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Method Article
우리는 쥐에서 직접 미주신경 주사를 위한 프로토콜을 제시하여 주사 후 합병증 없이 신경으로 직접 약물을 전달할 수 있도록 합니다. 이 방법은 자율신경계 조작과 관련된 전임상 신경학적 연구에 적용됩니다. 필요한 수정을 통해 쥐 및 다른 종의 다른 신경에 대한 직접 신경 주입에 사용할 수 있습니다.
중추신경계로의 약물 전달을 촉진하기 위한 전략과 방법론은 상대적으로 풍부합니다. 그러나 말초신경계에 약물이 직접 전달되는 경우는 그리 흔하지 않으며, 연구자를 돕기 위해 이용할 수 있는 자세한 방법 간행물도 적습니다. 여기에서는 미주신경을 모델 신경으로 사용하여 말초신경계의 약물 전달을 위한 직접 신경 주입 방법을 설명합니다. 이 방법은 좌측 미주신경을 표적으로 하여 자율신경계 장애를 치료하는 데 사용할 수 있지만, 이 일반적인 주입 방법은 경미한 변형으로 다른 신경을 주입하는 것으로 외삽할 수 있습니다. 이 방법은 해부 현미경으로 마취된 성인 쥐의 미세 수술과 관련된 절차와 관련된 모든 중요한 단계를 설명합니다. 추적 염료의 사용은 실시간으로 주입 충실도를 쉽게 모니터링할 수 있도록 설명됩니다. 성공 및 실패한 주입에 대한 그림이 제공됩니다. 적절하게 수행된다면, 직접적인 미주신경 주사는 분만 후 합병증 없이 쥐가 잘 견딜 수 있는 안전한 방식으로 수행될 수 있습니다. 예를 들어, 외과 의사가 이 방법에 대해 교육을 받은 후 6마리의 쥐 중 6마리가 아무런 합병증 없이 성공적으로 주사되었습니다. 전임상 쥐 연구를 위한 이 직접 신경 주입 방법은 말초 신경에 제제(유전자 치료를 포함하되 이에 국한되지 않음)를 전달할 수 있습니다.
올바른 약물 투여 방법의 적용은 성공적인 치료 결과를 달성하는 데 중요한 요소 중 하나입니다. 중추신경계(CNS)에 치료제를 전달하는 방법은 풍부함에도 불구하고 직접 신경 주사에 의한 말초신경계(PNS) 전달에 대한 방법은 몇 가지에 불과하다고 보고되었습니다. 쥐의 배측근신경절(dorsal root ganglia, DRG)에 주사하는 것과 같은 직접 신경 주사는 통증 메커니즘, 약물 독성, 유전자 전달 1,2,3 및 일반방법 개발1,4에 대한 이해를 돕기 위해 전임상 연구에서 시도되었습니다. 직접 신경 주사에 대한 추가 보고에는 척추 신경 주사4, 좌골 신경 주사1, 쥐5 및 생쥐6의 미주신경 주사가 포함된다. 최근에는 토끼의 시신경두에 치료제를 더 잘 분배하기 위해 하수상 주사 방법이 제안되고 있다7.
DRG는 DRG2에서 세포체의 감각 기능 때문에 아데노 관련 바이러스(AAV)와 같은 전이유전자 적재 벡터의 직접 주입에 이상적인 위치로 간주됩니다. DRG 주사의 외과적 및 비수술적 방법이 모두 기술되어 있다 1,8. 그러나 DRG 주입1의 비수술적 방법과의 결과의 일관성에 대해 논란의 여지가 있는 결론이 발견되었습니다. 부분 후판 절제술과 관련된 수술 방법은 행동 결과의 변화 없이 쥐에서 DRG 주입에 대해 100% 성공하는 것으로 제안되었으며3, 생쥐에서 부분 절골술을 포함하는 방법9. 여러 연구에서 쥐와 생쥐의 전임상 유전자 치료 연구에 사용된 약물 전달의 DRG 주입 방법을 보고합니다 1,2,10. 국소 주사를 포함하는 벡터 기반 유전자 치료 연구에는 다음과 같은 이점이 있을 수 있습니다: off-target 발현 감소, 전신 독성 감소, 더 작은 바이러스 부하 및 주입량, 면역원성 합병증 위험 감소11,12.
몸에서 가장 긴 신경인 좌골신경에 직접 주사하는 방법은 쥐의 허벅지 중간 수준에서 오른쪽 좌골 신경을 노출시키는 방식으로 시도되고 있습니다. 이 방법은 마이크로 프로세싱 제어 주입 시스템이 장착된 풀드 글라스 피펫을 사용하여 1.2μL/min1의 유속으로 총 부피의 10μL 염료를 주입했습니다. 이 실험은 DRG 수준까지 염료 분포가 부족함을 보여주었으며, 분포는 대부분 주입 부위 주변에 국한되어 있었습니다. 유사하게, 척추 신경 주사와 같은 다른 직접 신경 주사 방법은 쥐에서 적절한 주입량과 염료 분포 패턴을 평가하기 위해 염료와 함께 시도되었습니다. 2 μL는 척추 신경 주입에 최적으로 제안되는 반면, DRG 주입에 의한 염료 3 μL는 쥐의 등쪽 및 복부 신경절 모두에서 분포를 보여주었습니다1. 마우스의 DRG 주입 볼륨은 변형률 및 신체 크기 2,9에 따라 1.0 μL에서 1.5 μL까지 최적으로보고되었습니다.
직접 미주신경 주사 방법은 랫트5 및 마우스6 에서 인간 α-synuclein을 전달하는 데 있어 신경 손상 또는 세포 무결성의 역할을 평가하는 데 사용되었습니다. 같은 연구자 그룹이 수행한 이 두 연구는 경추 부위의 왼쪽 미주신경에 AAV 벡터를 직접 주입하는 간단한 방법을 설명합니다. 쥐의 경우, 이 방법은 팁 직경이 60μm인 유리 모세관을 사용하여 5μL Hamilton 주사기로 0.5μL/분의 유속으로 2μL 벡터를 주입하는 것이었습니다. 마우스에서 10μL NanoFil 주사기에 장착된 36G 무딘 강철 바늘을 사용하여 총 부피 750nL 벡터 용액을 160nL/분의 유속으로 주입했습니다6. 이 실험은 전이유전자가 쥐와 생쥐의 폰스와 중뇌에 있는 축삭돌기에서 전달되고 발현된다는 것을 보여주었습니다. 마찬가지로, 좌측 미주신경의 등쪽 운동핵은 전이유전자와 함께 긍정적인 면역반응을 보였다. 이러한 증거는 직접 미주신경 주입 방법이 세포 전달이 미주신경을 통해 축삭을 투사하는 뇌의 여러 위치로 확장되는 유전자 치료에서 신뢰할 수 있는 방법일 수 있음을 보여줍니다. 그러나 이러한 방법에는 주입 충실도를 추적하기 위해 염료를 사용하는 것이 언급되어 있지 않습니다.
여기에서는 전임상 연구에서 주로 적용할 수 있는 무독성 추적 염료를 사용하여 왼쪽 미주신경에 직접 주입하는 방법을 설명합니다. 약물 전달에 어려움을 일으킬 수 있는 잠재적인 위험과 이를 극복하는 방법에 대해 논의합니다. 이러한 상황은 납품을 실패하게 만드는 원인과 납품을 성공시키는 방법을 보여주는 그림과 함께 설명되어 있습니다.
다음 프로토콜은 기관 윤리 지침 및 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인에 따라 수행됩니다.
1. 주거 준비
참고: 이 프로토콜은 최소 2개월 된 성인 쥐를 위한 것입니다. 더 작은 동물 (쥐 및 어린 쥐 포함)은 가능하지만 권장되지 않으며 훨씬 더 어려울 것입니다.
2. 수술 용품 및 공간 준비
3. 후보 약물과 추적 염료의 혼합물 제조
4. 후보 약물 및 염료 혼합물을 튜브에 적재
5. 주사 바늘의 프라이밍
6. 수술을 위한 쥐의 준비
7. 후보 약물을 좌측 미주신경에 직접 주입하는 랫드 수술 시행(그림 2, 그림 3, 그림 4)
참고: 이 방법의 경우 외과의를 돕기 위해 두 번째 사람이 필요합니다.
8. 쥐의 수술 후 관리
본 연구에서는 6마리의 성체 쥐(수컷 3마리, 암컷 3마리)를 사용하였다. 6마리 중 1마리의 쥐를 여러 번 주입하여 주입 부위 주위에 염료의 확산을 보여주는 주입 실패 상태를 보여주었습니다( 그림 5A). 다른 모든 쥐는 그림 4B 및 그림 5B에서 볼 수 있듯이 부드러운 주입 및 신경 염?...
좌측 미주신경에 직접 주입하는 방법은 쥐에서 수술 후 합병증 없이 안전하게 수행할 수 있습니다. 미주신경으로의 약물 전달은 자율신경계(ANS)를 표적으로 삼는 데 사용할 수 있습니다. 여기에는 연습과 중간에서 높은 수준의 수술 기술이 필요한 특정 중요한 단계가 포함됩니다.
이 수술 절차는 쥐에서 균형 잡힌 전신 마취를 필요로 합니다. 외과 ?...
저자 NR 및 XC는 이해 상충이 없습니다. RMB와 SJG는 미주신경 주사를 통해 ANS로 유전자를 전달하는 것과 관련된 지적 재산권을 발명한 기업입니다(미국 특허 #11,753,655). SJG와 RMB는 Taysha Gene Therapies로부터 로열티 수입을 받았고, SJG는 Taysha Gene Therapies로부터 컨설팅 수입을 받았습니다.
쥐 수술 공간을 마련해 주신 UT Southwestern Animal Resource Center Facility에 감사드립니다. 이 연구를 위한 자금은 NIH/NINDS R01 NS087175, Hannah's Hope Fund 및 Taysha Gene Therapies를 통해 SJG에 제공되었습니다.
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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