 후 설명에 따라 천천히 빼내고, MDC는 대뇌피질하 조직 내에 남겨둡니다. 위에서 설명한 대로 MDC를 보호합니다.
5. 18G의 일회용 바늘이 있는 2mL 일회용 플라스틱 주사기를 준비합니다. 주사기에 0.5mL의 멸균 식염수를 채웁니다.
6. 바늘이 정중선을 향하도록 45° 각도를 유지하면서 정중선에서 측면으로 20mm 경막을 관통합니다. 바늘을 한 번에 1mm씩 천천히 삽입하면서 삽입할 때마다 부드럽게 흡입합니다.
7. 뇌척수액(CSF)이 얻어질 때까지 각 흡인 중에 주사기를 관찰합니다.
8. 바늘을 동일한 해부학적 위치에 유지하면서 주사기에서 바늘을 분리합니다. 저항이 느껴질 때까지 바늘을 통해 외측 심실에 MDC를 삽입합니다.
9. 위에서 설명한 대로 수술용 테이프로 MDC를 단단히 고정합니다.

11. 미세투석(MD)

1. 각 미세투석 카테터(MDC)를 별도의 미세투석 펌프에 연결합니다.
2. MDC를 통해 멸균 식염수를 펌핑하고 적절한 샘플에 수집하여 미세 투석 과정을 시작합니다. 각 샘플에서 식염수를 관찰하여 각 MDC를 통한 흐름을 보장합니다.
3. 1μL/min의 유속으로 30분의 연속 미세 투석의 조직 보정 기간을 시작합니다.

12. 안락사

1. 중심 정맥 카테터를 통해 펜토바르비탈(50mg/kg) 정맥 주사 볼루스를 투여합니다(기관에서 승인된 프로토콜에 따름).
2. 심정지의 확인으로 평탄한 라인에 대한 호흡기의 맥박, 혈압 및 호기말 CO₂ 곡선을 관찰합니다.

결과

돼지 머리의 엎드린 위치는 수술 중 외과의가 최적의 접근을 할 수 있도록 하며, 안정화 모래 주머니를 사용하면 드릴링 중 돼지 머리 위치가 의도하지 않게 이동할 위험을 줄일 수 있습니다.

이 시연에서는 돼지의 상두개골(상안와능선과 목두골 두개골 모두)의 표재적 해부학적 랜드마크(그림 1 및 그림 3)를 사용하여 절개를 하기 ...

토론

시연된 절차에는 몇 가지 중요한 단계가 포함됩니다. 첫째, 돼지 두개골의 구성 때문에 두개골 절제술의 위치를 정확하게 계획하는 것이 중요합니다. 돼지 전두골의 두께는 측면 가장자리에서 증가하기 때문에 개구부를 너무 측면으로 배치(¹¹ )하면 드릴링 중에 경막에 도달하기 어려울 수 있습니다. 또한 정중선 내에서 개구부를 올바르게 배치하는 것은 기저 등쪽 시상 동에 대?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
10 mL plastic syrringes	Becton, Dickinson and Company	303219
107 Microdialysis pump	M Dialysis	P000127	107 Microdialysis Pump
2 mL plastic syrringes	Becton, Dickinson and Company	300928
25 mm, 18 G needles	Becton, Dickinson and Company	304100
Bair Hugger heater	3M	B5005241003
Bair Hugger heating blanket	3M	B5005241003
Batery for microdialysis pump	M Dialysis	8001788	Battery 6V, 106 & MD Pump
Dissector	Karl Storz	223535	Flattended 3 mm dissector
Endotracheal tube size 6.5	DVMed	DVM-107860	Cuffed endotracheal tube
Euthasol Vet	Dechra Veterinary Products A/S	380019	phentobarbital for euthanazia, 400 mg/mL
Farabeuf Rougine	Mahr Surgical		Flat headed rougine (12 mm)
Foley Catheter 12 F	Becton, Dickinson and Company	D175812E	Catherter with in-built thermosensor
Intravenous sheath	Coris Avanti		Avanti Cordis Femoral Sheath 6 F
Microdialysis brain catheters	M Dialysis	P000050	membrane length 10 mm -shaft 100 mm 4/pkg
Microdialysis syringe	M Dialysis	8010191	106 Pump Syringe 20/pkg
Microvials for microdialysis sampling	M Dialysis	P000001	Microvials 250/pkg
Operating table
Pneumatic high-speed drill	Medtronic		Medtronic Midas Rex 7 drill
Primus respirator	Dräger		Respirator with in-built vaporiser for supplementary Sevofluran anesthesia
Rounded diamond drill	Medtronic	7BA40D-MN
Self-retaining retractor	World Precission Instruments	501722	Weitlander retractor, self-retaining, 14 cm blunt
Sterile Saline	Fresnius Kabi	805541	1000 mL
Sterile surgical swaps
Surgical scalpel no 24	Swann Morton	5.03396E+12	Swann Morton Sterile Disposable Scalpel No. 24
Zoletil Vet	Virbac		Medical mixture for induction of anesthesia