迄今为止，甲状旁腺（PG）识别方法的开发受到临床前研究中缺乏动物模型的限制。本文建立了一种简单且有效的大鼠模型，用于术中甲状旁腺成像，并采用氧化铁纳米颗粒作为新型甲状旁腺对比剂来评估其有效性。
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本文内容
摘要
摘要
甲状旁腺（PG）的识别是甲状腺切除术中尚未满足的关键需求。在甲状腺手术中，由于甲状旁腺的颜色与甲状腺组织相似，其识别具有挑战性。临床前研究中缺乏有效的动物模型，严重限制了甲状旁腺识别技术的发展。本方案提供了一种简便且有效的用于甲状旁腺识别的大鼠模型建立方法。在该模型中，将黑色氧化铁纳米颗粒（IONPs）局部注射至甲状腺内，这些颗粒可迅速在甲状腺组织内扩散，但不会进入甲状旁腺。通过肉眼即可清晰区分呈阴性染色的甲状旁腺和呈阳性染色的甲状腺，无需借助外部显微镜。基于黑色IONPs的颜色，通过增强甲状腺与甲状旁腺之间的颜色对比，可准确定位甲状旁腺的位置。该大鼠模型成本低、操作便捷，适用于甲状旁腺的识别，且IONPs是一种新型的甲状旁腺对比剂。
引言
甲状旁腺 (PG) 是位于人类和其他脊椎动物颈部的小型、卵圆形内分泌腺体，可产生并分泌甲状旁腺激素，以调节和平衡血液及骨骼中的钙和磷水平1。人类通常有两对 PG ，位于甲状腺叶后方，位置存在个体差异；人类 PG 的大小通常为 6 mm × 4 mm × 2 mm，重量约为 35–40 mg2。PG 的切除或损伤会导致甲状旁腺功能减退症（HP），这是一种以内钙血症和甲状旁腺激素水平降低或无法检测为特征的内分泌紊乱，可引发多种症状，从类似痉挛的抽搐、牙齿发育异常到慢性肾病。其中部分并发症具有致命性（例如心力衰竭和癫痫发作）3,4,5；因此，PG 在调节机体代谢和维持生命中至关重要。
甲状旁腺功能减退（HP）是颈部前侧手术后最常见的并发症之一，尤其在甲状腺切除术中更为常见；甲状腺切除术是治疗甲状腺癌的一种成熟根治性方法，而甲状腺癌是全球最常见的内分泌系统癌症6,7。甲状腺切除术后发生HP的主要原因是手术过程中对甲状旁腺的直接损伤、缺血或误切，其根本原因在于术中实时准确区分甲状旁腺 与甲状腺叶及其他周围组织（如淋巴结和外周脂肪颗粒）的能力严重不足。2021年，Barrios等人报告了在1,114例甲状腺切除术病例中，甲状旁腺误切的平均发生率为22.4%，即使是经验丰富的外科医生，其最低误切率也达到7.7%8。如此高的误切率与其他类似研究报道的结果一致9,10,11。因此，甲状旁腺的误切是导致术后暂时性或永久性HP的独立危险因素。
开发有效的术中甲状旁腺识别方法是解决这一重要未满足临床需求的关键；然而，由于缺乏临床前研究中的动物模型，该领域的发展受到了严重限制。迄今为止，大多数术中甲状旁腺识别研究均在人类患者和大型动物（如犬）上进行12，这些模型成本高昂，且在伦理审批、扩大样本量和重复实验方面存在困难。与此同时，小鼠作为生物研究中最常用的脊椎动物模型，其甲状旁腺极小，尺寸不足1 mm13。由于这一限制，小鼠甲状旁腺模型在术中识别研究中的应用极为有限。
本文报道了一种用于术中甲状旁腺（PG）识别研究的简单、直接且有效的SD大鼠模型的建立。我们研究了使用未经任何手术改造或基因工程修饰的野生型Sprague-Dawley（SD）大鼠作为可靠的动物模型，在甲状腺切除术中测试一种PG成像对比剂IONPs。该大鼠模型的PG 及其周围微环境的生理结构与人类高度相似，且与小鼠相比，大鼠PG 的体积足够大，可被肉眼直接观察。大多数大鼠在甲状腺两侧各有一个PG。通过在甲状腺切除术中实施IONP增强的术中PG成像，已证明该大鼠模型具有良好的简便性和有效性。
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方案
所有动物实验均已获得中国科学院基础医学与癌症研究所机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准。本实验为非存活手术。
1. 动物
- 使用一只6-8周龄、体重250 g的雌性SD大鼠进行术中PG成像。
2. 麻醉
- 打开麻醉机。
- 开始操作前，确保麻醉蒸发器中的异氟烷液面充足。然后打开氧气，将流速调节至 0.4–0.8 L/min。使用 3–5% 异氟烷诱导麻醉，维持麻醉时异氟烷浓度为 2%（流速：0.4–0.8 L/min）。
- 将 SD 大鼠放入麻醉机的麻醉箱中，并选择通道模式以开始动物麻醉。
- 观察箱内大鼠的活动情况。当大鼠进入昏迷状态后，将其转移至 鼻罩装置以维持麻醉 （处于无意识仰卧位，无痛觉反射和角膜反射） 。
- 使用麻醉面罩覆盖大鼠鼻部，并将麻醉机切换至面罩模式，以在手术过程中维持动物的麻醉状态。
3. 姿势与固定
- 将麻醉后的大鼠转移至手术台上的手术单上。在动物身下放置预热的加热垫，以维持手术期间动物的体温。
- 使用橡胶带将大鼠的四肢固定在手术台上。在大鼠肩部下方放置由手术单制成的圆柱形枕头，使其头部后仰，充分暴露颈部区域。
- 在大鼠双眼涂抹人工泪液软膏，以防止麻醉期间角膜干燥。
4. 脱毛
- 将脱毛膏涂抹于颈部区域：上方至下颌下间隙，下方至剑突，两侧至胸锁乳突肌外侧。
- 3分钟后，用纸巾轻轻擦去毛发和脱毛膏。
5. 灭菌
- 使用碘伏棉球从颈部中央向周围区域对操作部位进行三次消毒。仅消毒已去除毛发的区域。
6. 手术铺巾
- 使用手术巾覆盖大鼠颈部的手术区域，使手术巾的开口与动物消毒区域对齐。
7. 切口
- 在切口前，通过确认大鼠无脚趾夹捏反射来判断麻醉平面是否合适。然后将刀片装入手术刀，沿大鼠颈部腹侧正中线做一纵向切口。确保切口长度约为 5 cm，且仅限于真皮层。
8. 解剖颈部前侧肌肉的皮下组织
- 沿切口两侧提起皮肤。
- 使用剪刀 沿颈白线（linea alba cervicalis）纵向剪开。
- 使用镊子分离胸骨舌骨肌与胸骨甲状肌。
9. 将前颈部肌肉固定在两侧
- 使用血管钳夹住颈部前方分离的胸骨舌骨肌和胸骨甲状肌，并将夹住的组织向外牵拉。
- 使用拉钩或针具将缝线（3-0#）穿过夹住的组织，打结后将缝线固定于手术台的手术巾上。
10. 甲状腺定位
- 在手术区域中，以甲状软骨和环状软骨作为上界。根据甲状软骨的盾牌形状和环状软骨的环形结构进行辨认。
- 在手术区域中，以气管作为下界。在颈部前正中位置寻找气管，依据其管状软骨环的形态进行识别。
- 在上下界之间定位甲状腺——位于气管对侧、呈蝴蝶形状的红色腺体。
11. 前列腺的视觉识别
- 定位 PG 位于甲状腺的上侧和外侧。寻找两个甲状旁腺 呈纺锤形，长约1.2-2 mm，宽1.0-1.5 mm，呈淡红色，颜色较周围甲状腺组织浅，边界清晰。
- 拍摄PG的正面照片 与气管、甲状腺和喉部一起，对注射前后IONP的影响进行定量比较。
- 解剖食管背面，然后使用拉钩暴露甲状旁腺右侧。拍摄甲状旁腺右侧的照片 与甲状腺和气管。
- 更换牵开器以暴露PG的对侧 拍摄它们与甲状腺和气管的左侧照片。
12. 甲状腺注射IONPs
- 使用胰岛素注射器将 10 µL 的 IONPs 悬液（20 mg/mL，溶于磷酸盐缓冲液）局部注射至甲状腺腺体中心。用纱布轻轻按压注射部位 5 秒。
13. 肽聚糖的鉴定 注射IONPs后
- 注射后，观察IONPs在甲状腺内的快速扩散，而甲状旁腺则无此现象，因其对甲状旁腺呈阴性染色 ，从而可将其与周围甲状腺组织区分开来。
- 拍摄阴性染色的甲状旁腺 与气管、甲状腺及喉部的正面照片。
- 采用上述相同步骤，拍摄阴性染色的甲状旁腺 左侧和右侧的照片。
14. 喉、气管连同甲状腺及甲状旁腺的切除术
- 当大鼠吸入过量异氟烷（5% 异氟烷超过 5 分钟）并处于深度麻醉状态后，通过心内注射 0.5 mL 饱和氯化钾溶液实施安乐死。
- 死后取出喉部、气管、甲状腺和甲状旁腺（PG）。
- 在通风橱内，将取出的喉部、气管、甲状腺和甲状旁腺（PG）标本放入 4% 多聚甲醛溶液中固定 24 小时。
15. 组织病理学研究
- 将组织脱水并包埋于石蜡中，切成5 µm厚的切片。先在37 °C烘箱中烘烤过夜，再于65 °C烘烤1小时。
- 用75%、95%、100%梯度酒精各洗涤5分钟，每次3次，再用蒸馏水室温洗涤，随后进行苏木精-伊红（H&E）染色。
- 由病理学家在光学显微镜下观察H&E染色切片。
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结果
在该动物模型中，我们对手术切开 SD 大鼠的颈部以暴露气管、喉部及周围组织。随后，在气管两侧目视定位甲状腺；甲状腺呈蝴蝶状，大小约为 3 mm × 5 mm。一对甲状旁腺通常位于甲状腺的上部，其颜色与甲状腺叶极为相似，肉眼极难区分（图 1）。
注射后，对比剂（图1 和 图2）即超顺磁性氧化铁纳米颗粒（IONPs）在甲状腺内迅速扩散，并使其染成黑色，但由于甲状旁腺组织密度较高，IONPs无法渗入甲状旁腺（PG）。IONPs在甲状旁腺与甲状腺之间分布的差异形成了显著的对比，肉眼即可清晰识别，无需借助外部仪器。图2 显示了IONPs对大鼠左侧甲状腺中甲状旁腺进行负染的代表性图像，其中甲状旁腺与甲状腺之间的对比非常明显，大鼠甲状旁腺的大小约为 2 mm × 1 mm。
处死动物后，切除大鼠喉部及相邻...
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讨论
我们展示了一种IONPs引导的大鼠PG负显像技术 使用黑色氧化铁纳米颗粒（IONPs），将其直接注射至甲状腺腺体中心，该颗粒可在甲状腺内扩散，但不会进入甲状旁腺。这种方法可实现对甲状旁腺的清晰识别 肉眼无需借助任何显微镜即可观察。尽管在PG中特异性表达绿色荧光蛋白的转基因小鼠 已有报道13，本文所述模型的操作更为简便。每只大鼠注射后仅需约1分钟即可完成操作，且甲状腺与PG之间的界限清晰可辨 肉眼可见。
此外，该模型的另一个优势在于，与目前用于临床前研究以评估新型胰高血糖素（PG）鉴定方法的大型动物模型（例如犬12）相比，该大鼠模型的成本和操作难度显著更低。一只SD大鼠的平均成本接近BALB/C小鼠，比犬便宜30多倍。这种低成本优势使得在临床前研究中能够扩大受试动物数量 并进行重复实验，而使用大型动物模型则难以实现。同时，SD大鼠的典型体重为300–350 g，也比犬（22–23 kg）轻66倍以上14<...
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披露
P.G. 和 W.Z. 是基于该项目向中国科学院大学附属肿瘤医院（浙江省肿瘤医院）提交的一项专利申请的共同发明人。其他作者声明无利益冲突。
致谢
本研究由国家自然科学基金（NSFC）（82172598）、浙江省自然科学基金（LZ22H310001）、浙江省卫生健康委员会551卫生人才培养工程以及浙江省医药卫生科技计划项目（2021KY110）资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 酒精 | Li feng | 9400820067 | |
| 麻醉机 | RWD Company | R520IE | 机器编号 |
| 刀片 | Daopian | TB-JZ-10# | |
| 圆柱形枕头 | 自制 | ||
| 脱毛膏 | Nair | TMG-001 | |
| 电子天平 | Hong xingda | CN-HXD2 | |
| 伊红 | Thermo Fisher (Waltham, USA) | C0105S-2 | |
| 红霉素 | 双吉 (北京, 中国) | 200409 | |
| 纱布 | Fulanns | YY0331-2006 | |
| 加热垫 | Johon (深圳, 中国) | JH-36-2006 | |
| 苏木精 | Thermo Fisher (Waltham, USA) | C0105S-1 | |
| 胰岛素注射针头 | 江阴南泉高分子 | 20170702 | |
| 碘伏棉球 | HOYON | 19-6007 | |
| 氧化铁纳米颗粒溶液 | 中科雷鸣科技 (北京, 中国) | Mag9110-05 | |
| 异氟烷 | Sigma Aldrich (St Louis, USA) | 21112801 | |
| 持针器 | Meijun | MH0587 | |
| 手术台 | BioJane | BJ-P-M | |
| 多聚甲醛溶液 | Biosharp | 21269333 | |
| 橡胶 | G-CLONE | XT41050 | |
| 扫描仪 | Olympus | Slideview VS200 | |
| 手术镊 | Suping | SPHC-0676 | |
| 手术刀柄 | Aladdin | S3052-06-1EA | |
| 手术拉钩 | TOCYTO | 18-4010 | |
| 手术剪 | Suping | SPHC-0795 | |
| 手术巾 | Along technology | YCKJ-RJ-036205 | |
| 缝线 | Ethicon | SA84G | |
| 带针缝线 | 金环 (上海, 中国) | F301 | |
| 血管钳 | Along technology | YCKJ-RJ-016218 | |
| 水浴-载玻片干燥仪 | 华苏 (金华, 中国) | HS-1145 |
参考文献
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