70%部分肝切除術とアセトアミノフェンを組み合わせた急性肝不全ラットモデルの生成
2019年11月27日
現在の研究で開発された急性肝不全動物モデルは、潜在的な治療法の研究のための実行可能な代替手段を提示します。現在のモデルは物理的および薬物誘発性肝障害の結合効果を採用し、新しい療法の可能性を研究するために適切な時間枠を提供する。
急性肝不全またはALFは、一般的に健康な肝臓における肝臓損傷の急速な発達として定義され、その主要な機能の重篤な障害を伴う。異所性肝移植は、ほとんどの症例で唯一利用可能な治療法である。しかし、肝臓ドナーの不足のために、ALF患者の死亡率は非常に高い。
代替治療アプローチの可能性を研究し、ALFの病態生理学をよりよく理解するために、疾患の動物モデルが採用されている。ALFモデルの多くは、アセトアミノフェン、四塩化炭素、コンカナバリンA、リポ多糖、D-ガラクトサミンおよびチオアセトアミドの肝毒性作用に基づいている。しかし、再現性や可逆性が悪い、他の重要な臓器への毒性、ヒト疾患の病理や種の変動の反映が悪いなど、いくつかの欠点があります。
したがって、再現性があり、治療介入の効果を研究するのに十分な時間間隔を可能にする、より良いモデルシステムが必要です。現在の研究では、ラットのALFモデルは、部分的な肝切除術とアセトアミノフェン肝毒性の効果を組み合わせることによって作成されています。肝臓の中央値および左横葉は、70%の肝臓質量を切除するために除去され、さらに、アセトアミノフェンがALFを引き起こすために与えられる。
このモデルにおけるALFの開発は、生化学的および組織学的分析と肝臓損傷の可逆性を特徴とし、同種性健常ラット肝細胞の移植によって確認された。体重が180〜250グラムの範囲内にあるウィスターラットが現在の研究で使用された。以下のステップは、ラットにおけるALFの誘導のための外科的処置を説明する。
動物は、腹腔内にケタミンキシラジン混合物を注入することによって麻酔を行う。完全麻酔は動物のつまみで確認され、ペダル反射がない場合にのみさらなる手順が行われる。角膜乾燥を防ぐために、両方の目にカルボキシメチルセルロースベースの目滴が適用されます。
動物は白いテープを使用して外科用板に拘束される。髪は電気クリッパーを使用して右上腹部の外科領域から取り除かれます。70%エタノールとポビトンヨウ素の3つの交互スクラブで、円形の動きで滅菌綿パッドを使用して外科部位を消毒する。
切断される皮膚は、胸骨のすぐ下に、西フォイドに垂直で胸部に平行にマークされています。約3センチメートル、1センチの開口部を有する滅菌ドレープシートは、マークされた皮膚の上に配置される。約2〜3センチメートルの横断切開は、メスの助けを借りてマークされた線に沿って行われます。
切開部付近の下層筋層を有する皮膚の付着は、滅菌湿潤した綿の先端によって穏やかに除去される。次に、横切りは、xiphoidプロセスのすぐ下の腹膜層を通して行われます。肝臓の左葉は、2つの生理的湿潤した綿の先端の助けを借りて胸郭に穏やかな圧力を与えることによって露出される。
無菌ナイロン糸ループは、露出した肝臓の葉の周りに滑り込む。ループは慎重にマイクロ解剖鉗子または綿棒の助けを借りて葉の基部に取られる。マイクロサージャリー針ホルダーとマイクロ鉗子の助けを借りて、ループの両端は結ばされ、結び目を可能な限りローブの基部の近くに置きます。
これは、血管を収縮させ、肝臓の葉が除去された後の出血を軽減するためである。2 つの追加の結び目は反対側に結ばれています。結ばれたローブは、虚血性の切り株を残すマイクロサージャスを使用して結び目のすぐ上に切断されます。
同様に、肝臓の中央値葉は綿の先端を使用して持ち上げられる。肝臓の中型葉の独特な形を認識する。ローブの上にナイロン糸ループを置き、しっかりとその端を結びます。
2つの追加の結び目が反対側に結ばれ、ローブを分け替える。ローブを除去した後、腹葉は、吸収性のcatgutクロミック4/0吸収性縫合糸を使用して縫合され、続いて皮膚は単純な縫合糸を中断して縫合する。皮膚閉鎖後、ポビドネヨウ素溶液が外科部位の周囲に適用される。
ドレープシートを取り外し、動物を手術台から取り除きます。5%グルコース溶液の1mlで12ミリグラムのセフォタキシムの抗生物質用量は、術後感染のリスクからそれを保護するために動物に腹腔内投与される。手術後の疼痛軽減のために、鎮痛性メロキシカムは、典型的には1kg体重当たり1mgが動物に皮下に与えられ、その後2日間毎日用量が投与される。
動物は暖かい回復ケージに移動されます。動物は30〜40分以内に意識し、動き始めます。手術した動物は、外科的創傷が完全に治癒するまで隔離され、3〜4日かかる場合があります。
ALFを誘導するために、アセトアミノフェンの体重当たり750ミリグラムおよびメロキシカムの第2の用量は、部分的な肝切除術後24時間腹腔内に注入される。この用量レジメンは、24時間後に繰り返される。ALFの誘導後、動物の生存率は著しく低下することが分かった。
ALFの開発を特徴付けるために、操作動物はアセトアミノフェンの2回目の投与後に安楽死させ、様々な生化学的および組織学的研究が行われた。結果はビデオで先に説明されています。ALF誘導群における生存率は、アセトアミノフェンの2回目の投与の24時間以内に80%まで著しく減少し、最大80%の死亡率が観察された。
肝臓の損傷は、ALF誘導群において形態学的レベルで明らかであり、わずか70%分肝切除グループであった。対照群および唯一のアセトアミノフェン処置群は健康な外観を有していた。アラニンアミノトランスレポラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスファーゼおよびアルカリホスファターゼの酵素レベルは、他の群と比較してALF誘導群において高く上昇することが判明した。
qPCRによる遺伝子発現プロファイルの分析は、アポトーシス、炎症および肝臓損傷の進行に関与する遺伝子の発現の上昇を示した。肝組織切片のヘマトキシリンおよびエオシン染色は、対照群において主に正常な肝細胞を明らかにした。ALF群では、主に中程度のマクロ小胞性脂肪変性が観察された。
プロトロンビン時間および国際正規化比はALF誘導群において上昇することが判明し、血液凝固過程の妨げを示す。生存率は、同系の健常性ラット肝細胞の移植後にALF誘導群で回復することが判明した。アラニンアミノトランスレポラーゼ、アスパラギン酸アミノトランスファーゼおよびアルカリホスファターゼの血清レベルは、細胞移植後のALF誘導動物において回復することが明らかになった。
ラットでALFを誘導するこの方法は再現性があり、良好な可逆性を示し、新しい治療法をテストするのに適した時間枠を提供する。したがって、このモデルは、ALFを治療するための潜在的な治療アプローチの評価のための効率的な疾患モデルとして役立つことができる。
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概要
この研究で開発された急性肝不全の動物モデルは、潜在的な治療法を調査するための実行可能な代替案を提供します。このモデルは物理的および薬物誘発性肝障害を組み合わせ、新しい治療アプローチを評価するための適切な時間枠を提供します。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 生物学
- 肝臓学
背景
- 急性肝不全（ALF）は、それまで健康だった個人における急速な肝障害によって特徴づけられます。
- 肝移植が主要な治療法ですが、ドナー不足により高い死亡率につながります。
- 既存の動物モデルには、再現性の低さや他の器官への毒性など、限界があります。
- ALFの病態生理を理解することは、代替療法を開発するために重要です。
研究目的
- ALFを研究するための新しい動物モデルを開発すること。
- 新しい治療アプローチの有効性を評価すること。
- 既存のALFモデルの限界に対処すること。
使用された方法
- 物理的および薬物誘発性肝障害の組み合わせ。
- 定義された時間ウィンドウ内での肝機能の評価。
- 開発されたモデルにおける潜在的な治療法の評価。
- 既存のALFモデルとの比較。
主要な結果
- 新しいモデルはALFを誘発する再現性を示します。
- 治療評価に適した時間枠を提供します。
- 新しい治療法は肝機能の改善に有望です。
- 結果は人間の疾患病理をより良く反映しています。
結論
- 開発された動物モデルは、ALF研究のための実行可能な代替案です。
- 以前のモデルの主要な限界に対処しています。
- このモデルは、ALFの効果的な治療法の発見を促進できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This rat model of acute liver failure combines 70% partial hepatectomy with acetaminophen dosing to create a reproducible system with a 48-hour therapeutic window, enabling evaluation of novel interventions before irreversible damage. The model addresses key limitations of existing ALF models by improving reproducibility and providing a platform to study combined physical and drug-induced liver injury mechanisms relevant to translational hepatology research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses in a clinically relevant ALF phenotype driven by combined surgical and chemical injury.
- Operational Value: Provides a standardized system for functional target validation through measurable biochemical and histological endpoints.
- Predictive Value: Supports predictive confidence by modeling human-relevant pathways of apoptosis, inflammation, and coagulation dysfunction.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates quantifiable outputs including ALT, AST, ALP, PT, and INR for compound screening and dose-response analysis.
- Reproducibility: Demonstrates consistent ALF induction with up to 80% mortality within 24 hours of second acetaminophen dose, supporting assay standardization.
- <Scalability: Uses syngeneic hepatocyte transplantation to confirm reversibility, enabling recovery-based readouts for therapeutic screening.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Recapitulates human ALF pathophysiology through elevated transaminases, impaired coagulation, and immune cell infiltration.
- Translational Continuity: Allows assessment of hepatocyte transplantation efficacy, linking discovery to cellular therapy development.
- Risk Mitigation: Provides a 48-hour window for intervention testing, reducing false negatives in preclinical efficacy studies.
Pipeline & Workflow Integration
The model fits within the discovery-to-preclinical continuum by providing a phenotypically defined system for target validation, assay development, and therapeutic screening in acute liver injury.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of apoptosis and inflammation pathways through qPCR gene expression and histological analysis.
- Screening: Enables compound evaluation via serial biochemical measurements (ALT, AST, ALP) and survival endpoints.
- Analytics: Delivers quantitative dependent variables including enzyme levels, PT, INR, and survival rates for statistical comparison.
- Translational Research: Connects to preclinical validation through demonstrated reversibility via syngeneic hepatocyte transplantation.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for iterative testing of therapeutic candidates across discovery and preclinical stages.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Mechanistic de-risking through validated biomarkers of liver injury and regeneration.
- Operational Value: Standardized surgical and dosing protocol ensures reproducibility across laboratories and studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing a time-bound window for therapeutic intervention assessment.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on recovery of liver function and survival.
Implementation Considerations
- Requires microsurgical expertise for 70% partial hepatectomy and vascular ligation.
- Needs instrumentation for serum enzyme analysis, coagulation testing, and qPCR.
- Demands standardization of acetaminophen dosing and postoperative analgesia across study sites.
- Involves adaptation considerations for syngeneic hepatocyte isolation and transplantation procedures.
- Limited by rodent-to-human scaling in immune response and drug metabolism, per source material.
