本方案描述了一种在小鼠模型中诱导子宫损伤的方法,并在随后的妊娠过程中进行下游分析。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本方案描述了一种在小鼠模型中诱导子宫损伤的方法,并在随后的妊娠过程中进行下游分析。
剖宫产及其他手术(如扩张和刮宫术、子宫肌瘤切除术等)引起的子宫损伤可导致后续妊娠出现多种并发症,包括前置胎盘、胎盘植入谱系障碍(PAS)、剖宫产瘢痕妊娠以及子宫破裂。在美国,剖宫产约占分娩总数的30%,且其发生率预计将继续上升。因此,深入理解与损伤相关的妊娠疾病的发生机制,并建立可用于测试潜在干预措施的实验平台至关重要。为实现上述目标,迫切需要建立子宫损伤的动物模型,特别是能够反映损伤对后续宫内妊娠结局影响的模型。本实验方案介绍了一种在实验小鼠(Mus musculus)中建立机械性诱导子宫损伤的新颖外科手术方法。文中详细演示了术前准备、子宫损伤的诱导操作以及术后恢复流程,并提供了对非妊娠和妊娠小鼠进行后续解剖的附加信息。总体而言,通过系统描述在活体(in vivo)模型中诱导子宫损伤的一系列操作步骤,本方案为研究子宫伤口愈合过程中的分子与细胞事件及其对后续妊娠的影响提供了一种可行且可操作的技术方法。
尽管在美国每3次分娩中就有1次是通过剖宫产进行的 通过 剖宫产(剖宫产术),关于子宫如何愈合以及受损子宫如何导致后续妊娠并发症,目前所知甚少1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13这些并发症包括子宫破裂、前置胎盘、胎盘植入综合征(PAS)和剖宫产瘢痕妊娠,总体影响约2.5%有1次或多次剖宫产史的患者。1,2,6,8,12,14,15,16,17胎盘前置的特征是胎盘异常地附着于子宫下段4,16这不仅会导致宫颈的物理性阻塞以及妊娠期间出血风险升高,也是更为严重的侵入性胎盘异常附着(PAS)的重要危险因素。8,12胎盘植入是指胎盘过度侵入母体组织,甚至可达膀胱或直肠,常需在剖宫产时行子宫切除术,以防止危及生命的母体出血。12,17剖宫产瘢痕妊娠虽然罕见,但相关并发症发生率较高,包括流产、胎儿死亡和早产18,19除了与既往剖宫产史相关的并发症外,其他子宫手术如子宫肌瘤切除术或扩张与刮宫术(D&C)也会导致患者出现多种并发症。例如,约30%接受D的患者&流产后发生晚期自然流产以及接受第二次子宫肌瘤宫腔镜切除术的患者中,高达46%会出现具有阿什曼综合征(Asherman syndrome, AS)特征的宫腔粘连20,21AS 影响约 2% 的女性,导致闭经、痛经、胚胎着床失败、反复妊娠丢失、早产和/或胎盘粘连综合征21,22因此,鉴于既往子宫创伤与较高的严重并发症及死亡率相关,建立实验动物模型不仅对于阐明子宫伤口愈合的机制以及子宫损伤对后续妊娠结局的影响至关重要,而且可为新型诊断方法和治疗手段的开发提供重要平台。23,24.
因此,已有若干研究建立了子宫损伤的小鼠模型。然而,早期的研究要么未考察子宫损伤对后续妊娠的影响25 或通过限制子宫腔表面的损伤,在卵巢切除小鼠中研究子宫内膜容受性时间窗外的胚胎着床26为弥补这些知识空白,本方案所述模型结合其他近期研究,提出了一种将子宫损伤引入小鼠体内的新型外科手术方法27,28本方案采用常见的实验小鼠作为模式生物,因其具有易获得性、遗传可操作性强、妊娠期短、从出生到性成熟的时间快、每胎产仔数多以及成本效益高等优点。此外,小鼠具有两个子宫角的解剖学特征,可在每只实验动物中利用未损伤的子宫角作为内部对照,并能够直接在瘢痕局部分离出局部缺陷进行分析 与整个子宫环境中的全局性缺陷。本方案所述方法包括进行简单的背部剖腹手术,随后使用带钻头的针在单个子宫角的子宫内膜层和肌层穿透形成切口。该方法最接近剖宫产和子宫肌瘤切除术中所见的损伤,但也可轻松修改以研究非切口性损伤,例如 D&Cs,位于AS之前29,30损伤后,让动物恢复,随后与种公鼠交配以获得定时妊娠,从而检测损伤对后续宫内结局的影响27,28.
尽管在整体策略上与其他近期研究相似,本方案的某些方面具有独特优势。例如,Li 等人和 Burke 等人采用腹部入路进入子宫,而本方案所述为背侧入路31,32背侧入路操作更为简便,且更有利于动物术后快速恢复。在Burke等的研究中,对于非妊娠小鼠,采用弯针或刮匙刮除子宫内膜,从而更接近于人工流产(D)的模拟&Cs,而本方案中的全层切口损伤则更接近剖宫产和子宫肌瘤切除术的模型32在围产期小鼠中,Burke 等人按照本文所述方法,在胚胎着床的对侧——即子宫系膜侧而非对系膜侧引入切口。与 Li 等人使用剪刀的方法不同,本实验采用带刃口的针进行操作。31,该方法可更便捷地从全层损伤调整为局限于子宫内膜的损伤,以模拟两种类型的子宫内膜损伤&Cs 以及剖宫产和子宫肌瘤切除术。Li 等人和 Burke 等人均使用缝线闭合子宫伤口,这种方法虽然更贴近剖宫产术中的实际情况,但会为愈合过程引入额外的变异性,并可能导致异物效应31,32,33,34,35,36. 在大鼠中进行的类似研究已 采用腹部入路制作全层切口37,38 或切除性39 使用缝线闭合的子宫伤口37,38,39 在非妊娠状态下38,39 且怀孕37 动物。因此,本文所述方案特别适合希望采用一种简便且可重复的方法、所需外科手术经验较少、可研究全层子宫损伤后胚胎着床和胎盘形成相关事件的研究人员,并且该方法可轻松适用于多种研究问题,包括 D&子宫内膜类C型损伤27,28.
本方案的第1步概述了术前准备步骤。第2步描述了对一侧子宫角造成损伤的手术操作。最后,第3步详细说明了为研究子宫手术对后续妊娠影响而进行的妊娠母鼠解剖过程。总体而言,本研究提出了一种独特的小型啮齿类动物子宫伤口愈合及其相关妊娠结局的手术模型,该模型操作快速且易于采用。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本方案中演示的所有操作均已获得加州大学戴维斯分校机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准(IACUC方案编号#23985)。本方案所述操作通常在7至10周龄、体重19至25克的C3H品系雌性小鼠上进行,但根据研究者的具体研究问题,该方案也适用于其他品系、年龄和体重的雌性小鼠。手术前应监测动物状况,确保仅使用健康、无损伤或痛苦迹象的动物进行实验。所用试剂与设备的详细信息列于下文 材料表.
1. 手术区域的准备
2. 子宫损伤的手术诱导
注意:本节描述了对未妊娠雌性小鼠单侧子宫角造成损伤的手术与操作步骤。首先,进行背部剖腹手术以暴露子宫角顶端。随后,将一支带倒钩的25 G针头插入子宫腔,以损伤子宫内膜,必要时可穿透肌层。这会在受损的子宫角上形成一个纵向伤口,为进一步实验提供模型,用于研究子宫愈合机制以及损伤如何影响后续妊娠。手术前必须确保动物已得到适当麻醉。如步骤1所述,多个参数可用于判断动物是否达到充分麻醉状态,包括停止活动、呼吸频率降低以及前肢反射消失。此外,轻触时应无后肢反射,尽管在麻醉充分的情况下,若施加足够压力,该反射有时仍可能存在40,42。
3. 交配及解剖妊娠小鼠以评估子宫损伤的后果
注意:根据具体的研究问题,可在子宫损伤后进行多种终点分析。例如,可在损伤后的不同时间点解剖非妊娠动物,以检测伤口愈合的动力学过程27此外,受伤的动物可进行妊娠 通过 自然交配或胚胎移植以考察损伤对后续妊娠的影响27本步骤描述了在受损子宫环境中对胚胎及胎盘发育的评估方法。具体而言,本步骤详细说明了如何设置定时交配,以及在妊娠第12.5天(E12.5,以发现阴道栓的早晨定义为E0.5;有关阴道栓识别的更多信息见下文步骤3.2)对动物进行解剖。总体而言,步骤3提供了一个损伤后下游分析的示例,可用于探究特定的实验问题。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
使用氯胺酮/赛拉嗪作为麻醉剂进行手术后,动物通常在约1小时内部分恢复活动能力,并在约4-6小时内完全恢复活动能力。异氟烷麻醉的恢复通常在数分钟内发生。任何可能出现的并发症,如伤口裂开或疼痛,通常在手术后1-3天内显现。在皮肤切口愈合且皮肤夹即将拆除之前,应每天进行动物福利检查,以监测疼痛或并发症情况。
可在手术后的不同时间点处死动物,以评估子宫伤口愈合情况。例如,图10A展示了损伤后3天的子宫损伤情况,而图10B展示了损伤后1个月的子宫损伤情况,此时宏观瘢痕迹象极轻微。可根据需要检测其他参数,包括在手术期间或术后给予药物处理、额外的损伤循环,或在动物不同年龄阶段进行手术。为研究子宫损伤对胚胎着床和发育的影响,可对动物进行交配或胚胎移植。图中展示了子宫损伤导致的不良发育后果示例,如宫内出血和胚胎吸收(图10C),以及胚胎间距异常(图10D
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
剖宫产占美国分娩总数的约33%,在巴西和埃及等国家则高达55%–65%12,52,然而目前对子宫在损伤后的愈合过程以及这些损伤如何影响后续妊娠仍知之甚少。尽管既往剖宫产是胎盘植入谱系障碍(placenta accreta spectrum, PAS) 和前置胎盘等妊娠并发症的主要风险因素,但这些 并发症的发生机制尚不明确3,6,14,17。随着剖宫产率持续上升,迫切需要深入了解相关疾病机制,并建立用于开发新型诊断方法和治疗手段的研究平台。然而,目前可用于子宫损伤研究的动物模型仍然有限25,31,
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者声明无利益冲突。
感谢加州大学戴维斯分校教学与研究动物护理服务部(TRACS)在动物饲养、实验操作和后勤方面提供的持续支持。感谢加州大学戴维斯分校心血管研究所(CVRI)动物模型核心实验室及其负责人陈奕杰(Jay)博士(D.V.M., Ph.D.)在技术指导、支持以及拍摄手术室使用方面提供的帮助。感谢张实验室全体成员对本工作的支持。图5A 使用 BioRender.com(https://BioRender.com/ig9sfon)制作。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 注射用0.9%氯化钠,无菌 | Fresenius Kabi | 63323-186-10 | |
| 25G × 5/8英寸 BD PrecisionGlide™ 针头 | BD | 305122 | |
| 70%乙醇 | Fisher Scientific | BP82031GAL | |
| 可吸收4-0薇乔缝线 | Ethicon | J214 | |
| 动物笼具 | VWR | 10712-110 和 10715-323 | 研究人员所在动物设施提供的笼具亦可接受 |
| 动物耳标打孔器 | Fisher Scientific | 13-812-201 | |
| AutoClip伤口闭合系统 | Fine Science Tools | 12020-00 | |
| U-100胰岛素注射器 | Fisher Scientific | 14-826-79 | BD品牌 |
| 碘伏消毒棉签 | Medline | MDS093901 | |
| 缓释布托啡诺,1.3 mg/mL(Ethiqa XR) | Fidelis Pharmaceuticals | 099114 | 其他缓释型布托啡诺或盐酸布托啡诺亦可接受 |
| 卡洛芬(RIMADYL)50 mg/mL | Zoetis | RIM-00284R1 | |
| 弯头虹膜剪 | World Precision Instruments | 501759G | |
| 干式玻璃珠手术器械灭菌器 | VWR INTERNATIONAL | 75999-324 | |
| 干式玻璃珠补充料 | VWR INTERNATIONAL | 75999-332 | |
| 雌性小鼠,通常为8至12周龄,例如C3H品系 | Charles River | 025 | |
| 精细剪刀——弯头,10.5 cm | Fine Science Tools | 14370-23 | |
| 毛发修剪器 | Fisher Scientific | 50-195-4544 | |
| Glad Press ‘n Seal 密封袋 | Fisher Scientific | NC1089054 | |
| 丁腈手套 | Fisher Scientific | 19-130-1597C | |
| 无菌蒸馏水(H2O) | Fine Science Tools | 15230170 | |
| 手术用照明灯 | AmScope | HL150-AY | |
| 氯胺酮,100 mg/mL(Zetamine) | Dechra | 501072 | |
| 实验服 | Uline | S-15376W-50 | |
| 光学显微镜 | Fisher Scientific | S13039 | |
| 粘毛滚筒 | Fisher Scientific | 17-018-329 | |
| Nair脱毛膏 | Target | 049-06-3304 | |
| 持针器 | Fine Science Tools | 12500-12 | |
| 纸巾 | Scott | 1804 | |
| 培养皿 | Fisher Scientific | 08-757-100 | |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| 塑料烧杯 | Thermo Fisher Scientific | 12010250 | |
| 带弯头探针探测器 | Fisher Scientific | 08-995 | |
| Fisherbrand™ 即封式灭菌袋,9 cm(宽)× 13.3 cm(高) | Fisher Scientific | 181250 | |
| Fisherbrand™ 即封式灭菌袋,9 cm(宽)× 23 cm(高) | Fisher Scientific | 181251 | |
| 精细镊子,#5 | Fine Science Tools | 11254-20 | |
| 精细镊子,#55 | Fine Science Tools | 11295-51 | |
| 电子天平 | Fisher Scientific | S93805 | |
| 手术剪 | Fine Science Tools | 14060-09 | |
| 喷雾瓶 | Fisher Scientific | S413505P | |
| 无菌酒精消毒棉片 | Fisher Scientific | 22-363-750 | |
| 无菌眼科兽用软膏 | Puralube | PH-PURALUBE-VET | |
| 用于涂抹眼膏的无菌棉签 | Fisher Scientific | 18-366-472 | |
| 灭菌袋 | Fisher Scientific | 19-910-673 | |
| 手术单 | Fisher Scientific | 50-209-1792 | |
| 手术帽 | Uline | S-10480BLU | |
| 外科口罩 | Fisher Scientific | 18-048-010 | |
| Thomas Scientific吸水实验台垫,尺寸16.5 × 23英寸/42 × 58厘米 | Fisher Scientific | NC1588452 | |
| 带全地板加热功能的加热/麻醉诱导舱 | Fisher Scientific | 14-370-302 | |
| 伤口夹补充装 | Fine Science Tools | 12022-09 | |
| 100 mg/mL赛拉嗪 | Dechra | Rompun 100 mg/mL Xylazine |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。