通过高速气动钻开颅术获取猪脑
2024年7月5日
本方案描述了使用高速气动钻在3月龄丹麦长白猪上进行开颅手术的操作过程。手术通路通过额骨，暴露腹侧硬脑膜及下方的大脑半球。该操作可实现对猪脑较大区域的暴露与接触。
我们的研究目标是建立一种可重复且高效的开颅方法，以进入猪脑，实现广泛的神经监测及其他分析。通过利用猪脑与人脑之间的解剖学相似性，我们旨在推动转化神经科学研究的发展。我们已成功建立了一种猪模型，用于持续监测抗生素在健康脑组织及脑脊液中的脑内药代动力学。
我们目前正致力于通过诱导可控的免疫反应介导的脑部炎症，改进现有健康大脑中抗生素脑内药代动力学模型。我们的目标是表征重症中枢神经系统感染患者的药代动力学特征。在给予适当麻醉后，首先将实验动物调整至手术所需的最佳体位。
将动物置于俯卧位，用沙袋垫高并固定头部，使额骨接近水平。确定枕外隆凸以及两侧眶上嵴的后缘，以界定预期的矢状正中线。随后，使用24号手术刀沿正中线切开，穿过皮肤和帽状腱膜，直至额骨骨膜。
使用外科棉签擦去血液。用12毫米的扁平咬骨钳，逐渐将腱膜从切口周围的额骨表面分离。然后使用外科拉钩将腱膜牵开，暴露其下方的额骨。
以矢状缝作为解剖中线和角膜缝的参考标志。通过手动触诊，确定构成三角形的三个骨性结构，即枕外隆凸以及两侧眶上嵴的尾侧部分。使用高速气动钻和圆头金刚砂钻头，在先前确定的三角形范围内标记出一个矩形的各个角。
使用4毫米圆形金刚砂钻头连接各个角，以确保开窗位置准确。用4毫米圆形金刚砂钻头逐渐磨薄额骨，直至暴露硬脑膜。以硬脑膜首次接触点为参考，目视评估残留额骨的厚度。
然后继续小心地减薄已划定矩形区域内的额骨。将一把3毫米的剥离器插入骨板周围已充分减薄的骨质下方，通过轻柔的手动压力将骨片凿下，以扩大至硬脑膜的开口。使用注射器滴加无菌生理盐水以清除视野。
将三毫米分离器插入骨板下方，逐渐向下施加压力于其手柄，以折断骨板。通过肉眼观察是否有脑脊液（CSF）渗漏来评估硬脑膜的完整性。使用保存的骨屑或在低电压下小心应用单极或双极电凝器进行凝固，以止住轻微的静脉出血。
最后，用浸有无菌生理盐水的无菌手术棉片覆盖暴露的硬脑膜，以防止下方组织干燥。完成颅骨切除术后，发现暴露的下方硬脑膜完整。额骨上的开孔位于中央，此位置通过矢状上窦的走向得以确认。
这些表明了该操作的成功。
概述
本研究介绍了一种对3月龄丹麦兰德瑞斯猪实施颅骨切除术的方案，以实现对脑组织的广泛神经监测。该手术展示了猪脑与人脑之间的解剖学相似性，有助于推动转化神经科学研究。
关键研究要素
科学领域
- 神经科学
- 颅骨切除术
- 转化研究模型
背景
- 猪模型为研究人类大脑功能和病理提供了重要见解。
- 了解脑组织中的药代动力学有助于改善中枢神经系统感染的治疗。
- 建立可重复的脑部介入方法对科研和临床应用至关重要。
- 本研究致力于构建一种可诱导可控性脑部炎症的模型，以用于药代动力学研究。
研究目的
- 建立一种通过开颅术稳定获取猪脑的标准化方法。
- 促进对健康脑组织进行可靠的神经监测和药代动力学分析。
- 研究诱导性脑部炎症对抗生素药代动力学的影响。
使用的方法
- 本研究采用颅骨切除术作为主要外科技术。
- 所使用的生物模型为丹麦长白猪。
- 文中未提及任何多组学工作流程。
- 关键步骤包括确保动物体位正确，以及仔细磨薄额骨以暴露硬脑膜。
- 方法学中强调了血液管理及硬脑膜完整性评估等方面的注意事项。
主要结果
- 该手术成功暴露了硬脑膜且无渗漏，表明开颅手术操作得当。
- 通过验证开口中心与矢状窦背侧位置一致，证实了手术技术的准确性。
- 本研究强调了利用该方法开展脑组织进一步药代动力学研究的可行性。
- 结果凸显了采用精细手术操作以维持组织完整性的关键意义。
结论
- 本研究展示了一种可靠的方法，可用于获取猪脑组织，从而促进进一步的药代动力学和神经监测研究。
- 该方法的意义在于加深了对脑部对治疗反应的理解，特别是在严重的中枢神经系统感染中的应用。
- 总体而言，研究结果支持猪模型在转化神经科学研究中的实用性。
常见问题
执行层面的行业相关性
通过高速气动钻颅骨切除术可靠地进入猪脑，可利用其与人类在解剖学和药代动力学方面的相似性，推动转化神经科学研究。该模型支持可靠的神经监测和定量药物分布研究，直接为中枢神经系统靶向治疗药物的临床前评估提供依据。该方法具有良好的可重复性和可扩展性，使其成为神经药物研发管线中早期发现和机制性风险降低的关键资源。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够在与疾病相关的大型动物模型中研究中枢神经系统药物的分布和药代动力学。
- 通过可控诱导和监测脑部炎症，支持作用机制的降风险分析。
- 通过直接神经监测和组织取样，促进中枢神经系统靶点的功能验证。
筛选与检测方法开发
- 提供一种标准化、可重复的手术流程，用于制备适用于后续分析的猪脑组织。
- 确保硬脑膜在神经监测实验中实现定量且一致的暴露。
- 支持在转化医学背景下开展药代动力学和药效动力学研究的实验方法开发。
转化与临床前研究
- 与人类中枢神经系统结构相一致，可提高药物渗透性和药效研究的预测可信度。
- 支持从发现阶段的药代动力学研究延续至中枢神经系统活性化合物的临床前验证。
- 通过提供关于药物分布和组织反应的可靠体内数据，支持基于风险评估的推进决策。
流程与工作流整合
这种开颅方法可融入从发现到临床前研究的连续过程中，架起中枢神经系统治疗药物早期药代动力学评估与转化生物标志物开发之间的桥梁。
- Discovery Biology： 在大型动物模型中促进对中枢神经系统药物递送及组织反应的假设验证。
- Screening： 实现可重复的组织通达，用于定量神经监测和药代动力学检测。
- Analytics： 支持采集高保真药代动力学与神经监测数据，用于比较分析。
- Translational Research： 提供一个将临床前研究结果与人类中枢神经系统药理学相整合的研究平台。
- Enterprise Reuse： 建立可重复使用且标准化的模型，适用于多种中枢神经系统研究和药物开发项目。
运营与企业影响
- 科学价值：提高中枢神经系统药物研发的预测可信度，降低作用机制的不确定性。
- 操作价值：为大型动物研究提供标准化、可重复且可扩展的手术操作流程。
- 战略价值：通过提供可靠的转化数据，提升“推进/终止”决策的准确性与资本使用效率。
- 项目组合影响：支持对靶向中枢神经系统的资产进行基于风险调整的优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备外科专业知识以及对猪颅骨解剖结构的熟悉。
- 需要使用高速气动钻和神经监测仪器。
- 要求跨团队标准化操作，以确保可重复性和数据可比性。
- 在猪模型系统中，可能需要针对不同年龄组或疾病模型进行适应性调整。
- 潜在并发症包括硬脑膜或血管损伤，需严格控制操作过程。
