一种可重复的面向重症监护病房的大鼠内毒素模型
2021年2月20日
本文介绍了一种可重复的大鼠重症监护病房导向型内毒素模型。
该方案是一种稳定且可重复的内毒素血症模型，可对生理学和分子参数进行多次评估。该方法有助于回答脓毒症研究中的相关问题。尽管我们的模型不能替代动物实验，但通过持续镇静优化了脓毒症模型，并通过重复取样减少了动物使用数量。
初学者可能在动脉和静脉导管插入过程中遇到困难，但只需有限的训练即可掌握这些技术。通过可视化整个实验装置，研究人员能够更顺利地搭建或调整模型，以更贴近重症监护室（ICU）中的实际情况。首先将麻醉后的动物转移至加热垫上。
将体温维持在36.5至37摄氏度之间。通过鼻罩提供氧气，确保动物自主呼吸。在进行气管造口术以及动脉和静脉插管前，通过检查脚趾夹捏反射是否消失来确认麻醉深度。
使用眼膏保护眼睛。准备无菌手术器械和导管，并进行压力和血氧饱和度监测，以确保充分氧合。在大鼠尾部近端使用止血带以方便静脉穿刺，并用酒精对尾部消毒三次。
将26号静脉导管插入两条侧尾静脉之一，避免注入空气。放置静脉导管后松开止血带，并用胶带固定导管位置。将注射泵通过三通旋塞连接至静脉通路，用于持续输注液体和药物。
开始气管切开术时，先剃除动物颈部前侧区域的毛发，然后用聚维酮碘溶液对剃毛后的皮肤消毒三次。使用10号手术刀片做一道2厘米长的纵向切口。用2-0丝线缝合线牵开皮肤。
然后用手术剪 bluntly 准备好喉部和气管以便切开。将一根无菌气管插管插入气管，注意不要插入过深，以避免单侧通气。使用 2-O 丝线缝合固定插管，然后将插管连接至呼吸机，进行压力或容量控制通气。
在开始实验前，定义液体补充方案、血管收缩剂应用方案以及终止实验的标准。用聚维酮碘溶液对大鼠尾部消毒三次，然后使用手术刀在腹侧纵向切开皮肤，长度为1厘米，注意不要切得过深，以免损伤尾动脉。使用手术显微镜小心暴露动脉。
使用手术显微剪剪开动脉周围的筋膜。然后在远端动脉处进行近端6-0丝线结扎，但暂不收紧丝线。将一根26号导管插入远端与近端丝线结扎之间的动脉内，随后收紧近端丝线，以固定导管位置。
将导管连接至压力传感器，以实现连续的动脉压测量。此外，在连接至压力传感器的导管与26号导管之间安装一个三通旋塞，用于动脉采血。在动物达到稳态后，通过注射LPS诱导脓毒症，并采集血样。
按照1比4的比例用林格氏液补充血液样本流失的液体，操作过程中应始终避免注入空气，以防发生空气栓塞。无论是否接受LPS刺激，动物的平均动脉压均保持稳定。经LPS处理的动物会出现脓毒症的特征性表现，例如负碱剩余。
经LPS处理的动物也出现了强烈的炎症反应，可通过血浆细胞因子（如趋化蛋白-1、单核细胞趋化蛋白-1和白细胞介素-6）进行检测。在实施该方案时，务必预先设定液体治疗和血管加压药物使用方案，并明确定义终止实验的标准，以获得可靠且可重复的研究数据。该方案可适用于其他脓毒症模型。
因此，研究问题通过最合适的方法得到解答，并遵循动物福利的“减少、优化、替代”原则。
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概述
本文介绍了一种在大鼠中建立内毒素血症的稳健且可重复的模型，专为面向重症监护病房的研究而设计。该模型可对生理学和分子参数进行多次评估，有助于脓毒症相关研究。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 脓毒症研究
- 动物模型
背景
- 内毒素血症是脓毒症中的一种危重状况。
- 现有模型通常需要大量使用实验动物。
- 持续镇静可优化实验方法。
- 重复采样可从较少动物中获取更多数据。
研究目的
- 建立一个模拟重症监护室（ICU）条件的模型。
- 便于对生理反应进行重复评估。
- 提高动物在科研中的伦理使用水平。
使用的方法
- 将麻醉后的大鼠转移至加热垫上。
- 插入动脉和静脉导管。
- 持续监测生理参数。
- 可视化实验装置，以便更好地进行调整。
主要结果
- 该模型适用于内毒素血症研究，具有可重复性和稳健性。
- 可反复评估生理学和分子水平参数。
- 减少实验所需的动物数量。
- 有助于初学者进行导管插入技术的培训。
结论
- 该模型以可控的方式加强了脓毒症的研究。
- 它为重症监护领域的未来研究提供了框架。
- 为脓毒症动物研究提供了更具伦理性的方法。
常见问题
行业重要性概述
这种以重症监护病房（ICU）为导向的内毒素模型支持在脓毒症研究中对生理和分子参数进行可重复的评估，通过重复采样减少动物使用，同时实现治疗干预的迭代测试。该模型符合3R原则，并可在临床相关的镇静、通气和血流动力学监测条件下，促进对调节脓毒症化合物的临床前评价。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：可在可控的内毒素血症环境中，用于研究炎症通路（如 TLR4 信号通路）及细胞因子级联反应（例如 MCP-1、IL-6）。
- 操作价值：可提供可重复的血流动力学和炎症反应读数，适用于靶点参与和通路调控研究。
- 科学价值：通过将分子干预措施与生理学结果（如平均动脉压和碱剩余）相关联，支持作用机制层面的风险评估。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成可量化的血浆细胞因子和生理参数，适用于脓毒症病理生理学中的生物标志物检测关联研究。
- 操作价值：标准化的液体复苏和血管加压药物使用方案可确保化合物筛选时具有稳定一致的基础状态。
- 科学价值：允许对同一动物进行多次采血，提高单个受试对象的数据密度，增强检测的可重复性。
转化与临床前研究
- 科学价值：模拟重症监护病房（ICU）临床管理，包括机械通气、持续动脉压监测和去甲肾上腺素使用，提高转化相关性。
- 操作价值：明确的终止标准和液体补充方案有助于标准化的临床前研究实施以及跨实验室的可重复性。
- 科学价值：便于评估多系统器官功能障碍标志物，支持脓毒症治疗开发中基于风险调整的推进决策。
流程与工作流整合
该模型适用于从靶点验证到临床前疗效测试的脓毒症研究连续过程，尤其适用于靶向过度炎症或血管功能障碍的化合物。
- 发现生物学：通过可测量的细胞因子和对LPS刺激的血流动力学反应，支持对免疫调节靶点的假设验证。
- 筛选：提供标准化败血症表型的即用型生物系统，用于化合物文库的评估。
- 分析：提供定量输出结果，包括平均动脉压（MAP）、碱剩余和血浆细胞因子（MCP-1、IL-6），用于剂量反应和靶点结合分析。
- 转化研究：模拟重症监护室（ICU）护理方案，提升从发现到败血症治疗药物临床前验证的连续性。
- 平台复用：已建立的导管插入、通气和监测工作流程，支持在同一平台中重复用于多项败血症机制研究。
运营与企业影响
- 科学价值：通过可重复的脓毒症表型和可测量的炎症级联反应，实现对靶点验证的预测性信心。
- 操作价值：标准化的手术和监测流程可提高实验可重复性，并降低不同实验间的变异性。
- 战略价值：通过重复采样减少动物使用数量，降低资源负担，并支持符合伦理的临床前研究流程。
- 项目影响：提供机制性和生理学读数，有助于更早做出立项或终止决策，降低脓毒症靶点假设的风险。
实施注意事项
- 掌握啮齿类动物血管插管及无菌外科技术的专业技能。
- 具备动脉压传导、呼吸机控制和血气分析的仪器设备。
- 标准化的液体复苏、血管加压药物给药及体温维持（36.5–37°C）操作流程。
- 在脓毒症模型中，需考虑不同大鼠品系或合并症状态的适应性调整。
- 局限性包括动脉插管技术复杂，以及需严格无菌操作以避免干扰性感染的发生。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:05
Introduction
1:06
Anesthesia Induction, Animal Monitoring, Intravenous Access and Tracheostomy
3:06
Arterial Access, Baseline Measurement, Sepsis Induction and Follow-Up Measurements
4:37
Results: The Analysis of the Arterial Pressure, Sepsis and the Inflammatory Reaction in LPS-Treated and Non-Treated Animals
5:11
Conclusion
