Verwendung eines Ferkelmodells für die Untersuchung der anästhetisch-induzierten Entwicklungsneurotoxizität (AIDN): Ein Translational Neuroscience Approach
11. Juni 2017
Anästhesie-induzierte Entwicklung Neurotoxizität (AIDN) Forschung konzentriert sich auf Nagetiere, die nicht breit auf den Menschen anwendbar sind. Nicht-menschliche Primatenmodelle sind relevanter, aber kostenaufwendig und schwer zu experimentieren. Das Ferkel dagegen ist ein klinisch relevantes, praktisches Tiermodell, ideal für das Studium der anästhetischen Neurotoxizität.
Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Verfahrens ist es, die Auswirkungen von Anästhetika auf das neonatale Gehirn in einem klinisch relevanten translationalen Ferkelmodell zu bewerten. Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen auf dem Gebiet der anästhesieinduzierten Neurotoxizität zu beantworten, z. B. wie Toxizität entsteht und welche Entwicklungsveränderungen mit einer solchen Toxizität einhergehen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie ein translational relevantes Tiermodell für die Untersuchung der anästhesieinduzierten Entwicklungsneurotoxizität bietet, bei dem die physiologische Homöostase während des gesamten Experiments aufrechterhalten wird.
Während der Anästhesieeinleitung und während des gesamten Eingriffs ist Folgendes zu überwachen: Pulsoximetrie, nichtinvasiver Blutdruck, Elektrokardiographie und Temperatur. Der wichtigste Schritt während dieses Verfahrens ist die Aufrechterhaltung der physiologischen Homöostase. Dazu gehören Überwachung, Temperaturmanagement, mechanische Beatmung und blutchemische Analyse.
Um das Ferkel auf die Operation vorzubereiten, legen Sie zunächst einen peripheren intravenösen 24-Gauge-Katheter in die Ohrvene. Erwärmen Sie das Ferkel mit erhitzter Umluft. Überwachen Sie die Temperatur mit einem Rektalthermometer und induzieren Sie kontinuierlich Dextrose, die isotonische Flüssigkeit enthält, mit einer Erhaltungsrate.
Anschließend bringen Sie das Ferkel für eine tracheale Intubation in die dorsale Liegeposition. Besprühen Sie anschließend die Stimmbänder mit 0,5 Millilitern 2%igem Lidocain, um Krämpfe während der Intubation zu vermeiden, und schieben Sie dann einen drei Millimeter langen Trachealtubus mit Manschette in die Luftröhre vor. Sichern Sie den Schlauch und prüfen Sie dann mit einem Stethoskop die Auskultation des Brustkorbs auf beidseitige Atemgeräusche und prüfen Sie auf anhaltendes Kohlendioxid am Ende der Tidalzeit.
Tragen Sie anschließend eine Augensalbe auf die Augen auf. Verabreichen Sie kurz vor Beginn der Operation ein Breitbandantibiotikum über den peripheren intravenösen Zugang, um eine Infektion der Operationsstelle zu verhindern. Sterilisieren Sie nun beide Leisten mit mindestens zwei Peelings mit Chlorhexidin, um ein ordnungsgemäßes steriles Feld zu gewährleisten.
Lassen Sie das OP-Personal Mützen, Masken, Handschuhe und Augenschutz tragen. Dann drapieren Sie das Tier. Zu Beginn tasten Sie den Femurpuls an der Leistenfalte ab.
Machen Sie dann mit einem Skalpell einen oberflächlichen 1,5 Zentimeter großen kraniokaudalen Schnitt. Als nächstes machen Sie eine stumpfe Dissektion zwischen den beiden Köpfen des Musculus gracilis. Lokalisieren Sie nun das femorale neurovaskuläre Bündel.
Es befindet sich typischerweise zwischen den beiden Muskeln. Isolieren Sie dann mit Gefäßschlingen oder Seidenbindern die Arterie am proximalen und distalen Ende. Ziehen Sie dann mit der Schlaufe am proximalen Ende die Arterie distal auf die Höhe der Haut und ziehen Sie den proximalen Binder an, um den Blutfluss zu unterbrechen.
Verwenden Sie unter Beibehaltung der Traktion eine Tenotomieschere, um eine kleine Arteriotomie durchzuführen. Führen Sie dann den Katheter oder den Polyethylenschlauch direkt in das Gefäß ein. Der Blutrückfluss sollte sofort beobachtet werden.
Befestigen Sie nun sofort einen Katheter, der mit einem Druckaufnehmer verbunden ist, und befestigen Sie ihn. Decken Sie dann den fertigen Schnitt mit steriler Gaze ab und spülen Sie den Katheter mit normaler Kochsalzlösung. Überwachen Sie während der gesamten Narkoseexposition die Vitalfunktionen des Ferkels.
Achten Sie auf Störungen, die auf Hypotonie, Herzrhythmusstörungen, Hypo- oder Hyperthermie oder Hypoxie hinweisen könnten. Entnehmen Sie während des Experiments mindestens einmal pro Stunde eine arterielle Blutprobe aus dem Katheter der Oberschenkelarterie. Verwenden Sie dann ein automatisiertes Analysesystem, um Blutwerte aus der Probe zu sammeln.
Entfernen Sie nach ausreichender Betäubung den Katheter der Oberschenkelarterie und binden Sie die proximale vaskuläre Seidennaht vorsichtig fest, um die Oberschenkelarterie dauerhaft zu verschließen und Blutungen zu vermeiden. Bewässern Sie anschließend den Schnitt mit 10 bis 20 Millilitern Kochsalzlösung, um eine Infektion zu verhindern. Sobald die vollständige Blutstillung bestätigt ist, schließen Sie den Schnitt mit einer 3-0-Seidennaht in einem einfachen, unterbrochenen Muster.
Infiltrieren Sie nun die Wunde mit Bupivacain und Adrenalin zur Schmerzkontrolle. Bestreichen Sie dann den Schnitt mit einem sterilen chirurgischen Hautkleber, brechen Sie das Narkosemittel ab und lassen Sie das Ferkel aufwachen. Es wurden 40 männliche Ferkel untersucht.
Zwischen der Kontroll- und der Versuchsgruppe gab es keinen signifikanten Unterschied in Bezug auf ihr Alter oder Gewicht. Alle wurden während des Eingriffs umfassend überwacht und alle haben es gut vertragen. Die durchschnittlichen Laborwerte während der Experimente in der Isoflurangruppe verdeutlichen die interne Konsistenz und Reproduzierbarkeit des Verfahrens.
Die Konsistenz wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren beobachtet, wobei die Daten von verschiedenen Betreibern zusammengeführt wurden. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie ein physiologisch geeignetes translationales Ferkelmodell verwenden können, um nahezu jede präklinische Frage in der pädiatrischen Forschung zu beantworten. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Anästhetika gefährlich sein kann und bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen wie eine angemessene Anästhesiegasabscheidung getroffen werden sollten.
Übersicht
Diese Studie untersucht die Wirkungen von Anästhetika auf das neonatale Gehirn unter Verwendung eines klinisch relevanten Ferkelmodells. Die Forschung zielt darauf ab, die anästhesieinduzierte entwicklungsbedingte neurotoxische Wirkung und ihre Auswirkungen auf die pädiatrische Anästhesie zu verstehen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Entwicklungsbiologie
- Anästhesiologie
Hintergrund
- Frühere Untersuchungen zur anästhetikainduzierten Neurotoxizität konzentrierten sich hauptsächlich auf Nagetiermodelle.
- Nichtmenschliche Primatenmodelle sind zwar relevant, jedoch teuer und schwierig in der Anwendung.
- Das Ferkel stellt ein praktisches und klinisch relevantes Modell zur Untersuchung anästhetischer Neurotoxizität dar.
- Die Aufrechterhaltung der physiologischen Homöostase ist während der Experimente von entscheidender Bedeutung.
Zweck der Studie
- Um die Wirkungen von Anästhetika auf das neonatale Gehirn zu bewerten.
- Um die Mechanismen der Toxizität und damit verbundene entwicklungsmäßige Veränderungen zu untersuchen.
- Um ein zuverlässiges Modell für präklinische pädiatrische Forschung zu etablieren.
Verwendete Methoden
- Überwachung der Vitalzeichen einschließlich Pulsoximetrie, Blutdruck und Temperatur.
- Einleitung einer Anästhesie und Durchführung chirurgischer Eingriffe an Ferkeln.
- Entnahme arterieller Blutproben zur Analyse während des Experiments.
- Gewährleistung der physiologischen Homöostase während des gesamten Verfahrens.
Hauptergebnisse
- Es wurden 40 männliche Ferkel untersucht, wobei keine signifikanten Unterschiede im Alter oder Gewicht zwischen den Gruppen bestanden.
- Alle Versuchstiere vertrugen das Verfahren gut, was die Zuverlässigkeit des Modells belegt.
- Die Daten zeigten interne Konsistenz und Reproduzierbarkeit über einen Zeitraum von zwei Jahren.
- Die Überwachung ergab keine signifikanten unerwünschten Wirkungen während der Anästhesieexposition.
Schlussfolgerungen
- Das Ferkelmodell eignet sich zur Untersuchung anästhesieinduzierter Entwicklungsneurotoxizität.
- Die Ergebnisse tragen zum Verständnis der Sicherheit von Anästhesie bei Kindern bei.
- Zukünftige Forschungsarbeiten können dieses Modell nutzen, um wichtige offene Fragen auf diesem Gebiet zu klären.
Häufig gestellte Fragen
Aussagekräftige Relevanz für die Industrie
Das Ferkelmodell bietet ein translationsrelevantes System zur Beurteilung anästhetikainduzierter entwicklungstoxischer Neurotoxizität und schließt damit eine kritische Lücke in der präklinischen pädiatrischen Sicherheitsbewertung. Durch die Aufrechterhaltung der physiologischen Homöostase während der gesamten Experimentierung ermöglicht das Modell eine zuverlässige mechanistische Untersuchung der Wirkungen von Anästhetika auf das sich entwickelnde Gehirn. Dies unterstützt eine prädiktive Entschärfung von Risiken in der frühen Entdeckungsphase, indem biologische Signalwege geklärt werden, die mit neurodevelopmentellen Ergebnissen assoziiert sind, und Entscheidungen über Fortführung oder Abbruch in der Entwicklung zentralnervensystemwirksamer Substanzen fundiert werden.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen bezüglich anästhetischer Wirkmechanismen der Neurotoxizität in einem entwicklungsadäquaten System.
- Operationaler Wert: Unterstützt die funktionelle Zielvalidierung durch konsistente Überwachung physiologischer Parameter über experimentelle Gruppen hinweg.
- Prädiktiver Wert: Steigert das Vertrauen in die Zielstrukturauswahl, indem menschlich relevante neurodevelopmentelle Reaktionen auf anästhetische Exposition modelliert werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme für die Standardisierung nachgeschalteter Assays unter Verwendung von arteriellen Blutproben und Überwachung der Vitalzeichen vor.
- Operationaler Wert: Gewährleistet die Reproduzierbarkeit von Assays durch standardisierte Katheterisierung der Arteria femoralis und Protokolle zur hämodynamischen Stabilisierung.
- Skalierbarkeit: Erleichtert die Wiederverwendung der Plattform über verschiedene anästhetische Wirkstoffe hinweg aufgrund konsistenter Durchführung über mehrere Jahre und verschiedene Anwender hinweg.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Bietet eine krankheitsrelevante Systemausrichtung, indem menschliche neonatale Physiologie und Entwicklungszeiträume nachgebildet werden.
- Operationaler Wert: Ermöglicht eine translationale Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung durch konsistente Anästhesieexposition und standardisierte Wachprotokolle.
- Risikominderung: Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen zur Weiterentwicklung, indem neurodevelopmentale Signale früh im Entdeckungsprozess identifiziert werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Methode integriert sich in frühe Entdeckungsworkflows, indem sie die Hypothesenprüfung anästhetischer Wirkstoffe in einem physiologisch stabilen neonatalen Modell ermöglicht und somit direkt die Identifizierung von Leitverbindungen durch mechanistische Risikominimierung unterstützt.
- Entdeckungsbiochemie: Unterstützt die Aufklärung von Wirkwegen und die biologische Risikominderung, indem homöostatische Bedingungen während der Anästhetikaeinwirkung aufrechterhalten werden, um substanzspezifische Effekte zu isolieren.
- Screening: Stellt Bereitschaft für Assays sicher durch zuverlässigen vaskulären Zugang und Echtzeit-Überwachung lebenswichtiger Funktionen, was eine quantitative Bewertung von Substanzen ermöglicht.
- Analytik: Erzeugt messbare Ergebnisse, darunter arterielle Blutchemie, Temperatur und hämodynamische Daten, für den Vergleich zwischen verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Kontinuität durch Rekonvaleszenzprotokolle und Wundmanagement, die der klinischen postoperativen Versorgung entsprechen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Kapazität für die Bewertung der Sicherheit des zentralen Nervensystems aufgrund konsistenter Verfahren und der vom Bediener unabhängigen Reproduzierbarkeit.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Vorhersagegenauigkeit bei der Zielvalidierung durch Verringerung mechanistischer Unschärfen in neurodevelopmentellen Wegen.
- Operationaler Wert: Standardisierung und Reproduzierbarkeit durch protokollierte Überwachung, Temperaturkontrolle und Blutentnahme.
- Strategischer Wert: Verbesserte Go/No-Go-Entscheidungen durch Reduzierung biologischer Risiken in fortgeschrittenen Entwicklungsstadien von pädiatrischen Anästhetika.
- Portfolio-Wirkung: Risikoadjustierte Priorisierung von Wirkstoffen basierend auf neurodevelopmentellen Sicherheitsprofilen, die aus übertragbaren Modellen abgeleitet sind.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der pädiatrischen Anästhesiologie und neonatalen chirurgischen Techniken für den vaskulären Zugang und die Intubation.
- Benötigt Instrumentierung zur arteriellen Druckmessung, Blutgasanalyse und Temperaturregelung.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise zwischen den Teams bei Überwachungsprotokollen und Absaugung anästhetischer Gase voraus, um die Datenintegrität sicherzustellen.
- Erfordert Anpassungen bei der Übertragung der neurodevelopmentalen Zeitpläne von Ferkeln auf menschliche Säuglinge.
- Eingeschränkt durch den Bedarf an sterilen chirurgischen Einrichtungen und geschultem Personal, um während lang anhaltender anästhetischer Exposition die physiologische Stabilität aufrechtzuerhalten.
