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Intubation und intratracheale Instillation sind die besten Methoden für die Flüssigkeitsabgabe in die Lunge, aber die zahlreichen Herausforderungen, die die Mausanatomie mit sich bringt, haben eine breite Einführung in Lungenforschungslabors verhindert15. Obwohl es eine effiziente Verabreichung eines Inokulums an die Lunge gewährleistet, ist ein potenzieller Nachteil der IT-Verabreichung durch diese und andere Intubationstechniken die Umgehung der oberen Atemwege. Die intranasale Verabreichung ist eine bewährte Methode, bei der die oberen Atemwege nicht umgangen werden. Obwohl die intranasale Verabreichung häufig in pulmonalen virologischen Laboratorien verwendet wird und in einigen Fällen wirksamer sein kann22, spiegelt sie nicht den natürlichen Expositionsweg23 für einige aspirierte Wirkstoffe wider, führt zu variableren Mengen an Inokulum in der Lunge24 und ist weniger wirksam, wenn Isofluran als Anästhetikumverwendet wird 5. Daher wurden umfangreiche Arbeiten an Aerosolisierungsgeräten und deren Vergleich mit anderen pulmonalen Verabreichungstechniken durchgeführt25, aber diese Methoden bergen aerosolassoziierte Gefahren und sind tendenziell teuer. All diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, dass die oropharyngeale Instillation durch Zungenzug26 die bevorzugte Methode für die Verabreichung von Lungenflüssigkeit in vielen Laboren ist. Wie wir gezeigt haben, ist diese Methode weitaus variabler als die intratracheale Instillation nach Intubation. Darüber hinaus kann die Verabreichung durch die Zungenzugmethode während der Verabreichung nicht beurteilt werden, und die Mauszunge kann aufgrund der Spannung, die erforderlich ist, um das Schlucken zu verhindern, ein unangemessenes Trauma verursachen. Die Zunge wird auch in der geführten Intubations- und IT-Instillationstechnik gehalten. Da der Video-Feed jedoch eine Stimmritze zeigt, muss ein Forscher, der unsere Methode anwendet, die Kehlkopfpositionierung nicht erzwingen, indem er eine erhebliche Spannung auf die Zunge ausübt. Diese verminderte Traktion führt zu weniger Gewebetraumata. Trotz der erheblichen Vorteile, die Intubation und IT-Instillation mit sich bringen, standen dem Einsatz in einigen Laboren Herausforderungen im Weg. Zum Beispiel: Eine Kompression der Luftröhre aufgrund einer fehlerhaften Kanulation der Speiseröhre kann die Atmung behindern und die Sterblichkeit erhöhen. Ein zu tiefes Einführen des Endotrachealtubus kann zu einer Schädigung der Bronchien der Carina oder des Hauptstamms führen. Und schließlich dauert die Intubation von Mäusen mit herkömmlichen Methoden sehr lange, was sie für die meisten Forscher, die eine zuverlässige intrapulmonale Verabreichung suchen, unpraktisch macht. Unsere Methode befasst sich mit den Schwierigkeiten, die mit der Intubation von Mäusen verbunden sind, und überwindet sogar die anatomischen Barrieren für die Intubation von Mäusen.
Es wurden mehrere Methoden vorgeschlagen, um die anatomischen Herausforderungen der murinen Intubation durch den Einsatz von visuellen Hilfsmitteln zu überwinden. So wurde beispielsweise die Verwendung eines herkömmlichen Endoskops vorgeschlagen6. Die lange Brenntiefe des Instruments eignet sich jedoch schlecht für den Einsatz in der Mausin-Intubation (Abbildung S1). Dies ist auch in Video 1 gut zu erkennen, wo die Stimmlippen zwar zu sehen sind, aber verschwommen sind. Klinische Otoskope wurden auch für die direkte Laryngoskopie eingesetzt12. Die Kosten für klinische Otoskope und das Fehlen eines Video-Feeds machen sie jedoch für die meisten Labore unzugänglich und für die Ausbildung ungeeignet. Die Verwendung eines weit verbreiteten Otoskops für Verbraucher hat die Praktikabilität der geführten Intubation erheblich verbessert. Die kürzere Brennweite, der kleinere Körper und die verlängerte Depressorlippe ermöglichen eine klarere Videoübertragung, eine bessere Manövrierfähigkeit und Positionierung, und die Otoskoplippe kann verwendet werden, um Druck auf die Basis der Zunge auszuüben, was den Zugang zur Rima glottidis verbessert. Neben diesen visuellen Hilfsmitteln wurde die Transillumination auch zur erfolgreichen Visualisierung der Stimmritze und zur Intubation von Mäusen eingesetzt 7,13,14. Bei auf Transillumination basierenden Ansätzen können jedoch Enthaarungsmittel auf dem Bereich über dem Maushals, in unmittelbarer Nähe zu einer heißen Lichtquelle, die Verwendung der Nadel innerhalb des Katheters, das Einführen scharfer Instrumente in den Mund der Maus und/oder ein kleiner Schnitt über der Luftröhre erforderlich sein, um die Platzierung zu bestätigen. Die hier beschriebene Methode vermeidet diese Risiken und baut auf den besten Aspekten dieser veröffentlichten Methoden auf. Neben der Überwindung anatomischer Barrieren bei der Intubation wurden bei unserer Methode auch Kostenaspekte berücksichtigt.
Zusammen machen die Verwendung von helfenden Händen, einem Mausständer, dem Otoskop und einem faseroptischen Licht die Intubation einfacher zu erlernen und viel schneller durchzuführen, bei geringeren Kosten für die Labore. Die Kosten für den handelsüblichen Intubationsständer können durch die Verwendung eines handgefertigten Intubationsständersvermieden werden 27. Die Kosten für die faseroptische Lichtbaugruppe können durch den separaten Kauf des Glasfaserkabels gedeckt werden (zu einem viel geringeren Preis, ~ $ 9 gegenüber 218 $ - Kent Scientific - zum Zeitpunkt des Schreibens). Um die faseroptische Lichtquelle zu vervollständigen, kann ein konischer 50-ml-Deckel mit einer Lochblende und Klebeband verwendet werden, um das Licht einer Handy-Taschenlampe zu sammeln (siehe Abbildung S3 und Materialtabelle). Das et. al beschreiben eine ähnliche Vorrichtung11. Für einige Labore können die reduzierten Kosten dieser Lösung unsere Methode zu einem viel zugänglicheren Verfahren machen. Abgesehen von den Kosten hat die Schwierigkeit bei der Bestätigung der Platzierung des Endotrachealtubus die Intubation von Mäusen entmutigend gemacht.
Um zu bestätigen, dass der Endotrachealtubus richtig positioniert ist, haben sich die Forscher in der Vergangenheit auf das Vernebeln von Spiegeln verlassen, indem sie einen Zahnspiegel über den Endotrachealtubus18 hielten. Das geringe Atemzugvolumen und Schwankungen der Raumtemperatur verhindern jedoch oft das Beschlagen der Spiegel und führen zu Fehleinschätzungen. Bei der murinen Intubation stellt dies ein ernsthaftes Verletzungsrisiko dar. Andere haben auf die Induktion von Atemnot zurückgegriffen, indem sie den Endotrachealtubus10 verstopften. Dies verursacht erheblichen Stress für das Tier und liefert weniger Informationen als die "Blasenmethode". Des Weiteren kann die Einführung von Lungentherapeutika und Luft in den Magen aufgrund einer unzureichenden Bestätigung der Platzierung des Endotrachealtubus zusätzlich zur Behinderung der Wirksamkeit des verabreichten Mittels Stress verursachen. Die Anwendung der "Bubble-Methode" bietet eine schnellere und zuverlässigere visuelle Bestätigung der Platzierung des Endotrachealtubus und stellt eine geringfügige Verbesserung gegenüber einer ähnlichen Methode dar, die zuvor beschrieben wurde28. Die "Bubble-Methode" ermöglicht es einem Forscher auch, die Atemfrequenz und das Atemzugvolumen des Tieres grob abzuschätzen.
Die Positionierung der Tiere und die Visualisierung der Stimmlippen sind der Schlüssel zu dieser Technik. Wir fanden heraus, dass pädiatrische Nasenspekula zu groß und umständlich waren, um den Mund offen zu halten und die Wangen während der Intubation aus dem Weg zu räumen, aber sie waren während des Trainings sehr hilfreich, da sie es einem Forscher ermöglichten, die Platzierung des Otoskops zu demonstrieren. Es ist schwierig, einen Auszubildenden dazu anzuleiten, die relevante Anatomie zu erkennen, und eine verbesserte Sichtbarkeit im Mund der Maus war der Schlüssel, was durch den Einsatz des kommerziellen Otoskops erheblich unterstützt wurde. Die Inszenierung mit einer beleuchteten Lupe und helfenden Händen ist ein wesentlicher Bestandteil der Unterstützung unerfahrener Bediener bei der Intubation, obwohl sie für erfahrene Bediener möglicherweise nicht so wichtig ist.
Während des Trainings in dieser Methode kann eine Fehlerbehebung erforderlich sein. Wenn der Endotrachealtubus wiederholt in die Speiseröhre eintritt, kann sich die Stimmritze verkrampft haben, der weiche Gaumen kann entzündet sein und die richtige Platzierung kann schwieriger sein. Lassen Sie das Tier unter diesen Umständen einige Minuten lang genesen, bevor Sie erneut versuchen, es zu intubieren. Die Anzahl der Wiederholungsversuche sollte im IACUC-Protokoll angegeben und immer eingehalten werden. Wenn Sie Schwierigkeiten haben, die Stimmlippen zu sehen, kann die Atemfrequenz aufgrund von zu viel Anästhesie unterdrückt werden, oder die Positionierung der Maus kann unangemessen sein (meistens Kopf zu weit nach hinten geneigt). Positionieren Sie in diesem Fall das Tier neu und lassen Sie es sich von der Narkose erholen, bevor Sie es erneut versuchen. Das Blasenrohr sollte das Atemzugvolumen des Tieres deutlich sichtbar machen. Wenn sich die Blase nur leicht bewegt, kann Keuchen aufgrund des Drucks, der durch einen falsch platzierten Endotrachealtubus auf die Luftröhre ausgeübt wird, diese Bewegung verursachen. In diesem Fall beziehen Sie sich auf Zeitstempel: 8:25 und Abbildung S3 , um zu sehen, wie leicht das Tidalvolumen erkennbar ist, wenn die "Blasenröhre" an einem korrekt platzierten Endotrachealtubus verwendet wird. Wenn Ihr Endotrachealtubus verlegt ist, entfernen Sie ihn sofort und lassen Sie das Tier sich erholen, bevor Sie den Eingriff erneut versuchen.
Obwohl die Intubation und die intratracheale Instillation anderen Methoden weit überlegen sind, waren sie technisch zu schwierig, um sich in der Breite durchzusetzen. Die hier beschriebenen Methoden machen die intratracheale Instillation und die murine Intubation zugänglich und praktikabel. Obwohl zukünftige Anwendungen dieser Technik stark davon abhängen, was in die Lunge abgegeben wird und in welchem Kontext sie verabreicht werden, ebnet eine einfache und zuverlässige Methode den Weg für viele Fortschritte in der Lungenbiologie.