방법 논문

생체 내 척수 손상 쥐 모델에서 장기 심혈관 매개변수, 온도, 활동을 기록하는 텔레메트리

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DOI:

10.3791/69714

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2026년 1월 2일

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1Spinal Cord & Brain Injury Research Center, College of Medicine, University of Kentucky, 2Department of Physiology, College of Medicine, University of Kentucky, 3Department of Biomedical Engineering, Northwestern University, 4Division of Laboratory Animal Resources, University of Kentucky

이 논문에서

요약

이 글은 쥐의 하행 대동맥에 생 체 내 원격 측정 임플란트를 삽입하는 단계별 프로토콜을 제시하여, 심혈관 지표, 핵심 체온, 동물 활동을 심증 흉추 손상 전후로 지속적이고 장기적으로 모니터링할 수 있게 합니다.

초록

흉추 6단계 이상의 상위 척수 손상(SCI)은 자율신경 기능을 방해하고 혈압, 심박수, 체온 변동 등 2차 합병증을 유발합니다. 쥐에서 하행 대동맥에 원격 측정 임플란트를 삽입하는 것은 수축기 및 이완기 혈압, 평균 동맥압, 심박수 등 다양한 심혈관 지표를 평가하는 강력한 방법론을 제공합니다. 원격 측정 임플란트 삽입 후 체온과 동물 활동도 기록할 수 있습니다. 원격 측정 이식된 쥐는 수신기 판에 보관되어 컴퓨터 시스템에 연결되어 다양한 매개변수를 기록합니다. 정해진 시간 간격에서의 연속적인 장기 기록은 심혈관 기능의 주야간 변동을 포함한 부상으로 인한 생리학적 교란을 정량화할 수 있게 합니다. 부상 전(기초선) 기록과 부상 후 기록을 비교함으로써 연구자들은 SCI가 이러한 생리학적 지표에 미치는 영향을 평가할 수 있습니다. 이 방법론 논문은 쥐의 하행 대동맥에 원격 임플란트 삽입(동맥 단독폐색을 이용한)을 위한 상세한 단계별 절차와 중증 고흉추(T3) 척추 손상 후 연속 원격 측정 기록을 설명합니다. 이 절차를 수행할 때 흔히 겪는 어려움과 전용 문제 해결 섹션에 대해 논의합니다. 포네마 소프트웨어를 이용한 데이터 수집 과정과 다양한 응용 사례도 논의됩니다. 쥐는 SCI와 관련된 심혈관, 체온, 활동 이상을 보이며, 원격 측정 임플란트는 이러한 부상 후 합병증을 연구하고 잠재적 치료법을 평가하는 데 효과적인 장치입니다.

서론

외상성 척수 손상(SCI)은 감각 및 운동 기능을 저해하고 심혈관 및 체온 조절을 방해합니다 1,2,3,4. T6 수준 이상의 손상은 척추 위 자율신경 조절을 방해하여 바로수용기 반사 저하, 혈압 조절 장애, 심박 변이성(서맥 또는 빈맥), 체온 조절 장애, 운동 활동 감소 등 다양한 심혈관 반응에 심각한 변화를 초래합니다 3,5,6,7,8,9,10 . 이러한 이상은 급성 및 만성 부상 모두에서 관찰됩니다 2,3. 수년간 연령 관련 인구 통계 변화로 인해 심혈관 기능 장애는 SCI 9,11 환자들의 사망률과 장기 이환율의 주요 원인 중 하나가 되었습니다. 급성기 손상은 신경성 쇼크를 유발하며, 이는 종종 저혈압과 교감신경 장애로 인한 서맥으로 특징지어지지만, T6 수준 이상의 손상을 입은 사람에게도 고혈압으로 이어질 수 있습니다12,13. 만성 단계 동안 이들은 자율신경 반사 이상증(AD)과 기립성 저혈압(OH)5를 경험하는 경우가 많습니다. AD는 기저치 14,15보다 갑작스럽게 수축기 혈압(SBP)이 20-40 mmHg 상승하는 것으로 정의되는 생명을 위협하는 질환입니다. 개인은 두통, 피부 홍조, 발한, 코막힘, 기골 발기, 불안,시야 흐림 등 다양한 증상을 경험할 수 있습니다. 치료하지 않으면 AD는 SBP를 최대 300 mm Hg까지 올릴 수 있으며, 이는 발작, 뇌졸중, 심근경색 또는 급사로 이어질 수 있습니다17,18. OH는 누운 자세에서 서 있는 자세로 전환할 때 혈압(BP)이 갑자기 하락하는 것이 특징이며, 이로 인해 어지러움, 어지러움, 실신 등이 발생할 수 있습니다. 임상적으로는19.20 서기 후 3분 이내에 수축기 혈압이 최소 20 mmHg 또는 이완기 혈압(DBP)이 최소 10 mmHg 이상 지속적으로 감소하는 것으로 정의됩니다. 따라서 만성기는 심한 고도흉부 척추 척추손상(SCI) 환자에서 고혈압과 저혈압 에피소드가 모두 나타나는 것이 특징입니다. 심혈관 생리학, 핵심 체온 변화, 동물 모델에서의 활동에 대한 상세한 이해는 SCI 이후 급성 및 만성 단계 모두에서 자율신경 기능 장애를 다루기 위한 표적 중재를 설계하는 데 필수적입니다.

하행 대동맥에 원격 측정 임플란트를 삽입하면 SCI가 수축기 및 이완기 혈압, 평균 동맥압(MAP), 심박수, 코어 체온, 설치류 모델에서 활동에 미치는 영향을 효율적으로 기록할 수 있습니다. 원격 측정 임플란트 삽입을 위한 견고하고 민감한 방법론을 이해하는 것은 SCI 이후 신뢰할 수 있는 생리학적 데이터를 얻는 데 매우 중요합니다. 혈압 기록을 위한 원격 측정 기법은 여러 가지 장점을 제공합니다 비원격 측정 기법(예: 꼬리 수프기법)을 위해서. 장점으로는 연속적이고 실시간 모니터링, 스트레스로 인한 인공 물질 감소, 향상된 데이터 정확성 및 재현성, 동물 복지 개선, 질병 모델, 임신 동물, 신생아 21,22,23과 같은 작거나 민감한 모델에 적합하다는 점이 있습니다. 이러한 이점 덕분에 원격 측정 기법은 실험적 재현성을 촉진하고 SCI 연구에서 중개 관련성을 높이며, 구속받지 않고 자유롭게 움직이는 동물에서 인간과 유사한 자율신경 반응을 모델링할 수 있게 합니다.

본 원고는 하행 대동맥에 원격 측정 임플란트 삽입을 위한 상세한 단계별 방법론을제공하며, 이후 중증 흉부 타박상 SCI 시술25,26을 시행합니다. 이 프로그램은 Ponemah 소프트웨어를 사용해 다양한 심혈관, 코어 체온, 행동 매개변수를 기록하는 방법을 보여줍니다. 원고는 또한 시술과 관련된 도전 과제를 개괄하고 가능한 해결책을 제시합니다. 또한 SCI 연구에서 생체 내 텔레메트리의 다양한 응용도 강조합니다.

프로토콜

켄터키 대학교 기관 동물 관리 및 사용 위원회로부터 윤리적 승인을 받았으며, 절차는 프로토콜 지침을 엄격히 준수했습니다. 성체 암컷 위스타 쥐(11-13주, 250-300g, n = 3)는 미국 켄터키 대학교 동물연구부의 동물 연구 동물 시설에서 표준 사육 조건(12/12 밝음: 어둠 주기, 습도 30%-70%, 온도 22 ± 2 °C)과 함께 자유롭 게 음식과 물을 제공하였습니다.시약과 사용된 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.

1. 원격 임플란트 삽입을 위한 수술 절차

참고: 원격 측정 임플란트의 위치는 Rabchevsky 등에서 수정하여 합병증과 사망률을 최소화하기 위해 더욱 최적화되었습니다24. 마취 및 수술 전 치료 시간은 약 10분입니다. 원격 이식 수술 시간은 15분에서 30분 사이입니다. 복부 및 피부 절개 봉합과 수술 후 관리는 15-20분 정도 소요됩니다. 원격 임플란트 삽입 수술 절차의 총 소요 시간은 40분에서 60분 사이입니다. 원격 측정 이식 수술에 사용되는 시약과 장비는 재료표에 나열되어 있습니다.

  1. 수술 전 및 수술 테이블 준비
    1. 오토클레이브 수술 기구, 16겹 거즈 스펀지, 면끝 부착기, 그리고 폐쇄 실. 텔레메트릭 임플란트의 압력 카테터 끝에 주사기를 사용해 젤을 채우세요.
    2. 임플란트를 세제, 냉 멸균제, 0.9% 염화나트륨에 순차적으로 24시간 담가 멸균합니다.
    3. 임플란트를 0.9% 염화나트륨에 담근 상태로 보관하고, 임플란트 번호가 적힌 튜브에 넣어 보관하세요.
    4. 수술대 위에 온열 패드를 놓고 37-38°C로 설정하세요. 수술 중 무균 상태를 유지하기 위해 온열 패드를 수술용 언더패드로 덮고, 그 위에 멸균 드레이프 타월을 깔아주세요.
  2. 마취 및 수술 전 치료
    1. 쥐에게는 이소플루란(3%-4%)으로 마취시키고, 저유량 전자 증발기를 사용해 마취를 2%로 유지합니다.
    2. 수술 전에 부프레노르핀(0.02 mg/kg; 진통제), 멜록시캄(1 mg/kg; 항염증제), 0.9% 정상 생리식염수 5 mL를 피하 투여하십시오. 각막 탈수를 예방하기 위해 양쪽 눈에 윤활제를 바르세요.
  3. 수술 부위 준비, 절개 및 하행 대동맥 노출
    1. 복부 부위를 요도 구멍 위 1cm에서 중간 복부 부위까지 전기 면도기를 사용해 면도하세요. 노출된 피부를 알코올 준비 패드로 세 번 닦은 후 소독제 포비돈-요오딘을 바릅니다. 동물에게 프레스 앤 씰 장벽을 설치하고 수술 부위를 노출시키기 위해 작은 구멍을 내세요.
    2. 요도 구멍 위 1-1.5cm 지점에서 시작해 4.5-5cm 중간 지점에 피부 절개를 한 후 복부 절개를 합니다. 내장 장기는 멸균된 식염수 적신 16겹 거즈 스펀지로 고정하세요. 금속 견인기를 사용해 장기를 더 안전하게 고정하고 수술할 부위의 가시성을 유지하세요.
    3. 두 개의 미세한 겸자(미세해리 핀셋과 미러 마감 겸자)를 사용해 지방체를 부드럽게 분리하고 하행하는 대동맥과 대정맥을 노출시키세요. 한쪽 겸자는 지방 몸체를 고정할 수 있도록 안정적으로 유지하고, 다른 쪽은 해부에 사용하세요.
  4. 둔탁한 박리 및 교착
    1. 위에서 언급한 겸자를 사용해 신동맥 아래 약 0.5cm 지점(기준점으로 사용)을 사용하여 하행하는 대동맥과 대정맥을 분리합니다. 또한, 하행 대동맥을 아래 지방체와 분리하여 각진 겸자 삽입 공간을 만듭니다.
    2. 하행하는 대동맥 아래에 대동맥과 대정맥 사이의 해리된 공간을 통해 각도 있는 겸자를 삽입하여 폐색 실이 통과할 수 있도록 합니다.
    3. 절단된 공간 아래로 내려가는 대동맥 아래로 멸균된 4-0 실크 실을 통과시키고, 양쪽 끝을 헤모스트로 고정하세요.
    4. 다른 실험자가 지혈기를 약 45도 각도로 잡고, 혈액 역류를 최소화하거나 없애기 위해 각도를 조정하세요.
    5. 하행 대동맥을 카테터 삽입 지점 근위, 하행 대동맥과 대정맥이 분리되는 지점에서 일시적으로 단독 차단합니다
  5. 임플란트 삽입 및 고정
    1. 임플란트를 0.9% 염화나트륨에서 제거하고, 압력 카테터 끝에 기포나 틈이 있는지 점검한 뒤, 삽입 전에 젤을 추가하세요.
    2. 영상에서 시연된 대로 꼬인 21-G 바늘로 하행 대동맥의 상부 벽을 관통하고, 원격 측정 임플란트의 압력 카테터 팁(팁 직경 0.74mm)을 삽입합니다. 압력 카테터 끝이 대동맥에 들어가지 않는다면, 정맥 픽으로 천공 부위를 유도하세요.
    3. 카테터 끝을 하행 대동맥에 1.5-2cm 삽입하세요. 삽입 부위 주변의 혈액을 깨끗이 청소하고, 임플란트를 고정하고 출혈을 방지하기 위해 조직 접착제 몇 방울을 발라주세요. 진행하기 전에 혈액 누출 여부를 확인하세요.
    4. 이식 부위를 절개 부위에서 약간 떨어진 곳에 피하 고정하여 봉합 갈비뼈를 흡수성 봉합사로 고정하여 실험 내내 안정성을 보장합니다.
  6. 복벽 및 절개 폐쇄
    1. 복벽을 사각형 매듭으로 끊은 패턴으로 봉합하세요. 피부를 피내, 연속 봉합 기법으로 봉합합니다.
    2. 절개 부위를 과산화수소로 깨끗이 닦아 혈액 잔여물을 제거하세요. 이어서 포비돈-요오드 용액을 바른 후, 폴리믹신 B 황산, 바시트라신 아연, 네오마이신 황산이 포함된 삼중 항생제 크림을 바르어 치유를 촉진합니다.
  7. 수술 후 관리
    1. 수술 직후에는 항생제 엔로플록사신(5 mg/kg)을 피하 주사하세요. 쥐를 집 우리에 넣고 그 아래에 온열 패드를 깔아 마취에서 회복할 때까지 눕히세요.
      참고: 대부분의 동물은 마취에서 즉시 회복하지만, 일부는 5-10분이 걸릴 수 있습니다.
    2. 쥐가 깨어나면 복부 봉합선이 물리지 않도록 3일간 목에 전자 목걸이를 착용하세요.
    3. 체온 조절을 위해 동물을 알파 패드 위에 37-38°C의 물 가열 패드를 깔고 최소 24-72시간 동안 회복 케이지에 넣어 두세요. 케이지의 절반을 온열 패드 위에 올려두어 동물들이 필요하면 열에서 멀리 움직일 수 있도록 하세요.
    4. 수술 후 약물은 피하 투여: 부프레노르핀과 멜록시캄(하루 2회, 3일간), 엔로플록사신(하루 1회, 5일간)을 사용하여 통증, 염증, 감염을 관리합니다. 음식과 물을 자유롭게 제공하세요.

2. 흉부(T3) 타박상 손상에 대한 외과적 절차

참고: T3 타박상 수술은 Squair 등(26)에서 수정되었습니다. T3 타박상 손상 시술의 총 소요 시간은 약 40-45분입니다. T3 타박상 SCI에 필요한 재료는 재료표에 나열되어 있습니다. 텔레메트릭 임플란트 삽입 후 최소 2주 후에 T3 타박상을 시행하세요. 2주 기간은 대부분의 동물이 수술 고통에서 회복하고 7-10일 이내에 정상 혈압으로 돌아온다는 관찰을 바탕으로 최적화되었습니다. 하지만 일부 동물은 조금 더 오래 걸릴 수 있습니다.

  1. 수술 전 준비
    1. 복막 내 케타민(80 mg/kg)과 자일라진(7 mg/kg)으로 마취합니다. 수술 전에 부프레노르핀(0.02 mg/kg), 멜록시캄(1 mg/kg), 0.9% 정상 식염수 5mL를 피하 투여하세요.
    2. 경추에서 흉추 중앙까지 등면을 전기 면도기를 사용해 면도하세요. 알코올 준비 패드로 피부를 세 번 닦은 후 5% 포비돈-요오드 용액을 발라주세요. 각막 탈수를 예방하기 위해 윤활용 아이 젤을 사용하세요.
    3. 원격측정 수술 시술 시와 같이 수술용 하부 패드와 멸균 드레이프 타월로 덮인 온열 패드 위에 쥐를 올려놓으세요.
  2. 절개, 둔기 박리, 그리고 후궁절제술
    1. T2 가시돌기는 두드러진 등쪽 가시로 식별하고 표시하세요. C8에서 T5까지 등쪽 중앙선 절개를 하고 근육 견인기로 해당 부위를 고정하세요.
    2. 가늘고 작은 가위와 커렛을 사용해 표면과 깊은 척추 척추 근을 무딘 해리로 시행합니다. 해부 시 T4/T5 부근에 정맥성 코로나 사후는 피해야 합니다. 손상되면 동물이 즉각적으로 사망할 수 있습니다.
    3. T3 척추 절제술을 시행하여 T3 척추 분절을 노출하세요.
  3. 척수 타박상
    1. IH 충격기 단계에 Allis 겸자를 사용해 T2 및 T4 척추 돌기에서 동물을 고정하세요.
    2. 3D 좌표계를 사용해 임팩터 팁을 중간선 위에 정렬하여 정확한 중간선 명중을 보장합니다. 필요한 매개변수를 설정하세요(Force = 400 kdyn, 5초 주류 시간).
  4. 절개 봉합 및 수술 후 관리
    1. 흡수성 봉합사로 척추 측근을 봉합하고 절개 부위를 스테이플로 봉합하세요. 절개 부위 주변의 혈액 잔여물을 과산화수소로 제거하세요.
    2. 포비돈-요오드 용액을 바른 후, 폴리믹신 B 황산, 바시트라신 아연, 네오마이신 황산이 포함된 삼중 항생제 크림을 발라 치유를 촉진합니다. 부상 직후 엔로플록사신(5 mg/kg)을 피하 투여하세요. 쥐를 알파 패드 위에 올리고 그 아래에 온열 패드를 깔아 회복 케이지에 넣으세요.
    3. 부프레노르핀과 멜록시캄(하루 2회, 3일간), 엔로플록사신(하루 1회, 5일간) 등 수술 후 관리를 제공합니다. 수작업으로 방광을 짜세요(크레드 기법). 음식과 물을 자유롭게 제공하세요.

3. 데이터 기록 및 내보내기 설정

참고: Ponemah 소프트웨어(버전 6.51)를 사용한 심혈관계, 코어 체온, 동물 활동 매개변수, SCI 전후 기록 및 내보내기 설정이 언급되어 있습니다.

  1. 데이터 기록
    1. 다양한 매개변수를 기록하려면 실험 탭의 '생성'을 클릭하고 실험에 라벨을 붙이세요.
    2. 하드웨어 탭으로 가서 APR 구성 편집을 클릭한 후 APR을 선택한 후 추가 를 눌러 사용 가능한 지역으로 이동하세요. 그 후 하드웨어 탭에서 ' Edit PhysioTel/HD MX2 Configuration '을 클릭하여 MX-2를 선택한 후 추가를 클릭한 후 왼쪽 패널에 나타나는지 확인하세요.
      1. 오른쪽에 있는 임플란트 인벤토리에서 중간 패널에 다른 동물에게 할당된 임플란트를 추가하세요. 추가할 수 있는 임플란트 수는 시스템에 연결된 수신기 플레이트의 수에 따라 달라집니다. 왼쪽 패널에 동물 번호가 붙은 각 추가된 임플란트를 클릭해 다른 수신 플레이트에 연결하세요. 모든 연결이 완료되면 저장 후 종료하세요.
    3. 설정 탭으로 가서 실험 설정을 선택한 후 활성화 페이지를 클릭한 후 검은 배경을 클릭하세요. 주제를 선택하고 라벨에 압력 을 추가한 뒤, 단위를 mmHg로 바꾸고, 저혈압과 최고 값을 설정하고, 혈압 흔적을 표시할 색상을 선택하세요.
    4. 설정 탭으로 가서 동물 설정(Animal Setup)을 선택하세요. 동물 번호를 클릭하고 성별 과 종을 선택한 후 압력 을 눌러 매개변수를 활성화하세요. 심박수를 표시해야 한다면, 심박수를 클릭하세요. 비슷한 채널에 채널 설정을 적용한 후 확인 버튼을 누르세요. 이로 인해 수직 순서로 배열된 다양한 임플란트가 있는 창이 열립니다.
    5. 상단의 'All Continuous '를 클릭하면 화면에 혈압 기록 흔적이 표시됩니다.
  2. 데이터 내보내기
    1. 먼저 실험 탭으로 이동해 열기(Open)를 클릭한 후 원하는 폴더에서 데이터를 선택하세요.
    2. 액션 탭으로 가서 검토 시작을 클릭하고, 주제 번호, 원하는 신호 유형, 그리고 예상 결과를 확인하여 시간 범위를 선택하세요. 이 소프트웨어는 한 번에 최대 3GB의 데이터를 내보내는 데 참고하세요. 데이터는 액션 탭에서 로그 속도를 설정하여 구분할 방식을 결정합니다(초, 분, 시간 단위).
    3. 선택이 완료되면 파일 탭을 클릭한 후 표시된 섹션 저장, 이어서 파생 데이터 저장을 선택하세요.
    4. 마지막으로, Actions 탭으로 가서 Close Review Session 을 클릭하여 데이터 내보내기를 종료하세요.

결과

하행 대동맥에 원격 측정 임플란트를 삽입하면 자율신경 반사 이상과 수축기 혈압(SBP), 이완기 혈압(DBP), 평균 동맥압(MAP), 심박수(HR) 등 다양한 심혈관 지표를 측정할 수 있습니다. 임플란트는 또한 체온과 활동량을 측정합니다. 부상 전후 데이터를 비교하면 SCI 이후 심혈관 결과, 체온 및 활동량이 어떻게 영향을 받는지 알 수 있습니다. 그림 1은 실험 설계(그림 1A-C)와 대표적인 결과(자율신경 반사 이상증(그림 1D), 심혈관 매개변수(수축기 혈압 포함; 그림 1E (i)), 이완기 혈압(DBP; 그림 1E (ii)), 평균 동맥압(MAP; 그림 1E (iii)), 심박수(심박수; 그림 1E (iv)), 코어 체온(Figure 1E (v)), 동물 활동 (Figure 1E (vi)), 척수 손상 전후 (Figure 1E) 등이 포함됩니다. 동물 사용을 최소화하기 위해 그림 1의 데이터는 암컷 쥐를 대상으로 진행 중인 연구에서 가져왔습니다; 하지만 수컷 쥐에게도 동일한 절차를 적용할 수 있습니다.

그림 1D의 대표 그래프는 대장항장 팽창(CRD) 후 8주 후 T3 타박상 손상을 입은 쥐의 자극 1분 전, 자극 중, 자극 적용 후 1분 후의 수축기 혈압을 보여줍니다. CRD는 쥐의 항문에 풍선 카테터를 삽입하여 직장24를 자극하는 방식을 사용합니다. 기저선이 안정되면 풍선을 부풀리고 자극을 1분간 가합니다. 자극 시 SBP가 최소 20 mm Hg 증가하면(자극 전) 만성 부상기(8주)에 AD가 발생함을 나타냅니다.

그림 1E의 그래프는 T3 타박상 손상 48시간 전과 부상 후 첫 이틀(부상 후 48시간) 동안 촬영된 기록을 비교합니다. SCI 후에는 SBP, DBP, MAP 증가로 표시되는 혈압 상승을 그래프에서 보여줍니다(그림 1E (i), (ii), (iii)). SCI 후 결과는 심박수 변동 증가(그림 1E (iv)), 체온 불규칙성(Figure 1E (v)), 활동 감소(Figure 1E (vi))를 나타냈습니다. 또한 SCI는 SBP, DBP, MAP, 심박수, 체온, 활동 활동에서 주야간 리듬을 방해했습니다.

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그림 1: 심한 고흉부(T3) 타박상 손상 후 텔레메트리 임플란트 삽입 및 적용 도식. 생 체 내 원격 측정 임플란트를 쥐의 하행 대동맥에 삽입한 후 2주 후 IH 충격기를 이용한 심한 고흉부(T3) 타박상(힘 = 400 kdyn, 머류 시간 5초) (B). Ponemah 소프트웨어(C)를 이용한 컴퓨터화된 모니터링 시스템을 이용한 텔레메트릭 기록의 대표적인 설정. 척수 손상(SCI) 8주 후 자율신경 반사 이상(AD)을 보인 암컷 쥐의 대표적 추적(기록 속도 2초로 수집된 데이터)입니다. 초록색 점선은 1분 대장항장 팽창(CRD) 자극(D)을 나타내며, 48시간 이내 수축기 혈압(SBP)의 대표적인 시간별 평균을 나타냅니다. 이완기 혈압(DBP), iii. 평균 동맥압(MAP), iv. 심박수(심박수), V. 코어 체온(코어 체온), 그리고 vi. SCI 전후의 활동(E). 음영이 없는 영역과 음영이 있는 영역은 각각 12시간 동안 빛과 12시간 어두운 주기를 나타냅니다. "0"은 불이 켜져 있음을, "12"는 불이 꺼져 있음을 나타냅니다. 오차 막대는 SEM ± 평균 (n = 3)을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보시려면 여기를 클릭해 주세요.

토론

하행 대동맥에 원격 측정 임플란트를 삽입하면 심혈관 지표, 체온, 동물 활동을 신뢰할 수 있게 측정할 수 있습니다. 텔레메트리는 비텔레메트릭 기술에 비해 명확한 장점을 제공합니다. 이 방법은 깨어 있고 자유롭게 움직이는 동물로부터 데이터를 수집할 수 있게 해주며, 혈압과 심박수를 변화시킬 수 있는 마취의 혼란 효과를 제거합니다21,27. 비원격측정 방식과 달리, 원격 측정은 열적 및 동물 제압 스트레스를 방지하여 정확한 심혈관 측정을 보장합니다23,28. 이 방법은 혈압, 심박수, 체온, 활동을 몇 주 또는 몇 달 동안 지속적으로 모니터링할 수 있게 해주며, 비원격 측정 절차는 간헐적으로 21,28,29만 기록할 수 있습니다. 전반적으로 텔레메트릭 모니터링은 비텔레메트릭 접근법보다 더 높은 정확도와 정밀도를제공합니다.

원격 측정 방법은 신체적·생리적 스트레스를 줄여 자연 행동을 보존하고 동물 복지 지침을 준수하도록 보장합니다27. 비원격 측정 기법에 비해 높은 정밀도와 낮은 변동성은 필요한 동물 수를 줄이고 통계적 검정력을 높인다21,23. 텔레메트리는 또한 신약 발견과 심혈관 연구에서 강력한 중개 가치를 지니는데, 데이터가 인간 생리학적 반응과 매우 유사하기 때문입니다28. 전체적으로 텔레메트릭 접근법이 비텔레메트릭 방법보다 우수하고 윤리적으로 더 바람직합니다.

쥐의 하행 대동맥에 원격 측정 임플란트 삽입은 경동맥 또는 대퇴동맥 이식에 대비해 SCI 연구에 여러 가지 장점을 제공합니다. 중앙 혈관이 큰 하행 대동맥은 혈압과 심박수를 안정적이고 대표적으로 측정하여 SCI 이후 심혈관 기능 장애 평가에 중요한 지표30,31. 이 부위에 착상하면 사지 혈류 방해를 최소화하고 말초 동맥 위치와 관련된 허혈 및 기타 합병증 위험을 줄여줍니다30,31. 또한 기저 심혈관 지표와 자율신경 반사 이상증을 지속적으로 모니터링할 수 있게 하여, SCI 연구에 매우 중요합니다24. 대퇴동맥에 이식하면 동측 후지로 가는 혈류가 손상되어 실험 결과와 동물 복지에 영향을 미칠 수 있습니다32,33. 기술적으로는 더 간단하지만, 경동맥 이식은 뇌순환과 가까워 뇌졸중이나 신경학적 합병증 등의 위험이 있으며, 말초 심혈관 영향 연구에서는 바람직하지 않습니다33. 따라서 하행 대동맥에 이식하면 신뢰할 수 있는 부위를 제공하고, 국소적 합병증을 최소화하며, 의식이 있는 자유롭게 움직이는 동물로부터 수집된 데이터의 실험적 엄밀성과 번역 가치를 모두 높입니다. 하행 대동맥에 원격 임플란트를 삽입할 때 몇 가지 흔한 어려움이 발생합니다.

시행착오를 거쳐 다음 장애물을 극복하도록 최적화되었습니다: (1) 복부 염증: 원보 임플란트 수술 후 급성 및 만성 단계 모두에서 복부 염증이 관찰되었습니다. 이를 완화하기 위해 진통제인 부프레노르핀과 항염증 멜록시캄으로 구성된 수술 후 요법이 시행되어 복부 염증 발생률이 감소했습니다. 이전에는 각 집단에서 몇몇 동물이 복부가 팽팽하고 단단하게 생겨나 결국 죽었습니다. 임플란트 채취 시 복강 안에는 종종 맑은 액체가 있었거나, 경우에 따라 강한 악취가 나는 갈색 액체가 있었습니다. 이 치료법은 수술 없이 수술한 동물에 비해 염증 속도를 약 70%-80% 감소시켰으며; (2) 대정맥에서 내려가는 대동맥 박리 중 광범위한 출혈: 미세한 핀셋(미세해리 핀셋과 미러 마감 겸자)을 사용해 둔한 박리(잡고 찢는 방식)를 사용해 하행 대동맥을 대정맥에서 부드럽게 분리합니다. 두 자르기 사이를 가위나 칼날로 자르는 것은 피해야 하며, 이는 기저 혈관이 파열되어 광범위한 출혈을 일으킬 수 있습니다; (3) 표재층에 원격 임플란트 삽입: 하행 대동맥 피어싱 시에는 바늘이 표재층뿐만 아니라 상부 벽의 세 층 전체를 통과하도록 해야 합니다. 피어싱 후 피가 스며드는 것은 상부 벽의 모든 층이 관통되었음을 의미합니다. 원격 측정 임플란트는 압력 카테터가 표면층에만 삽입되면 제대로 기록되지 않습니다; (4) 잘못된 카테터 길이 삽입: 임플란트 삽입 중이나 삽입 후 현미경을 사용하여 압력 카테터가 교합 실을 가로지르는지 확인하세요. 삽입된 카테터 길이가 잘못되면 임플란트가 제대로 기능하지 않습니다; (5) 하행 대동맥에서 발생하는 혈액 누출: 임플란트 삽입 후 접착제가 마를 때까지 30-45초를 기다려야 합니다. 이로 인해 하행 대동맥 피어싱이 완전히 밀봉되어 출혈이 없도록 보장합니다. 혈액 역류로 인한 경미한 출혈이 발생하면 다시 밀봉하세요. 임플란트 본체를 복벽 옆에 봉합할 때 임플란트의 압력 카테터 끝을 당기는 것은 피해야 합니다. 이는 출혈을 유발할 수 있습니다; (6) 복부 봉합사를 제거하는 쥐: 쥐가 물어 봉합사를 제거하여 피부와 내부 장기 손상을 초래할 수 있습니다. 이를 줄이기 위해 복벽을 닫기 위해 사각 매듭을 붙인 끊김 없는 봉합사를 사용하세요. 피부 봉합을 위해서는 피내연속 봉합을 하여 동물이 봉합선과 매듭에 접근하는 것을 최소화합니다. 수술 후 3일간 전자 목걸이를 착용해 접근을 더욱 제한하세요. 목걸이와 쥐 목 사이에 검지손가락을 넣어 착용감이 꽉 끼지만 제한적이지 않도록 하세요; (7) 후지 허혈: 이전에는 대동맥이 두 곳에서 막혀 있었는데, 하나는 신동맥 아래 0.5cm 하행 대동맥에서, 다른 하나는 장골 분기점 위쪽이었습니다. 이중 폐쇄 기법은 동맥을 팽팽하게 유지하여 보형물 삽입을 원활하게 하고 혈액 역류를 제한하는 데 도움을 주었습니다. 하지만 카테터 삽입이 신속하지 않으면 일부 동물에서 후肢허혈이 발생할 수 있습니다. 현재는 신장 동맥 아래 0.5cm 지점에서 단일폐쇄술이 시행되어, 쥐의 뒷지 허혈을 효과적으로 제거합니다. 양측 폐색 시에는 약 20%-30%의 허혈이 관찰되었으나, 단독 폐색은 뒷지 허혈을 완전히 제거했습니다.

응용 분야

원격 측정 임플란트(HD-S10)는 소동물 모델에서 다양한 생리학적 매개변수를 기록하기 위해 설계된 자기 활성화 장치입니다. 이러한 임플란트를 하행 대동맥에 삽입하는 것은 구속되지 않고 마취되지 않고 자유롭게 움직이는 동물에서 지속적인 혈역학적 모니터링을 위한 정밀하고 신뢰할 수 있는 방법입니다. 이 방법론은 전임상 연구자들이 SCI, 약물 효능 평가, 자율신경 기능 매개변수의 일주기 변화와 같은 질병 모델링 맥락에서 다양한 심혈관 매개변수, 온도, 동물 활동을 실시간으로 평가할 수 있게 합니다. 연구자들은 동물의 단일 원격 측정 임플란트에서 급성 및 만성 시점을 모두 포함하는 포괄적인 생리학적 데이터를 얻을 수 있어 효율적인 기법입니다. 그림 1 은 이 원격 측정 응용 프로그램과 현재 실험실에서 사용되는 다른 응용 분야들을 강조합니다.

SBP, DBP, MAP를 포함한 혈역학적 지표는 급성 및 만성 기간 모두에서 기록할 수 있습니다. 24시간 휴식-활동 리듬을 모니터링하는 것은 SCI34의 급성 효과를 신뢰할 수 있는 지표가 될 수 있습니다. 동시 심박수 모니터링은 빈맥과 서맥을 포함한 심박 변동성을 감지할 수 있게 합니다. SCI 전후의 혈압과 심박수 변동을 비교하면 연구자들은 부상 후 심혈관 생리학이 어떻게 변하는지 이해할 수 있습니다. 심혈관 지표, 체온, 활동의 강한 일일 리듬은 생리적 항상성과 전반적인 건강 유지에 중요합니다. SCI34 이후 주간 중심 체온 변화도 체온 조절 장애를 나타냅니다. 척수손상이 전신 증후군이라는 것은 잘 알려져 있습니다. 따라서 원격 측정 기반 결과를 도입하면 연구자들은 일반적으로 단독으로 평가되는 운동 회복을 넘어 SCI 이후 포괄적인 활동 데이터를 수집할 수 있습니다.

하지만 이 기법에는 고려해야 할 몇 가지 한계가 있습니다. 하행 대동맥에 원격 측정 탐침을 삽입하는 것은 복잡한 절차이므로 미세수술 전문 지식이 필요합니다. 이식물은 SCI 쥐의 방광 발현 중 잘못된 취급, 감염, 조직 자극, 내부 혈전 형성 등 다양한 이유로 나중에 빠질 수 있습니다. 이러한 증상이 발생하면 심혈관 기록에 영향을 미치며; 데이터는 제외되어야 합니다. 또한, 쥐가 제대로 회복하지 못하면 심혈관 기초 데이터가 손상될 수 있습니다. 원격 측정 장비와 임플란트는 비용이 많이 들며 데이터 수집을 위한 전문 소프트웨어와 장비가 필요합니다. 심한 척수손상은 사망률 증가로 이어질 수 있으며; 따라서 연구의 전체 통계적 역량을 유지하기 위해서는 동물 수의 신중한 계획이 필요합니다.

전반적으로, 급성 및 만성 기간 동안 SCI 후 원격 측정을 통해 심혈관 기능 장애, 코어 체온, 활동을 평가하는 것은 부상이 심혈관 건강, 전반적인 웰빙에 미치는 영향을 이해하고 잠재적 개입 방안을 설계하는 데 매우 중요합니다.

공개 사항

저자들은 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

이 출판은 R01 NS116068, Craig H Nielsen Foundation Fellowship for SK(CHNF 1341200), 그리고 켄터키 대학교 CNS 대사(CNS-Met) COBRE(P20 GM148326) 덕분에 가능했습니다. 우리는 연구동물자원부(DLAR)의 지원과 협력에 감사드립니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
각진 겸자듀몽 서지컬스, 스위스S& T 00571원격 수술
흡수성 봉합사(5-0), 단필라멘트코비디엔 LLC, 미국UM-213원격 측정 및 T3 수술
액트릴 냉 살균제미국 민텍 신장 시스템운항번호 78270-000원격 수술
인공 눈물헨리 샤인, 미국NDC 11695-6832-1원격 측정 및 T3 수술
부프레노르핀호스피라, Inc., 미국;0409-2012-32원격 측정 및 T3 수술
코튼팁 어플리케이터VWR 북미, 미국89031-272원격 측정 및 T3 수술
커렛월드 프리시전 인스트루먼트, 미국503753T3 수술
전자 목걸이헨리' 's 신선하고 건강한 반려동물 사료, 미국'RC404 VS- 중형원격 수술
전기 면도기미국 레밍턴  HC-5855원격 측정 및 T3 수술
엔로플록사신노브룩 연구소 주식회사, 영국555529-154-01원격 측정 및 T3 수술
어류 (마이크로 애드손) 겸자F.S.T, 독일11006-12원격 측정 및 T3 수술
게이지 스펀지두칼 코퍼레이션, 미국DUK4162원격 측정 및 T3 수술
헤모솔 세제미국 Haemo-Sol International(헤모솔 인터내셔널)026-050원격 수술
할시 바늘 홀더F.S.T, 독일12500-12원격 측정 및 T3 수술
온열 패드선빔, 미국PN126985-L원격 측정 및 T3 수술
과산화수소 (3%)메드라인 인더스트리즈, Inc, 미국MDS098001ZCT원격 측정 및 T3 수술
인피니트 호라이즌, IH미국 정밀 시스템 및 계측IH-0400T3 수술
이소플루란애니멀 헬스 인터내셔널, Inc., 미국78949580원격 수술
케타민코베트루스, 미국80524T3 수술
마그넷데이터 사이언스 인터내셔널, Inc., 미국해당 없음원격 수술
멜록시캄Dechra Veternary products, USA 17033-051-20원격 측정 및 T3 수술
마이크로디스해부 핀셋  월드 프리시전 인스트루먼츠, 스위스504515원격 수술
미러 마감 겸자듀몽 서지컬스, 스위스11251-23원격 수술
근육 견인 기자(크고; 1개)F.S.T, 독일17007-08원격 수술
근육 견인 기구 (작음, 2개)웩슬러 서지컬, 미국TL0086.1T3 수술
바늘, 21G (찌르기 위해 구부림)BD 정밀 글라이드 니들, 벡튼, 딕킨슨 앤 컴퍼니, 미국.5296673원격 수술
비흡수성 봉합선 (4-0) 폴리프로필렌 봉합선DEMETECH 코퍼레이션, 미국PM194013F13M원격 수술
폐쇄 실(실크)클로버 니들크래프트, 주식회사, 일본96원격 수술
포네마 소프트웨어데이터 사이언스 인터내셔널, Inc., 미국해당 없음원격 수술
포비돈- 요오드 (베타딘) (5%)아브리오 헬스, 미국304968-08원격 측정 및 T3 수술
인쇄 및 봉인글래드, 미국CLO70441원격 측정 및 T3 수술
레겔-킷데이터 사이언스 인터내셔널, Inc., 미국276-0038-001원격 수술
메스 손잡이F.S.T, 독일91003-12원격 측정 및 T3 수술
가위 (작고 가늘)F.S.T, 독일14959-11원격 측정 및 T3 수술
염화나트륨 (0.9%)베티벡스, 미국17033-492-50원격 수술
솜노플로켄트 사이언티픽 사, 미국SF-01원격 수술
스테이플스그리고 nbsp; 파인 사이언스 툴스, 미국12022-09T3 수술
멸균 알코올 준비 패드두칼 코퍼레이션, 미국그리고 nbsp; 65517-0002-1원격 측정 및 T3 수술
멸균 장갑맥케슨, 미국20-1065N원격 측정 및 T3 수술
멸균 수건 커튼 (18인치) X26")다이나렉스 코퍼레이션, 미국DYA4410원격 측정 및 T3 수술
패드 아래 수술 (17인치) X24")두칼 코퍼레이션, 미국22-415-758원격 측정 및 T3 수술
수술용 칼날 (번호 11)인테그라 라이프사이언스 프로덕션 코퍼레이션, 일본2029-03--01원격 측정 및 T3 수술
텔레메트릭 HD-S10 임플란트데이터 사이언스 인터내셔널, Inc., 미국270-0180-001X원격 수술
트랜지스터데이터 사이언스 인터내셔널, Inc., 미국해당 없음원격 수술
트리플 항생제 크림코제트 제약, 주식회사, 미국29-62231 CPLNC1원격 수술
정맥 픽사이 주입 기술, 인도VP-10원격 수술
수의사 보증금3M 애니멀 케어 프로덕츠, 미국34-8720-6521-3원격 수술
온수기 펌프C2Dx TP700 TCESS-95009-00원격 측정 및 T3 수술
자일라진코베트루스, 미국;61035T3 수술

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