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Apresentamos um protocolo para injeção direta do nervo vago em ratos, permitindo a administração do medicamento diretamente no nervo sem complicações pós-injeção. Este método se aplica a estudos neurológicos pré-clínicos envolvendo manipulação do sistema nervoso autônomo. Pode ser usado para injeção direta de nervos para outros nervos em ratos e outras espécies, com as modificações necessárias.
Há uma abundância relativa de estratégias e metodologias para facilitar a entrega de medicamentos ao sistema nervoso central. No entanto, a administração de medicamentos diretamente no sistema nervoso periférico é menos comum, com menos publicações de métodos detalhados disponíveis para ajudar os pesquisadores. Aqui, descrevemos um método de injeção direta de nervo para administração de medicamentos no sistema nervoso periférico, usando o nervo vago como nervo modelo. Este método pode ser usado no tratamento de distúrbios do sistema nervoso autônomo através do direcionamento do nervo vago esquerdo, embora este método geral de injeção possa ser extrapolado para injeção de outros nervos com pequenas modificações. Este método explica todas as etapas críticas envolvidas no procedimento envolvendo microcirurgia em ratos adultos anestesiados sob um microscópio de dissecação. O uso de um corante de rastreamento é descrito para facilitar o monitoramento da fidelidade da injeção em tempo real. São fornecidas ilustrações de injeções bem-sucedidas e fracassadas. Se realizadas corretamente, as injeções diretas do nervo vago podem ser conduzidas de maneira segura e bem tolerada pelo rato, sem complicações pós-parto. Por exemplo, uma vez que os cirurgiões foram treinados neste método, seis dos seis ratos foram injetados com sucesso sem complicações. Este método de injeção direta de nervos para estudos pré-clínicos em ratos é capaz de fornecer agentes (incluindo, mas não se limitando à terapia genética) aos nervos periféricos.
A aplicação do método correto de administração de medicamentos é um dos fatores críticos para alcançar resultados terapêuticos bem-sucedidos. Apesar da abundância de métodos para entrega de agentes terapêuticos ao sistema nervoso central (SNC), apenas alguns métodos são relatados para entrega do sistema nervoso periférico (SNP) por injeção direta no nervo. A injeção direta do nervo, como a injeção nos gânglios da raiz dorsal (DRG) em ratos, foi testada em estudos pré-clínicos para melhor compreensão dos mecanismos de dor, toxicidade de drogas, transferência de genes 1,2,3 e desenvolvimento de métodos gerais 1,4. Relatos adicionais sobre injeção direta do nervo incluem injeção do nervo espinhal4, injeção do nervo ciático1 e injeção do nervo vago em ratos5 e camundongos6. Recentemente, um método de injeção supracondrial foi proposto para a melhor distribuição da terapêutica na cabeça do nervo óptico em coelhos7.
O DRG é considerado o local ideal para injeção direta de vetores carregados de transgenes, como o vírus adeno-associado (AAV), devido à função sensorial dos corpos celulares no DRG2. Métodos cirúrgicos e não cirúrgicos de injeções de DRG foram descritos 1,8. No entanto, conclusões controversas foram encontradas sobre a consistência dos resultados com o método não cirúrgico de injeção de DRG1. Um método cirúrgico envolvendo uma laminectomia parcial foi sugerido como 100% bem-sucedido para injeção de DRG em ratos sem qualquer alteração nos resultados comportamentais3, bem como um método envolvendo osteotomia parcial em camundongos9. Vários estudos relatam os métodos de injeção de DRG de drug delivery, que têm sido utilizados na pesquisa pré-clínica de terapia gênica em ratos e camundongos 1,2,10. Estudos de terapia gênica baseados em vetores envolvendo injeções localizadas podem incluir os seguintes benefícios: diminuição da expressão fora do alvo, redução da toxicidade sistêmica e menores cargas virais e volumes de injeção, diminuição do risco de complicações imunogênicas11,12.
O método de injeção direta no nervo ciático, o nervo mais longo do corpo, foi tentado expondo o nervo ciático direito no nível médio da coxa de um rato. O método utilizou uma pipeta de vidro puxado equipada com um sistema de injeção controlado por microprocessador para injetar um volume total de 10 μL de corante com uma taxa de fluxo de 1,2 μL/min1. Este experimento mostrou uma falta de distribuição de corante ao nível de DRG, e a distribuição foi limitada principalmente em torno do local da injeção. Da mesma forma, outros métodos de injeções diretas de nervos, como injeções de nervos espinhais, foram testados com corante para avaliar a quantidade apropriada de volume de injeção e padrão de distribuição de corante em ratos. Sugere-se que 2 μL sejam ideais para injeção no nervo espinhal, enquanto 3 μL de corante por injeção de DRG mostraram a distribuição nos gânglios da raiz dorsal e ventral em ratos1. O volume para injeção de DRG em camundongos foi relatado como ideal de 1,0 μL a 1,5 μL com base na cepa e no tamanho do corpo 2,9.
O método de injeção direta do nervo vago foi usado em ratos5 e camundongos6 para avaliar o papel da lesão neural ou integridade celular na transferência de α-sinucleína humana. Esses dois estudos, conduzidos pelo mesmo grupo de pesquisadores, descrevem um breve método de injeção direta de vetores AAV no nervo vago esquerdo na região cervical. Em ratos, o método envolveu um capilar de vidro com um diâmetro de ponta de 60 μm para injetar 2 μL de vetor a uma taxa de fluxo de 0,5 μL / min com uma seringa Hamilton de 5 μL. Em camundongos, um volume total de solução vetorial de 750 nL foi injetado a uma taxa de fluxo de 160 nL / min usando uma agulha de aço rombo de 36 G encaixada em uma seringa NanoFil de 10 μL6. Esses experimentos mostraram que o transgene foi entregue e expresso em axônios na ponte e no mesencéfalo dos ratos e camundongos. Da mesma forma, o núcleo motor dorsal do nervo vago esquerdo mostrou imunorreação positiva com o transgene. Essas evidências ilustram que o método de injeção direta do nervo vago pode ser um método confiável em terapia genética, onde a transdução celular é estendida para vários locais do cérebro, que projetam axônios através do nervo vago. No entanto, esses métodos não mencionam o uso de nenhum corante para rastrear a fidelidade da injeção.
Aqui, é descrito um método para injeção direta no nervo vago esquerdo usando corantes de rastreamento não tóxicos amplamente aplicáveis a pesquisadores em estudos pré-clínicos. Armadilhas potenciais que podem causar dificuldades na entrega de medicamentos e as formas de superá-las são discutidas. Essas situações são ilustradas com fotos para mostrar o que torna a entrega malsucedida e a maneira de torná-la bem-sucedida.
O protocolo a seguir é conduzido de acordo com as diretrizes de ética institucional e a aprovação do Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC).
1. Preparação da habitação
NOTA: Este protocolo é para ratos adultos com pelo menos 2 meses. Animais menores (incluindo camundongos e ratos mais jovens) são possíveis, mas não são recomendados e serão consideravelmente mais difíceis.
2. Preparação dos itens cirúrgicos e espaço
3. Preparando uma mistura do medicamento candidato e do corante de rastreamento
4. Carregando a mistura candidata de medicamento e corante na tubulação
5. Escorva da agulha de injeção
6. Preparação do rato para a cirurgia
7. Realização de cirurgia em ratos para injetar o medicamento candidato diretamente no nervo vago esquerdo (Figura 2, Figura 3 e Figura 4)
NOTA: Esta parte do método exigirá uma segunda pessoa para auxiliar o cirurgião.
8. Cuidados pós-operatórios de um rato
Seis ratos adultos (3 machos e 3 fêmeas) foram utilizados no presente estudo. De seis, um rato foi injetado várias vezes para demonstrar uma condição de falha na injeção que mostra uma difusão de corante ao redor do local da injeção Figura 5A. Todos os outros ratos apresentaram injeção lisa e coloração nervosa, conforme mostrado na Figura 4B e na Figura 5B
O método de injeção direta no nervo vago esquerdo pode ser feito com segurança e sem complicações pós-cirúrgicas em ratos. A administração de medicamentos ao nervo vago pode ser usada para atingir o sistema nervoso autônomo (SNA). Isso envolve certas etapas críticas que exigem prática e um grau moderado a alto de habilidade cirúrgica.
Este procedimento cirúrgico requer anestesia geral balanceada em ratos. O cirurgião pretende terminar a cirurg...
Os autores NR e XC não têm conflitos de interesse. RMB e SJG são inventores da propriedade intelectual relacionada à transferência de genes para o SNA por meio de injeções no nervo vago (patente dos Estados Unidos # 11.753.655). A SJG e a RMB receberam receita de royalties da Taysha Gene Therapies, e a SJG recebeu receita de consultoria da Taysha Gene Therapies.
Gostaríamos de agradecer ao UT Southwestern Animal Resource Center Facility por providenciar o espaço cirúrgico para ratos. O financiamento para este trabalho foi fornecido pelas seguintes fontes para o 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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