口腔気管挿管と人工肺虚血再灌流手術のマウスモデル
September 9th, 2022
換気を維持し、低酸素症を回避しながら左肺虚血再灌流(IR)損傷を引き起こすマウス手術モデル。
換気肺虚血再灌流手術は、肺移植、肺塞栓症、蘇生による出血性外傷後の肺損傷など、複数のプロセスの肺特異的病態生理を研究するために使用できます。このモデルは、無気肺、機械的換気、および低酸素症の炎症性寄与を最小限に抑えます。それは無傷のin vivo循環免疫系を維持し、長期的な研究を可能にします。
このモデルは、無菌性炎症が肺内でどのように制御および調節されているかについての洞察を提供する可能性があります。顕微手術技術は、最初に何時間もの練習を必要とします。始める前に、慎重な組織と計画が重要です。
また、心臓活動やそれが引き起こす動きの気を散らすことなく、安楽死させたマウスによって最初に練習することができます。左側のPAのうっ血により、より簡単に視覚化および操作できます。まず、光ファイバーの柔軟なライトを麻酔をかけたマウスの気管、声帯の少し下に置きます。
マウスの口腔咽頭を覗き込んだときに、声帯の下から発せられる赤色光を除いて、暗い視野だけが見えるように照明レベルを調整します。挿管の場合は、利き手でピンセットを持ち、それらを使用して舌をそっとつかみ、口腔から引き出します。利き手でない手で持つ鉗子を使用して下顎を開き、鉗子を喉頭に押し込んで喉頭蓋を持ち上げます。
この時点で、ピンセットから舌を離します。声帯を観察します。それらは各呼吸に応じて開閉する必要があります。
ガイドワイヤーをプリロードした状態でカニューレを持ち、ワイヤーの先端を声帯に挿入します。次に、カニューレの外側にあるが声帯のすぐ上にある部分を持ってワイヤーを動かさないように細心の注意を払って、カニューレを引き出し、ワイヤーだけを気管内の遠位端で所定の位置に残します。この時点で、声帯の2回目の視覚化を実行して、ワイヤー遠位先端が照らされた声帯を通過して気管に入ったままであり、照明のない食道にないことを確認します。
次に、左手の湾曲した鉗子を硬い表面に安定させてワイヤーを口の外に持ち、テープウィングで20ゲージのカテーテルをワイヤーの上に慎重に進めます。ワイヤーの遠位端がカテーテルまたは気管内チューブの後端から出たら、湾曲した鉗子でその端を保持し、カテーテルを気管内にスムーズに進めます。次に、カテーテルの配置を外さずに、湾曲した鉗子でカテーテルの遠位端からワイヤーを慎重に取り外します。
次に、カテーテルを人工呼吸器に短時間接続してから固定し、食道ではなく気管への適切な配置を確認します。機械的換気に依存する両側胸壁の動きと胃の膨張がないことを観察して、気管の配置を確認します。挿管後、カテーテルを0.2〜0.225ミリリットルのタイトル容量、呼吸数120〜150呼吸/分に設定した人工呼吸器に接続し、気管チューブの正しい気管配置を確認します。
次に、マウスが口腔気管を通して自発的に呼吸するように切断します。マウスの毛を左胸部から左肩甲骨まで剃ります。アルコール綿棒を使用して余分な剃毛を取り除き、手術部位を消毒します。
次に、マウスを左横方向または4分の3回転位置の保温パッドに置きます。気管チューブを人工呼吸器に接続します。皮膚切開を行った後、筋肉層の下に3つの滅菌リトラクターを挿入します。
次に、2番目の肋間腔を特定し、2番目の肋骨を極細鉗子で保持します。次に、肋骨を上に引き上げ、滅菌番号12の湾曲したメスの刃を使用して、2番目から3番目のスペースを肋間筋を分離して切断することにより、複数のスペースに入ります。左肺の頂点の損傷を減らすために、換気を一時停止することを検討してください。
リブの向きに沿って最小で最も狭いリトラクターセファラドを使用し、3番目のリブに沿って左に中型のリトラクターを使用し、2番目のリブの表面に沿って右側に最大のリトラクターを使用します。弾性リトラクターコードを使用して、ゆっくりと漸進的な収縮で胸を開きます。滅菌綿先綿棒または外科用スポンジで左肺の頂点を遠ざけることにより、左肺動脈またはPAを露出させて識別します。
右手の極細鉗子と左手のPAまたは血管拡張鉗子を使用して、左PAと気管支の両方が見える野を穏やかに露出させて作成します。PA鉗子を使用して、左側のPAを持ち上げ、穏やかに、しかししっかりと上に引っ張り、頭蓋骨を下の透明な気管支を視覚化します。解剖顕微鏡の倍率を4倍に増やし、PAを気管支から離しながら、閉じた超微細鉗子を左PAと気管支の間の空間に慎重に通します。
次に、これらの鉗子を使用して、7-0または8-0を保持および引っ張りますプロレンは、上の左肺動脈と下の気管支の間の空間を通して縫合します。次に、スリップノットを結び、PAにオクルージョンを作成して、左側のPAを囲みます。血流の中断はこの時点で簡単に視覚化され、虚血期間の開始を示します。24〜28ゲージの針を使用して、左胸部前部の別のエントリポイントを介して結び目の自由端を外部化し、後で識別しやすいように小さなテープで縫合糸の端を固定します。
次に、げっ歯類人工呼吸器の陽圧および呼気圧力バルブまたはチューブを使用して、肺を再膨張させて、胸腔からできるだけ多くの空気を排出します。次に、2つの中断された4-0ナイロン縫合糸で胸郭を閉じ、続いて筋肉と皮膚の層を閉じ、局所麻酔を適用します。マウスを人工呼吸器から外し、術後のケアのために加温パッドに注意深く置き、回復中に体温を維持します。
マウスの移動中に、外部化されたスリップノットが制御され、明確に視覚化されていることを確認します。虚血期間の終わりに、外部化されたスリップノットをそっと引っ張ります。野生型マウスの系統C3H及びC57ブラックシックスにおける肺切片の組織像をここに示す。
1時間虚血および3時間再灌流後、両株において肺左組織内に強い好中球浸潤が観察された。しかし、C3H株は、C57ブラックシックスと比較して著しく高いレベルの炎症を示しました。左PAと左気管支との間のモノフィラメントの通過中の間違いは、左PAの壊滅的な出血または左気管支への不可逆的な損傷を伴う回収不能手術につながる可能性があります。
これは最も技術的に挑戦的なステップであり、この手順を最初に学ぶときに繰り返し練習する必要があります。再灌流後約1時間以内に肺虚血再灌流手術からマウスが回復した後、3時間後または24〜48時間後に生細菌の気管内点滴を行い、虚血再灌流による無菌肺損傷後の感染をシミュレートすることができます。無菌炎症を調節することができる他の薬剤の気管内設置も、同様の方法で虚血再灌流後に行うことができる。
この技術は、肺の無菌損傷と感染に応答する好中球の段階的な輸送と活性化を発見し、確認するのに役立ちました。
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概要
この記事では、換気を維持し低酸素を避けながら左肺虚血再灌流（IR）損傷を生じさせるように設計されたマウス外科モデルを紹介します。このモデルは、肺移植や肺塞栓症などの様々な状態に関連する肺特異的な病態生理学を研究するのに役立ちます。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 生物学
- 病態生理学
背景
- このモデルは、肺虚脱と機械的換気による炎症性寄与を最小限に抑えます。
- in vivoの循環免疫系を保持します。
- 長期的な研究がこのモデルを用いて行えます。
- 肺の無菌性炎症の制御に関する洞察が得られます。
研究目的
- 出血性外傷後の蘇生と関連する肺損傷メカニズムを調査すること。
- 肺移植と肺塞栓症の研究のためのプラットフォームを提供すること。
- 肺組織における無菌性炎症のコントロールと制御を探索すること。
使用された方法
- 換気された肺虚血再灌流手術技術。
- 広範な練習を必要とする顕微鏡手術技術。
- 手術前の慎重な組織化と計画。
- 肺病態生理学を評価するためのin vivo研究。
主な結果
- このモデルは虚血再灌流損傷を効果的にシミュレートします。
- 炎症反応は従来の方法と比較して最小限に抑えられます。
- この外科的アプローチで長期観察が可能。
- 肺特異的な炎症プロセスに関する洞察が得られました。
結論
- このモデルは肺損傷を研究するための貴重なツールです。
- 複雑な肺病態生理学の調査が可能。
- 将来の研究は、無菌性炎症に関連する発見に基づいて構築できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Reversible orotracheal intubation and ventilated lung ischemia reperfusion in mice enables precise modeling of lung-specific sterile inflammation and injury, directly relevant to transplantation, embolism, and trauma research. This model supports mechanistic de-risking by isolating ischemia-reperfusion effects from confounding hypoxia or atelectasis, enhancing predictive confidence for translational lung injury studies. Its reproducibility and survival rates position it as a robust platform for early discovery and preclinical validation in respiratory drug development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of sterile inflammatory pathways in a controlled, ventilated lung environment.
- Supports functional target validation by isolating ischemia-reperfusion injury from secondary insults.
- Facilitates mechanistic de-risking for candidate targets implicated in lung injury and repair.
- Provides a platform for stepwise evaluation of immune cell trafficking and activation.
Screening & Assay Development
- Prepares validated in vivo models for downstream compound screening targeting lung inflammation.
- Standardizes injury induction and readouts, supporting reproducibility across studies.
- Enables quantitative assessment of neutrophil infiltration and inflammatory markers post-injury.
- Supports scalability for comparative studies across mouse strains or interventions.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant mechanisms observed in transplantation, embolism, and trauma settings.
- Permits modeling of two-hit scenarios, such as infection following sterile injury, for translational biomarker discovery.
- Enables continuity from mechanistic discovery to preclinical efficacy and safety evaluation.
- Supports risk-adjusted advancement of anti-inflammatory or immunomodulatory candidates.
Pipeline & Workflow Integration
This model integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging mechanistic studies and translational validation for lung injury therapeutics.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on sterile inflammation and immune cell dynamics in the lung.
- Screening: Provides reproducible, quantitative outputs for evaluating candidate interventions.
- Analytics: Enables measurement of neutrophil infiltration and histopathological changes for comparative analysis.
- Translational Research: Models clinically relevant injury and infection sequences for biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, standardized platform for diverse lung injury and repair studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in lung injury research.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable in vivo workflows.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by clarifying biological risk early.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of respiratory and anti-inflammatory assets.
Implementation Considerations
- Requires advanced microsurgical expertise and extensive hands-on training.
- Demands specialized instrumentation for intubation, thoracotomy, and ventilatory support.
- Necessitates rigorous cross-team standardization for reproducibility and data comparability.
- Adaptation across mouse strains may reveal strain-specific inflammatory responses.
- Technical complexity and risk of surgical complications must be managed during onboarding.
