この研究では、ラット尿道の電気切除によって作成された尿道狭窄の新しく効率的で安定したラットモデルを提示します。これは、臨床現場で観察される医原性損傷を効果的にシミュレートします。
この研究では、ラット尿道の電気切除によって作成された尿道狭窄の新しく効率的で安定したラットモデルを提示します。これは、臨床現場で観察される医原性損傷を効果的にシミュレートします。
尿道狭窄 (US) は、泌尿器科で一般的な臨床状態であり、すべての年齢で高い有病率と罹患率を特徴としています。尿道拡張術や内尿道切開術など、現在の米国の治療法は、状態を完全に解決することができず、高い再発率と合併症に関連しています。
さらに、米国の病因はよく理解されていません。米国の病因を探り、新たな治療戦略を開発するためには、臨床症状を正確に反映する標準化されたラットモデルを確立することが重要です。この研究では、高周波電動ナイフを使用してラットにUSを誘導するための簡単で再現性のある方法を概説しています。この方法では、電動ナイフを4Wのユニポーラ混合切断モードに設定して縦方向に切開しますが、これは重大な尿道損傷を与えます。病理組織学的解析では、尿路上皮の肥厚、炎症性浸潤、および無秩序なコラーゲン線維が示されています。このモデルは、ラット尿道の電気切除を通じて医原性損傷を効果的に再現します。要約すると、この研究は、臨床シナリオを厳密に模倣した、新しく効率的で安定した米国のラットモデルを確立することに成功し、米国のメカニズムと新しい治療法に関するさらなる研究のための貴重なツールを提供します。
尿道狭窄(US)は、最も古い泌尿器科疾患の1つであり、引き続き広く蔓延しています。最近のデータによると、男性10万人あたり229〜627人の米国人症例がいます1。米国に苦しんでいる人は、下部尿路症状2、痛み3、性機能障害4など、さまざまな症状を経験します。尿道切開術、尿道形成術、拡張術5など、いくつかの治療が利用可能です。しかし、これらの治療法は、出血、感染症、失禁などの問題によって複雑になることが多く、病気の負担の一因となり、さまざまな再発率を示します6,7。したがって、最も効果的な治療アプローチを特定することは、研究者や臨床医を関与させる重要な課題であり続けています。
USは一般に、尿道粘膜および周囲の海綿状組織の線維化および瘢痕化によって引き起こされる前尿道の狭窄として特徴付けられる8。その蔓延にもかかわらず、米国の根底にある原因とメカニズムは十分に理解されておらず、詳細な研究に適した動物モデルが不足しています。主に経尿道的手術による医原性損傷は、現在、米国の主要な原因であり、症例の 41% を占めています9。したがって、米国の研究にとって理想的な動物モデルは、一般的な臨床的損傷を正確に再現し、ヒトと密接なゲノムおよびプロテオミクスの類似性を示し、効率と安定性の両方を実証する必要があります。このようなモデルは、米国の病因に関するより深い調査と、より効果的な治療法の開発を大いに促進するでしょう。
一般的な臨床型の病原性プロセスとメカニズムを調査するために、ウサギ10,11、イヌ12、ブタ13,14などの大型動物を用いて、電気凝固、電気切除15、ブレオマイシン注射16などの技術を用いて、種々の動物モデルが開発されてきた.しかし、これらのモデルは、サンプルサイズの制限やヒトとの遺伝的な違いにより、しばしば課題に直面します。さらに、大型動物を使用することの費用対効果を考慮する必要があります。日常のケアには高額な費用がかかりますが、大型動物は感染のリスクも大きく、広範な術後ケアと多額の費用が必要です。 げっ歯類は、多くの臓器系で人間と生理学的および病理学的特性を共有していることは十分に文書化されています。最近の研究では、げっ歯類の動物とヒトの尿路細胞との間の相同性が示されている17。さらに、ラットの購入、住居、および術後ケアの費用は、大型動物の費用よりも大幅に低い18。したがって、米国のラットモデルが適切であると見なされます。しかし、ラットにおけるそのようなモデルの発達は十分に説明されていません。
以前の研究では、ブレードや針などの手術器具を使用して、ラットモデル19でUSを誘導しています。このアプローチは、尿道周囲血管を損傷し、重大な出血を引き起こすなどのリスクと関連しています。これらの外科的処置の主観的な性質は、機械的損傷の程度にばらつきをもたらす可能性があり、モデリングの定量的基準が欠けており、その後の治療研究における尿道修復結果の評価に影響を与える可能性があります。
これらの考慮事項を考慮すると、追加の米国ラットモデルを開発する必要があることは明らかです。ラットにおいて効率的で費用対効果が高く、安定した米国モデルを確立するために、私たちは高周波電動ナイフマシンを研究に採用しました。このモデルは、臨床試験に進む前に、米国のメカニズムと新しい治療アプローチの評価に関するさらなる調査を促進します。
この調査では、それぞれ体重400〜500 gの6か月齢の雄のSprague-Dawleyラット20匹を使用しました。すべての動物処置は、中山大学第五附属病院の動物施設管理および使用委員会のガイドラインに従って実施されました(承認番号:00349)。動物たちは、温度と照明条件が管理された施設に収容されました。尿道狭窄の基本的な特徴は、尿道内の瘢痕化の発生です。瘢痕形成の確立されたタイムライン (通常は損傷後 4 週間以内に発生する) に基づいて、術後 4 週間のマークで尿道に識別可能な瘢痕組織が存在することを実験エンドポイントとして指定しました。
1. 手術器具の準備
2.動物の準備
3. 尿道カテーテル法と傷害の手技
4. 術後ケア
5. 組織学的評価
この研究で概説されたプロトコルは、ラットの安定した尿道狭窄を確立することに成功し、高い再現性を示しました。手術の平均時間は20分で、手術中に技術的な問題は発生しませんでした。尿道標本は、処置の4週間後に無事に採取されました。
実験群では、ラットの膀胱は、膀胱が空であった対照群とは対照的に、過膨張の兆候を示しました(図4)。これらの観察結果は、実験モデル後のラットの排尿機能に有意な障害があることを示しています。
手術の4週間後、創傷部位は尿道の表面から突き出たワックス状の白い瘢痕組織に発達していました(図5B)一方、対照群の尿道切片は滑らかで淡い赤色の対照に見えました(図5A)。
尿道切片のヘマトキシリンとエオシン(H&E)染色による組織学的検査では、有意な尿路上皮肥厚とリンパ球凝集が明らかになった。さらに、マッソン染色は、過形成性および化生尿道上皮組織の顕著な赤みを帯びた領域を同定し、コラーゲン線維の乱れを伴い(マッソン染色の詳細な画像については 補足図S1 を参照)、平滑筋およびコラーゲン線維の構造の異常を示しています(図6)。
凍結切片の免疫蛍光分析では、手術後の尿道組織におけるTGF-βの増加が示され(図7)、尿道構造の形成がTGF-βの発現上昇と関連していることが示唆されています。

図1:米国モデルを確立するために使用された主要な機器。 (A)テフロン被覆カテーテル(0.6×1mm)。(B)吸収性縫合糸(6-0)、組織鉗子、針保持ペンチ、および滑らかな鉗子(左から右へ)。(C)高周波電気外科用ペンと肛門伝導ロッド。(D)高周波電動ナイフのパネル。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:手術の準備 (A)ラットの下腹部を剃り、肛門伝導ロッドを接続します。(B-D)尿道内の尿道カテーテルの配置を示します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:電気切除プロセス。 (A)陰茎の皮膚に0.8cmの縦方向の切開の作成を示しています。(B)尿道の露出;(C)尿道内のカテーテルが見えるまで、尿道壁のすべての層を通る電気切片を詳述します。(D,E)尿道カテーテルの除去と陰茎の再配置を示しています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:解剖学的条件下でのラットの膀胱の充填状態(A)対照群のラットの空の膀胱を特徴とする。(B)は、実験群のラットの膀胱がいっぱいになっている様子を示しています。膀胱は赤い破線の輪郭内にあります。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:切除された尿道サンプルの肉眼的所見 (A)正常な尿道組織。(B)尿道瘢痕組織。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:尿道サンプルの組織学の結果。 (A)H&Eで染色した対照群の尿道組織(元の倍率、100倍)。(B)元の倍率100倍での尿道腫瘤のMassonのトリクローム染色。(C)正常な尿路上皮の厚さ(85.9μm)の拡大と測定データ。スケールバー = 20 μm. (D) 実験群の尿道組織のH&E染色を元の100倍の倍率で示しています。(E)実験群の尿道組織のMassonのトリクローム染色を、元の100倍の倍率で示しています。スケールバー=100μm. (F) 尿道瘢痕の拡大と肥厚した尿路上皮-231.2μmの測定データ。スケールバー = 20 μm。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図7:切除された尿道サンプルの免疫組織化学所見。 TGF-β抗体の標識は、尿路上皮細胞を強調します。抗体が細胞に結合すると、緑色の蛍光が発せられます。(A-C)実験群の尿路上皮細胞のシグナル強度が高い(D-F)のシグナル強度が高いのに対し、対照群の尿路上皮細胞ではシグナル強度が低いことが示されています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
補足図S1:尿道サンプルのマッソン染色の全体像。 (A)対照群のマッソン染色;(B)実験群のマッソン染色。 このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
米国は、経済的に大きな影響を与える重大な医療負担をもたらし、心理的および身体的健康の両方に悪影響を及ぼしています20。米国を完全に治癒するだけでなく、その再発を効果的に予防する治療法が依然として必要です。
この研究では、ラットモデルを利用して、患者の尿道損傷を模倣するための簡単で再現性のある方法を開発し、その後、経尿道手術による尿道損傷を模倣しました。ラットは、費用対効果が高く、取り扱いが容易で、再現性があり、信頼性の高いデータを提供するため、動物モデルとして好まれています。本研究で用いたラットモデルは、他のモデルに比べて、様々なオミクス解析でよく使われており、管理が容易であるという利点があります。さらに、げっ歯類とヒトとの間の尿路上皮細胞の遺伝子発現の類似性は、ラットUSモデルを特に深い研究に適したものにしている21。
図7に見られるように、TGF-βは対照群と実験群の両方で尿道の全円に発現しており、実験群でのTGF-βの発現は対照群よりも著しく高かった。先行研究では、常在する尿路上皮細胞が損傷後に筋線維芽細胞への表現型スイッチを事実上受けることが文書化されており、そのプロセスは主にTGF-βによって駆動され、ECM(細胞外マトリックス)産生、免疫調節、細胞増殖、移動および分化を調節することにより瘢痕形成に有意な影響を及ぼします22,23.私たちの発見は、TGF-βの過剰発現が尿道瘢痕形成を促進する可能性があることを示唆しており、TGF-βの分泌は創傷表面の常在細胞に限定されず、尿道全体の関与を必要とします。
雄ラット尿道の直径と曲率が小さいため、モデリング後の尿力学の変化を検出するのに課題があります。雄ラットの泌尿機能を評価する方法に関する研究は不足しています。この研究では、手術後4週間の膀胱充満状態を評価することにより、間接的な方法を使用して尿機能の変化を観察しました。排尿反射を刺激すると、解剖されたラット腹部の観察により、実験グループは持続的な膀胱膨満感を示し、モデリング後の排尿機能の重大な障害を示しています。これらの知見は、尿道狭窄症の患者が経験する排尿困難の臨床症状と一致している24。しかし、雄ラットの尿中パラメータ(排尿頻度、平均排尿量、排尿効率など)に関する生理学的研究を行う方法の開発は依然として課題です。
高周波電気ナイフのモードと電源設定の選択は、外科手術における損傷の程度に大きく影響します。この研究では、適切なレベルの損傷を確保する外科的技術と、ラットで米国モデルを開発するための適切な程度である 4 W の高周波電動ナイフを紹介します。ラットの米国モデルで最も一般的な方法は、針またはメス25で切開を行うことです。しかし、メスを使用すると、ラットの尿道の表面が滑らかで直径が小さいため、出血が続く可能性が高くなる傾向があり、うっかり周囲の血管を傷つけてしまう可能性があります。
高周波ナイフは、組織に安定した調整可能な電流を流すことで同時に止血を行うことで、手技の安定性と利便性を高めるという大きな利点を提供します。さらに、電力設定の制御性により、与えられた損害を定量化して評価することができます。
理想的な実験プロトコルは、均一なサイズと深さの尿道創を一貫して生成することです。本研究では、尿道損傷を誘発するためにユニポーラ混合切断モードを選択しました。主に液体成分の揮発、乾燥、組織の凝固、血管の密閉を引き起こす電気凝固モードとは異なり、組織は急速に焼け焦げて癒着しますが、切断モードでは陰茎組織に層ごとに精密に切開することができます。電気凝固術は、ウサギの米国モデルで一般的に使用されており、ラジウムから陰茎を分離し、他の手術器具26で切開を行うなどの追加の手順が必要であり、動物の外傷や合併症のリスクを増大させるが、ユニポーラ混合切断モードは、包皮に直接切開して尿道を露出させることを可能にする。この方法により、運用効率が向上し、実験動物への外傷が最小限に抑えられます。
以前の研究の電力設定は、通常、実験動物の体重と電子ナイフと組織との間の接触面積に依存するため、詳細に指定されていませんでした。この研究では、実験対象は体重が400gから500gの生後6か月のSDラットでした。これらの条件では、最適な電力設定は4〜7Wであると決定され、切開のサイズと深さを正確に制御することができました。オペレーターは、最初に高周波ナイフを使用して米国のラットモデルを開発するときは、低電力設定から開始し、必要に応じて調整して、さまざまな条件に最適な値を見つけることをお勧めします。
さらに、重要なステップの1つは、手術前のラットの尿道のカテーテル挿入です。カテーテルが膀胱に正しく配置されたときに、カテーテル挿入が成功したことが確認されます。カテーテルは一時的な足場として機能しますが、尿道の位置を維持し、手術部位の特定を支援する必要があります。雄ラットの尿道は直径が比較的小さく、包皮と陰茎組織との間のスペースが限られているため、誤ってカテーテルを間違った開口部に挿入しやすく、その後の手順を複雑にする可能性があります。尿が流れ出たときにカテーテルの正しい配置が確認され、カテーテルが膀胱内にしっかりと収まっていることを示します。さらに、カテーテル挿入された陰茎は、尿道内の安定性を高め、外科的処置を容易にするために、45°の角度で配置する必要があります。
結論として、この研究は、ラットでUSモデルを作成するための、新しく、非常に効果的で、費用対効果の高い方法を示しています。この方法は、そのシンプルさ、高い成功率、安定性を特徴としており、尿道狭窄の革新的な治療法を幅広く研究するための貴重なツールを提供します。
著者には、開示すべき利益相反はありません。
本研究は、広東省自然科学基金会(No.2019A1515012116およびNo.2022A1515012559)の助成を受けて行われました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 吸収性縫合糸 (6-0) | KERONG COMPANY | KR2230814 | |
| 動物手術パッド | 広東省生物医学イメージング重点研究所 | NA | |
| CaseViewer 2.4 | 3DHISTECH Ltd. | ||
| Carprofen | Sigma-Aldrich | MFCD00079028 | |
| CoraLite488-conjugated Goat Anti-Rabbit IgG(H+L) | Proteintech | SA00013-2 | |
| H&Eステインキット | Abcam | ab150669 | |
| 高周波電気メス | Beijing Taktvoll Technology Company | ES-100v | |
| Masson染色キット | Merck | HT15 | |
| ニードルホールディングプライヤー | RWD ライフサイエンス | S15001-11 | |
| パラフィンオイル | NA | NA | |
| 滑らかな鉗子 | RWD ライフサイエンス | F13019-12 | |
| ペントバルビタール | ナトリウム広東省生物医学イメージングの主要研究所 | NA | |
| スプレイグ–Dawley rat | 広東省医療研究所 動物センター | GDMLAC-035 | |
| 縫合はさみ | RWD ライフサイエンス | S15001-11 | |
| テフロンコーティングカテーテル (0.6 mm x 1 mm) | DGZF 新素材会社 | NA | |
| TGF ベータ 1 ポリクローナル抗体 | プロテインテック | 21898-1-AP | |
| ティッシュハサミ | RWD ライフサイエンス | S13029-14 |
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