本プロトコルでは、ラットにおける皮膚瘻(cutaneous vesicostomy)の作成および術後の創傷管理に関する標準的な手法を提供し、前臨床的な脊髄損傷研究において持続的な低圧尿路ドレナージを可能にします。
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方法論記事
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本プロトコルでは、ラットにおける皮膚瘻(cutaneous vesicostomy)の作成および術後の創傷管理に関する標準的な手法を提供し、前臨床的な脊髄損傷研究において持続的な低圧尿路ドレナージを可能にします。
ラットは、脊髄損傷(SCI)に起因する神経原性下部尿路機能不全(nLUTD)に関する前臨床研究の主要な動物モデルです。ラットは解剖学的および機能的にヒトと類似しているため、SCIに伴う主要な病理学的結果を忠実に再現します。しかし、重要なトランスレーショナルギャップが依然として存在します。ヒトにおける標準的な膀胱管理は通常、持続的または間欠的なカテーテル留置に依存していますが、齧歯類で同様のアプローチを行うことは困難です。一般的な手動による膀胱圧搾は、極めて高い膀胱内圧を発生させ、それがSCI後の病理的な膀胱リモデリングを独立して促進することで、手法上のバイアスを導入する可能性があります。本プロトコルでは、前臨床SCI研究において持続的な低圧尿路ドレナージを確立するための、ラットにおける皮膚膀胱瘻造設術および術後の創傷管理について記述します。皮膚膀胱瘻造設術とは、膀胱頂部と下腹壁の間にストーマを外科的に作成することであり、これにより持続的な尿ドレナージが可能となり、低抵抗の排尿経路を維持して尿道をバイパスできます。これにより、過度な尿貯留と高膀胱内圧を回避することができ、正常な貯尿および保持機能は消失することを認めつつも、受傷後早期に恥骨上または経尿道的な尿路転換を用いて臨床的に行われる持続的低圧減圧の概念に近づけることができます。その結果、反復的な過充満や高圧の手動膀胱圧搾によって遮られていた可能性のある治療効果を、より容易に検出できる可能性があります。さらに、膀胱瘻造設術は、前臨床SCI研究における性別に関連した制約を緩和するための概念的な戦略を提供します。オスの齧歯類は尿道長がかなり長く、流出抵抗が高いため、手動による膀胱圧搾が実質的に困難であり、臨床的なSCI症例では男性患者が大多数であるにもかかわらず、ほとんどの前臨床研究がメスに限定されてきました。代替的なドレナージ戦略として、膀胱瘻造設術は実験的な膀胱管理パラダイムを広げ、将来の研究のトランスレーショナルな関連性を高める可能性を秘めています。なお、オスラットにおける実現可能性と結果については、今後の専用の追跡研究で確立する必要があります。
健康な膀胱機能は、膀胱筋と尿道括約筋の協調的な機能に基づいています。これは、脳、中枢神経系(CNS)、および末梢神経系(PNS)を含む複雑な神経ネットワークを通じて達成され、これにより下部尿路(LUT)の意識的な制御が可能になります1,2。これらのメカニズムの複雑さと、そのスイッチのような回路構成3により、膀胱機能は広範な損傷や疾患の影響を受けやすくなっています。したがって、脊髄損傷(SCI)後、ほぼすべての患者において膀胱の感覚および制御機能の障害が生じます4,5。神経因性膀胱という用語は、損傷の特性に応じて、尿の貯留および/または排出に影響を及ぼす幅広い機能障害を包含しています。特に、仙骨上部での損傷は、括約筋の過活動を伴う排尿筋の過活動を引き起こし、多くの場合、両者の協調性の喪失(排尿筋-括約筋不協調、DSDと呼ばれる)を伴い、その結果、過剰な尿貯留と高い膀胱内圧を招きます6,7。これはLUTに深刻な損傷を与え、上部尿路(UUT)の完全性を脅かし、未治療のまま放置されると生命を脅かす合併症を引き起こす可能性があります8。カテーテルによる間欠的または持続的な尿路ドレナージは、SCI後の人間における現在の膀胱管理の標準であり、安全で圧力をかけない処置を通じて膀胱の過充満を防止します9,10,11,12。
脊髄損傷(SCI)に対する有効な治療法が現在存在せず、それに伴う神経性下部尿路機能不全(nLUTD)の管理が主に対症療法に留まっているため、新たな治療戦略の開発は主要な研究優先事項となっています。動物モデルを用いることで、標準化された実験条件下で優れた群内均質性を確保しつつ、ヒトに匹敵する複雑さで疾患メカニズムを調査することが可能です13。これらのモデルの中でラットは主要な前臨床モデルであり、SCI研究の大部分はこの種を用いて行われています14,15。この傾向は、ラットがヒトと解剖学的および機能的に類似していること、病理学的反応が再現可能であること、そして広く利用可能であることに起因しています。それにもかかわらず、げっ歯類モデルから得られた膀胱関連の知見の解釈や臨床的妥当性を制限し得る、重要なトランスレーショナルギャップが依然として存在しています。
ラットは脊髄損傷(SCI)後にヒトで見られる主要な特徴に類似した神経因性下部尿路機能不全(nLUTD)を発症しますが、膀胱管理の方法は種間で大きく異なります。ラットでは間欠的カテーテル留置やその他の永久的な尿路排出法が一般的に困難であるため、尿の排出は通常、手動による膀胱圧迫によって行われます16。この手法は、臨床現場では一般的に推奨されていない クレデ法(Credé maneuver)17に類似しており、膀胱内圧を著しく上昇させます。その結果、SCI後の病的な膀胱リモデリングを独立して促進することで、手法上のバイアスが生じ、実験結果のトランスレーショナルな妥当性が低下したり、真の治療効果が不鮮明になったりする可能性があります。さらに、性別による解剖学的相違という制限もあります。雄のげっ歯類は尿道がかなり長いため流出抵抗が高くなり、手動での膀胱圧迫が実質的に困難となるため、ほとんどの前臨床SCI研究は実質的に雌の動物に限定されています14。臨床的なSCI症例の大部分が男性であること18,19を考慮すると、この乖離は、ラットを用いた前臨床SCIモデルにおける代替的な膀胱管理戦略の必要性をさらに強調しています。
皮膚瘻孔造設術(cutaneous vesicostomy)とは、膀胱頂部を皮膚まで引き出し、縫合して固定することで、膀胱と下腹壁の間にストーマを外科的に作成する術式です。これにより、尿道をバイパスし、低圧の排尿経路を維持しながら連続的な尿ドレナージが可能になります。主に複雑な疾患を持つ小児や、従来のドレナージ法が不適切な場合に用いられ、メンテナンスの手間が少なく合併症率も低いため、信頼性の高い尿路転換術を提供します20,21,22。臨床応用以外に、齧歯類モデルにおいても膀胱瘻造設術が成功していますが23,24,25,26、脊髄損傷(SCI)の文脈では行われていません。
最近の研究16において、我々は前臨床SCIモデルにおける手動膀胱排出に伴うトランスレーショナルな限界に取り組み、ラットにおける膀胱造設術と、長期的なフォローアップを可能にする術後の創傷管理レジメンを導入しました。これら2つの膀胱管理アプローチを直接比較したところ、手動膀胱排出後にはより顕著な膀胱の構造的変化が認められた一方で、膀胱造設術を施した個体では、いくつかのパラメータにおいて健康な対照群に近い値を示しました。特に、膀胱壁の厚さは、健康なラットの平均 768.26 µm (SD 28.05) から、手動膀胱排出を伴うSCIの2ヶ月後には 1181.94 µm (SD 289.56) に増加し、個体によっては最大 1485 µm に達しました。対照的に、膀胱造設術で管理されたラットの平均膀胱壁厚は 963.08 µm (SD 68.82) であり、1000 µm を超えた個体はわずか1匹のみでした。
本研究では、前臨床のSCI研究において再現性のある持続的な低圧尿路ドレナージを可能にするため、周術期ケアおよび術後の創傷管理を含む、ラットにおける膀胱造設術の標準化プロトコルを提供します。本プロトコルは、手動による高圧の膀胱圧迫が手法的なバイアスをもたらす可能性のある研究や、雄動物の導入が望ましい研究において、本手法の再現を容易にし、その適合性を判断する研究者を支援することを目的としています。本プロジェクトの目的は、SCIラットに対する標準化された膀胱造設プロトコルを確立し、2ヶ月間のフォローアップ期間を通じてその実現可能性と安全性を評価することでした。さらに、皮膚関連の合併症を最小限に抑え、定期的なキャリブレーションによってストーマの開通性を維持するために、標準化された術後創傷管理レジメンを適用しました。
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本研究では、生後3ヶ月の雌のLewisラットを使用した。本プロトコルは、主にSCI後の手動による膀胱排尿を避けるために開発されたものであるが、挫傷SCIの手順の詳細についてはここでは省略し、既報の通りとする。すべての処置は、オーストリア政府の動物研究法的事務所(BMWFW-2022-0.062.928およびBMWFW-2023-0.848.340)の承認を得ており、動物使用に関する地域のガイドラインおよびARRIVEガイドラインに従って実施された。全体として、膀胱ろう造設の手順には約15分を要する。
1. 術前準備
2. 動物の準備
| 体重 (g) | メデトミジン (1 mg/mL), mL | ミダゾラム (5 mg/mL), mL | フェンタニル (0.05 mg/mL), mL | 総量 (mL) |
| 100 | 0.015 | 0.04 | 0.010 | 0.065 |
| 125 | 0.019 | 0.05 | 0.013 | 0.082 |
| 150 | 0.023 | 0.06 | 0.015 | 0.098 |
| 175 | 0.026 | 0.07 | 0.018 | 0.114 |
| 200 | 0.030 | 0.08 | 0.020 | 0.130 |
| 225 | 0.034 | 0.09 | 0.023 | 0.147 |
| 250 | 0.037 | 0.10 | 0.025 | 0.163 |
| 275 | 0.041 | 0.11 | 0.028 | 0.179 |
| 300 | 0.045 | 0.12 | 0.030 | 0.195 |
| 325 | 0.049 | 0.13 | 0.033 | 0.212 |
| 350 | 0.052 | 0.14 | 0.035 | 0.227 |
| 375 | 0.056 | 0.15 | 0.038 | 0.244 |
| 400 | 0.060 | 0.16 | 0.040 | 0.260 |
| 425 | 0.063 | 0.17 | 0.043 | 0.276 |
| 450 | 0.067 | 0.18 | 0.045 | 0.292 |
| 475 | 0.071 | 0.19 | 0.048 | 0.309 |
| 500 | 0.074 | 0.20 | 0.051 | 0.325 |
| 525 | 0.078 | 0.21 | 0.053 | 0.341 |
| 550 | 0.082 | 0.22 | 0.055 | 0.357 |
| 575 | 0.086 | 0.23 | 0.058 | 0.374 |
| 600 | 0.089 | 0.24 | 0.060 | 0.389 |
表1:ラットの筋肉内麻酔投与量。体重100–600 gのラット用筋肉内麻酔混合液の調製に必要なmedetomidine (1 mg/mL)、midazolam (5 mg/mL)、およびfentanyl (0.05 mg/mL)の量。総注入量は、各薬剤量の合計を示す。
3. 膀胱の調製
4. 経尿道カテーテルの留置
5. 膀胱の配置
6. 膀胱腟造設術
7. キャリブレーションと創傷被覆

図1. 手術直後および治癒後の膀胱口造設術の代表的な外観。手術直後の膀胱口造設部位および創傷被覆材(DPI 0:左)と、56日間(2か月)の追跡期間終了直前の治癒後(DPI 53:右)の代表的な画像。挿入図は、手術直後の膀胱口造設部位の高倍率像である。スケールバー = 1 cm(全景画像)および 2 mm(挿入図)。こちらのリンクをクリックして、この図の拡大版を表示してください。
8. アンタゴニズム
| 体重 (g) | Atipamezole (5 mg/mL), mL | Flumazenil (0.1 mg/mL), mL | 合計量 (mL) |
| 100 | 0.015 | 0.20 | 0.215 |
| 125 | 0.019 | 0.25 | 0.269 |
| 150 | 0.023 | 0.30 | 0.323 |
| 175 | 0.026 | 0.35 | 0.376 |
| 200 | 0.030 | 0.40 | 0.430 |
| 225 | 0.034 | 0.45 | 0.484 |
| 250 | 0.037 | 0.50 | 0.537 |
| 275 | 0.041 | 0.55 | 0.591 |
| 300 | 0.045 | 0.60 | 0.645 |
| 325 | 0.049 | 0.65 | 0.699 |
| 350 | 0.052 | 0.70 | 0.752 |
| 375 | 0.056 | 0.75 | 0.806 |
| 400 | 0.060 | 0.80 | 0.860 |
| 425 | 0.063 | 0.85 | 0.913 |
| 450 | 0.067 | 0.90 | 0.967 |
| 475 | 0.071 | 0.95 | 1.021 |
| 500 | 0.074 | 1.00 | 1.074 |
| 525 | 0.078 | 1.05 | 1.128 |
| 550 | 0.082 | 1.10 | 1.182 |
| 575 | 0.086 | 1.15 | 1.236 |
| 600 | 0.089 | 1.20 | 1.289 |
表2:ラットにおける皮下麻酔拮抗剤の投与量体重100–600 gのラット用皮下麻酔拮抗剤混合液を調製するために必要なatipamezole (5 mg/mL)およびflumazenil (0.1 mg/mL)の量。総注入量は、各薬剤量の合計を示します。
9. 廃棄物処理
10. 術後管理

図 2. フォローアップ期間中の術後創傷治癒および膀胱造設術キャリブレーション。(A) 7週間のフォローアップ期間中における膀胱造設部位の創傷スコア。(B) 創傷スコア1~4の代表的な画像。正常な創傷外観から潰瘍形成への進行を示している。あらかじめ定義された研究基準に従い、皮膚に開放性病変がある動物は除外した。スケールバー = 5 mm。(C) フォローアップ期間中にCharrièreで測定した膀胱造設術のキャリブレーションサイズ。パネルAおよびCのデータは平均値 ± 標準偏差 (SD) として提示している。ここをクリックして、この図の拡大版を表示してください。
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計18匹のラットに膀胱尿路造設術を施行した。本手法を確立するため、まずSCIを伴わない6匹の動物に処置を行い、基本的な安全性と実現可能性を検証し、健康な動物における術後管理を評価した。続いて、12匹の動物に対し、T8/T9椎体レベルでの胸部挫傷SCIと併せて膀胱尿路造設術を施行した。このうち6匹を、SCI動物のための術後創傷管理プロトコルのさらなる改良に使用した。得られたレジメンを、概念実証として第2コホートの6匹の動物に適用した。全身状態を、胸部挫傷SCIのみを受けた動物と比較した(表3)。
| 群 | 個体数 (n) | 膀胱造設術 | SCI |
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本プロトコルでは、脊髄損傷(SCI)後の持続的な低圧尿路ドレナージの手法として、げっ歯類における膀胱ろう術の詳細な記述を初めて提供します。手術手技の解説に加え、長期にわたる成功的なフォローアップを実現するために極めて重要であることが証明された、包括的な術後の創傷管理プロトコルを提供します。ラットは小型動物モデルであり、また、混乱要因を制限し創傷治癒を促進するために膀胱の開口部を最小限に抑えることが目的であるため、拡大鏡(2.5–3.5× (倍率)または手術用顕微鏡の使用が非常に有用であった。膀胱造設孔のサイズを直接比較(3 mm 対 5 mm)したところ、我々の手技においては切開口が小さい方が優れていることが裏付けられた。この低侵襲的なアプローチが技術的に困難な場合は、腹壁切開のサイズを大きくすることでアクセスが容易になる可能性がある。ただし、膀胱を縫合する前に、最適な膀胱造設孔の寸法にするため、腹壁切開を再び3 mmまで縮小させる必要がある。さらに、本アプローチは膀胱造設孔を高位に作成するように設計されており、これにより部分的な膀胱リザーバー機能(追跡期間を通じて91.84%の症例で観察)と、尿管が関与した状態での制御可能な...
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著者らは、利益相反がないことを宣言します。
著者らは、創傷管理プロトコルの最適化に不可欠な貢献をいただいた創傷ケア専門家のGerlinde Wiesinger氏に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.9% 塩化ナトリウム溶液 | Fresenius Kabi、オーストリア、グラーツ | — | 滅菌生理食塩水 |
| 20G皮下注射針 | Servoprax, ウェーゼル, ドイツ | 参照 L1 0201 | ステンレス鋼線の留置に使用 |
| 24G末梢静脈カテーテル | B. Braun、ゼンパッハ、スイス | 参照番号 4254074B | 経尿道カテーテル(スタイレットなし)として使用 |
| 27G皮下注射針 | B. Braun, メルズンゲン, ドイツ | 参照 4657705 | 注入に使用 |
| 6-0 コーティング済み Vicryl 縫合糸 | Ethicon、プエルトリコ、米国 | 参照 V134H | 膀胱の固定に使用 |
| Actimaris Wound Irrigation Solution forte 創傷洗浄液 | ActiMaris、アッペンツェル、スイス | 参照 30350 | 0.2%次亜塩素酸ナトリウム溶液 |
| Actimaris Wound Irrigation Solution sensitive(低刺激性創傷洗浄液) | ActiMaris, アッペンツェル, スイス | 参照 30300 | 0.04%次亜塩素酸ナトリウム溶液 |
| アチパメゾール (Antisedan 5 mg/mL) | Orion Pharma、フィンランド、エスポー | カタログ番号なし | 麻酔薬拮抗薬 |
| 膀胱キャリブレーションスティック (6–11 チャリè再) | 製造元情報なし | カタログ番号は利用不可 | 膀胱口形成術のキャリブレーションに使用 |
| 炭素鋼メス刃 11番 | Aesculap, ドイツ連邦共和国トゥットリンゲン | 参照 BB511 | メス刃 |
| デクスパンテノール眼軟膏 (2%) | Fresenius Kabi、オーストリア、グラーツ | 参照 RA4302436 | 眼軟膏 |
| エンロフロキサシン(Baytril 25 mg/mL) | Elanco、ドイツ、モンハイム | カタログ番号なし | 抗生物質 |
| 雌のLewisラット(12週齢) | Charles River Laboratories、ドイツ、ズルツフェルト | — | 実験動物 |
| フェンタニル(50 µg/mL) | hameln pharma, ドイツ、ハーメルン | カタログ番号はありません | 麻酔薬 |
| フルマゼニル (0.1 mg/mL) | Fresenius Kabi、グラーツ、オーストリア | カタログ番号なし | 麻酔薬拮抗薬 |
| 加熱パッド | Lenric、リトルハンプトン、英国 | カタログ番号はありません | 体温を維持するために使用される |
| 有鉤(アドソン)鉗子 | Fine Science Tools, ドイツ、ハイデルベルク | 11019-12 | 組織の取り扱い |
| 曲針マイクロ鉗子 | Medicon, ドイツ、トゥットリンゲン | 13.71.62 | 顕微鏡下手術用鉗子 |
| 持続性メロキシカム(Metacam 5 mg/mL) | Boehringer Ingelheim、ドイツ、インゲルハイム・アム・ライン | カタログ番号はありません | 鎮痛剤 |
| 潤滑剤ゲル(Cathejell C) | Montavit, Absam, オーストリア | カタログ番号なし | 経尿道カテーテル挿入および膀胱瘻の拡張に使用 |
| メデトミジン (Sedator 1 mg/mL) | Dechra、ドイツ、アウレンドルフ | カタログ番号はありません | 麻酔薬 |
| 顕微鏡または手術用拡大鏡(2.5–3.5×) | Evident Europe GmbH、オーストリア、ウィーン | Olympus SZ61 | 顕微鏡下手術で使用される |
| マイクロ鋏(ボン鋏) | Fine Science Tools、ドイツ、ハイデルベルク | 14084-08 | マイクロサージャリー用鋏 |
| 蚊の止血メカニズム | Fine Science Tools, ドイツ、ハイデルベルク | 13009-12 | ステイスチャーの固定に使用される |
| 油性保湿保護膜 | パニン、ロヴィーゴ、イタリア | カタログ番号なし | 術後の皮膚保護 |
| ポビドンヨード溶液 (7.5%) | B. Braun、ドイツ、メルスングン | カタログ番号なし | 皮膚消毒剤 |
| 3番メスハンドル | Fine Science Tools, ドイツ、ハイデルベルク | 10003-12 | 11番メス刃に対応 |
| 小型鋸歯付きピンセット | Fine Science Tools, ドイツ、ハイデルベルク | 11050-10 | 尿道周囲皮膚の操作に使用 |
| ステンレス鋼線 | Vömel, ドイツ、クロンベルク | カタログ番号なし | 保護用ワイヤー縫合に使用 |
| シリンジ、1 mL | Becton Dickinson、オーストリア、ウィーン | 参照 303172 | 麻酔薬および拮抗薬の投与に使用 |
| 局所皮膚用接着剤 | Ethicon, プエルトリコ, 米国 | 参照 AHVM12 | 皮膚用接着剤 |
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