关于先天性膈疝和胎儿气管阻塞的各种动物模型，在伦理问题、成本、手术难度、体型、存活率以及遗传工具的可获得性方面各有优缺点。该模型为研究气管阻塞及管腔内压力升高对肺发育的影响提供了一种新工具。
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本文内容
摘要
摘要
胎儿气管阻塞（TO）是一种已确立的治疗方式，可促进严重先天性膈疝（CDH）胎儿的肺生长并提高存活率。在实施TO后，分泌的上皮液滞留会增加管腔内压力，从而诱导肺组织生长。已有多种动物模型被用于研究CDH和TO的病理生理机制，这些模型各有优缺点，例如技术操作难度、动物体型、成本、高死亡率以及遗传工具的可获得性。本文描述了一种新型的经子宫小鼠胎儿TO模型。实验中，对怀孕小鼠进行麻醉，通过正中腹切口暴露子宫；选择特定胎儿，使用一根贯穿子宫的缝线，环绕其气管、一侧颈动脉和一侧颈静脉进行结扎，实现气管阻塞。随后关闭母体腹腔，使其恢复。在分娩前采集胎儿样本。结果显示，TO组胎儿的肺重量与体重量之比高于对照组胎儿。该模型为研究人员提供了一种新工具，可用于研究TO及管腔内压力升高对肺发育的影响。
引言
先天性膈疝（CDH）发生于约每2500次妊娠中1例，可导致肺发育不全和新生儿肺动脉高压1,2,3,4,5,6胎儿气管阻塞（TO）是一种针对重度先天性膈疝（CDH）患者的成熟产前治疗方法，需在妊娠26至30周期间通过胎儿镜手术实施th 在32周妊娠时，将球囊置于隆嵴上方，随后取出nd 妊娠周。这种暂时性气管阻塞可促进胎儿肺生长并提高存活率。先天性上呼吸道梗阻综合征是一种致死性疾病，伴有肺部增生，这启发外科医生实施人工气管阻塞，以促进分泌的上皮液潴留。该阻塞增加了管腔内压力，从而诱导肺生长7然而，应解除阻塞以促进上皮细胞成熟。
已开发出多种用于研究先天性膈疝（CDH）和气管结扎术（TO）的动物模型——包括绵羊、兔、大鼠和小鼠模型——以深入了解CDH和TO的病理生理机制。这些模型各有优缺点，例如技术难度、动物体型、成本、高死亡率以及遗传工具的可获得性。尽管绵羊模型所采用的手术技术与人类极为相似且具有可逆性，但其主要缺点在于动物成本高、妊娠周期长，以及可实施的手术数量有限。兔模型的妊娠周期较短，且成本低于绵羊模型，然而该模型不可逆8,9。啮齿类动物模型中，小鼠模型成本最低，每胎产仔数最多，基因组特征最为明确，并拥有广泛可用的细胞与分子分析工具。然而，其关键缺陷在于TO操作不可逆，从而限制了对TO影响的全面理解。本文介绍一种方法，结合了上述各模型的优点，建立了一种操作简便、潜在可逆且微创的啮齿类动物TO模型。
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方案
所有实验均符合美国国立卫生研究院《实验动物护理和使用指南》（NIH 出版物 No. 80023，1978 年修订版）。该实验程序已获得辛辛那提儿童研究基金会机构动物护理和使用委员会（IACUC）协议号 #2016-0068 的批准。
1. 准备
- 为了使年龄相匹配的野生型（WT）C57BL/6小鼠交配，应在下午6:00将其放入同一笼中，并于次日上午9:00将其分开。
- 为了确定胚胎发育第0天（E0），需观察阴道栓，其具有附着于阴道壁的均质外层区域，以及包含纤维结构和部分精子的内层区域，这些精子与栓塞物质的纤维交织成团块状。
- 记录小鼠交配时的体重。
- 在E10时重新称量小鼠体重，以确认妊娠持续进行。
- 在E16.5（早期小管形成阶段）进行手术。
- 对手术中将使用的器械进行灭菌：剪刀、持针器、镊子、钳子以及手术刀片和刀柄。
- 术前将手术平台预热至24 °C，并准备好24 °C的温盐水。
- 为术后恢复创造温暖环境，并在笼内放置湿粮以利于早期进食。
- 在动物术后恢复期间应持续看护，直至其能够自主进食。
- 手术后将小鼠单独饲养于各自的笼具中。
2. 麻醉
- 在手术前1小时，对怀孕母鼠皮下注射0.1 mg/kg的丁丙诺啡。
- 使用5 mL/h的异氟烷进行诱导麻醉，并在手术过程中持续以2 mL/h维持麻醉。
- 监测怀孕小鼠下巴的运动情况。
3. 开腹手术
- 用酒精和聚维酮碘清洁腹部表面。手术过程中始终保持无菌条件。
- 对怀孕母鼠进行腹部正中切口开腹手术，逐层切开各组织层。
- 辨认两侧子宫角。
- 确定拟手术的胎鼠。
注意：不要对距离阴道最近的胎鼠进行手术。 - 若每侧子宫内的胎鼠数目为偶数（通常为4只），则在每侧子宫角各选择2只胎鼠进行手术；若为奇数（通常为3只），则在每侧子宫角各选择1只胎鼠进行手术。
4. 气管阻塞
- 使用2.5倍放大眼镜进行观察。
- 将子宫角横向放置。
- 用两根手指夹住幼崽，使其朝上，以幼崽的眼睛和尾巴为定位参考，确定胎儿的位置。
- 轻轻按压幼鼠头部，使其头部伸展，从而暴露并观察颈部。
- 使用6.0聚丙烯缝线配合无创针进行TO手术图1将胎盘置于一侧，并远离针头的进出位置。
- 将针头横向穿过子宫侧壁，避开胎盘，穿透子宫壁的1/3处rd 颈部前部
- 将针头轻柔地移动至颈部中线，并朝向前方推进，随后在气管与对侧颈动脉鞘及子宫之间穿出颈部。
- 打结缝合线时，注意保持胎膜和子宫壁的完整性，并在打结过程中确保脐带安全。
图1：气管结扎。（A）穿过颈部的经子宫缝线。（B）缝线穿过组织后、打结前各结构的示意图。缩写：C = 颈动脉；J = 颈静脉；T = 气管；E = 食管；V = 椎体。请点击此处查看该图的放大版本。
5. 腹壁关闭
- 将子宫角放回腹腔内。
- 在关闭腹腔前，向腹膜腔内注射 2 mL 温热的无菌生理盐水。
- 使用连续缝合的 5/0 聚乳酸羟基乙酸共聚物缝线关闭腹壁，并用间断丝线缝合皮肤。
- 腹腔注射 0.1 mg/kg 布托啡诺用于镇痛，将母体置于温暖的孵育箱中恢复。
6. 收获
- 对怀孕母鼠实施麻醉，并在 E18.5 时通过剖宫产手术取出所有胎鼠。
- 通过观察胎鼠的活动情况判断其存活状态。
- 采用至少两种不同的安乐死方法：二氧化碳气腹法和颈椎脱臼法。
- 按照兽医实验室的规定处理胎鼠尸体。
- 称量所有胎鼠的体重。
- 在胸腔进行纵向切口以实施开胸术，取出肺组织。
- 分离胚胎肺组织，称重后计算肺重与体重比值（LBWR =（左肺重量 + 右肺重量）/ 体重 ×100）。
7. 组织学
- 将组织置于液氮、最佳切割温度包埋剂和干冰中快速冷冻。
- 使用冷冻切片机将样品切成10 µm厚的切片，并将其贴附于多聚赖氨酸包被的载玻片上。
- 在60 °C下烘烤载玻片过夜，然后对烤好的载玻片进行苏木精和伊红染色，再进行封片，使用宽场显微镜在10–20倍放大倍数下采集图像。
8. 蛋白质和DNA分析的组织处理
- 将分离的胎肺组织速冻，并在300 µL放射免疫沉淀分析缓冲液中匀浆。在4 °C下以18,000 × g离心5分钟。
- 提取并定量蛋白质、DNA和RNA10,12。
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结果
本研究共纳入37个胎儿：20例（54.1%）为气管阻塞组（TO组），17例（45.9%）为对照组。由于4例TO组胎儿气管无法成功阻塞，因此被排除在研究之外。两组间死亡率无显著差异：TO组4例胎儿（25%），对照组2例胎儿（12%）（p=0.334，比值比（OR）2.5，95%置信区间（CI）0.39-16.05）。TO组的平均体重、肺脏重量及肺重与体重比值（LBWR）均高于对照组（表1）。TO组与对照组之间的LBWR存在显著差异（p=0.006）。
为确定小肺症（LBWR）差异的原因，对DNA、RNA和蛋白质进行了定量分析（图2）。TO组肺组织中的DNA含量及DNA/蛋白质比值均高于对照组，肺组织RNA含量无显著差异，而TO组的蛋白质含量低于对照组，这一结果与先前在兔TO模型中观察到的上皮细胞增生现象一致12。此...
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讨论
本方法描述了小鼠胎儿气管阻塞的手术操作及其对肺发育的影响。该方案中有一些关键步骤需要仔细执行，以确保气管阻塞（TO）成功。手术平台的温度以及注入腹腔的生理盐水温度，对妊娠的顺利进行至关重要。此外，需对仔鼠头部施加轻微压力，以确保颈部充分暴露。
只有6.0规格的聚丙烯缝线可用于该技术。大于6.0规格的缝线针较粗，会破坏颈部气管周围的结构，导致胎儿丢失。而更细的缝线针则过短，无法穿过E16.5胎鼠（早期小管期）的颈部。此外，使用切割针并不合适，因其可能破坏邻近结构。
该模型存在一些局限性。首先，小鼠与人类在肺部发育阶段与妊娠期之间的相关性存在差异。其次，难以在小鼠中成功建立先天性膈疝（CDH）模型，最后，在小鼠模型中开展血流动力学研究也较为困难。然而，本研究中较短的学习曲线显著降低了胎儿死亡率。如前所述，兔和羊模型的主要限制因素包括动物本身及其维持成本、每胎胎儿数量、妊娠周期长度，以及可用的遗传学工具有限。
该小鼠模型的第一个优势在于无需进行子宫切开术即可完成胸腹腔分流术（T...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究未从公共、商业或非营利部门的资助机构获得任何特定资助。所有作者均对研究的构思与设计、数据的获取、分析和解释、文章的撰写以及对重要知识内容的修改和最终版本的提交批准做出了重要贡献。作者感谢Can Sabuncuoğlu在手术技术图示制作中的辛勤付出。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 布托啡诺 | Par Pharmaceutical | NDC 42023-179-05 | 用于局部麻醉 |
| 异氟烷 | Halocarbon Life Sciences | NDC 66794-017-25 | 用于全身麻醉 |
| 放大眼镜 | USA Medical-Surgical | SLR-250LBLK | 至少2.5倍放大 |
| Nikon 90i 显微镜 | Nikon | 3417 | 电动荧光显微镜 |
| Nucleospin 组织试剂盒 | Macherey-Nagel, Düren, Germany | 740952.5 | DNA 提取 |
| Pierce BCA 蛋白质定量检测试剂盒 | Thermo Fisher, IL, USA | 23225 | 蛋白质定量 |
| 聚乳酸-羟基乙酸缝合线 | Ethicon | VCP451H | 4-0，24 mm，切割型 |
| 多聚赖氨酸载玻片 | VWR | 48382-117 | 显微镜用粘附载玻片 |
| 聚丙烯缝合线 | Ethicon | Y432H | 6-0，13 mm 1/2c 锥形针 |
| RIPA 裂解缓冲液 | Sigma-Aldrich, Missouri, USA | R0278-50ml | 蛋白质提取 |
| 丝线缝合线 | Ethicon | VCP682G | 4-0，24 mm，切割型 |
| Trizol | Invitrogen | 15596026 | RNA 提取 |
参考文献
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重印与许可
