Ziel dieser Studie war es, einen sicheren und reproduzierbaren chirurgischen Ansatz für eine vollständige transversale Amputation des Unterkiefers in Ambystoma mexicanum für die Untersuchung der kraniofazialen Geweberegeneration zu standardisieren.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Ziel dieser Studie war es, einen sicheren und reproduzierbaren chirurgischen Ansatz für eine vollständige transversale Amputation des Unterkiefers in Ambystoma mexicanum für die Untersuchung der kraniofazialen Geweberegeneration zu standardisieren.
Der kraniofaciale Komplex ist ein anatomischer Bereich, der beim Menschen durch Entwicklungsfehlbildungen, Traumata und Pathologien wie Krebs betroffen sein kann, was zum Verlust betroffener Gewebe führt. Dies schafft die Notwendigkeit, Strategien zur Regeneration dieser verlorenen Gewebe zu finden. Dies hat die Untersuchung zellulärer und molekularer Mechanismen gefördert, die die regenerative Reaktion verletzter kraniofacialer Strukturen bei regenerierenden Arten orchestrieren, wobei Ambystoma mexicanum (A. mexicanum) eine Art von großem Interesse darstellt.
Entsprechend wurde ein reproduzierbares chirurgisches Läsionsmodell im Kiefer von Axolotls entwickelt und standardisiert, um die regenerative Reaktion verletzter Gewebe zu untersuchen und einen kritischen Defekt wie beim Menschen zu simulieren. Daher wurden jugendliche/adulte Tiere zwischen 12 und 15 cm mit 0,1 % Tricain für 20 bis 30 Minuten betäubt. Anschließend wurde eine vollständige transversale Amputation mit einer vierhändigen Technik am distalen Drittel des Unterkiefers, einschließlich der symphysären und parasymphysären Region, durchgeführt, wobei Skelettstrukturen wie Zahnknochen und Meckel-Knorpel sowie weiche Gewebe wie Muskel, Bindegewebe, Nerven und Haut entfernt wurden. Anschließend wurden Knochenreste reguliert und 0,5 % Sulfamerazin aufgetragen. Die Gewebereaktion wurde sowohl makroskopisch als auch durch Diaphanisierung bewertet. Alle durchgeführten Verfahren wurden vom Tierversuchsausschuss der Universität von Antioquia, Kolumbien, genehmigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die amputierten Tiere in der Lage waren, die entfernten kraniofacialen Strukturen morphologisch, strukturell und funktionell zu regenerieren.
Von großer Bedeutung bietet diese Arbeit eine reproduzierbare chirurgische Technik mit 100%iger Überlebensrate amputierter und reamputierter Tiere, wenn die Sammlung regenerierender Gewebe erforderlich war. Daher stellt dieses chirurgische Design einen grundlegenden Input für vergleichende Analysen mit anderen Wirbeltieren dar, die kraniofaciale Strukturen regenerieren können, sowie für die Untersuchung der zellulären und molekularen Mechanismen, die dieser regenerativen Reaktion zugrundeliegen.
Die Fähigkeit, Gewebe, Organe und komplexe Strukturen zu regenerieren, wurde im gesamten Tierreichbeschrieben 1,2,3. Daher steht das Interesse daran, wie diese Arten die regenerative Reaktion nach Verletzung oder Amputation verschiedener Strukturen in Gliedmaßen und Schwänzen aktivieren und regulieren können, im Mittelpunkt der Untersuchung der Biologie der Regeneration 4,5,6,7,8.
Von großer Bedeutung für diese Arbeit ist die Untersuchung der kraniofazialen Geweberegeneration weltweit ebenfalls von großem Interesse, da dieser anatomische Bereich stark von Gesichtstrauma, kraniofacialen Entwicklungsstörungen, Infektionskrankheiten und Tumorerkrankungen, einschließlich Mundkrebs, betroffenist. Im Vorhandensein von Tumoren ist die Exzision von Strukturen oder großen Gewebeflächen erforderlich, entweder im Kiefer oder in anderen Gesichtsregionen, was wiederum die Notwendigkeit zur Rekonstruktion und Förderung der Reparatur des betroffenen Bereichs 10,11,12 erzeugt. Folglich hat sich in den letzten Jahrzehnten die Erforschung der kraniofacialen Geweberegeneration verstärkt, da die zellulären und molekularen Mechanismen untersucht und identifiziert werden müssen, die die regenerative Reaktion dieser Gewebe bei Arten mit geringer Regenerationskapazität, wie zum Beispiel Menschen13,14, verbessern können. Dies hat zur Verwendung von Tiermodellen geführt, die in der Lage sind, kraniofaziale Strukturen wie den Kiefer zu regenerieren, um die Mechanismen der regenerativen Reaktion nach der Entstehung kleiner Läsionen oder kritischer Defekte am Kieferzu erforschen und aufzuklären.
Frühere Studien zur Unterkieferamputation haben das Design verschiedener chirurgischer Ansätze hervorgehoben, die die Fähigkeit verschiedener Arten zur Regeneration dieser Struktur herausfordern16. Im Fall von Zebrafischen haben transversale Amputationen im distalen Drittel des Kiefers und laterale Zugänge zum Kiefer eine regenerative Reaktion gezeigt, bei der das amputierte Segment morphologisch und histologisch wiederhergestellt wird17,18. Andererseits haben bahnbrechende Studien an Amphibien, wie Notophthalmus viridescens, gezeigt, dass nach der transversalen Amputation des Unterkiefers, zu dem Strukturen wie Zunge und Pharyngealapparat in der Amputationsebene gehören, verlorene Gewebe, darunter Zahnbeen, Muskelgewebe und Zähne, sich regenerieren können. Allerdings können die linguale Struktur und der pharyngeale Apparat nicht regeneriert werden19,20. Dennoch wiederholen alle regenerierten Gewebe, wenn Zunge und Pharyngealapparat bei derselben Art nicht in der Amputationsebene enthalten sind, die Form und Struktur des amputierten Gewebes21,22. Darüber hinaus zeigen transversale Amputationen bei der Art Cynops pyrrhogaster, die die Zunge nicht in der Amputationsebene enthalten, eine regenerative Reaktion der amputierten Unterkieferstrukturen23. Andere Studien zeigen, dass vollständige transversale Amputationen im proximalen Drittel des Unterkiefers und laterale Rückgänge des Unterkiefers bei Arten wie Ambystoma maculatum, Desmognathus fuscus, Plethodon cinereus, Eurycea bislineata und Ambystoma opacum eine regenerative Reaktion im verletzten Gewebe fördern24,25. Dies zeigt, dass bei Amphibien der Erfolg der regenerativen Reaktion je nach Design und Ausdehnung der Gewebe in der Amputationsebene variieren kann.
Andererseits ist eine der Modellarten unter Amphibien, die als Referenz zur Untersuchung der Mechanismen der regenerativen Antwort dienen, der Urodeleamphibium A. mexicanum26,27. Frühere Berichte haben gezeigt, dass dies ein außergewöhnliches Modell ist, das kraniofaziale Strukturen regenerieren kann, darunter das Weichgewebe des Mundbodens, des Zahnbeins, Meckels Knorpel sowie Muskel- und Zahnstrukturen 28,29,30,31. Diese Befunde resultierten aus verschiedenen chirurgischen Ansätzen, darunter Schlagverletzungen am Mundboden, Zahndentektomie der Zähne sowie eines Teils des Zahnbeins sowie eines breiteren Ansatzes mit lateraler Amputation eines Teils des Unterkiefers 28,29,30,31. Bis heute wurde jedoch kein vollständiger transversaler chirurgischer Ansatz beschrieben, der einen kritischen Defekt erzeugt, der gleichzeitig den distalen Bereich der linken und rechten Hemimidibel sowie den Zahnbeen, Meckel-Knorpel, die vollständige Unterkiefersymphyse sowie Zahn- und Muskelgewebe beidseitig umfasst.
Daher beschreibt diese Arbeit den schrittweisen Prozess zur vollständigen transversalen Amputation des Kiefers von A. mexicanum, wodurch die regenerative Reaktion der amputierten Gewebe mit einer 100%igen Lebensfähigkeit bei den operierten Tieren überwacht werden kann. Angesichts fehlender Details zur Durchführung dieser Art von Amputation zielt dieser chirurgische Leitfaden darauf ab, die Reproduzierbarkeit dieses chirurgischen Ansatzes für jeden Forscher sicherzustellen, der vergleichende Analysen auf morphologischer, Gewebe-, zellulärer und molekularer Ebene bei dieser und anderen Arten, die diesem chirurgischen Ansatz ausgesetzt sind, sowie bei anderen Ansätzen, einschließlich lateraler Amputation des Unterkiefers. Letztlich bildet diese Arbeit eine Grundlage für die Identifizierung zukünftiger Moleküle, die die regenerative Antwort dieser Strukturen fördern, mit potenziellen Anwendungen in der kraniofacialen Regenerativmedizin.
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Der in diesem Projekt verwendete Modellorganismus war der Salamander A. mexicanum, der endemisch in Xochimilco, Mexiko, vorkommt. Diese Tierkolonie wurde 2014 mit der Einfuhr von Elternsalamanden vom Ambystoma Genetic Stock Center der University of Kentucky offiziell gegründet und hat derzeit 32 Eltern und über 200 junge Tiere. Alle Verfahren wurden vom Ethikkomitee für Tierversuche der Universität Antioquia (UdeA) gemäß Gesetz Nr. 151 vom 27. März 2023 genehmigt, wobei nationale und internationale Standards für Tierversuche berücksichtigt werden, wie Kapitel VI des Gesetzes 84 von 1989 und Titel V der Resolution 8430 von 1993 des GesundheitsministeriumsKolumbiens 32,33.
1. Umgang mit Tieren
HINWEIS: Tiere mit einer Länge von etwa 12 bis 15 cm und einem wilden Phänotyp wurden verwendet, um dieses Protokoll zu standardisieren. Kleinere Tiere und Tiere mit anderen Phänotypen sind jedoch nicht ausgeschlossen.
2. Vollständige transversale Amputation im distalen Drittel des Unterkiefers
3. Postoperative Wiederherstellung von A. mexicanum
4. Bildaufnahme und Überwachung der regenerativen Reaktion
HINWEIS: Alle Bilder sollten so schnell wie möglich aufgenommen werden, um eine langwierige Handhabung des kürzlich operierten Tieres zu vermeiden.
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Angesichts der Bedeutung und Relevanz der Untersuchung der potenziellen regenerativen Antwort kraniofacialer Strukturen nach der Amputation bei Arten wie A. mexicanum29 ist es notwendig, eine sichere und reproduzierbare chirurgische Technik zu besitzen, die nicht nur die Bewertung der regenerativen Reaktion von Geweben ermöglicht, sondern auch eine niedrige oder keine Sterblichkeitsrate bei den operierten Tieren bietet. Folglich stellt diese Studie die St...
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Dieses Papier präsentiert den erfolgreichen chirurgischen Ansatz zur vollständigen transversalen Amputation des Unterkiefers im A. mexicanum-Tiermodell sowie mehrere notwendige Empfehlungen, um dieses chirurgische Modell zur Überwachung der regenerativen Reaktion dieser Strukturen und zur möglichen Identifikation von Faktoren zu reproduzieren, die diesen regenerativen Prozess steuern.
In dieser Studie wurde eine vollständige transversale Amputation am...
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Die Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte vorliegen.
Wir möchten dem Vize-Rektor für Forschung an der Universität Antioquia für die aus dem Fonds für das erste Projekt für angeschlossene Lehrkräfte bereitgestellten Ressourcen danken. Wir möchten Sistema General de Regalias de Colombia und den 15. Stipendienaufruf der Universität Antioquia für die Finanzierung des Masterstudiums von Samanta Tarquino danken. Abschließend möchten wir auch jedem Studenten danken, der an der Pflege der Axolotl-Kolonie in unserem Labor beteiligt ist.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Axolotl (Ambystoma mexicanum) | Ambystoma Genetic Stock Center | N/A | 15-18 cm und 16 g - 22 g Wildtyp |
| Calciumchlorid-Dihydrat | Duksan | 1098 | CaCl2 2H2O |
| Digitalkamera MotiCAM 5 | MotiCAM | https://www.motic.com/upload/File/201407/2014071115335993.pdf | |
| EDTA - Natriumsalz, Dihydrat | Biobasic | EB0185 | C10H14N2O8Na2 . H2O |
| Petrischale aus Glas | jeder Hersteller | N/A | Borosilikatglas |
| Magnesiumsulfat 7-Hydrat | ITW Reagents | 131404.1211 | MgSO4 7H2O |
| Mikrochirurgische Instrumente | N/A | N/A | Pinzette, Klemme, 7A-Löffel, Dezimeter und Schere |
| Pasteurpipette | jeder Hersteller | N/A | Polyethylen mit niedriger Dichte |
| Kaliumchlorid | Duksan | 372 | KCl |
| Roter Wachsstift | jeder Hersteller | N/A | |
| Natriumchlorid | Merk | K48297604 717 | NaCl |
| Software Motic Images Plus-Version 2.0 | Motic | https://www.motic.com/As_Support_Download/d42.html | |
| Stereomikroskop | Olympus SZX16 | N/A | |
| Sulfamerazine-Natriumsalz | Sigma- Aldrich | S0800 | 4-Amino-N-(4-methyl-2-pyrimidinyl)-benzolsulfonamid |
| Tricain-Methansulfonat | Sigma- Aldrich | E10521 | Ethyl-3-aminobenzoat-methansulfonat |
| Röhrchen 1,5 mL | Axygen | MCT150C | Reines Polypropylen |
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