Summary
Här beskriver vi tekniken för mikrokirurgisk framställning av jättebifurkationsaneurysm hos kaniner för utvärdering av endovaskulära anordningar.
Abstract
Jätteaneurysm är farliga lesioner som kräver endovaskulär behandling, med hög frekvens av aneurysmrekanalisering och reruptur. Tillförlitliga in vivo-modeller är sällsynta men krävs för att testa nya endovaskulära enheter. Vi demonstrerar de tekniska aspekterna av skapandet av jättebifurkationsaneurysm hos nyzeeländska vita kaniner (2,5-5,5 kg). En 25-30 mm lång venpåse tas från den yttre halsvenen och en förgrening mellan de båda halspulsådrorna skapas mikrokirurgiskt. Påsen sys i bifurkationen för att efterlikna ett gigantiskt aneurysm. Detta protokoll sammanfattar vår tidigare publicerade standardteknik för venösa påsar med äkta arteriell förgrening av aneurysm och belyser dess väsentliga modifieringssteg för jätteaneurysm. Med hjälp av denna modifierade teknik kunde vi skapa en djurmodell för jätteaneurysm med hög jämförbarhet med människor avseende hemodynamik och koagulationssystem. Dessutom uppnåddes låg morbiditet och hög förekomst av aneurysm. Den föreslagna jätteaneurysmmodellen erbjuder en utmärkt möjlighet att testa nya endovaskulära enheter.
Introduction
Endovaskulär embolisering har blivit ett viktigt alternativ till aneurysmklippning för behandling av brustna cerebrala aneurysm1. Den största nackdelen med denna behandlingsstrategi är den höga frekvensen av aneurysmrekanalisering med fördröjd aneurysmruptur2. Stora och gigantiska aneurysm har visat sig vara särskilt benägna att drabbas av dessa komplikationer. Därför utvecklas ständigt nya endovaskulära enheter3. Modeller för experimentella studier är nödvändiga för att testa dessa enheter 4,5.
Humana cerebrala aneurysm har studerats hos råttor, kaniner, hundar och svin 6,7,8. Kaninmodeller har dock visat den bästa jämförbarheten med människor när det gäller hemodynamik och koagulationssystemet 9,10,11,12. I modellen med venös påse artärbifurkation hos kaniner sys en venpåse in i en mikrokirurgiskt skapad verklig förgrening av båda de gemensamma halspulsådrorna (CCA) för att efterlikna ett aneurysm13. En verklig bifurkationsmodell för jätteaneurysm hos kaniner var dock inte tillgänglig förrän nyligen. De första resultaten med hjälp av beräkningsströmningsdynamik och biomekanisk testning publicerades av vår grupp 201614.
Eftersom jätteaneurysm utgör utmanande lesioner för behandling hos människor och en tillförlitlig djurmodell är avgörande för deras forskning, presenterar vi en komprimerad sammanfattning av de förbättrade teknikerna för att skapa gigantiska experimentella aneurysm12,13. Fördelarna med att använda denna metod är (i) minimal sjuklighet och hög aneurysmpatency 14, hög jämförbarhet med människor avseende hemodynamik och koagulationssystemet 9,10,11,12 och kostnadseffektivitet jämfört med hundmetoder, (ii) den sanna bifurkationsdesignen för ett gigantiskt aneurysm13, (iii) den goda hemodynamiska jämförbarheten av de skapade aneurysmerna som visas av beräkningsvätskedynamik 14och iv) den höga andelen långvarigt "patency"15.
Protocol
Djurstudierna har godkänts av Djurförsöksetiska institutets kommitté vid det institut där studien genomfördes. För denna djurmodell användes Nya Zeelands vita kaniner (2,5-5,5 kg).
OBS: Vår standardteknik för att skapa venpåsens äkta artärbifurkationsaneurysm hos kaniner publicerades 2011, och en anpassning för jätteaneurysm publicerades 201612,13. Vi sammanfattar dessa tekniker och lyfter fram viktiga steg för modifiering av jätteaneurysm.
1. Preoperativ fas
- Administrera ketamin (30 mg/kg) och xylazin (6 mg/kg) via perilumbal intramuskulär injektion för generell anestesi. Intubera sedan kaninen (rördiameter: 4 mm, längd: 18 mm; denna storlek kan variera beroende på djurets storlek) och fortsätt med gasanestesi (2 % isofluran). Övervaka anestesidjupet med en tånyp var 15:e minut och justera vid behov.
- Raka området från käkvinkeln ner till bröstkorgen med hjälp av en klippare. Desinficera operationsområdet med minst tre omväxlande omgångar klorhexidin eller povidon-jodskrubb följt av alkohol. Drapera operationsstället.
2. Kirurgisk fas I
- Snitta huden längs mittlinjen från käkvinkeln ner till manubrium sterni med hjälp av en skalpell. Utför trubbig dissektion i underhuden.
- Byt till det kirurgiska mikroskopet. Dissekera ett 2-3 cm långt grenlöst segment av den vänstra yttre halsvenen. Applicera 4 % papaverin droppvis upprepade gånger på kärlen för att förhindra vasospasm och tillsätt eventuellt 5 mg/ml neomycinsulfat droppvis för infektionskontroll.
- Skörda vensegmentet efter proximal och distal ligering med 6-0 icke-resorberbara suturer. Lägg vensegmentet i en hepariniserad koksaltlösning (1 000 IE heparin i 20 ml 0,9 % saltlösning och 1 ml 4 % papaverin HCl)13.
3. Kirurgisk fas II
- Förbered båda CCA:erna genom att dissekera dem från halspulsåderns förgrening ner till deras ursprung. Titta noga efter de mediala artärgrenarna, som försörjer larynx-, trakeal- och neurala strukturer.
- Administrera 1 000 IE heparin intravenöst.
- Applicera en temporal mikrokirurgisk klämma i den distala änden av den högra CCA.
- Ligera och skär av höger CCA proximalt direkt ovanför brachiocephalisk stam med polyfilament 6-0 icke-resorberbara suturer.
- Använd en steril gummibit (t.ex. från en handske) som underlag för att underlätta ingreppet. Ta bort adventitia vid anastomosstället på båda kärlen med anatomisk mikropincett och mikrosax. Klipp anastomosplatsen för vänster CCA distalt och proximalt13.
4. Kirurgisk fas III
- Gör en arteriotomi vid vänster CCA enligt storleken på den planerade anastomosen med höger CCA och venpåsen. Bestäm artiotomins längd med hjälp av diametern på den kontralaterala halspulsådern (ca 2 mm) tillsammans med storleken på den planerade aneurysmhalsen.
OBS: Storleken är lika flexibel som de möjliga aneurysmstorlekarna och halsstorlekarna på denna universella aneurysmmodell. Minimistorleken bör inte vara mindre än 3 mm och kan vara upp till maximalt cirka 15 mm. - Rengör aneurysmstället med hepariniserad koksaltlösning (ca 5 ml). Använd fyra till fem icke-resorberbara 10-0 monofilamentsuturer och suturera den bakre omkretsen av den högra CCA-stumpen med den tidigare beskrivna arteriotomin av den vänstra CCA.
- Kapa stubben på höger CCA i längdriktningen till en längd av 1-1,5 cm. Anastomosera den bakre delen av venpåsen med arteriotomi av vänster CCA med 10-0 suturer. Suturera sedan baksidan av venpåsen med den bakre väggen på höger CCA med tre till fyra suturer.
- Suturera den främre anastomosen i samma sekvens.
- Släpp det temporala klippet på den högra CCA:n. Vanligtvis läcker anastomosen. Använd detta för att tvätta bort luft och blodproppar.
- Försegla anastomosen med fett som härrör från den subkutana vävnaden från den kirurgiska metoden och fibrinlim.
- Stäng fascian med 4-0 icke-resorberbara suturer. Utför sårförslutningen med 4-0 resorberbara suturer13.
5. Postoperativ fas
- Administrera 10 mg/kg acetylsalicylsyra intravenöst.
- Uppnå postoperativ smärtlindring med ett transdermalt fentanylplåster (12,5 μg/h) vid det rakade området i 3 dagar13.
OBS: Rådgör med anläggningsveterinären om lämpliga
alternativ för smärtlindring. - Uppnå postoperativ antikoagulation genom att administrera 100 IE/kg lågmolekylärt heparin dagligen subkutant i 2 veckor.
Representative Results
År 2011 publicerade vi en förbättrad teknik för den venösa påsens arteriella förgreningsmodell för skapandet av aneurysm hos kaniner16. Den genomsnittliga aneurysmlängden var 7,9 mm och den genomsnittliga halsbredden var 4,1 mm. Genom att använda avbruten sutur och aggressiv antikoagulation kunde vi uppnå 0 % mortalitet och patency i 14 av 16 aneurysm. Denna teknik anpassades sedan för att skapa gigantiska aneurysm, och beräkningsströmningsdynamik och biomekaniska tester utfördes 201614. I denna studie ändrades även den anesteologiska behandlingen från användning av ventilationsmasker till intubation på grund av tillgången på en erfaren veterinär. Detta representerar ett kritiskt steg enligt vår erfarenhet, eftersom intubationen av en kanin kan vara svår och leda till hög preoperativ dödlighet. Dessutom reducerades den postoperativa antikoagulantia med lågmolekylärt heparin från 250 IE/kg till 100 IE/kg. Med denna regim kunde vi uppnå 0 % dödlighet och patency i 11 av 12 aneurysm. Aneurysmlängderna var 21,5-25,6 mm, med halsbredder från 7,3-9,8 mm. Detaljerade resultat av denna studie visas i tabell 1. Dessutom användes dessa aneurysm för utvärdering av endovaskulära enheter. En bild av ett stentassisterat emboliserat jätteaneurysm efter aneurysmhämtning visas i figur 1.
Figur 1: Foto av ett stentassisterat emboliserat jätteaneurysm efter aneurysmhämtning. 1 vänster CCA, stentade moderkärl; 2 rätt CCA, moderfartyg; + emboliserad aneurysmsäck. Klicka här för att se en större version av denna figur.
| Aneurysm nr. | Öppenhet | Moderartärens diameter [mm] | Längd [mm] | Halsens bredd [mm] | Kupolens bredd [mm] | Aspekt-förhållande [-] |
| 2 | Nej | -- | -- | -- | -- | -- |
| 1 | Ja | 2.4 | 23.4 | 7.7 | 9.9 | 3 |
| 3 | Ja | 2.2 | 25.1 | 8.7 | 10.3 | 2.9 |
| 4 | Ja | 2.5 | 23.5 | 9.8 | 10.6 | 2.4 |
| 5 | Ja | 2.8 | 24.8 | 8.6 | 9.8 | 2.9 |
| 6 | Ja | 2.5 | 21.5 | 9.8 | 9.3 | 2.2 |
| 7 | Ja | 2.2 | 24.2 | 7.9 | 10.5 | 3.1 |
| 8 | Ja | 2.3 | 25.6 | 9.3 | 10.2 | 2.8 |
| 9 | Ja | 2.4 | 22.1 | 7.3 | 10 | 3 |
| 10 | Ja | 2.2 | 25.6 | 8.9 | 9.7 | 2.9 |
| 11 | Ja | 2.3 | 23.4 | 9.7 | 11.1 | 2.4 |
Tabell 1: Aneurysmdata genererade för beräkningsströmningsdynamik och biomekanisk testning. De uppdaterade och detaljerade resultaten för 11 aneurysm som skapades under 2016 visas. Denna tabell har modifierats från Sherif et al.14.
Discussion
Det finns några viktiga steg för att säkerställa replikerbarheten av protokollet som beskrivs ovan. Det är viktigt att noggrant avlägsna den trombogena periadventitiala vävnaden vid anastomosstället13. Man måste se till att anastomosen är spänningsfri och har så få suturer som möjligt. Vid jätteaneurysm är det viktigt att börja med baksidan av anastomosen. Detta ger bättre sikt och kontroll för de mest utmanande suturerna jämfört med tidigare föreslagna procedurer17,18,19.
Till skillnad från normalstora aneurysm är den viktigaste faktorn för att få ut venpåsen den noggranna prepareringen av ett 2-3 cm långt vensegment. Det är viktigt att dissekera alla små sidogrenar i den yttre halsvenen för att kunna ligera dem på ett säkert sätt. Vid suturering av anastomoserna bör direktkontakt med kärlen undvikas genom att lämna ändarna på de enskilda suturerna lite längre. Endast dessa fria suturändar ska gripas med pincetten för att flytta aneurysmkomplexet. Denna tekniska detalj hjälper till att använda en beröringsfri teknik med kärlen, vilket är en allmän princip inom vaskulär mikrokirurgi. En annan utmaning, jämfört med normalstora aneurysm, är den försämrade synen på baksidan av kärlaneurysmkomplexet som orsakas av den gigantiska aneurysmsäcken. Detta kan leda till ökade tekniska svårigheter på baksidan av anastomosen. Efter avslutad anastomos är en längre spolningstid nödvändig på grund av den högre sannolikheten för trombbildning i den gigantiska aneurysmsäcken. Man bör vara medveten om läckage, eftersom de är mycket vanliga. Om de inte är förseglade med fettkudden bör ytterligare suturer utföras.
En begränsning är användningen av ett extrakraniellt aneurysm som modell för intrakraniell patologi. Dessutom behövs höga mikrokirurgiska krav och välutrustade laboratorier för ett framgångsrikt genomförande av detta protokoll. Kaniner är också känsliga djur, och bra djurhållning är avgörande för överlevnaden.
Den presenterade modellen erbjuder flera fördelar jämfört med de nuvarande allmänt använda modellerna. Den mest utbredda nuvarande modellen för cerebrala aneurysm är elastasmodellen. För denna modell har dock biomekanisk testning av aneurysmväggens egenskaper aldrig utförts. Därför är den biomekaniska jämförbarheten av denna modell med mänskliga förhållanden oklar. Tvärtom är denna biomekaniska testning tillgänglig för vår föreslagna modell, som visar god jämförbarhet med mänskliga förhållanden14. En annan betydande fördel med denna föreslagna modell jämfört med elastasmodellen är den sanna bifurkationella hemodynamiken18. Denna modell skapas i en äkta artificiellt skapad bifurkation, medan den elastassmälta aneurysmsäcken bildas i CCA:s återvändsgränd och mer eller mindre efterliknar en sidoväggsgeometri.
Fram till detta datum fanns det nästan inga andra modeller av aneurysm att tillgå. Dessa modeller behövs dock starkt för utvärdering av nya endovaskulära produkter. Genomgång av litteraturen visar att endast en hundmodell för jättebifurkationsaneurysm har beskrivits20. Hundens hemodynamik och koagulationssystemet visade dock signifikanta skillnader i jämförelse med människor, medan kaninmodellen har visat sin överlägsenhet när det gäller dess jämförbarhet med människor14.
Nyutvecklade endovaskulära enheter för behandling av aneurysm testas ofta i kaninmodeller. Vår tidigare publicerade modell med aneurysm för venpåsar har använts för CE- och FDA-godkännande av sådana enheter 3,18. En tillförlitlig och jämförbar djurmodell för jätteaneurysm hos kaniner fanns dock inte tillgänglig förrän nyligen. Hos människor har jätteaneurysm de högsta rekanaliseringshastigheterna och fördröjd ruptur efter endovaskulär behandling. Därför är det angeläget med nya endovaskulära enheter, och industrin har tagit upp behovet av en gigantisk kaninmodell för aneurysm. En annan tillämpning är utvärdering av aneurysmväggen med hjälp av högfältsmagnetisk resonanstomografi, som syftar till att identifiera potentiella riskfaktorer för bristning, såsom aneurysmväggens diameter eller kontrastförstärkningsbeteende22. Dessutom behövs långtidsstudier för att utvärdera patencyen hos denna aneurysmmodell över tid, samt studier som visar aneurysmbeteendet med flödesavledande stentar och intrasackulära flödesavledare.
Disclosures
Författarna har inga relevanta ekonomiska eller icke-finansiella intressen att redovisa.
Acknowledgments
Vi är tacksamma mot professor Heber Ferraz Leite, chef för så många internationella mikrokirurgiska workshops runt om i världen, för hans fördomsfria och värdefulla undervisningskultur.
Vi tackar för stöd från Open Access Publishing Fund vid Karl Landsteiner University of Health Sciences, Krems, Österrike. Studien finansierades av ett bidrag från Wiens borgmästares vetenskapliga fond. Kostnaden för denna publikation finansierades av Open Access Publishing Fund vid Karl Landsteiner University of Health Sciences, Krems, Österrike. Finansiärerna spelade ingen roll i utformningen av studien, insamlingen, analysen och tolkningen av data och skrivandet av manuskriptet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.9% Saline | Any genericon | ||
| 4% Papaverin HCl | Any genericon | ||
| Ethilon 10-0 monofil non resorbable sutures | Ethicon Inc | 2814 | Taper point needle |
| Evicel Bioglue | Ethicon Biosurgery Inc. | 3901 | |
| Fentanyl dermal patch 12.5 μg/h | Any genericon | ||
| Heparin | Any genericon | ||
| Ketamin 50 mg/mL | Any genericon | ||
| Neomycin sulfate 5 mg/mL | Any genericon | ||
| Vicryl 4-0 polyfilament restorable sutures | Ethicon Inc | J386H | |
| Xylazine 20 mg/mL | Any genericon |
References
- Molyneux, A. J., et al. International subarachnoid aneurysm trial (ISAT) of neurosurgical clipping versus endovascular coiling in 2143 patients with ruptured intracranial aneurysms: A randomised comparison of effects on survival, dependency, seizures, rebleeding, subgroups, and aneurysm occlusion. Lancet. 366 (9488), 809-817 (2005).
- Algra, A. M., et al. Procedural clinical complications, case-fatality risks, and risk factors inendovascular and neurosurgical treatment of unruptured intracranial aneurysms: A systematic review and meta-analysis. JAMA Neurology. 76 (3), 282-293 (2019).
- Laurent, D., et al. The evolution of endovascular therapy for intracranial aneurysms: Historical perspective and next frontiers. Neuroscience Insights. 17, (2022).
- Böcher-Schwarz, H. G., et al. Histological findings in coil-packed experimental aneurysms 3 months after embolization. Neurosurgery. 50 (2), 375-379 (2002).
- Sherif, C., Plenk, H. J., Grossschmidt, K., Kanz, F., Bavinzski, G. Computer-assisted quantification of occlusion and coil densities on angiographic and histological images of experimental aneurysms. Neurosurgery. 58 (3), 559-566 (2006).
- Massoud, T. F., Guglielmi, G., Ji, C., Viñuela, F., Duckwiler, G. R. Experimental saccular aneurysms. I. Review of surgically-constructed models and their laboratory applications. Neuroradiology. 36 (7), 537-546 (1994).
- Anidjar, S., et al.
- Wakhloo, A. K., Schellhammer, F., de Vries, J., Haberstroh, J., Schumacher, M. Self-expanding and balloon-expandable stents in the treatment of carotid aneurysms: An experimental study in a canine model. AJNR. American Journal of Neuroradiology. 15 (3), 493-502 (1994).
- Dai, D., et al. Histopathologic and immunohistochemical comparison of human, rabbit, and swine aneurysms embolized with platinum coils. American Journal of Neuroradiology. 26 (10), 2560-2568 (2005).
- Shin, Y. S., et al. Creation of four experimental aneurysms with different hemodynamics in one dog. American Journal of Neuroradiology. 26 (7), 1764-1767 (2005).
- Abruzzo, T., et al. Histologic and morphologic comparison of experimental aneurysms with human intracranial aneurysms. AJNR. American Journal of Neuroradiology. 19 (7), 1309-1314 (1998).
- Sherif, C., Plenk, H. J. Quantitative angiographic and histopathologic evaluation of experimental aneurysms. American Journal of Neuroradiology. 32 (2), 33 (2011).
- Sherif, C., et al. Microsurgical venous pouch arterial-bifurcation aneurysms in the rabbit model: Technical aspects. Journal of Visualized Experiments. (51), e2718 (2011).
- Sherif, C., et al. Very large and giant microsurgical bifurcation aneurysms in rabbits: Proof of feasibility and comparability using computational fluid dynamics and biomechanical testing. Journal of Neuroscience Methods. 268, 7-13 (2016).
- Marbacher, S., et al. Long-term patency of complex bilobular, bisaccular, and broad-neck aneurysms in the rabbit microsurgical venous pouch bifurcation model. Neurological Research. 34 (6), 538-546 (2012).
- Sherif, C., Marbacher, S., Erhardt, S., Fandino, J. Improved microsurgical creation of venous pouch arterial bifurcation aneurysms in rabbits. American Journal of Neuroradiology. 32 (1), 165-169 (2011).
- Spetzger, U., et al. Microsurgically produced bifurcation aneurysms in a rabbit model for endovascular coil embolization. Journal of Neurosurgery. 85 (3), 488-495 (1996).
- Bavinzski, G., et al. Experimental bifurcation aneurysm: A model for in vivo evaluation of endovascular techniques. Minimally invasive neurosurgery. 41 (3), 129-132 (1998).
- Forrest, M. D., O'Reilly, G. V. Production of experimental aneurysms at a surgically created arterial bifurcation. American Journal of Neuroradiology. 10 (2), 400-402 (1989).
- Ysuda, R., Strother, C. M., Aagaard-Kienitz, B., Pulfer, K., Consigny, D. A large and giant bifurcation aneurysm model in canines: proof of feasibility. American Journal of Neuroradiology. 33 (3), 507-512 (2012).
- Marbacher, S., et al. Complex bilobular, bisaccular, and broad-neck microsurgical aneurysm formation in the rabbit bifurcation model for the study of upcoming endovascular techniques. American Journal of Neuroradiology. 32 (4), 772-777 (2011).
- Sherif, C., Marbacher, S., Fandino, J. Computerized angiographic evaluation of coil density and occlusion rate in embolized cerebral aneurysms. Acta Neurochirurgica. 153 (2), 343-344 (2011).
