我们介绍一种用于大鼠的直接迷走神经注射方案,可将药物直接递送至神经内部,且不会引起注射后的并发症。该方法适用于涉及自主神经系统调控的临床前神经科学研究。通过必要的修改,该技术也可用于大鼠及其他物种其他神经的直接注射。
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我们介绍一种用于大鼠的直接迷走神经注射方案,可将药物直接递送至神经内部,且不会引起注射后的并发症。该方法适用于涉及自主神经系统调控的临床前神经科学研究。通过必要的修改,该技术也可用于大鼠及其他物种其他神经的直接注射。
目前存在大量促进药物递送至中枢神经系统的策略与方法。然而,直接向周围神经系统递送药物的研究相对较少,可供研究人员参考的详细方法学文献也较为有限。本文介绍一种以迷走神经为模型神经的周围神经系统药物直接注射技术。该方法可用于治疗自主神经系统疾病,特别是通过靶向左侧迷走神经实现药物干预,且经适当调整后,亦可推广至其他神经的直接注射。本文详述了在麻醉成年大鼠身上、于解剖显微镜下进行显微外科手术操作的全部关键步骤。文中还描述了使用示踪染料以实时监测注射准确性的方法,并提供了成功与失败注射案例的图示。若操作得当,迷走神经直接注射可安全实施,大鼠耐受性良好,且无术后并发症。例如,在术者完成本方法培训后,连续六只大鼠均成功完成注射,无一出现并发症。该直接神经注射方法适用于临床前大鼠研究,可实现包括但不限于基因治疗在内的多种试剂向周围神经的递送。
正确应用给药方法是获得成功治疗效果的关键因素之一。尽管向中枢神经系统(CNS)递送治疗剂的方法众多,但通过直接神经注射将药物递送至周围神经系统(PNS)的方法报道较少。直接神经注射,例如向大鼠背根神经节(DRG)注射,已在临床前研究中被尝试用于更深入地理解疼痛机制、药物毒性、基因转移1,2,3以及通用方法的开发1,4。其他关于直接神经注射的报道包括脊神经注射4、坐骨神经注射1,以及在大鼠5和小鼠6中的迷走神经注射。最近,有研究提出了一种软骨上注射方法,以改善治疗药物在兔视神经乳头中的分布7。
由于背根神经节(DRG)中的细胞体具有感觉功能,因此DRG被认为是直接注射携带转基因的载体(如腺相关病毒(AAV))的理想部位2。已有研究描述了DRG注射的手术和非手术方法1,8。然而,关于非手术DRG注射方法结果的一致性,目前存在争议1。有研究提出,采用部分椎板切除术的手术方法在大鼠中进行DRG注射可达到100%的成功率,且不会引起行为学结果的改变3,而在小鼠中则可采用部分骨切除的方法9。多项研究报道了用于药物递送的DRG注射方法,这些方法已应用于大鼠和小鼠的临床前基因治疗研究1,2,10。涉及局部注射的载体介导基因治疗研究可能具有以下优势:降低脱靶表达、减少系统性毒性、所需病毒载量和注射体积更小,以及降低免疫原性并发症的风险11,12。
通过暴露大鼠大腿中部水平的右侧坐骨神经,已尝试将物质直接注射至坐骨神经(人体最长的神经)。该方法采用经拉制的玻璃移液管,并配备由微处理器控制的注射系统,以1.2 µL/min的流速向神经内注射总量为10 µL的染料1。该实验结果显示,染料未能有效分布至背根神经节(DRG)水平,其分布范围主要局限于注射部位周围。类似地,其他直接神经注射方法(如脊神经注射)也已尝试使用染料,以评估在大鼠体内合适的注射体积及染料分布模式。研究表明,脊神经注射的最优体积为2 µL,而通过DRG注射3 µL染料可在大鼠的背侧和腹侧根神经节中均观察到染料分布1。在小鼠中,DRG注射的最优体积根据品系和体型不同,报道范围为1.0 µL至1.5 µL2,9。
在大鼠5和小鼠6中采用直接迷走神经注射方法,以评估神经损伤或细胞完整性在人源α-突触核蛋白传递中的作用。这两项由同一研究团队开展的研究,描述了一种简要的将AAV载体直接注射至颈部左侧迷走神经的方法。在大鼠实验中,使用尖端直径为60 µm的玻璃毛细管,通过5 µL Hamilton注射器以0.5 µL/min的流速注射2 µL载体。在小鼠实验中,使用连接于10 µL NanoFil注射器的36号钝头钢针,以160 nL/min的流速注射总量为750 nL的载体溶液6。这些实验结果显示,转基因在大鼠和小鼠脑桥及中脑的轴突中成功递送并表达。同样,左侧迷走神经的背侧运动核也显示出对转基因的阳性免疫反应。这些证据表明,直接迷走神经注射方法可能是一种可靠的基因治疗手段,可使细胞转导延伸至通过迷走神经发出轴突的多个脑区。然而,这些方法均未提及使用任何示踪染料来评估注射的准确性。
本文介绍了一种使用无毒示踪染料直接注射左侧迷走神经的方法,该方法主要适用于临床前研究阶段的研究人员。文中讨论了可能导致药物递送困难的潜在问题以及克服这些问题的方法,并通过图片展示了递送失败的原因及实现成功递送的操作方式。
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以下方案根据机构伦理准则以及机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准进行。
1. 实验环境准备
注意:本方案适用于至少2个月大的成年大鼠。较小的动物(包括小鼠和更年轻的大鼠)虽然可行,但不推荐,且操作难度将显著增加。
2. 手术物品和空间的准备
3. 准备候选药物与示踪染料的混合物
4. 将候选药物和染料混合物装入管路
5. 注射针头的预处理
6. 大鼠手术前准备
7. 进行大鼠手术,将候选药物直接注射至左侧迷走神经(图2、图3和图4)
注意:本方法的这一部分需要第二人协助外科医生。
大鼠术后护理
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本研究共使用六只成年大鼠(3只雄性,3只雌性)。其中一只大鼠被多次注射,以展示注射失败的情况,表现为染料在注射部位周围扩散(图5A)。其余所有大鼠均显示注射顺利且神经染色清晰,如图4B和图5B所示。
图1 展示了一种情况:当注射针与导管的连接设置不正确时,染料在针头与导管之间发生泄漏。本实验所用的1%染料并不太黏稠,但由于密封不严,染料无法顺利通过注射针。此类问题在引液过程中很容易被发现(见步骤5.2)。为解决此问题,应检查针头与导管之间的连接是否正确。确保约有3 mm长的针头已插入导管中,并确认导管与针头的尺寸匹配。在纠正错误连接后,应重新进行引液操作,特别是当引入了气泡时(重复步骤5.2)。
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直接注射至大鼠左侧迷走神经的方法可安全实施,且术后无并发症。向迷走神经递送药物可用于靶向自主神经系统(ANS)。该方法包含若干关键步骤,需要经过练习并具备中等到较高的外科操作技能。
该手术操作需要在大鼠中实施平衡的全身麻醉。外科医生应尽量缩短手术时间,以减少麻醉剂的暴露,从而促进更好的术后恢复,尤其是在老年大鼠中。该方法还要求手术者具备经过训练的无菌外科技术,以确保注射操作和术后恢复的成功。迷走神经的解剖位置深在且处于关键区域13。左侧迷走神经与左侧颈总动脉并行走行,在分离和注射过程中存在损伤动脉和神经的风险。正确分离迷走神经与颈总动脉需要较高的操作熟练度和技术水平。在操作过程中,应以适当的角度牵拉神经,同时保持针头位于神经内部。
尽管目前仅有同一研究团队发表的两篇关于大鼠5和小鼠6直接迷走神经操作的文献,但这两项研究均缺乏对手术操作过程的详细描述。使用35 G针头注射神经具有操作便捷...
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作者NR和XC无利益冲突。RMB和SJG是通过迷走神经注射将基因转移至自主神经系统相关知识产权的发明人(美国专利#11,753,655)。SJG和RMB已从Taysha基因治疗公司获得专利使用费收入,且SJG还从Taysha基因治疗公司获得过咨询收入。
我们感谢德克萨斯大学西南医学中心动物资源中心设施为大鼠手术空间所做的安排。本工作的经费由以下机构提供给 SJG:美国国立卫生研究院/国家神经疾病与卒中研究所 R01 NS087175 项目、Hannah's Hope Fund 以及 Taysha Gene Therapies。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 mL BD 结核菌素注射器,带可拆卸 25 G x 5/8" 针头 | Becton, Dickinson and Company | SKU:309626 | 用于连接弯针以牵拉迷走神经,并在注射时固定神经。 |
| 0.5% 盐酸布比卡因注射液 | Hospira | NDC 0409-1162-19 | 局部麻醉药,用于局部组织麻醉。 |
| 100 mL 0.9% 氯化钠注射液 USP | Stericare Solutions | Item #6240 | 生理盐水,用于大鼠及组织的再水化。 |
| 20 个钝头牵开器头,7.5 mm | Kent Scientific Corporation | Surgi 5018 | 用于手术时分离并固定组织。 |
| 3 mL BD-Luer-Lok 注射器,无菌,一次性使用 | Becton, Dickinson and Company | SKU # 309657 | 用于向大鼠注射生理盐水,并将生理盐水注入聚乙烯导管中。 |
| AK-Fluor10% | Akorn | NDC 17478-253-10 | 可在神经内显影的荧光素染料,用于追踪注射的准确性。 |
| 动物体重秤 | Kent Scientific Corporation | SCL 4000 | 用于测量大鼠体重。 |
| Ansell ENCORE Perry Style 42 PF 外科手套 | Ansell | ASTM D3577 | 无菌手套,供外科医生在手术时使用。 |
| 人工泪液软膏 3.5g | Pivetal | NDC 46066-753-55 | 用于眼部,防止眼睛过度干燥。 |
| 婴儿-迈斯特止血钳 | Fine Science Tools | 13013-14 | 用于紧急情况下的止血,也可用于弯曲 25 G x 5/8" 针头。 |
| BD Intramedic PE 导管 | Becton, Dickinson and Company | 14-170-12A | 用于注射装置系统,连接 Hamilton 针头和 NanoFil 针头,同时容纳注射混合液。 |
| BD Precison Glide 针头,25 G x 5/8" | Becton, Dickinson and Company | REF#305122 | 用于向大鼠注射生理盐水,以及制作弯针。 |
| BD Precison Glide 针头,27 G x ½" | Becton, Dickinson and Company | REF#301629 | 用于将无菌生理盐水注入 BD 皮内导管中。 |
| Benchmark Accuris ”NextPette” 可调体积移液器微型起始套装,包含 4 支移液器:10/20/200/1000 μL,另附支架 | MilliporeSigma | BMSP7700S1 | 用于移取无菌溶液。 |
| 聚维酮碘 10%(Betadine) | Honestmed | 67618015017 | 用于手术区域的消毒。 |
| 卡洛芬注射液 50 mg/mL | 由 Covtrus 提供 (6451506845) | SKU 591149 | 本实验中,我们使用了由德克萨斯大学西南医学中心动物资源中心提供的稀释卡洛芬,剂量为 5 mg/kg。 |
| 弯针(定制) | Becton, Dickinson and Company | REF#305122 | 使用止血钳将 BD PrecisionGlide 25 G x 5/8" 针头弯曲成 90 度,针尖磨钝。使用前需灭菌。用于钩住迷走神经,并在分离和注射时固定神经。 |
| 解剖显微镜 | Motic | SMZ-171-BLED(带光源双目镜) | 用于迷走神经分离、注射及检查注射渗漏时放大关键解剖区域。 |
| 手术单 | Dynarex | Reorder#8122 | 灭菌后用作手术覆盖布。 |
| Dukal 棉签,非无菌 | Dukal | Item 9003 | 用于钝性分离组织,使用前需灭菌。 |
| Dumont #7 精细镊子 | Fine Science Tools | 11274-20 | 用于将左侧迷走神经从颈总动脉分离。其弯曲设计便于操作。 |
| Ethicon PDS II 无染色单丝缝线 - 缝线,4/0 18 PDS II CLR MONO PS | Ethicon | VA - Z682G | 用于伤口缝合。 |
| Ethilon 尼龙缝线 黑色单丝 | Ethicon | 1856G | 在使用不可吸收缝线时用于伤口缝合。也可用于钩住大鼠门齿,将鼻部固定于鼻罩内。 |
| 精细镊子 - 镜面抛光 | Fine Science Tools | 11412-11 | 用于将迷走神经从颈总动脉分离。此为直头镊子。 |
| 精细剪刀 - 锐利型 | Fine Science Tools | 14060-09 | 用于剪切组织。 |
| Hamilton 清洁液 | Hamilton | HT18311 | 用于使用后清洁 Hamilton 设备。 |
| Hamilton 针头,27G,小针座 RN 针头,2”,PT3,6/包 | Hamilton | 7762-01 | 用于连接 BD Intramedic™ PE 导管。 |
| Hamilton 注射器,710RN | Hamilton | 7638-01 | 用于迷走神经注射时容纳药物。 |
| 胰岛素注射器 | EXEL INT, Comfort point | REF 26027 | 用于注射卡洛芬和局部麻醉药。 |
| 利多卡因 2% 注射液 | Covetrus | Reorder#002468 | 用于与布比卡因混合后在切口部位注射。 |
| Luxol 快蓝 MBSN | Acros Organics | 212170250 | 可在神经内显影的染料,用于与药物混合,使注射混合物可见。 |
| 玻璃珠微型灭菌器 | Fine Science Tools | Item No. 18090-46 | 用于大鼠手术过程中间歇性灭菌手术器械。 |
| NanoFil 针头-NF35BV-2 | World Precision Instrument | NC9708956 | 用于将药物-染料混合物注入迷走神经内。 |
| Olsen-Hegar 带剪刀的持针器 | Fine Science Tools | 12002-12 | 用于伤口缝合。 |
| Parafilm M 实验室包裹膜,4 英寸 x 125 英尺,每盒 1 卷,共 12 卷 | Honestmed | PM#996 | 用于承载分装的 5 μL 药物-染料混合物,以便准确将混合物装入 BDTM 皮内导管。 |
| PDI 酒精消毒棉片 | Honestmed | NDC 10819-3914-2 | 用于手术区域的消毒。 |
| Premium Care 无菌 VII 型纱布垫,8 层,2" x 2" | Dukal | Item C5119 | 手术时置于大鼠颈部下方作为垫衬。 |
| Press’n Seal 保鲜膜 | Glad | 用于手术时覆盖大鼠,起到类似手术单的作用。 | |
| 大鼠牵开器套装 | Kent Scientific Corporation | Surgi 5002 | 用于保持切口开放,便于将迷走神经从颈动脉分离。 |
| RightTemp Jr. | Kent Scientific Corporation | 20.3 cm 宽 x 25.4 cm 长(8 英寸宽 x 10 英寸长),用于保持大鼠体温。 | |
| S&T 镊子 - SuperGrip 尖端 | Fine Science Tools | 00632-11 | 缝合时用于夹持组织而不造成损伤。 |
| S&T 缝线打结镊子 | Fine Science Tools | 00272-13 | 用于收紧缝线。 |
| 手术刀片 #15 | Fine Science Tools | 10015-00 | 用于在颈部腹侧皮肤做切口。 |
| 手术刀柄-#7 | Fine Science Tools | 10007-12 | 用于固定手术刀片。 |
| 注射泵 | KD Scientific | 78-81-8052GL | 序列号 D107034,型号 LEGATO-180,为可编程泵,可在程序控制下泵送小体积混合液。 |
| TipOne 滤芯吸头补充起始系统 | USA Scientific | Item #1120-3510 | 用于移取药物和染料混合物。 |
| 异氟烷蒸发器,漏斗加液型 | Kent Scientific Corporation | Vetflow 1231 | 用于麻醉大鼠。 |
| Vetbond 组织粘合剂 | 3M Science Applied to Life | ID B00016067 | 在缝合不理想时,用于封闭切口处的组织。 |
| Wahl BravMini+ 专业无线剪毛器套装 | Kent Scientific Corporation | CL7300-Kit | 用于剪除大鼠毛发。 |
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