本プロトコルは、ワイヤー校正された部分結紮を用いて中間線開腹術 を用 いて段階的な節節尿管狭窄を誘導する再現可能なラットモデルを記述します。尿管を囲む6-0結紮と金属キャリブレーションワイヤーで定められた残留腔を生成し、閉塞の重症度を即座に機能的に確認できます。
本プロトコルは、ワイヤー校正された部分結紮を用いて中間線開腹術 を用 いて段階的な節節尿管狭窄を誘導する再現可能なラットモデルを記述します。尿管を囲む6-0結紮と金属キャリブレーションワイヤーで定められた残留腔を生成し、閉塞の重症度を即座に機能的に確認できます。
尿管狭窄は再建泌尿器科において依然として大きな課題であり、医源性損傷、慢性炎症、外傷、先天性異常、放射線治療などが原因となることがあります。これらの病変は進行性の閉塞性尿路症や腎機能の喪失を引き起こすことが多いです。内視鏡および外科技術の進歩にもかかわらず、尿管狭窄の治療は依然として困難であり、腎実質への再形成効果は継続的な研究対象であり、堅牢な前臨床モデルの必要性を強調しています。本研究は、正中開腹術 による ワイヤー校正部分結紮を用いて、節節尿管狭窄の制御誘導を目的とした再現可能なラットモデルを確立します。このプロトコルは、尿管の節節的かつ非切断的な収縮を可能にし、機能的かつ解剖学的に線維化性の狭窄を近似しつつ、明らかな虚血性損傷を最小限に抑え、尿管の連続性を保ちながら巨視的な組織の生存性を維持することを目的としています。動物間および外科医間で低い信頼性の高い実験プラットフォームを提供することで、このアプローチは尿管狭窄疾患に対する生体分子メカニズム、バイオマテリアル、画像診断モダリティ、再建技術に関するトランスレーショナル研究を支援します。
尿管狭窄は比較的一般的で、泌尿器科では大きな課題となります。これらの疾患は、結石疾患の内視鏡手術後の患者の最大4.9%に報告されており、腎移植を受けてからはさらに高い発生率があり、腎移植を受けている人では最大7%が影響を受ける可能性があります4。多くの狭窄は外科的損傷や医療介入によって引き起こされますが、非医源性原因も重要な割合を占めます。これには慢性炎症、尿路感染症、身体的外傷、先天異常、放射線治療5,6が含まれます。これらの病因はいずれも最終的には尿閉塞、再発性感染症、痛み、結石形成、そして治療されなければ不可逆的な腎機能喪失を引き起こす可能性があります。影響を受けた患者は、機関コホートおよびシステマティックレビューの両方で示されているように、罹患率や生活の質の低下を経験することが多いです。長期的な負担は大きいです。尿管鏡下結石手術後の尿管狭窄を抱える多機関コホートでは、影響を受けた側の腎摘出術が25%の症例で必要とされ、この疾患の重大な罹患率が強調されました。
この臨床的負担は、関連する生体分子プロセスの研究を可能にし、治療の最適化に役立てる堅牢な前臨床モデルの必要性を強調しています。最も一般的な治療法は、拡張やレーザー切開などの内視鏡的手法やステント挿入であり、より複雑な症例には外科的再建が限定されます。初期の転帰が改善されたものの、再発や再狭窄は依然として問題を抱えています。介入後の再発率は11%から40%の範囲で、多くの患者は持続的な緩和と臓器保護のために複数回の手術や長期ステント注入を必要とします(11,12)。治療の成功は狭窄部位、長さ、病因、過去の治療の詳細に影響されます。いくつかの最近のレビューや大規模コホート研究は、技術の改善とより深いメカニズム的理解の必要性を強調しています 4,5,13。
効果的なトランスレーショナルリサーチには、ヒト尿管狭窄疾患の線維化メカニズム、組織病理学的特徴、解剖学的文脈、上流の腎過程を密接に再現する実験モデルが必要です。これらの中でも、齧歯類モデルは尿管線維症や腎機能喪失の研究、抗線維化介入および再建戦略の評価に信頼できるプラットフォームとなっています。これらのモデルの病態生理学的基盤は、Chevalierらによって築かれ、尿管閉塞のさまざまな戦略を検討し、ラットにおける腎間質性線維症および閉塞性腎症の再現可能なモデルとして片側尿管閉塞(UUO)に焦点を当てました6。
この基盤の上に、現代のモデルは障害物のレベルとパターンを洗練させてきました。Vroomenらは、不可逆的な電気穿孔を用いた技術的に安全なアプローチを導入し、部分的な片側性尿閉塞と腎瘢痕を誘発しました14。同様に、チェンらは可逆的なUUOモデルを推進し、可変的な血行動態条件下での線維症回帰の動的研究を可能にします15。NanらおよびKhaterらは、部分閉塞における尿管線維症の進行と治療的調節を促す分子カスケードをさらに明らかにしました16,17。
完全な尿管結紮、節節切除、大腰筋への埋没、熱損傷に依存する初期モデルは、制御不能で標準化されていない閉塞の程度、広範な虚血、壊死を引き起こし、段階的な閉塞ではなく重度の腎実質萎縮を引き起こしました。これらのアプローチは、ChevalierらおよびThornhillらによって記述され、閉塞性腎症に関する貴重な機構的知見を提供しましたが、臨床的な良性尿管狭窄症に特徴的な局所的な線維化性狭窄を再現することはできませんでした6,18。組織の生存性が保たれ、腎尿閉の程度が定義された、解析済みで非断切的な節節狭窄を生成する、単純で標準化された齧歯類モデルは依然として不足しています。
このギャップを埋めるため、本研究はラットにおける部分的な尿管狭窄の制御誘導のための標準化された手術プロトコルを確立します。このモデルは再現可能で解剖学的に正確かつ多用途に設計されており、再建泌尿器科、術中画像診断、組織工学の応用を含む前臨床研究に応用可能です。オペレーター間変動を最小限に抑え、臨床的に関連した線維化性狭窄を再現することで、このモデルは尿管狭窄症のメカニズム理解を深め、治療開発を加速させるためのトランスレーショナルプラットフォームを提供します。
実用では、研究課題に合った適切な校正ワイヤーの直径を選択することで、障害の程度を調整できます。直径が大きいもの(例:0.65 mm)は、ほぼ生理的な尿流を伴う軽度の部分閉塞をモデルにし、より小さい直径(0.30〜0.20 mm)は流量が著しい減少を伴う高度の閉塞をモデル化します。さらに、この外科的アプローチは急性末期モデルとして即時の血行動態および機能変化を研究するか、慢性組織の再構築、線維症の進行、長期的な腎適応を調査するための生存実験に適応させることができます。
このモデルでは、部分的な閉塞は、定められた直径の金属キャリブレーションワイヤーで6-0の結紮線を尿管に結び、その後ワイヤーを外すことで、ワイヤーサイズに対応した残留ルーメンを残します。この設計により、グレード化された幾何学的に制御された狭窄が可能で、腎機能的な尿流と直接相関できます。
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ここで述べたすべての動物活動は、認定施設内で行われ、ドイツ・カールスルーエにあるバーデン・ヴュルテンベルク州議会の動物管理・利用機関委員会(IACUC)によって承認されました。実験動物は、機関のプロトコルに従い、ドイツの動物福祉に関する法律、ならびに欧州共同体理事会(2010/63/EU)および動物研究:生体内実験報告(ARRIVE)ガイドラインに準拠して取り扱われました。標準化された条件下で動物施設での7日間の順応期間を経て、オスのスプラグドーリーラット(平均体重:400g)を使用しました。試薬および使用機器は 材料表に記載されています。
1. 麻酔および鎮痛
2. 操作部位および計器準備
3. 正中開腹術 による 外科的アクセス
4. 左尿管の特定と動員

図1:染料補助による左尿管の同定および動員。 緑の矢印は腎注射部位を示しています。灰色の矢印は、未熟な尿管を描いています。青い矢印は染料で区切られた尿管を表しています。黒い箱はその後拡大された領域を描いています。(A) 正中開腹術後の左側後腹膜露出。(B)染料補助尿管の境界測定。(C) 鈍的解離は尿管を周囲の組織から動員します。(D)腎骨盤から膀胱尿管接合部までの左左尿管が完全に露出しています。(E) シリンジおよびメチレンブルーを含む記載された工程の概略図。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
5. 金属ワイヤーを用いた左尿管の遠位校正部分結紮

図2:金属ワイヤーを用いた左尿管の遠位校正部分結紮。 (A) 遠位尿管をオーバーホルトクランプで隔離・高くする;6-0縫合糸を下に置いた。 (B) リガチャー内の尿管に平行に位置するキャリブレーションワイヤーと、スライディングノットによる結び目。(C) ワイヤーの引き抜き、標準化された残留ルーメンが残ります。 (D) 尿管(青)、キャリブレーションワイヤー(グレー)、結紮(黒)を用いた手順の概略図。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
6. 右尿管の特定と動員

図3:染料支援による右尿管の同定および動員。 (A) 染料補助尿管境界を伴う右腹膜後部曝露。 (B)鈍的解離術で尿管を周囲組織から動員する。(C) 記載された手順の回路図。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
7. ワイヤーなしのスライディングノットによる右尿管の近位完全結紮

図4:ワイヤーなしのスライドノットを用いた右尿管の近位完全結紮。 (A) オーバーホルトクランプで隔離・上昇した近位尿管;6-0縫合糸を下に置いた。(B) スライディングノットを用いたワイヤーなしで完全結紮。(C) 記載された手順の回路図。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
8. 部分的および完全な尿管閉塞の機能的検証

図5:部分的および完全な尿管閉塞の機能的検証。(A) 部分閉塞:染料の着色と生理食塩水の洗い出しにより、遠位尿管の充填と尿道の流出が確認され、残存通位性が示唆されます。(B) ほぼ完全な閉塞:遠位染料が存在せず、結紮の上流に膨らんだ近位尿管。 (C) 各腎臓あたり30分以上の片側尿量の毛細血管採集では、生理的条件から完全な閉塞までの尿量が段階的に減少していることが示される。(D) (1) 結紮径、(2) 外側尿管径、(3) 内尿管径、(4) 尿管壁厚の顕微鏡測定。アスタリスクは探索的有意レベルを示します。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。
9. 最終段階と考慮事項
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校正された結合技術により、すべての実験群で直径依存の尿流量が減少しました。合計14頭のラットで両腎臓を用いて尿流量を評価し、部分閉塞レベルあたり5つの臓器(直径0.65、0.55、0.30、0.20mm)から測定が行われました。さらに、片側にシャム治療(尿管を動員し、緩く収縮しないエアノット結びをワイヤーなしで結んだ)と、もう片側に完全閉塞(ワイヤーなしの結紮)を受けた4匹の動物も検証目的で含まれました。尿産生は、切断された尿管切断から各腎臓のガラス毛細血管に30分間の尿を採取することで定量化されました(図5C、 表1)。
0.65mmの校正ワイヤーによる部分結紮により尿流量がわずかに減少し、平均67 μLとなり、この直径が生理学的開通性を保ちつつ明確な狭窄が確立されていることを示しています。0.55mmのワイヤーによる結紮により尿産生がより顕著に減少し、平均50μLとなり、機能的に関連する部分閉塞と一致しました。残留腔を...
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本研究は、ラットの片側尿管狭窄を正中開腹術および校正された部分結紮によって誘導する再現可能な外科的手法を確立し、機能的・解剖学的に良性の人間の尿管狭窄に似た機能的・解剖学的組織の生存性を維持させた節節性尿管狭窄を実現しました。
臨床的には、尿管狭窄症は上行管閉塞および腎疾患の主要な要因であり、長期的な機能障害を引き起こし、しばしば医原性損傷、外傷、炎症後に発症します24。
開腹手術、腹腔鏡下、ロボット修復など複数の再建技術が開発されていますが、最近のレビューでは、腎盂形成術後の再発率は2.4%から19%、尿管・尿管造瘻術後は4.5%から8.3%、尿管再移植後は2.3%から11%に及び、長期的な手術成功における継続的な課題が指摘されています5.ロボット再建に関する包括的な多施設研究では、全体の狭窄再発率が約10%であり、過去の放射線治療が有意なリスク因子
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利益相反は申告されていません。具体的な資金は提供されませんでした。バーデン・ヴュルテンベルク州評議会(IACUC 35-9185.81/G-62/23)により動物利用が承認されています。
著者らは、バーデン・ヴュルテンベルク州科学・研究芸術省(MWK)およびドイツ研究財団(DFG)が助成金INST 35/1314-1 FUGGおよびINST 35/1503-1 FUGGを通じて支援しているデータ保存SDS@hdサービスを感謝いたします。さらに、著者らはドイツ・ハイデルベルクの国立腫瘍疾患センター(NCT)の体系的なポスドクプログラムおよび外科腫瘍学プログラムを通じての支援に感謝の意を表します。また、バーデン・ヴュルテンベルク州議会が承認したイノベーション・キャンパス・ヘルス+ライフサイエンス・アライアンス・ハイデルベルク・マンハイムへの国家資金による支援にも感謝します。これはアレクサンダー・シュトゥディエ・フィッシャーの構造化されたポスドクプログラム「人工知能・健康(AIH)」のプログラムであり、DKFZ、EMBL、ハイデルベルク大学、ハイデルベルク大学病院、マンハイム大学病院、中央精神衛生研究所の共同プロジェクトです。 そしてマックス・プランク医学研究所の研究機関です。さらに、マンハイム大学医療センターのDKFZヘクターがん研究所を通じての支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 非外傷性準備鉗子 | アスクラップ | FB395R | デバキー アトラウマタ 無外傷性鉗子、ストレート |
| 鈍いオーバーホルトクランプ | アスクラップ | BJ012R | ベビーミキサー準備と結紮クランプ、曲げ、180mm |
| カニューレ | BD(ベックトン、ディキンソン) | 301300 | BD マイクロランス3カニューレ 20G |
| 毛細管 | シグマ・オルドリッチ | P1174 | 微細毛細管、100 µ 校正済み;L |
| カルプロフェン | CPファーマ | 115 | カルプロフェン 0.5%(50 mg/mLを1:10で希釈した5%)(カルプロゾール&レグ) |
| コットン・ホール・スワップ | アマゾン | アシン:B0FPDB8ZGS | 非滅菌コットンホールスワップ (生存実験用のオートクレーブ) |
| 固定棒 | レギファーム | 500343896 | Y字型の金属固定棒として使われる音叉 |
| ガーゼスワップ | メドラル | アシン:B09164D1JG | 滅菌ガーゼ交換 |
| ヒーターパッド | ロイヤル・ガーディニア | IP67 | ロイヤルガーディニア ヒーティングパッド サイズS、20ワット |
| イソフルラン | ピラマル集中治療 | PZN / EAN 09714675 / 4150097146757 | 100%イソフルラン 250 mL |
| イソフルラン・ヴェポライザー | UNO ROESTVASTSTAAL BV | 180000002 | イソフルラン・ヴェポライザー |
| 等張塩化ナトリウム溶液 | B. ブラウン | アシン:B007PZJOQ4 | 0.9%塩化ナトリウム溶液 |
| ケタミン | CPファーマ | 1202 | ケタミン 10%(100 mg/mL) |
| 金属キャリブレーションワイヤー (直径0.20mm) | クォルクスマン | アシン:B0DCZBT4LW | Cr20Ni80-ニクロム金属線 (直径0.20mm) |
| 金属キャリブレーションワイヤー (直径0.30mm) | レイアー | 4006166052859 | Cr20Ni80-Nichrom金属線 (直径0.30mm) |
| 金属キャリブレーションワイヤー (直径0.55mm) | スカイプロ | UPC:792138793816 | Cr20Ni80-Nichrom金属線 (直径0.55mm) |
| 金属校正ワイヤー (直径0.65mm) | トゥイップ | アシン:B07WFWNNRM | Cr20Ni80-Nichrom金属線 (直径0.65mm) |
| メチレンブルー 0.5% | プロヴェファーム | PZN / EAN 10179678 / 4150101796787 | メチルチオニウムクロリド プロベブルー 5 mg/mL、10 mLバイアル |
| 非吸収性モノフィラメント6-0リガチュア | COVIDIEN | VP-889-X | 非吸収性ポリプロピレンによるモノフィラメント外科用縫合糸;針は抜くことができます |
| 眼科軟膏 | バイエル・ヴィタル有限会社 | 1578681 | 5%デキスパンテノール |
| プラスチック製パーフューザーチューブ | M. シリング GmbH | S702NC150 | 接続管 COEX 150 cm |
| 準備用はさみ | アスクラップ | BC177R | JAMESONプレプリファルハサミ、曲げ、ファインモデル、ブラント/ブラント、150mm(6インチ) |
| 鋼板 | 機械製造フェルト有限会社 | C010206 | 亜鉛メッキシートプレート、40 x 50 cm、厚さ4.0 mm |
| 針が一体化した注射器 | BLPRKOT | BL2509L3yici08 | 1mlシリンジ、内蔵30G針 |
| キシラジン | CPファーマ | 1206 | キシラジン 0.2%(20 mg/mLで1:10希釈した2%)(キシラベット) |
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