麻酔誘発性発達神経毒（AIDN）研究のための子豚モデルの使用：翻訳神経科学的アプローチ
2017年6月11日
麻酔誘発性発達神経毒性（AIDN）研究は、ヒトに広く適用されないげっ歯類に焦点を当てている。非ヒト霊長類モデルはより関連性が高いが、費用がかかり、実験に使用することは困難である。対照的に、仔ブタは、麻酔性神経毒性の研究に理想的な、臨床的に関連性のある実用的な動物モデルである。
この実験的手順の全体的な目標は、臨床的に関連する翻訳子豚モデルで新生児の脳に対する麻酔薬の影響を評価することです。この方法は、毒性がどのように発生するか、そのような毒性に伴う発達変化など、麻酔誘発性神経毒性の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、実験を通じて生理学的恒常性が維持される麻酔誘発性発生神経毒性の研究に翻訳的に関連性のある動物モデルを提供することです。
麻酔導入中および処置全体を通して、パルスオキシメトリー、非侵襲的血圧、心電図、および体温を監視します。この手順で最も重要なステップは、生理学的恒常性の維持です。これには、モニタリング、温度管理、人工呼吸器、血液化学分析が含まれます。
子豚を手術用に準備するには、まず24ゲージの末梢静脈カテーテルを辺縁耳静脈に配置します。子豚を加熱された強制空気で温めます。直腸体温計を使用して温度を監視し、等張液を含むデキストロースを維持速度で継続的に注入します。.
次に、子豚を背側横臥位にして気管挿管を行います。次に、挿管中のけいれんを防ぐために声帯に0.5ミリリットルの2%リドカインをスプレーし、その後、3ミリメートルのカフ付き気管チューブを気管に進めます。チューブを固定し、聴診器による胸部聴診を使用して両側の呼吸音を確認し、持続的な呼気終末二酸化炭素を確認します。
次に、眼科用軟膏を目に塗ります。手術を開始する直前に、末梢静脈ラインを介して広域抗生物質を投与し、手術部位の感染を防ぎます。次に、クロルヘキシジンを含む少なくとも2つのスクラブを使用して両方の鼠径部を滅菌し、適切な滅菌フィールドを確保します。
手術スタッフに帽子、マスク、手袋、目の保護具を着用してもらいます。次に、動物をドレープします。まず、鼠径部のしわで大腿骨の脈拍を触診します。
次に、メスを使用して、表面的な1.5センチメートルの頭蓋尾切開を行います。次に、グラシリス筋の2つの頭の間で鈍い解剖を行います。次に、大腿神経血管束を見つけます。
通常、2つの筋肉の間にあります。次に、血管ループまたはシルクタイを使用して、近位端と遠位端で動脈を分離します。次に、近位端のループを使用して、動脈を遠位の皮膚の高さまで引き上げ、近位タイに牽引力をかけて血流を遮断します。
牽引力を維持しながら、腱切開用ハサミを使用して小さな動脈切開を行います。次に、カテーテルまたはポリエチレンチューブを直接血管内に進めます。血液の戻りはすぐに観察されるべきです。.
次に、圧力トランスデューサーに接続されたカテーテルをすぐに取り付けて固定します。次に、完了した切開部を滅菌ガーゼで覆い、カテーテルを通常の生理食塩水で洗い流します。麻酔薬への曝露中、子豚のバイタルサインを監視します。.
低血圧、不整脈、低体温または高体温、または低酸素症を示す可能性のある摂動を探します。実験中に少なくとも1時間に1回は、大腿動脈カテーテルから動脈血サンプルを採取します。次に、自動分析システムを使用して、サンプルから血液値を収集します。
十分な麻酔薬を投与した後、大腿動脈カテーテルを取り外し、近位血管の絹糸を慎重に結んで大腿動脈を永久に閉塞し、出血を防ぎます。次に、感染を防ぐために、10〜20ミリリットルの生理食塩水で切開部を洗浄します。完全な止血が確認されたら、3-0シルク縫合糸を使用して、単純な中断パターンで切開部を閉じます。
次に、痛みをコントロールするためにブピバカインとエピネフリンを傷口に浸透させます。次に、切開部を滅菌外科用皮膚接着剤でコーティングし、麻酔薬を中止して子豚を目覚めさせます。40頭の雄子豚を研究しました。
対照群と実験群の間では、年齢や体重に関して有意差は認められなかった。全員が手術中に包括的に監視され、全員がそれに十分に耐えました。イソフルラン群での実験中の平均実験室値は、手順の内部一貫性と再現性を示しています。
一貫性は、異なるオペレーターからプールされたデータを使用して、2年間のスパンで観察されました。このビデオを見れば、生理学的に適切なトランスレーショナルブタブタモデルを使用して、ほぼすべての前臨床小児研究の質問に答える方法について十分に理解できるはずです。麻酔薬の使用は危険である可能性があり、この手順を実行するときは、適切な麻酔ガスの清掃などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。
概要
本研究では、臨床的に関連性の高い子豚モデルを用い、麻酔薬が新生児の脳に及ぼす影響を調査します。本研究の目的は、麻酔誘発性の発達神経毒性と、それが小児麻酔に与える影響を解明することです。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 発生生物学
- 麻酔科学
背景
- 麻酔誘発性の神経毒性に関する先行研究は、主にげっ歯類モデルに焦点を当ててきました。
- 非ヒト霊長類モデルは有用ですが、高コストであり、使用が困難です。
- 子豚は、麻酔による神経毒性を研究するための実用的かつ臨床的に関連性の高いモデルとなります。
- 実験中の生理学的恒常性の維持は極めて重要です。
研究目的
- 麻酔薬が新生児の脳に及ぼす影響を評価すること。
- 毒性のメカニズムおよびそれに伴う発達上の変化を調査すること。
- 前臨床小児研究のための信頼性の高いモデルを確立すること。
使用された手法
- パルスオキシメトリ、血圧、体温を含むバイタルサインのモニタリング。
- 子豚への麻酔導入および手術の実施。
- 実験中の分析用動脈血サンプルの採取。
- 処置全般における生理学的恒常性の維持。
主な結果
- 40頭の雄の子豚を対象に検討し、群間に年齢または体重の有意な差は認められなかった。
- すべての被験個体において処置は良好に耐えられ、本モデルの信頼性が実証された。
- データは2年間にわたり内部一貫性と再現性を示した。
- モニタリングの結果、麻酔曝露中に有意な副作用は認められなかった。
結論
- 子豚モデルは、麻酔誘発性の発達神経毒性を研究する上で有効です。
- これらの知見は、小児麻酔の安全性に関する理解に寄与します。
- 今後の研究では、このモデルを活用して、この分野における重要な課題に取り組むことができます。
よくある質問
業界における重要性
子豚モデルは、麻酔薬誘発性の発達神経毒性を評価するための翻訳的に関連性の高いシステムを提供し、小児における前臨床安全性評価の重要なギャップを埋めるものです。実験を通じて生理学的恒常性を維持することで、このモデルは、発達中の脳に対する麻酔薬の影響に関する信頼性の高いメカニズム的な解析を可能にします。これにより、神経発達の結果に関連する生物学的パスウェイを明らかにすることで、初期創薬における予測的なリスク低減を支援し、中枢神経系（CNS）活性化合物のパイプラインにおけるgo/no-go判断に有用な情報を提供します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- 科学的価値：発達段階的に適切なシステムにおいて、麻酔薬の神経毒性メカニズムに関する治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値：実験群全体で生理学的パラメータを一貫してモニタリングすることで、機能的なターゲット検証をサポートする。
- 予測的価値：麻酔曝露に対するヒトに関連した神経発達応答をモデル化することで、ターゲット選択の信頼性を高める。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 動脈血サンプリングおよびバイタルサインモニタリングを用いた、ダウンストリームアッセイ標準化のための検証済み生物学的システムを構築します。
- 運用的価値： 標準化された大腿動脈カテーテル挿入および血行動態安定化プロトコルにより、アッセイの再現性を確保します。
- 拡張性： 複数年にわたる実施および複数の操作者による一貫した手順の実行により、異なる麻酔薬間でのプラットフォームの再利用を容易にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値：ヒトの新生児期の生理機能および発達タイムラインを反映させることで、疾患に関連したシステムのアライメントを提供します。
- 運用の価値：一貫した麻酔への曝露および回復プロトコルを通じて、創薬から前臨床検証までのトランスレーショナルな連続性を可能にします。
- リスク軽減：創薬の初期段階で神経発達のシグナルを特定することにより、リスクを調整した推進上の意思決定をサポートします。
パイプラインおよびワークフローの統合
本手法は、生理的に安定した新生児モデルにおいて麻酔化合物の仮説検証を可能にすることで、初期の探索ワークフローに組み込まれ、メカニズム的なリスク低減を通じてリード化合物の同定を直接的に支援します。
- 探索生物学：麻酔曝露中のホメオスタシス状態を維持することで、化合物特有の効果を分離し、パスウェイの解明と生物学的リスク軽減を支援します。
- スクリーニング：信頼性の高い血管アクセスとリアルタイムのバイタルサインモニタリングにより、アッセイへの準備を整え、化合物の定量的な評価を可能にします。
- 分析：動脈血化学、温度、血行動態データなどの測定可能な出力を生成し、異なる条件下での比較を実現します。
- トランスレーショナルリサーチ：臨床的な術後ケアを反映した回復プロトコルおよび創傷管理を通じて、前臨床段階からの連続性を確保します。
- 企業での再利用：手技の一貫性とオペレーターに依存しない再現性により、CNS安全性評価のための再利用可能な能力を確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値： 神経発達経路におけるメカニズムの曖昧さを軽減することで、ターゲットバリデーションにおける予測信頼性を向上させる。
- 運用の価値： プロトコル化されたモニタリング、温度管理、および採血による標準化と再現性の確保。
- 戦略的価値： 小児麻酔薬開発における後期段階の生物学的リスクを低減し、go/no-go判断を改善する。
- ポートフォリオへの影響： 翻訳可能なモデルから得られた神経発達安全性プロファイルに基づき、リスク調整後の化合物優先順位付けを行う。
実施上の留意点
- 血管アクセスおよび挿管における小児麻酔科および新生児外科的手技の専門知識が必要です。
- 動脈圧変換、血液ガス分析、および体温調節のための計装設備に依存します。
- データの完全性を確保するために、モニタリングプロトコルおよび麻酔ガス排気システムのチーム間標準化が必要です。
- 子豚の神経発達タイムラインをヒト乳幼児に外挿する際の適応上の検討事項が含まれます。
- 長期の麻酔曝露中に生理学的安定性を維持するための、無菌的な手術施設および熟練した人員の必要性によって制限されます。
