Uso di un modello di maiale per lo studio della neurotossicità dello sviluppo sviluppato da anestetici (AIDN): un approccio di neuroscienza transazionale
11 giugno 2017
La ricerca sulla neurotossicità dello sviluppo sviluppata da anestesia (AIDN) si è concentrata sui roditori, che non sono generalmente applicabili agli esseri umani. I modelli primati non umani sono più rilevanti, ma sono proibitivi e difficili da utilizzare per la sperimentazione. Il maiale, al contrario, è un modello animale clinicamente rilevante e pratico ideale per lo studio della neurotossicità anestetica.
L'obiettivo generale di questa procedura sperimentale è valutare gli effetti degli anestetici sul cervello neonatale in un modello traslazionale di suinetto clinicamente rilevante. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della neurotossicità indotta dall'anestesia, come ad esempio come si verifica la tossicità e i cambiamenti dello sviluppo che accompagnano tale tossicità. Il vantaggio principale di questa tecnica è che fornisce un modello animale rilevante dal punto di vista traslazionale per lo studio della neurotossicità dello sviluppo indotta dall'anestesia, in cui l'omeostasi fisiologica viene mantenuta durante la sperimentazione.
Durante l'induzione dell'anestesia e durante tutta la procedura, monitorare quanto segue: pulsossimetria, pressione sanguigna non invasiva, elettrocardiogramma e temperatura. Il singolo passaggio più critico durante questa procedura è il mantenimento dell'omeostasi fisiologica. Ciò include il monitoraggio, la gestione della temperatura, la ventilazione meccanica e l'analisi ematochimica.
Per preparare il suinetto all'intervento chirurgico, posizionare prima un catetere endovenoso periferico calibro 24 nella vena marginale dell'orecchio. Riscaldare il maialino con aria forzata riscaldata. Monitora la sua temperatura utilizzando un termometro rettale e infondi continuamente destrosio contenente liquido isotonico a una velocità di mantenimento.
Quindi mettere il maialino in posizione sdraiata dorsale per un'intubazione tracheale. Successivamente, spruzzare le corde vocali con 0,5 millilitri di lidocaina al 2% per prevenire gli spasmi durante l'intubazione e quindi far avanzare un tubo tracheale cuffiato di tre millimetri nella trachea. Fissare il tubo e quindi verificare la presenza di suoni respiratori bilaterali utilizzando l'auscultazione toracica con uno stetoscopio e verificare la presenza di anidride carbonica di fine espirazione sostenuta.
Quindi, applica un unguento oftalmico sugli occhi. Poco prima di iniziare l'intervento, somministrare un antibiotico ad ampio spettro attraverso la linea endovenosa periferica per prevenire l'infezione del sito chirurgico. Ora, sterilizzare entrambi gli inguini utilizzando almeno due scrub con clorexidina per garantire un corretto campo sterile.
Chiedi al personale chirurgico di indossare berretti, maschere, guanti e protezione per gli occhi. Quindi drappeggia l'animale. Per iniziare, palpare il polso femorale in corrispondenza della piega inguinale.
E poi, usando un bisturi, fai un'incisione craniocaudale superficiale di 1,5 centimetri. Quindi, eseguire una dissezione smussata tra le due teste del muscolo gracile. Ora, individua il fascio neurovascolare femorale.
In genere si trova tra i due muscoli. Quindi, con anse vascolari o lacci di seta, isolare l'arteria all'estremità prossimale e distale. Quindi, usando l'anello all'estremità prossimale, tirare l'arteria fino al livello della pelle distalmente e tirare la fascetta prossimale per interrompere il flusso sanguigno.
Mantenendo la trazione, utilizzare le forbici per tenotomia per eseguire una piccola arteriotomia. Quindi far avanzare il catetere o il tubo in polietilene direttamente nel vaso. Il ritorno del sangue deve essere osservato immediatamente.
A questo punto, collegare e fissare immediatamente un catetere collegato a un trasduttore di pressione. Quindi coprire l'incisione completata con una garza sterile e lavare il catetere con soluzione fisiologica. Durante l'esposizione all'anestesia, monitorare i segni vitali del suinetto.
Cerca le perturbazioni che potrebbero indicare ipotensione, aritmia, ipo o ipertermia o ipossia. Almeno una volta all'ora durante l'esperimento, prelevare un campione di sangue arterioso dal catetere dell'arteria femorale. Quindi utilizzare un sistema di analisi automatizzato per raccogliere i valori del sangue dal campione.
Dopo una sufficiente esposizione all'anestesia, rimuovere il catetere dell'arteria femorale e legare con cura la sutura di seta vascolare prossimale per occludere permanentemente l'arteria femorale e prevenire il sanguinamento. Quindi, irrigare l'incisione con 10-20 millilitri di soluzione salina per aiutare a prevenire l'infezione. Una volta confermata l'emostasi completa, chiudere l'incisione utilizzando una sutura di seta 3-0 in un semplice schema interrotto.
Ora, infiltra la ferita con bupivacaina ed epinefrina per il controllo del dolore. Quindi rivestire l'incisione con un adesivo cutaneo chirurgico sterile, interrompere l'anestetico e lasciare che il maialino si svegli. Sono stati studiati 40 suinetti maschi.
Tra il gruppo di controllo e quello sperimentale, non c'era alcuna differenza significativa rispetto all'età o al peso. Tutti sono stati monitorati in modo completo durante la procedura e tutti l'hanno tollerata bene. I valori medi di laboratorio durante la sperimentazione nel gruppo dell'isoflurano illustrano la consistenza interna e la riproducibilità della procedura.
La coerenza è stata osservata nell'arco di due anni con i dati raccolti da diversi operatori. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare un modello di suinetto traslazionale fisiologicamente appropriato per rispondere a quasi tutte le domande di ricerca pediatrica preclinica. Non dimenticare che lavorare con agenti anestetici può essere pericoloso e che quando si esegue questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni come l'appropriata evacuazione dei gas anestetici.
Panoramica
Questo studio investiga gli effetti degli anestetici sul cervello neonatale utilizzando un modello di suinetto clinicamente rilevante. La ricerca mira a comprendere la neurotossicità indotta dall'anestesia e le sue implicazioni per l'anestesia pediatrica.
Componenti Principali dello Studio
Area di Scienza
- Neuroscienze
- Biologia dello Sviluppo
- Anestesiologia
Contesto
- Le ricerche precedenti sulla neurotossicità indotta dall'anestesia si sono concentrate principalmente su modelli di roditori.
- I modelli di primati non umani sono rilevanti ma costosi e difficili da utilizzare.
- Il suinetto serve come modello pratico e clinicamente rilevante per studiare la neurotossicità anestetica.
- Mantenere l'omeostasi fisiologica è fondamentale durante la sperimentazione.
Obiettivo dello Studio
- Valutare gli effetti degli anestetici sul cervello neonatale.
- Esplorare i meccanismi di tossicità e i cambiamenti associati allo sviluppo.
- Stabilire un modello affidabile per la ricerca pediatrica pre-clinica.
Metodi Utilizzati
- Monitoraggio dei segni vitali tra cui ossimetria del polso, pressione sanguigna e temperatura.
- Induzione dell'anestesia e esecuzione di procedure chirurgiche sui suinetti.
- Raccolta di campioni di sangue arterioso per l'analisi durante l'esperimento.
- Garantire l'omeostasi fisiologica durante tutta la procedura.
Risultati Principali
- Sono stati studiati 40 suinetti maschi senza differenze significative di età o peso tra i gruppi.
- Tutti i soggetti hanno tollerato bene la procedura, dimostrando l'affidabilità del modello.
- I dati hanno mostrato coerenza interna e riproducibilità nell'arco di due anni.
- Il monitoraggio non ha rivelato effetti avversi significativi durante l'esposizione all'anestesia.
Conclusioni
- Il modello del suinetto è efficace per studiare la neurotossicità indotta dall'anestesia e lo sviluppo.
- I risultati contribuiscono alla comprensione della sicurezza dell'anestesia pediatrica.
- La ricerca futura può sfruttare questo modello per affrontare questioni critiche nel campo.
Domande Frequenti
Executive Industry Relevance
The piglet model provides a translationally relevant system for assessing anesthetic-induced developmental neurotoxicity, addressing a critical gap in preclinical pediatric safety evaluation. By maintaining physiologic homeostasis throughout experimentation, the model enables reliable mechanistic interrogation of anesthetic effects on the developing brain. This supports predictive de-risking in early discovery by clarifying biological pathways linked to neurodevelopmental outcomes, informing go/no-go decisions in CNS-active compound pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses regarding anesthetic mechanisms of neurotoxicity in a developmentally appropriate system.
- Operational Value: Supports functional target validation through consistent monitoring of physiological parameters across experimental groups.
- Predictive Value: Enhances confidence in target selection by modeling human-relevant neurodevelopmental responses to anesthetic exposure.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream assay standardization using arterial blood sampling and vital sign monitoring.
- Operational Value: Ensures assay reproducibility through standardized femoral artery catheterization and hemodynamic stabilization protocols.
- Scalability: Facilitates platform reuse across anesthetic compounds due to consistent procedural execution over multiple years and operators.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Provides disease-relevant system alignment by mirroring human neonatal physiology and developmental timelines.
- Operational Value: Enables translational continuity from discovery through preclinical validation via consistent anesthetic exposure and recovery protocols.
- Risk Mitigation: Supports risk-adjusted advancement decisions by identifying neurodevelopmental signals early in the discovery continuum.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling hypothesis testing of anesthetic compounds in a physiologically stable neonatal model, directly supporting lead identification through mechanistic de-risking.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification and biological de-risking by maintaining homeostatic conditions during anesthetic exposure to isolate compound-specific effects.
- Screening: Delivers assay readiness through reliable vascular access and real-time vital sign monitoring, enabling quantitative compound evaluation.
- Analytics: Generates measurable outputs including arterial blood chemistry, temperature, and hemodynamic data for cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity through recovery protocols and wound management that mirror clinical postoperative care.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for CNS safety assessment due to procedural consistency and operator-independent reproducibility.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through reduction of mechanistic ambiguity in neurodevelopmental pathways.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via protocolized monitoring, temperature control, and blood sampling.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by reducing late-stage biological risk in pediatric anesthetic development.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of compounds based on neurodevelopmental safety profiles derived from translatable models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in pediatric anesthesiology and neonatal surgical techniques for vascular access and intubation.
- Dependent on instrumentation for arterial pressure transduction, blood gas analysis, and temperature regulation.
- Necessitates cross-team standardization of monitoring protocols and anesthetic gas scavenging to ensure data integrity.
- Involves adaptation considerations when extrapolating piglet neurodevelopmental timelines to human infants.
- Limited by the need for aseptic surgical facilities and trained personnel to maintain physiological stability throughout prolonged anesthetic exposure.
