Articolo metodologico

Chirurgia e test comportamentali nel modello di trasposizione del neuroma tibiale nei ratti

DOI:

10.3791/64659

⸱

6 gennaio 2023

 ,  ,  , 
1Department of Plastic and Reconstructive Surgery, University Medical Center Utrecht, Utrecht University, 2Axogen, 3Center for Translational Immunology, University Medical Center Utrecht, Utrecht University

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo protocollo descrive il modello di trasposizione del neuroma tibiale, che comporta una lesione del nervo tibiale con successiva trasposizione dell'estremità del nervo prossimale verso una posizione pretibiale o laterale sottocutanea. I test comportamentali del dolore neuromatico e dell'iperalgesia plantare sono quantificati utilizzando i monofilamenti di Von Frey.

Abstract

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La trasposizione del neuroma tibiale (TNT) è un modello di ratto in cui l'allodinia nel sito del neuroma (nervo tibiale) può essere valutata indipendentemente dall'allodinia sulla superficie plantare della zampa posteriore innervata dal nervo surale intatto. Questo modello TNT è adatto per testare terapie per il dolore neuroma, come la potenziale superiorità di alcune terapie chirurgiche che sono già utilizzate in clinica, o per valutare nuovi farmaci e il loro effetto su entrambe le modalità di dolore nello stesso animale. In questo modello, una lesione distale (neurotmesi) viene prodotta nel nervo tibiale e l'estremità del nervo prossimale viene trasposta e fissata per via sottocutanea e pretibialmente per consentire valutazioni del sito neuromatico con un monofilamento di Von Frey da 15 g. Per valutare l'allodinia sopra il nervo surale, i monofilamenti di Von Frey possono essere utilizzati tramite il metodo up-down sulla regione laterale plantare della zampa posteriore. Dopo aver tagliato il nervo tibiale, l'ipersensibilità meccanica si sviluppa nel sito del neuroma entro 1 settimana dopo l'intervento chirurgico e persiste almeno fino a 12 settimane dopo l'intervento. L'allodinia sulla superficie plantare innervata surale si sviluppa entro 3 settimane dall'intervento chirurgico rispetto all'arto controlaterale. A 12 settimane, un neuroma si forma sull'estremità prossimale del nervo tibiale reciso, indicato dalla dispersione e dal vortice degli assoni. Per la chirurgia modello TNT, è necessario seguire più passaggi critici (micro) chirurgici e si consiglia una certa pratica chirurgica in anestesia terminale. Rispetto ad altri modelli di dolore neuropatico, come il modello di lesione nervosa risparmiata, l'allodinia sul sito del neuroma può essere testata indipendentemente dall'ipersensibilità del nervo surale nel modello TNT. Tuttavia, il sito del neuroma può essere testato solo nei ratti, non nei topi. I suggerimenti e le indicazioni fornite in questo protocollo possono aiutare i gruppi di ricerca che lavorano sul dolore a implementare con successo il modello TNT nella loro struttura.

Introduzione

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Ogni ferita, che varia da semplici lacerazioni all'amputazione dell'intero arto, è accompagnata da vari gradi di lesione del nervo periferico. Tale lesione nervosa può provocare la formazione di un neuroma, un intreccio disorganizzato di fibre nervose germoglianti. I neuromi diventano dolorosi nell'8%-30% dei pazienti, influenzando gravemente la loro qualità di vita 1,2,3,4,5. Dopo l'amputazione degli arti, il dolore neuromatico si sviluppa nel 50% dei pazienti 6,7,8. I sintomi riportati includono dolorabilità, dolore spontaneo, allodinia, iperalgesia e ipersensibilità meccanica o termica nell'area innervata9. Se non trattato adeguatamente entro 1 anno, il dolore neuroma può avanzare a uno stato di dolore cronico, con conseguente elevato carico sociale e costi medici associati 10,11,12,13,14. A causa della scarsa efficacia degli attuali interventi farmacologici, il dolore neuromatico è preferibilmente trattato mediante rimozione chirurgica del neuroma doloroso e il nervo trattato con varie tecniche chirurgiche, come descritto nella letteratura15. È importante notare che il completo sollievo dal dolore è raro, il dolore spesso peggiora nel tempo e il 40% dei pazienti non beneficia dell'intervento chirurgico, indicando che sono necessari nuovi trattamenti 1,16.

Un modello standardizzato di dolore neuroma aiuta a comprendere i meccanismi che guidano il dolore del neuroma e può aiutare a identificare nuovi trattamenti o valutare quelli esistenti utilizzati nella clinica. Il modello di trasposizione del neuroma tibiale (TNT) è stato descritto per la prima volta da Dorsi et al. nel 200817 ed è stato utilizzato da diversi gruppi di ricerca18,19,20. L'obiettivo generale di questo metodo è quello di essere in grado di testare diverse tecniche di trattamento per il dolore neuroma. Il vantaggio del modello rispetto, ad esempio, al modello21 di lesione nervosa risparmiata (SNI), è che consente di testare l'allodinia nel sito del neuroma. Questo perché il modello prevede la trasposizione della terminazione nervosa prossimale del nervo tibiale in una posizione pretibiale sottocutanea, dove può essere sondata con monofilamenti di von Frey. Inoltre, l'allodinia si sviluppa sulla superficie plantare della zampa posteriore innervata dal nervo surale intatto, che può essere valutato indipendentemente dal dolore del neuroma nello stesso animale. Questo è simile ai sintomi del dolore neuroma nei pazienti, dove il dolore neuropatico persistente dopo la rimozione di un neuroma doloroso è talvolta causato dai nervi vicini22. Inoltre, l'allodinia su un nervo reciso con un neuroma è una modalità di dolore diversa rispetto all'allodinia sul nervo vicino intatto. Pertanto, questo modello facilita la valutazione dell'effetto di nuove terapie sia sull'allodinia presente nel sito del neuroma sia sul dolore neuropatico più diffuso testato nella superficie plantare della zampa posteriore. Poiché l'intervento chirurgico eseguito per creare il modello TNT può essere impegnativo, questo documento elabora la procedura per supportare i ricercatori che implementano il modello nella loro struttura.

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Protocollo

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Questa ricerca è stata condotta in conformità con l'IVD (Instantie voor Dierenwelzijn Utrecht) e le linee guida per la ricerca sugli animali, numero di progetto AVD1150020198824.

1. Misurazioni della linea di base di Von Frey

  1. Prima dell'intervento chirurgico, eseguire misurazioni basali secondo la procedura di test di Von Frey, descritta di seguito nei paragrafi 5 e 6.

2. Anestesia e preparazione

NOTA: Questo studio è stato condotto su 15 ratti maschi di Sprague Dawley di 12 settimane.

  1. Anestetizzare gli animali per induzione con isoflurano al 5% e mantenere l'anestesia con isoflurano al 2% -3%.
    NOTA: Il mantenimento con isoflurano al 2% di solito comporta una sufficiente anestesia e respirazione spontanea, senza la necessità di intubazione tracheale o ventilazione meccanica.
  2. Controlla i riflessi degli animali pizzicando il piede con una pinzetta. Assicurati che l'animale non risponda prima di procedere. Rasare il campo operatorio dal ginocchio alla caviglia con un rasoio elettrico e applicare un unguento oftalmico sugli occhi per prevenire la secchezza. Iniettare 0,5 mg/kg di carprofen analgesico per via sottocutanea nella regione addominale.
  3. Posizionare il ratto anestetizzato sulla schiena con la testa a sinistra o a destra e la gamba da operare vicino al chirurgo. Esorotate l'arto posteriore inferiore in modo che il malleolo mediale sia rivolto verso l'alto. Posizionare il ratto sotto un microscopio chirurgico stereo con ingrandimento 6x.
  4. Disinfettare l'area rasata con tre cicli alternati di scrub a base di iodio seguiti da alcool. Posizionare un foglio sterile con un foro operativo sulla gamba, in modo che sia visibile solo il campo operatorio. Assicurarsi di mantenere queste condizioni sterili durante l'intervento chirurgico.

3. Chirurgia

  1. Posizionare un piccolo batuffolo di cotone sotto la caviglia in modo da mantenere orizzontale il campo operatorio. Individuare il ginocchio e praticare delicatamente un'incisione longitudinale di 1-2 cm usando un bisturi sul lato mediale della zampa posteriore da metà polpaccio alla caviglia. Se necessario, aprire ulteriormente la pelle e il sottocute con micro forbici fino a quando gli strati muscolari sono visibili.
  2. Identificare il fascio neurovascolare superficiale come due o tre bianchi e una linea viola / rossa più spessa, a volte con rami minori, che possono muoversi liberamente sugli strati muscolari. Utilizzando un elettrocauterizzazione (vedi Tabella dei materiali), coagulare qualsiasi sanguinamento attivo o stillicidio nel campo operatorio. Fare attenzione a non danneggiare il fascio neurovascolare.
  3. Sezionare bruscamente per aprire la fascia tra i muscoli gastrocnemio, appena posteriore al fascio neurovascolare superficiale di 3.2. Tra la fascia dei muscoli, si può trovare il nervo tibiale. Il nervo tibiale è circa tre volte la dimensione del nervo superficiale nel fascio neurovascolare. Usa l'osso tibiale come punto di riferimento aggiuntivo (il nervo tibiale si trova appena posteriormente all'osso tibiale).
  4. Identificare il nervo tibiale e la sua biforcazione.
    NOTA: La biforcazione è solitamente visibile con una linea più leggera longitudinalmente sopra il nervo.
  5. Sezionare attentamente il nervo tibiale libero dai fasci vascolari circostanti. Eseguire la dissezione muovendo bruscamente il nervo tibiale e tagliando il tessuto esposto che mostra un certo allungamento mentre si muove il nervo tibiale.
    NOTA: Se il nervo tibiale è attaccato alle vene incrociate dopo la dissezione, queste vene possono essere coagulate per esporre l'intero nervo tibiale. Fare attenzione a non coagulare il fascio tibiale stesso.
  6. Esporre il nervo tibiale prossimalmente fino a quando non scompare sotto uno strato muscolare incrociato. A questo punto, il nervo tibiale sembra immergersi più profondamente nella zampa posteriore verso il ginocchio. Esporre il nervo tibiale distalmente fino alla caviglia.
    NOTA: Quando il nervo tibiale è esposto più distalmente, la quantità di fibre di collagene che attraversano (cioè fibre perpendicolari alla direzione delle fibre nervose) aumenterà. Queste fibre di collagene devono essere tagliate per consentire una lunghezza sufficiente per trasporre il nervo tibiale.
    1. Quando l'intero nervo tibiale è esposto, posizionare gli strati muscolari indietro per evitare la disidratazione del nervo. Se il nervo si disidrata (cioè diventa più rigido, opaco e rugoso) e la copertura con strati muscolari non è sufficiente, aggiungere gocce di soluzione salina per idratarlo.
  7. Utilizzando uno strumento di microchirurgia smussato, preferibilmente un micro portaaghi, sezionare la pelle pretibiale dallo strato muscolare sottocutaneo per creare un tunnel sottocutaneo. Per fare questo, tenere la pelle sollevata e spingere la punta smussata nel tessuto, parallela alla pelle. Assicurarsi che l'estremità del tunnel sia posizionata pretibialmente o più lateralmente per garantire una facile accessibilità dell'area per il test del neuroma.
  8. Aumentare l'isoflurano al 5%. Tornare al nervo tibiale ed esporlo (cioè, tornare al luogo descritto al punto 3.6). Tagliare il nervo tibiale (cioè entrambi i rami plantari) al livello più distale vicino alla caviglia. Diminuire l'isoflurano al livello normale del 2% -3%.
  9. Modificare l'ingrandimento del microscopio a 10x o 16x. Identificare l'epineurium del nervo tibiale prossimale al taglio effettuato al punto 3.8, o in caso di una biforcazione più prossimale del nervo tibiale, identificare l'epineurium di entrambi i rami plantari mediale e laterale prossimale al taglio al punto 3.8.
    NOTA: L'epineurio è più bianco e più solido rispetto alle fibre nervose all'interno, che sono più gialle e morbide.
  10. Posiziona con cura un 8-0 sutura di nylon (vedi Tabella dei materiali) attraverso l'epineurio dell'estremità del nervo prossimale tenendo attentamente l'epineurium con una pinzetta e mettendo l'ago tra il nervo e l'epineurio con un morso di circa 0,5 mm. Tirare la sutura e prendere un morso con l'ago per via sottocutanea alla fine del tunnel sottocutaneo fatto al punto 3.7. Fai un nodo, che trasporrà il nervo lateralmente nel tunnel sottocutaneo.
    NOTA: Se entrambi i rami plantari condividono un epineurio comune, una sutura dovrebbe essere sufficiente. Se entrambi i rami plantari hanno il proprio epineurio, ogni epineurio deve essere fissato individualmente. Evitare di posizionare la sutura attraverso la pelle; fissarlo solo per via sottocutanea.
  11. Posizionare una sutura più spessa con un colore scuro (preferibilmente una sutura blu o nera 4-0) a filo verso l'estremità nervosa fissata, non penetrando nella pelle. Assicurarsi che la sutura sia visibile dall'esterno della pelle. Controlla se il nervo rimane in posizione dopo aver spostato la zampa e i muscoli. Tagliare le estremità della sutura con un'estremità di sutura leggermente più lunga sul 4-0 rispetto all'8-0 sutura.
  12. Riportare l'ingrandimento del microscopio a 6x. Chiudere la pelle con suture intraepidermiche utilizzando il comando 8-0 sutura e pulire delicatamente la pelle con NaCl allo 0,9% utilizzando un batuffolo di cotone.

4. Trattamento post-chirurgico

  1. Metti il topo in una gabbia pulita sotto un tovagliolo di carta in una posizione comoda. Se la stanza è fredda, posizionare un termoforo sotto una parte della gabbia (solo sotto una parte della gabbia poiché l'animale dovrebbe essere in grado di sfuggire al calore quando necessario). Garantire un facile accesso al cibo e all'acqua.
  2. Non lasciare il ratto post-chirurgico incustodito fino a quando non ha riacquistato sufficiente coscienza per mantenere la recumbency sternale. Il ratto può essere restituito alla compagnia di altri animali quando si è completamente ripreso dall'anestesia dopo l'intervento chirurgico. Questo di solito è dopo 1 ora e quando il ratto mostra il suo normale modello di camminata e comportamento.
  3. A 24 ore e 48 ore dopo l'intervento, somministrare una dose di 0,5 mg/kg di carprofen per via sottocutanea (regione addominale) per trattare il dolore post-chirurgico.

5. Test di Von Frey del lato plantare delle zampe posteriori

NOTA: Il test di Von Frey (fase 5 e 6) viene eseguito prima dell'intervento chirurgico (per la misurazione al basale) e da 3 giorni dopo l'intervento.

  1. Posizionare i ratti in gabbie di fondo a rete metallica 1 settimana prima della misurazione di base, o 2 settimane prima dell'intervento, per garantire l'acclimatazione all'ambiente di test.
  2. Iniziare con misure basali almeno 1 settimana prima dell'intervento. Assicurarsi che tre misurazioni di base indipendenti vengano eseguite in giorni separati.
  3. Verificare che i ratti siano calmi nelle gabbie inferiori cablate a rete. Applicare una serie di monofilamenti di Von Frey con una scala logaritmica perpendicolare alla superficie plantare della zampa posteriore.
    1. Per stimolare il nervo surale (ipersensibilità), applicare il monofilo sul lato laterale vicino al bordo del capello. Evitare di toccare i poggiapiedi in quanto sono più sensibili.
    2. Per stimolare il nervo tibiale (iposensibilità), applicare il monofilamento nel mezzo della superficie plantare della zampa posteriore. Se il monofilamento viene applicato nella zona più mediale, questo potrebbe anche stimolare il nervo safeno, un ramo del nervo femorale (Figura 1). Evitare di toccare i cuscinetti dei piedi.
  4. Inizia con il monofilamento da 4 g. Applicare una forza sufficiente al monofilamento in modo che i capelli si pieghino e tengano premuto per 3 secondi, quindi controllare le risposte dell'animale sul monofilamento. Una risposta positiva è il ritiro improvviso della zampa, l'improvviso flinching, l'improvvisa leccata delle zampe o la vocalizzazione. In alcuni casi, il ratto si muove e cerca di trovare/attaccare il monofilamento.
  5. Scegli il monofilamento successivo a seconda della risposta allo stimolo tramite il metodo up-down23. Ad esempio, se il ratto risponde, stimolare successivamente con il monofilamento da 2 g; Se il ratto non risponde, stimolare con il monofilamento da 6 g e così via. In totale, applicare 5-10 stimoli a seconda della reazione.

6. Test di Von Frey del sito neuroma

  1. Maneggiare gli animali ogni giorno per un minimo di 5-7 giorni prima delle misure basali o 2 settimane prima dell'intervento. Assicurarsi che gli animali siano tenuti come descritto al punto 6.2, in modo che siano a proprio agio con la posizione.
  2. Tieni i topi con il naso puntato verso la piega del gomito. Se il ratto è tenuto nella mano destra, la zampa posteriore sinistra dovrebbe pendere liberamente tra il pollice destro e l'indice (primo spazio web). Se il ratto è tenuto nella mano sinistra, la zampa posteriore destra dovrebbe pendere liberamente tra il pollice sinistro e l'indice.
  3. Iniziare con misure basali almeno 1 settimana prima dell'intervento. Assicurarsi che tre misurazioni di base indipendenti vengano eseguite in giorni separati.
  4. Verifica che i ratti siano calmi e a proprio agio mentre sono detenuti. Al basale, posizionare delicatamente il monofilo da 15 g sulla superficie pretibiale della zampa posteriore esposta. Dopo l'intervento chirurgico, posizionare il monofilo da 15 g sulla sutura visibile (ad esempio, nella posizione del neuroma). Applicare una forza sufficiente al monofilamento in modo che i capelli si pieghino e si tengano per 1 s.
    1. Registra la reazione ad ogni stimolo. Le opzioni di reazione includono nessuna reazione, ritiro lento, ritiro rapido e vocalizzazione. Registra la risposta come 0 punti per nessuna reazione e un punto per ritiro lento, ritiro rapido o vocalizzazione.
  5. Ripetere cinque cluster di cinque applicazioni del monofilamento, con 2-3 s tra ogni applicazione e 2-3 min o più tra i cinque cluster. In totale, ogni zampa posteriore dovrebbe avere 25 applicazioni del monofilamento con risposte registrate.

7. Recupero del campione per istologia e preparazione

NOTA: L'esame istologico viene eseguito 12 settimane dopo l'intervento chirurgico iniziale.

  1. Indurre l'anestesia e preparare gli animali come descritto nei punti 2.2, 2.3 e 2.4.
  2. Fai delicatamente un'incisione di 2-3 cm usando un bisturi sopra la cicatrice che è stata fatta dall'intervento chirurgico iniziale, ma fai attenzione a non tagliare troppo in profondità poiché il nervo è posizionato superficialmente.
  3. Determinare la posizione del neuroma, sezionare attentamente il neuroma e il nervo libero dal tessuto cicatriziale circostante e posizionare il neuroma raccolto in fissativo. Per valutare la morfologia del neuroma, il tessuto è preferibilmente incorporato longitudinalmente in paraffina o resina epossidica come descritto da Tork et al.18.
  4. Dopo aver raccolto il tessuto, eutanasia i ratti in anestesia terminale (isoflurano al 5%) tramite puntura cardiaca o decapitazione.
    NOTA: Si consiglia di raccogliere prima il neuroma prima di uccidere i ratti, perché allora è più facile distinguere il neuroma dal suo tessuto circostante in vivo.

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Risultati

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La valutazione nel sito del neuroma ha mostrato una maggiore sensibilità all'applicazione del monofilamento di von Frey da 15 g. Al basale, i ratti hanno risposto tipicamente al 10% -15% (± 13%) delle 25 applicazioni di un monofilamento da 15 g. Il tasso di risposta è aumentato al 45%-50% (± 24%) 1 settimana dopo l'intervento chirurgico di TNT. Sul lato controlaterale, il numero di risposte dopo l'intervento chirurgico era simile a quello al basale (Figura 2A). Circa il 20% dei ratti non ha ...

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Discussione

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Passaggi critici nel protocollo
Il modello TNT prevede il taglio del nervo tibiale e la sua trasposizione laterale e sottocutanea in una posizione pretibiale per consentire test di sensibilità del neuroma, oltre all'iperalgesia plantare sul nervo surale. Nel modello TNT, è fondamentale che il posto del neuroma sia visibile ai ricercatori. Pertanto, è preferibile un ceppo di ratto albino perché le suture sottocutanee sono facilmente visibili attraverso la pelle e il colore della sutura dovrebbe preferi...

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Dichiarazioni

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Gli autori riferiscono di non avere conflitti di interesse. Sebbene questo lavoro di ricerca sia stato in parte finanziato da Axogen, la ditta non ha avuto alcuna influenza sull'esecuzione dello studio e sui risultati.

Ringraziamenti

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Vorremmo ringraziare Sabine Versteeg per l'assistenza durante la microchirurgia e Anja van der Sar e Trudy Oosterveld-Romijn del Laboratorio animale comune (Gemeenschappelijk Dieren Laboratorium) per il loro aiuto nella preparazione del microscopio e della sala chirurgica e nella cura degli animali.

Questa ricerca è stata finanziata da Axogen.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
AesthesioLinton Strumentazione514007 fino a 5140150,6 g fino a 15 g monofilamenti Carprofene
Farmacia veterinaria localen/aLa farmacia veterinaria locale produce la diluizione del caprofene
Tamponi di cotoneNobamed974255
ElettrocauterizzazioneFine Science Tools18010-00
Etanolo 70%Interchema BV
Ethilon 4.0Johnson & Johnson1854GIMPORTANTE: il colore deve essere blu o nero
Ethilon 8.0Johnson & JohnsonBV130-5
Isoflo, isoflurano ZoetisDechra Prodotti veterinariB506
Gabbie inferiori in reteStoeltingCo57816 e 57824
Micro pinzeStrumenti di scienza fine11251-35
Micro porta aghi Fine Science Tools12076-12
Micro forbiciFine Science Tools15019-10
Micro pinzetteFine Science Tools11254-20
NaCl 0.9%TrademedH7 1000-FRE
Porta aghiFine Science Tools12004-16
Unguento oftalmico Farmacia veterinaria localen/aLa farmacia veterinaria locale produce l'unguento oftalmico
ScalpelFine Science Tools10003-12
ForbiciFine Science Tools14001-12
Stereomicroscopio operatorioLeicaA60 F
Foglio sterile con foroEvercare OneMed1555-01
Lama chirurgica nr.15Strumenti per le scienze10015-00
PinzetteStrumenti per le scienze11617-12
400406

Riferimenti

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