Yüksek Hızlı Pnömatik Matkap Kraniektomi ile Domuz Beynine Erişim

Özet

Bu protokol, 3 aylık bir Danimarka Landrace domuzu üzerinde yüksek hızlı bir pnömatik matkap kullanılarak bir kraniektomi yapılmasını açıklar. Erişim frontal kemikten yapılır ve ventral dura mater ve altta yatan serebral hemisferleri ortaya çıkarır. Bu prosedür, domuz beyninin büyük bir bölümüne erişim sağlar.

Özet

Domuzların deneysel bir hayvan modeli olarak kullanılması, domuz ve insan merkezi sinir sistemleri (CNS) birçok önemli işlevsel ve mimari özelliği paylaştığından, özellikle sinirbilim araştırmalarıyla ilgilidir. Sonuç olarak, domuzların çeşitli nörolojik hastalıklarla ilgili gelecekteki araştırmalarda giderek daha önemli bir role sahip olması beklenmektedir. Burada, domuz ön kemiğinden anterior kraniektomi yapmak için bir yöntem açıklanmaktadır. Orta hat insizyonu ve ardından domuz ön kemiğinin açığa çıkmasından sonra, kraniektominin optimal konumunu sağlamak için anatomik işaretler kullanılır. Ön kemiğin yuvarlak bir matkapla dikkatli ve kademeli olarak inceltilmesiyle, dura mater ve alttaki serebral hemisferlere dikdörtgen bir açıklık elde edilir. Sunulan yöntem, pnömatik yüksek hızlı matkap ve bir dereceye kadar cerrahi deneyim dahil olmak üzere belirli cerrahi malzemeler gerektirir. Potansiyel komplikasyonlar arasında dura mater veya dorsal sagital sinüsün istenmeyen lezyonları bulunur. Bununla birlikte, yöntem basit, zaman açısından verimlidir ve araştırmacılar için yüksek derecede tekrarlanabilirlik sunar. Doğru bir şekilde gerçekleştirilirse, teknik, etkilenmemiş domuz beyninin büyük bir bölümünü çeşitli nöromonitörizasyon veya analizler için açığa çıkarır.

Giriş

Genel olarak, hayvan modelleri, pratik ve/veya etik sınırlamalar, insan hastaların hastalıkları incelemek veya cerrahi yöntemleri test etmek için kullanılmasını yasakladığında kullanılır. Yeni hayvan modelleri genellikle insan koşullarına çeviri değeri olan yeni bilgiler sağlamak için kurulmuştur. Kemirgenler genellikle pratik ve finansal hususlar nedeniyle kullanılır, ancak özellikle önemli anatomik farklılıklar nedeniyle insanlar için sınırlı çeviri değerine sahiptirler¹. Bununla birlikte, domuzlar, kemirgenlere kıyasla çeşitli avantajlar sunar. Domuzlar sadece insanlarla birkaç temel anatomik, fizyolojik, metabolik ve genetik özelliği paylaşmakla kalmaz, aynı zamanda domuz organ sistemlerinin boyutu, insan organlarına benzeyecek şekilde ağırlıkla eşleştirilebilir ^2,3. Bu, domuzlara cerrahi hayvan modelleri arasında ve prosedürel eğitimde benzersiz bir rol verir⁴. Domuz modellerinin kullanımı, kemirgenlerin kullanımına kıyasla belirli pratik ve finansal yetenekler gerektirse de, domuzlar, insan olmayan primatların kullanımına kıyasla hem finansal hem de etik olarak daha kabul edilebilir bir seçenek sunar.

Domuz beyni, translasyonel sinirbilim araştırmalarında özellikle ilgi çekicidir. İlk olarak, domuz beyninin mimarisi insan beynininkine benzer, çünkü her ikisi de beyaz madde baskındır ve gyrencephalic ^3,5,6'dır. İkinci olarak, domuzlarda kemirgenlere kıyasla daha büyük beyin boyutu, klinik ortamlarda kullanılanlara eşdeğer cerrahi ekipman ve çeşitli görüntüleme yöntemlerinin kullanımına izin verir ^7,8. Sonuç olarak, son yıllarda sinirbilim araştırmalarında çeşitli domuz modelleri yaygın olarak kullanılmaktadır⁹. Bununla birlikte, bu domuz CNS modellerinin çoğu, çeşitli yollarla elde edilebilen beyin dokusunun doğrudan analizini gerektirir (örneğin, kateterlerin veya elektrotların implantasyonu, doku biyopsileri, vb.) ¹⁰. Bu yöntemlerin çoğu bir dereceye kadar araçsallaştırma ve beyne doğrudan erişim gerektirdiğinden, cerrahi erişim için farklı yaklaşımlar dikkate alınmalıdır.

Bu yöntem, sedasyonlu 3 aylık dişi bir Danimarka Landrace domuzu üzerinde frontal kemik yoluyla bir anterior kraniektomi yapılmasını içerir. Bu el yazmasının genel amacı, ventral domuz beyninin büyük bir bölümünü pnömatik yüksek hızlı bir matkap kullanılarak bir kraniektomi yoluyla açığa çıkarmak için bir yöntemi tanımlamaktır. İlk adım, nesneyi yükseltilmiş bir kafa ile uygun bir konuma yerleştirmektir. Domuz kafatası insanlarınkinden oldukça farklı olduğundan, ikinci adım, çeşitli anatomik işaretler kullanılarak kraniektominin yerleştirilmesinin planlanmasını içerir. Üçüncü adım, her iki yarım küreyi kaplayan alttaki dura mater'e zarar vermeden erişmektir.

Protokol

Açıklanan tüm hayvan deneyleri, mevcut yasalara uygun olarak ve Danimarka Hayvan Deneyleri Müfettişliği'nin onayı altında Danimarka'daki Aalborg Üniversite Hastanesi'nde gerçekleştirilmiştir (lisans no. 2020-15-0201-00401). Bu çalışma için yaklaşık 40 kg ve 3 aylık olan evcil domuzlar kullanıldı. Kullanılan reaktifler ve ekipmanla ilgili ayrıntılar Malzeme Tablosunda listelenmiştir.

1. Konu konut

1. Alışmayı sağlamak için cerrahi işlemden en az 7 gün önce denekleri 12 saat aydınlık / karanlık döngüleri olan gruplar halinde onaylı kalemlerde barındırın.

2. Anestezi ve monitörizasyon

1. Hayvanı, Tiletamin 6.25 mg / mL, Ketamin 6.25 mg / mL, Zolazepam 6.25 mg / mL, Butorphanol 1.25 mg / mL ve Xylazine 6.25 mg / mL içeren bir karışımın 2 mL / 10 kg intramüsküler enjeksiyonu ile sakinleştirin.
2. Optimum termoregülasyonu sağlamak için hayvanı bir ısıtma battaniyesi üzerine sırtüstü pozisyonda yerleştirin.
3. Deneği 6.5 tüp⁷ ile entübe edin ve ekspiratuar end-tidal CO₂ konsantrasyonlarına <6.0 kPa) göre nemlendirilmemiş hava, 8 mL / kg tidal hacim ve 16-20 nefes / dk solunum hızı ile mekanik olarak havalandırın.
   NOT: Bu aynı zamanda tüpün trakea içine doğru yerleştirilmesini de sağlar.
4. % 1 ila% 2 sevofluran soluyarak anesteziyi koruyun.
5. Anestezi sırasında kuruluğu önlemek için konunun her iki gözüne de dikkatlice oftalmik merhem sürün.
6. Siliyer refleksleri kontrol ederek ve sevofluranı buna göre ayarlayarak anestezi derecesini sağlayın.
7. Sıcaklığı izlemek ve idrarı bir kateter torbasında toplamak için üretradan deneğin mesanesine termometreli bir mesane kateteri yerleştirin.
8. Prosedür boyunca hayvanın yaşamsal belirtilerini izleyin.
   NOT: Hayati belirtiler arasında nabız, sürekli arteriyel kan basıncı, sıcaklık ve gelgit sonu CO₂ bulunur.
9. Sağ juguler ven içine perkütan ponksiyon ile santral venöz kateter (6 Fr kılıf) yerleştirin ve çalışmanın sonunda sürekli salin (NaCl, %0.9) infüzyonu, ilaç infüzyonu ve ötenazi için kullanın.

3. Hayvan konumlandırma

1. Optimum konumlandırmayı sağlamak için deneği baş kaldırılmış ve ön kemik neredeyse yatay olana kadar kum torbalarıyla sabitlenmiş olarak yüzüstü pozisyona getirin.
   NOT: İstenmeyen hareketi önlemek için başın biraz hareketsiz olduğundan emin olun.
2. Bir düzeltici veya tıraş bıçağı kullanarak ameliyat bölgesindeki saçları tıraş edin.

4. Cerrahi ekipmanın hazırlanması

1. Cerrahi ekipmanı Malzeme Tablosunda listelendiği gibi hazırlayın.

5. Frontal kemiğin açığa çıkarılması

1. Beklenen sagital orta hattı tanımlamak için her bir üst orbital tepenin ense belirginliğini ve kaudal yönünü tanımlayın (Şekil 1).
2. Hem cildi hem de galea aponeurotica'yı frontal kemiğin periosteusuna kesmek için 24 numaralı neşter kullanarak orta hat kesisi ile başlayın.
3. Kanı cerrahi çubuklarla silin.
4. Galea aponeurotica'yı 12 mm'lik düzleştirilmiş bir rongeur kullanarak insizyonun etrafındaki alttaki frontal kemikten kademeli olarak ayırın.
5. Galea aponeurotica'yı ayırmak ve alttaki frontal kemiği ortaya çıkarmak için cerrahi bir ekartör kullanın (Şekil 2).

6. Açıkta kalan frontal kemiğin anatomik işaretlerinin belirlenmesi

1. Sagital sütütü anatomik orta hat ve koronal sütür için referans olarak tanımlayın (Şekil 2).
2. Manuel palpasyon yoluyla üç kemik yapısını tanımlayın: ense çıkıntısı ve her iki üst orbital tepenin kaudal yönü (Şekil 1 ve Şekil 3).
   NOT: Bu yer işaretleri, kraniektominin gerçekleştirildiği bir üçgen oluşturur (Şekil 1 ve Şekil 4A).

7. Dura mater'e erişim

1. Yuvarlatılmış elmas kaplı çapağa sahip yüksek hızlı bir pnömatik matkap kullanarak (Şekil 3A), bir dikdörtgenin her köşesini önceden tanımlanmış üçgenin sınırları içinde tanımlayın.
2. Açıklığın doğru konumunu sağlamak için her köşeyi 4 mm yuvarlak elmas çapak ile birleştirin (Şekil 4B).
3. Dura mater açığa çıkana kadar ön kemiği 4 mm yuvarlak elmas çapak ile kademeli olarak inceltin.
   NOT: Büyük dorsal sagital sinüs burada bulunduğundan, sagital sütüre karşılık gelen orta hattaki dura mater ile ilk temas noktasını yapmaktan kaçının (Şekil 1). Bu noktada perforasyon önemli venöz kanamaya neden olabilir.
4. Kalan ön kemiğin kalınlığını görsel olarak değerlendirmek için dura ile ilk temas noktasını kullanın.
5. 4 mm yuvarlak elmas çapak kullanarak tanımlanan dikdörtgendeki ön kemiği dikkatlice inceltmeye devam edin.
   NOT: Kemik tozunu, damarlardan veya frontal kemiğin açıkta kalan spongiozasından kanamanın daha sonraki hemostazı için saklayın.
6. Kemik plakasının etrafındaki yeterince inceltilmiş kemiğin altına 3 mm'lik bir disektör kaydırın ve dura mater olan açıklığı genişletmek için hafif manuel basınçla kesin.
   NOT: Kemik plakasının etrafındaki dura materin birden fazla noktası açığa çıkana kadar kemiği delme ve yontma arasında geçiş yapın.
7. Görünümü temizlemek için bir şırınga ile steril salin uygulayın.

8. Kemik plakasının çıkarılması

1. 3 mm'lik disektörü kemik plakasının altına yerleştirin ve kemik plakasını kırmak için sapına kademeli olarak aşağı doğru basınç uygulayın.
   NOT: Altta yatan dura mater şimdi açığa çıkarılmalı ve her iki serebral hemisferin konturları ortaya çıkmalıdır (Şekil 5 ve Şekil 6).
2. Beyin omurilik sıvısı (BOS) sızıntılarını görsel olarak inceleyerek dura materin bütünlüğünü değerlendirin.
   NOT: Dura materde önemli bir kusur yoksa, her iki yarım küre de senkron nabızlamada yükselecektir.
3. Kaydedilmiş kemik tozu kullanarak veya düşük voltajda bir koter ile monopolar veya bipolar pıhtılaşmayı dikkatlice uygulayarak küçük venöz kanamaları durdurun.
   NOT: Emissary veya diploik venlerden minör venöz kanamalar beklenir.

9. Açıkta kalan dura materin korunması

1. Altta yatan dokunun kurumasını önlemek için açıkta kalan dura materini steril tuzlu suya batırılmış steril bir cerrahi çubukla örtün.

10. Mikrodiyaliz kateterlerinin yerleştirilmesi (MDC)

1. Dorsal sagital sinüsü orta hat için referans olarak kullanın. Tek kullanımlık 18 G'lik bir iğnenin lümenine bir mikrodiyaliz kateteri (MDC) yerleştirin. İğne ile 10 ° -15 ° açıyla kraniyal-rostral yönde iğnenin 20 mm'si doku içine girene kadar dorsal sagital sinüsten 10 mm lateral olarak dura mater'e nüfuz edin.
2. MDC'nin yüzeysel serebral korteks içinde aynı yerde kalmasını sağlarken iğneyi yavaşça geri çekin.
3. MDC'nin yerinden çıkmasını önlemek için kateteri yakındaki cilde güvenli bir şekilde sabitleyin.
   NOT: Hasarı önlemek için MDC'nin ucunun iğnenin keskin ucuna temas etmediğinden emin olun.
4. Dorsal sagital sinüsü orta hat referansı olarak kullanarak işlemi tekrarlayın. Yukarıda tarif edildiği gibi bir iğnenin içine bir MDC yerleştirin ve iğne dik (90 ° açı) ile orta hattan 15 mm uzakta karşı hemisfer üzerindeki dura mater'e nüfuz edin.
   1. İğneyi tarif edildiği gibi yavaşça çekmeden önce 20 mm sokun ve MDC'yi subkortikal serebral doku içinde bırakın. MDC'yi yukarıda açıklandığı gibi güvenli hale getirin.
5. 18 G tek kullanımlık iğne ile 2 mL tek kullanımlık plastik şırınga hazırlayın. Şırıngayı 0,5 mL steril tuzlu su ile doldurun.
6. İğneyi orta hatta doğru 45°'lik bir açıyla tutarken dura mater'i orta hattan 20 mm yanal olarak penetre edin. Her yerleştirme adımında nazikçe aspire ederken iğneyi her seferinde 1 mm yavaşça sokun.
7. Beyin omurilik sıvısı (BOS) elde edilene kadar her aspirasyon sırasında şırıngayı gözlemleyin.
8. İğneyi aynı anatomik konumda tutarken iğneyi şırıngadan ayırın. Direnç hissedilene kadar iğneden lateral ventriküle bir MDC yerleştirin.
9. MDC'yi yukarıda açıklandığı gibi cerrahi bantla güvenli bir şekilde sabitleyin.

11. Mikrodiyaliz (MD)

1. Her bir mikrodiyaliz kateterini (MDC) ayrı bir mikrodiyaliz pompasına bağlayın.
2. MDC'den steril salin pompalayarak ve uygun bir numunede toplayarak mikrodiyaliz işlemini başlatın. Her numunede tuzlu su gözlemleyerek her MDC'den akış sağlayın.
3. 1 μL/dk akış hızında 30 dakikalık sürekli mikrodiyaliz doku kalibrasyon periyoduna başlayın.

12. Ötenazi

1. Merkezi venöz kateter yoluyla intravenöz pentobarbital (50 mg / kg) bolusu uygulayın (kurumsal olarak onaylanmış protokolleri izleyerek).
2. Kardiyak arrestin teyidi olarak düz bir çizgi için solunum cihazındaki nabız, kan basıncı ve gelgit sonu CO₂ eğrilerini gözlemleyin.

Sonuçlar

Domuz kafasının yüzüstü pozisyonu, prosedür sırasında cerrah için optimum erişim sağlar ve dengeleyici kum torbalarının kullanılması, delme sırasında domuzun kafası pozisyonunda istenmeyen kayma riskini azaltır.

Bu gösteri sırasında, domuzun üstün kafatasının yüzeysel anatomik işaretleri (hem üst orbital tepeler hem de ense tepesi) (Şekil 1 ve Şekil 3), insizyon yapılmadan önce merkezlenmiş sagital ç...

Tartışmalar

Gösterilen prosedür birkaç kritik adımı içerir. İlk olarak, domuz kafatasının bileşimi nedeniyle kraniektominin yerinin doğru planlanması çok önemlidir. Domuz ön kemiğinin kalınlığı yan kenarlarda arttığından, açıklığın çok yanal olarak^{yerleştirilmesi 11} , delme sırasında dura mater'e ulaşmayı zorlaştırabilir. Ek olarak, açıklığın orta hat içinde doğru bir şekilde konumlandırılması, altta yatan dorsal sagital sinüste istenmeyen hasar riskini azaltmak...

Malzemeler

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