Summary
Blut-Hirn-Schranke Störungen hilft die Lieferung von bestimmten Medikamenten an das Gehirn. Mannitol geliefert intraarteriell schrumpft umgebenden Zellen die Blutgefäße, um physisch stören die Barriere.
Abstract
Endothelzellen mit tight junctions zusammen mit der Basalmembran und Astrozyten Ende Füßen Surround zerebralen Blutgefäße, die Blut-Hirn-Schranke 1 zu bilden. Die Barriere selektiv schließt Moleküle vor der Kreuzung zwischen dem Blut und dem Gehirn von ihrer Größe und Ladung basiert. Diese Funktion kann behindern die Abgabe von Therapeutika für neurologische Erkrankungen. Eine Reihe von chemotherapeutischen Arzneimitteln, zum Beispiel, wird nicht effektiv die Blut-Hirn-Schranke zu erreichen Tumorzellen 2. So, die Verbesserung der Abgabe von Medikamenten durch die Blut-Hirn-Schranke ist ein Gebiet von Interesse.
Die häufigsten Methoden zur Verbesserung der Abgabe von Medikamenten in das Gehirn sind direkte zerebrale Infusions-und Blut-Hirn-Schranke Störung 3. Direkte intrazerebrale Infusion garantiert, dass Therapien das Gehirn erreichen, jedoch hat diese Methode eine begrenzte Fähigkeit zu zerstreuen die Droge 4. Blut-Hirn-Schranke Störungen (BBBD) alTiefs Medikamente fließen direkt aus dem Kreislaufsystem in das Gehirn und damit effektiver zu erreichen dispergiert Tumorzellen. Drei Methoden der Barrierestörung gehören osmotische Barriere Störung, pharmakologische Barrierestörung und fokussierten Ultraschall mit Mikrobläschen. Osmotische Störungen, Pionierarbeit von Neuwelt, verwendet eine hypertone Lösung von 25% Mannitol, die die Zellen der Blut-Hirn-Schranke wodurch sie zu schrumpfen und stören ihren Tight Junctions entwässert. Barrier Störungen können auch pharmakologisch mit vasoaktiven Verbindungen wie Histamin 5 und Bradykinin 6 erreicht werden. Dieses Verfahren ist jedoch in erster Linie für das Gehirn-Schranke 7 Tumor selektiv. Zusätzlich wurde RMP-7, ein Analogon des Peptids Bradykinin, sich als minderwertig im Vergleich Kopf-an-Kopf mit osmotischen BBBD mit 25% Mannitol 8. Ein anderes Verfahren, fokussierter Ultraschall (FUS) in Verbindung mit Mikroblasen Ultraschall-Kontrastmitteln, wurde auch gezeigt,reversibel öffnen die Blut-Hirn-Schranke 9. Im Vergleich zu FUS hat allerdings 25% Mannitol eine längere Geschichte der Sicherheit bei menschlichen Patienten, die es ein bewährtes Instrument für die translationale Forschung 10-12 macht.
Zur Erfüllung BBBD muss Mannit mit einer hohen Rate direkt in das Gehirn die arterielle Zirkulation verschickt werden. Beim Menschen wird eine endovaskuläre Katheter zum Gehirn, wo schnelle und direkte Strömung erreicht werden führbar. Dieses Protokoll Modelle menschlichen BBBD so eng wie möglich. Nach einem cut-down bis zur Bifurkation der A. carotis communis wird ein Katheter eingeführt in die ECA retrograde und verwendet, um Mannit liefern direkt in die Arteria carotis interna (ICA) Umlauf. Propofol und N 2 O Anästhesie sind für ihre Fähigkeit, die Wirksamkeit der Schrankenstörung 13 zu maximieren. Wenn richtig ausgeführt, hat dieses Verfahren die Möglichkeit, sicher, effektiv und reversibel zu öffnen, die Blut-Hirn-Schranke und Improe die Lieferung von Medikamenten, die gewöhnlich nicht das Gehirn erreichen 8,13,14.
Protocol
Ein. Bereiten Tier und Ausrüstung für Verfahren
- Vor Beginn der Operation, bereiten den OP-Bereich und das Tier. Machen Sie das Karotis-Katheter durch Einfügen eines 23-Gauge stumpfen Nadel in ein Ende der 12 "PE50 Rohre. Schneiden Sie ein etwa 45 ° Schräge in die entgegengesetzte Ende des Katheters. Sterilisieren Geräte vor dem Eingriff. Tragen Sie ein Haar Motorhaube, OP-Maske und sterile Handschuhe.
- Legen Sie ein Heizkissen auf der Oberfläche, wo die Operation durchgeführt werden soll. Aktivieren Sie es und lassen Sie es zu warm. Decken den Bereich mit einem saugfähigen Bank Pad.
- Stellen Sie sicher, dass Sie 25% Mannitol in Lösung haben, ohne Kristalle. Wenn Kristalle vorhanden sind, lösen sie durch Platzieren des Gefäßes in einem heißen Wasserbad bei 80 ° C und Rühren periodisch.
- Notieren Sie sich die Masse des Tieres.
- Machen Sie eine Propofol Verdünnung Lieferung bei 0,8 mg / kg / min bei einer Geschwindigkeit von 0,1 ml / min.
- Legen Sie die Ratte in der Induktion für 3 min. Einstellungen: 5% Isofluran, 2 L / minDurchfluss am Ventilator.
- Auf der Spitze eines Einweg-Handtuch, rasieren den Hals und beide Innenseiten der Oberschenkel.
2. Intubieren den Rat
- Legen Sie das Tier wieder in der Induktion für 3 min.
- Bereiten Sie Ihre Endotrachealtubus mit einem IV-Katheter. Für diese Größe und Belastung der Ratte, verwenden wir einen 18 ga Katheter. Das Rohr muss groß genug sein, um eine ausreichende Belüftung zu ermöglichen, aber klein genug, um in die Luftröhre zu passen, ohne dass Schäden. Ziehen Sie die Nadel aus der Kunststoff-Katheter und vorsichtig die Nadel abbrechen ca. 1 cm von der scharfen Spitze. Die bunted Nadel Stylus sein. Setzen Sie die Nadel wieder in den Katheter.
- Hängen Sie die Ratte durch seine Zähne auf eine schräge Fläche.
- Shine a light direkt gegen den Hals des Tieres und stellten sich zwischen den Ohren.
- Setzen Sie einen kleinen Spatel ca. 3 cm in den Oropharynx. Heben Sie nach oben, während vorsichtig die Zunge aus dem Mund.
- Visualisierung der Öffnung der Trachea. Sie werden seea kleines Loch öffnen und zu schließen mit jedem Atemzug.
- Schieben Sie Katheter in das Loch. Sie können manchmal das Gefühl, der Kunststoff geben Sie die Knorpel der Luftröhre. Die Luftröhre ist empfindlich. Nicht mit Gewalt den Katheter.
- Stellen Sie das Beatmungsgerät an 1 L / min und 60 bpm und Isofluran auf 2%.
- Verbinden Sie den Katheter mit dem Beatmungsgerät und Band das Rohr auf die Arbeitsfläche.
- Überprüfen Sie das Tier betäubt, indem eine Zehe Prise.
3. Stellen Propofol IV Anästhesie
- Sichern Sie die Ratte durch Abkleben aller vier Gliedmaßen und den Schwanz der Bedienoberfläche.
- Scrub die rasierten Hals und Leiste Seiten mit Chlorhexidin Seife dreimal. Dann schrubben mit Chlorhexidin dreimal spülen.
- Bringen Sie eine Spritze von Propofol zu einer IV Erweiterungs-Set. Montieren Sie die Spritze auf einer Infusionspumpe.
- Mit einem Skalpell, durch die Haut des rasiert Oberschenkel geschnitten. Vermeiden Sie das Schneiden Muskel.
- Öffnen Sie den Schnitt mit Gewaltps zur Visualisierung der femoralis.
- Wegzuziehen Gewebe über der Arterie, um das Schiff aussetzen.
- Legen Sie eine 26 ga MONOJECT Veterinär IV-Katheter in die Vene. Wenn die Nadel in die Wand der Vene punktiert werden Sie spüren es einfacher geworden zu schieben. Kanüle zurückziehen und drücken Sie den Katheter in das Gefäß.
- Starten Sie die Propofol-Infusion bei 0,1 ml / min.
- 3-5 min nach Beginn der Infusion Propofol, schalten Anästhesiegas zu einer Mischung von 50% O 2 und 50% N 2 O und Absperren der Isofluran.
4. Setzen Sie die Bifurkation der A. carotis communis
- Machen Sie eine Inzision am Hals mit Skalpell.
- Schneiden Sie zwischen den beiden großen Speicheldrüsen mit einer Schere oder Skalpell.
- Dissect weg Gewebe lateral der Mittellinie, um die Halsschlagader freizulegen. Pinzette einsetzen Gewebeschichten zu öffnen. Sie können mit einer Schere Stücke, die Sie setzen mit der Pinzette zu entfernen und zu bestimmen minimall seiny vaskuläre. Blutstillung mit Gaze, Wattestäbchen und Kauter, wenn nötig.
- Inject 3 ml Kochsalzlösung IP, wenn es zu mittelschweren bis schweren Blutungen.
- Verwenden Retraktoren um Gewebe ziehen weg von der Halsschlagader. Finden Sie die Bifurkation.
- Setzen Sie die A. occipitalis knapp distal der Bifurkation. Cauterize es zwischen Zange und trennen Sie es mit einem Elektrokauter.
- Verwenden Pinzette vollständig aussetzen Karotisbifurkation und so viel von der ECA wie möglich.
- Setzen Sie das überlegene Arteria thyreoidea Abzweigung des ECA distal der A. occipitalis. Cauterize es zwischen Zange und trennen Sie es mit einem Elektrokauter.
5. Katheterisierung der A. carotis externa
- Zeigen 2 Längen von 4/0 Seide unter der ECA.
- Schnappen 1 Länge des Fadens mit Ihrem hemostat und Einfahren der ECA zurück kaudal (in Richtung der Ratte Fuß).
- Nehmen Sie das andere Naht und binden so weit kranial (in Richtung der Ratte in den Mund) wie möglich with eines Chirurgen Knoten. Dies bildet eine dauerhafte Unterbindung der ECA zu opfern.
- Nehmen Sie die erste hemostat (derjenige, der die Anwendung caudal Spannung wurde) und greifen das andere Naht (derjenige, der geknoteten um die ECA ist) und gelten sanfte Spannung kranial mit der Gefäßklemme.
- Tie anderen Chirurgen Knoten locker (nicht zu sichern - lassen kaum gebunden) distal der Bifurkation und proximal der permanenten Ligatur.
- Spülen mit 1%, um die Arterie entspannen Lidocain.
- Füllen Sie Ihren Katheter mit Heparin Kochsalzlösung.
- Platzieren eines temporären Behälters Clip so nahe wie möglich an der Bifurkation. Ort Gefäß Clip in einem Winkel, um Platz für Katheterisierung maximieren. Schieben Sie den lockeren Knoten in Richtung des Clips.
- Machen Sie eine kleine Arteriotomie (cut) in ECA genau proximal der Ligatur mit Mikroschere. Es sollte keine Blutung, wenn der Clip und Ligatur sicher sind.
- Mit einer Pinzette die ECA Wänden steuern, führen Sie das abgeschrägte Ende des Katheters in das Gefäß. Sichern Sie den Katheter mit dem losen Faden Knoten. Binden Sie die Arterie um den Katheter.
- Entfernen Sie den Clip und reinigen Sie den Bereich mit einem Wattestäbchen.
- Vorzurücken den Katheter bis etwa 1 mm distal zur Bifurkation. Halten Sie die Arterie mit einer Pinzette nahe dem Knoten, um sicherzustellen, das Schiff immobilisiert ist.
6. Verwalten Mannitol
- Füllen Sie eine 8 "IV Erweiterungs-Set und ein 6-ml-Spritze mit Mannitol ohne irgendwelche Luftblasen lagern diese im Brutschrank bei 37 ° C. Hinweis: Arbeit schnell mit Mannitol - es wird leicht aus der Lösung ausfällt bei Raumtemperatur..
- Zur Visualisierung BBBD können Sie verwalten Evans blauen Farbstoff und beobachten Sie es geben die Bereiche des Gehirns, wo die Barriere wurde unterbrochen. Dazu geben dem Tier 2 ml / kg 2% Evans Blue durch einen neuen Infusionsstelle am Bein kontralateral zur Propofol Infusion.
- Bringen Sie die Erweiterung auf einen 5 um Filter und füllen es mit Mannit zu Luftblasen zu entfernenBles. Dann befestigen Sie diese an den Absperrhahn ohne Blasen zu erzeugen.
- Verabreichen Mannit bei 0,09 ml / sec für 25 sek. Achten Sie auf die Mannitol Gleichgewicht mit der Strömung in carotis erreichen an einem Punkt unmittelbar proximal der ICA. Es sollte scheinen mit der Ratte Herzfrequenz pulsieren. Wenn die Mannitol fließt einfach nach unten in Richtung des Herzens haben Sie die Ratte den Blutdruck zu überwinden. Dies kann zu lebensbedrohlichen Komplikationen und schlechte BBBD.
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Representative Results
Abbildung 1. Visualisierung Blut-Hirn-Schranke Störungen via Evans blauen Farbstoff Extravasation. Evans blauen Farbstoff ist ein Pigment, das an Albumin bindet und nicht in das Gehirn unter physiologischen Bedingungen extravasiert. Störung der Blut-Hirn-Schranke auf der einen Seite des Gehirns ermöglicht Evans Blau zu geben und Flecken auf der gestörten Hemisphäre blau, während die nicht-unterbrochen Hemisphäre bleibt unverändert. So ist es ein nützlicher Marker der Blut-Hirn-Schranke Störung. 1A ist ein Beispiel für ein Gehirn ohne Blut-Hirn-Schranke Störung. 1B ist ein Beispiel für ein Gehirn blau gefärbt nach osmotischer BBBD mit 25% Mannitol. Beachten Sie, dass eine Hemisphäre gefärbt ist blau, während der andere bleibt ungefärbt. Einige blau hat die linke Hemisphäre in der Nähe der medialen Längsfissur als Ergebnis der Mischung des Blutflusses bei t eingegebenenEr Circle of Willis.
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Discussion
Es gibt einige Mittel zur Maximierung der Wirksamkeit BBBD. Es ist wichtig, um eine Blutung während der Cut-Down-Phase zu minimieren. Blutdruck und Herzfrequenz kann durch erhebliche Blutungen berührt und diese Faktoren sind bekannt, den Grad der BBBD 13 beeinflussen. Ausbluten kann mithilfe Nähten großen Gefäße, wie den überlegenen Schilddrüse und okzipitalen Arterien, die aufgeteilt werden müssen ligieren reduziert werden. Darüber hinaus können Elektrokauter verwendet, um Schiffe zu teilen und zu sezieren Bereiche, die eine reiche Blutversorgung haben. Es ist auch wichtig, um Luft und Feststoffen aus allen Zeilen in dem Tier platziert zu halten - insbesondere die Carotis-Katheter. Arbeitet schnell mit dem Mannit hilft sicherzustellen, dass Kristalle nicht in der Spritze oder Schläuche bilden.
Es ist wichtig, um eine Mannit Strömungsrate, die wirksam für die Größe und Rattenstamm in diesem Experiment verwendet wird, zu verwenden. Die Fließgeschwindigkeit des Mannit Infusion muss der Druck in der Ratte gemeinsamen Carotid Arterie, so dass eine hohe Konzentration von Mannitol fließt in die ICA ohne fließendes Sie die A. carotis in das Herz und die Lunge, die Schäden verursachen können. Forscher Wahl einer anderen Größe und Rattenstamm als die in dieser Studie verwendet Experimente durchführen sollte, um die richtige Mannit Strömungsrate finden.
Eine der Einschränkungen dieses Verfahrens ist, dass es das Opfer des ECA erfordert. Sobald die ECA katheterisiert, wird es schwierig und unzuverlässig wieder katheterisieren. Somit kann dieses Verfahren nicht zweimal auf dem gleichen Halbkugel ausgeführt werden. Darüber hinaus muss nach Verbindungen, BBBD sorgfältig für Neurotoxizität getestet werden. Einige Medikamente, die normalerweise sicher sind gefährlich werden, wenn sie die Blut-Hirn-Schranke.
Trotz dieser Einschränkungen hat BBBD ausgiebig zu einer verbesserten Bereitstellung von Chemotherapie von Hirntumoren 8,15-18 Studie verwendet. Es kann auch für andere therapeutische Anwendungen in w nützlichHICH ein Medikament nicht effektiv überwinden die Blut-Hirn-Schranke und Verwaltung Mannitol bekannt ist, sicher zu sein.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Diese Arbeit wurde von der JB Marshall Foundation unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Long Evans rat | Harlan Laboratories | 210-250 g, male | |
| PE 50 Tubing | Beckton-Dickinson | ||
| 18 gauge x 2.5" IV catheter | Terumo | For ET tube | |
| 30" IV extension sets | Abbott | ||
| 26 gauge veterinary IV catheter | Monoject | ||
| Evans blue dye | Sigma | E2129 | |
| Bipolar | Codman | ||
| Filter, 5 μm | Braun |
References
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