2019年11月27日
本研究建立的急性肝衰竭动物模型为潜在疗法的研究提供了一种可行的替代方案。该模型结合了物理性和药物诱导性肝损伤的双重效应,为研究新型疗法的潜力提供了合适的时间窗口。
急性肝衰竭(ALF)通常定义为在健康肝脏中迅速发生的肝损伤,并伴有肝脏主要功能的严重损害。在大多数情况下,同种异体原位肝移植是目前唯一的有效治疗方法。但由于肝供体短缺,ALF患者的死亡率非常高。
为了研究替代治疗策略的潜力并更好地理解急性肝衰竭(ALF)的病理生理机制,研究人员常采用该疾病的动物模型。许多ALF模型基于对乙酰氨基酚、四氯化碳、刀豆蛋白A、脂多糖、D-氨基半乳糖以及硫代乙酰胺的肝毒性作用。然而,这些模型存在多种局限性,例如可重复性和可逆性差、对其他重要器官具有毒性、难以准确反映人类疾病的病理特征以及存在物种差异。
因此,需要一种可重复且能够提供足够时间间隔以研究治疗干预效果的更佳模型系统。在本研究中,通过结合部分肝切除与对乙酰氨基酚肝毒性的方法,建立了大鼠急性肝衰竭(ALF)模型。切除肝脏的中叶和左外侧叶以去除70%的肝组织,并给予对乙酰氨基酚以诱导急性肝衰竭。
通过生化和组织学分析表征了该模型中急性肝衰竭(ALF)的发展,并通过同基因健康大鼠肝细胞的移植证实了肝损伤的可逆性。本研究使用体重在180至250克范围内的Wistar大鼠。以下步骤描述了在大鼠中诱导急性肝衰竭(ALF)的手术过程。
通过腹腔注射氯胺酮-赛拉嗪混合物使动物麻醉。通过夹捏动物脚趾确认是否完全麻醉,只有在无足底反射时才进行后续操作。为防止角膜干燥,将基于羧甲基纤维素钠的眼药水滴入双眼。
使用白色胶带将动物固定在手术板上。使用电动剪刀去除右上腹部手术区域的毛发。使用无菌棉垫,以70%乙醇和聚维酮碘交替擦拭三次,沿环形方向清洁手术部位。
在胸骨下方、剑突下方垂直于肋骨并平行于肋廓的位置标记出需要切割的皮肤。将一块中央有约3厘米×1厘米开口的无菌手术巾覆盖在标记的皮肤区域。使用手术刀沿标记线做一长约2至3厘米的横向切口。
使用无菌湿润的棉签轻轻去除切口区域附近带有皮下肌肉层的皮肤附着组织。接着,在剑突下方的腹膜层做一横向切口。用两根浸有生理盐水的棉签轻轻按压胸腔,以暴露肝脏左叶。
将无菌尼龙线环套在暴露的肝叶上。借助显微解剖镊子或棉签,小心地将线环移至肝叶根部。使用显微手术持针器和显微镊子,将线环的两端打结,使结尽可能靠近肝叶根部。
目的是收缩血管,减少肝叶切除后的出血。在另一侧再打两个结。使用显微手术剪在结的上方剪除已结扎的肝叶,留下一个缺血的残端。
同样,使用棉签抬起肝脏的中叶。辨认肝脏中叶的独特形状。将尼龙线环套过肝叶,牢固地打结固定其两端。
在另一侧再打两个结,然后切除该叶。切除各叶后,使用4/0铬制可吸收肠线连续缝合缝合腹膜,随后用间断单纯缝合缝合皮肤。皮肤闭合后,在手术部位周围涂抹聚维酮碘溶液。
移除手术巾,将动物从手术板上取下。为预防术后感染,通过腹腔注射给予动物一毫升含12毫克头孢噻肟的5%葡萄糖溶液。为缓解术后疼痛,皮下注射美洛昔康(通常剂量为每公斤体重1毫克),之后连续两天每日给药一次。
将动物移至温暖的恢复笼中。动物在30至40分钟内恢复意识并开始活动。手术动物需单独饲养,直至手术伤口完全愈合,可能需要三到四天。
为诱导急性肝衰竭(ALF),在部分肝切除术后24小时,经腹腔注射每公斤体重750毫克的对乙酰氨基酚以及第二次剂量的美洛昔康。该给药方案在24小时后重复一次。诱导ALF后,动物的存活率显著降低。
为了表征急性肝衰竭(ALF)的发展过程,对接受第二次乙酰氨基酚给药后的小鼠实施安乐死,并进行了多种生物化学和组织学研究。相关结果将在视频后续部分进行描述。在诱导ALF的组别中,生存率显著降低,第二次给予乙酰氨基酚后24小时内观察到高达80%的死亡率。
在急性肝衰竭(ALF)诱导组和仅行70%部分肝切除组中,肝脏损伤在形态学水平上明显可见;而对照组及仅给予对乙酰氨基酚组则呈现健康外观。与其余各组相比,ALF诱导组的丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶和碱性磷酸酶水平显著升高。
通过qPCR对基因表达谱进行分析,结果显示与细胞凋亡、炎症以及肝损伤进展相关的基因表达水平升高。对肝组织切片进行苏木精和伊红染色后发现,对照组主要表现为正常的肝细胞。在急性肝衰竭(ALF)组中,主要观察到中度的大泡性脂肪变性。
在急性肝衰竭(ALF)诱导组中,凝血酶原时间和国际标准化比值均升高,表明血液凝固过程受阻。在移植同基因健康大鼠肝细胞后,ALF诱导组的生存率得到恢复。细胞移植后,ALF诱导动物血清中的丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶和碱性磷酸酶水平均恢复正常。
这种在大鼠中诱导急性肝衰竭(ALF)的方法具有良好的可重复性、较高的可逆性,并为测试新疗法提供了合适的时间窗口。因此,该模型可作为评估治疗ALF潜在疗法的有效疾病模型。
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本研究建立的急性肝衰竭动物模型为探索潜在治疗方法提供了一种可行的替代方案。该模型结合了物理性和药物诱导的肝损伤,提供了适宜的时间窗口,可用于评估新的治疗策略。
该急性肝衰竭大鼠模型结合70%部分肝切除与对乙酰氨基酚给药,构建了一个具有48小时治疗时间窗的可重复实验体系,可在不可逆损伤发生前评估新型干预措施。该模型通过提高可重复性,克服了现有急性肝衰竭模型的关键局限性,并提供了一个研究物理性与药物性联合肝损伤机制的平台,适用于转化肝病学研究。
该模型通过提供一个表型明确的系统,用于急性肝损伤中的靶点验证、检测方法开发和治疗药物筛选,从而契合从发现到临床前研究的连续过程。