Een diermodel van verworven hypoparathyreoïdie (HypoPT) is cruciaal om te begrijpen hoe HypoPT de homeostase van minerale ionen beïnvloedt en om de effectiviteit van nieuwe behandelingen te verifiëren. Hier wordt een techniek gepresenteerd om een verworven hypoparathyreoïdie (AHypoPT) rattenmodel te genereren door bijschildklierectomie (PTX) met behulp van koolstofnanodeeltjes.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Generatie van hypoparathyroïde ratten via koolstof-nanodeeltje-geassisteerde bijschildklierectomie
* These authors contributed equally
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Hypoparathyreoïdie (HypoPT) is een zeldzame ziekte waarbij de bijschildklieren betrokken zijn en die wordt gekenmerkt door een verminderde secretie of potentie van het bijschildklierhormoon (PTH), wat leidt tot hoge serumfosforspiegels en lage serumcalciumspiegels. HypoPT is meestal het gevolg van accidentele schade aan de klieren of hun verwijdering tijdens schildklier- of andere voorste nekchirurgie. Bijschildklier / schildklierchirurgie is de laatste jaren gebruikelijker geworden, met een overeenkomstige toename van het optreden van HypoPT als een postoperatieve complicatie. Er is een kritieke behoefte aan een HypoPT-diermodel om de mechanismen die ten grondslag liggen aan de effecten van HypoPT op minerale ionhomeostase beter te begrijpen en om de therapeutische effectiviteit van nieuwe behandelingen te verifiëren. Hier wordt gemeld dat een techniek verworven HypoPT bij mannelijke ratten creëert door bijschildklierectomie (PTX) uit te voeren met behulp van koolstofnanodeeltjes. Het rattenmodel is veelbelovend ten opzichte van de muismodellen van hypoparathyreoïdie. Belangrijk is dat het menselijke PTH-receptorbindingsgebied een sequentieovereenkomst van 84,2% heeft met die van de rat, wat hoger is dan de 73,7% gelijkenis die met muizen wordt gedeeld. Bovendien zijn de effecten van oestrogeen, die de PTH / PTHrP-receptorsignaleringsroute kunnen beïnvloeden, niet volledig onderzocht bij mannelijke ratten. Koolstofnanodeeltjes zijn lymfatische tracers die de schildklierlymfeklieren zwart kleuren zonder hun functie te beïnvloeden, maar ze kleuren de bijschildklieren niet, waardoor ze gemakkelijk te identificeren en te verwijderen zijn. In deze studie waren serum PTH-spiegels niet detecteerbaar na PTX, en dit resulteerde in significante hypocalciëmie en hyperfosfatemie. De klinische toestand van postoperatieve HypoPT kan dus opmerkelijk worden weergegeven in het rattenmodel. Koolstof-nanodeeltjes-ondersteunde PTX kan daarom dienen als een buitengewoon effectief en gemakkelijk implementeerbaar model voor het bestuderen van de pathogenese, behandeling en prognose van HypoPT.
Inleiding
Bijschildklierhormoon (PTH) wordt uitgescheiden door de bijschildklieren. Het is een belangrijke modulator van de calciumbalans, handhaaft het fosfaatmetabolisme en neemt deel aan botomzetting 1,2. Hypoparathyreoïdie (HypoPT) manifesteert zich als een verminderde secretie of functioneel verlies van PTH. Het is een zeldzame endocriene aandoening, met een prevalentie van ongeveer 9-37 per 100.000 persoonsjaren 3,4,5. HypoPT wordt gekenmerkt door verlaagde serum PTH- en calciumspiegels vergezeld van verhoogd serumfosfor 6,7. HypoPT wordt geclassificeerd op basis van de oorzaak: verworven hypoparathyreoïdie (AHypoPT) of idiopathische hypoparathyreoïdie (IHypoPT)8. AHypoPT komt vaker voor in de klinische praktijk; ongeveer 75% van de AHypoPT-gevallen wordt veroorzaakt door resectie of accidenteel letsel van de bijschildklieren tijdens schildklierchirurgie of andere hoofd- en nekoperaties. Andere oorzaken zijn radiotherapie en chemotherapie voor hoofd-halstumoren en geneesmiddeltoxiciteit 1,8. Verbeterde diagnostische methoden en een toename van screening op schildklier-geassocieerde ziekten hebben het aantal schildklierchirurgische operaties verhoogd. Dit heeft geleid tot een overeenkomstige toename van de gerelateerde bijschildkliercomplicaties 9,10.
Gemakkelijk vast te stellen diermodellen met stabiele kenmerken zijn nodig om AHypoPT beter te onderzoeken en de therapeutische effectiviteit van nieuwe behandelingen te verifiëren. Bijschildklierectomie (PTX) uitgevoerd op ratten en muizen is gemeld in eerdere studies 6,11; Vanwege de extreem kleine omvang van de bijschildklieren en de variabiliteit in hun anatomische verdeling, is het slagingspercentage in de praktijk echter relatief laag. Zo wordt thyro-parathyroidectomie (TPTX) (d.w.z. de totale verwijdering van de schildklier en bijschildklieren) meestal uitgevoerd om de resectie van de bijschildklierente garanderen 12. De resulterende lage thyroxinespiegels kunnen echter studies met dit diermodel13 bemoeilijken. HypoPT-modellen die zijn opgesteld met andere methoden, zoals medicijnstimulatie en genbewerking, kunnen de meest voorkomende AHypoPT-pathogenese niet goed weergeven. Onze groep gebruikte eerder knock-out muismodellen om de bijschildklieren te labelen en de verwijdering van de bijschildklieren mogelijk te maken zonder de schildklieren en omliggende anatomische structuren te beschadigen14,15. Deze methode maakt echter gebruik van transgene muismodellen, die een langere ontwikkelingstijd vereisen vanwege de parings- en fokvereisten.
Daarom wilden we een eenvoudig te genereren model van AHypoPT opzetten. Deze studie beschrijft een rattenmodel voor PTX met behulp van koolstofnanodeeltjeslabeling. Een koolstof nanodeeltjessuspensie van 50 mg / ml, die vaak wordt gebruikt bij schildklierchirurgie, verdeelt zich gelijkmatig in de schildklieren na lokale injectie16. De schildklieren worden zwart, maar de bijschildklieren worden ongekleurdgelaten 17, waardoor de bijschildklieren duidelijk worden onderscheiden van de schildklieren en de PTX kan worden uitgevoerd zonder de schildklieren te beïnvloeden. Deze methode is geschikt voor ratten van verschillende leeftijden. De injectie van de koolstof nanodeeltjessuspensie is veilig en heeft een verwaarloosbaar effect op de schildklierfunctie18. Het koolstofnanodeeltje-gelabelde PTX-rattenmodel dat in deze studie werd gegenereerd, toonde significante hypocalciëmie- en hyperfosfatemiefenotypen tijdens de observatieperiode van 4 weken. Dit AHypoPT-model is dus eenvoudig vast te stellen en heeft een reproduceerbaar fenotype.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Deze studie werd goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee van het State Key Laboratory of Oral Diseases, Sichuan University. Toestemming werd verkregen van relevante lokale instanties vóór het experiment. Acht 8-10 weken oude mannelijke Sprague-Dawley (SD) ratten, met een gemiddeld gewicht van 200-250 g, werden gebruikt voor de huidige studie. De dieren werden verkregen uit een commerciële bron (zie tabel met materialen). Voedsel en water werden gedurende de experimentele periode ad libitum verstrekt.
1. Preoperatief preparaat voor de productie van PTX-ratten met koolstofnanodeeltjes
- Verdoof de 8-10 weken oude ratten met behulp van 2,0% -2,5% isofluraan inhalatie, gevolgd door een intraperitoneale (i.p.) injectie van tribromoethanol bij 10 ml / kg lichaamsgewicht. Garandeer een voldoende diepte van de anesthesie door de afwezigheid van de pupillichtreflex te testen. Gebruik veterinaire zalf op de ogen om uitdroging te voorkomen terwijl u onder narcose bent.
OPMERKING: Ratten die 8-10 weken oud zijn, worden herkend als volwassen ratten. Deze modelleringsmethode kan echter worden gebruikt bij ratten vanaf 7 dagen oud. - Bereid de verdoofde SD-ratten voor op een operatie door de vacht van het ventrale nekgebied in rugligging te scheren. Desinfecteer het operatiegebied met behulp van povidon-jodium wattenbollen (zie tabel met materialen).
- Bedek het dier met chirurgische gordijnen (zie tabel met materialen) en stel het chirurgische gebied bloot, met als doel microbiële besmetting te minimaliseren.
2. Bijschildklierectomie (PTX)
- Begin bij het middelpunt tussen de twee oren en snijd een incisie van 2 cm in de lengterichting van de staart met behulp van een chirurgisch scalpel. Ontleed de fascia en vetlaag achtereenvolgens met een scherpe, gebogen, gekartelde tang.
- Scheid de paratracheale spieren en stel de luchtpijp bloot met een relatief stompe tang onder een stereomicroscoop bij 4x-5x vergroting.
- Lokaliseer de linker- en rechterlobben van de vlindervormige schildklieren aan de zijkant van de luchtpijp.
- Injecteer 1 μL van de koolstofnanodeeltjessuspensie (zie materiaaltabel) onder het membraan van de schildklieren met behulp van een spuit van 10 μL met een schuine naald van 30 G. Irrigeer na 5 minuten het operatieve gebied met zoutoplossing om de extra koolstofnanodeeltjessuspensie die het schildkliermembraan bedekt, te reinigen.
OPMERKING: Het aanbevolen injectiepunt is het mesiale deel van de schildklierkwab, dat minder bloedvaten heeft. Een koolstof nanodeeltjessuspensie wordt vaak gebruikt bij schildklierchirurgie vanwege het vermogen om de lymfeklieren te detecteren. Het kleuren van de schildklieren en het ongekleurd laten van de bijschildklieren vergemakkelijkt de identificatie van de laatste. - Controleer of de schildklieren zwart worden terwijl de bijschildklieren binnen ~ 5 minuten onbevlekt blijven. Observeer de gemarkeerde bijschildklieren onder gewoon licht met behulp van het licht van een stereomicroscoop of een tafellamp.
OPMERKING: Meestal hebben knaagdieren twee druppelvormige bijschildklieren op de linker- en rechteroppervlakken van de schildklier. Af en toe kunnen extra bijschildklieren zich verder weg bevinden. - Knip de onbevlekte bijschildklieren nauwkeurig af met een microchirurgische tang en schaar. Gebruik steriele wattenbollen voor hemostase of een gelatinespons als er meer bloedingen zijn.
- Sluit de spieren, vetlagen en huid, laag voor laag, met een onderbroken horizontale matrashechting met behulp van 6-0 polyglactine 910-hechtingen (zie materiaaltabel).
- Voer voor de schijngroep alle stappen van het preoperatieve preparaat en PTX uit, behalve stap 2.6. Verdoof de ratten en scheid de weefsels boven de luchtpijp. Lokaliseer de bijschildklieren, maar verwijder ze niet. Voer postoperatief herstel en observatie uit samen met de ratten van de PTX-groep.
3. Postoperatief herstel en observatie
- Plaats de ratten na de operatie op een thermostatische elektrische deken (37 °C) om hun lichaamstemperatuur te handhaven. Injecteer buprenorfinehydrochloride 0,01 mg/kg subcutaan (s.c) om de 12 uur als postoperatieve analgesie. Breng de ratten over naar een steriele kooi wanneer ze beginnen te bewegen en proberen te kruipen.
- Observeer de ratten postoperatief gedurende 2 uur nauwkeurig. Breng de ratten terug naar de opfokkamer, observeer ze routinematig en noteer hun toestand.
- Trek 7 dagen na de operatie 10 μL bloed uit de staartader. Meet het serum Ca2+, serum Pi en serum PTH met behulp van geschikte commerciële kits (zie Tabel met materialen). Een succesvolle bijschildklierectomie produceert een gereduceerd serum geïoniseerd Ca2+ niveau 2 SD lager dan dat van schijn-geopereerde ratten (9,00 mmol/L, n = 16).
OPMERKING: Voor de statistische analyse is gebruik gemaakt van statistische en grafische software (zie Materiaaltabel). Een student's t-test werd gebruikt om de serum- en urineparameters tussen de schijn- en PTX-groepen te vergelijken. p < 0,05 werd als statistisch significant beschouwd. Serum en urinaire Ca2+ en Pi en serumureum en creatinine werden gemeten met commerciële kits volgens de instructies van de fabrikant (zie materiaaltabel). Serum C-telopeptide van type I collageen en osteocalcine werden gemeten met in de handel verkrijgbare ELISA-kits (zie tabel met materialen).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De locaties en het aantal bijschildklieren werden aanvankelijk waargenomen bij ratten onder een dissectiemicroscoop. Vóór de injectie van koolstofnanodeeltjes hadden de schildklieren een doorschijnende rode kleur en waren de bijschildklieren nauwelijks te onderscheiden onder de microscoop (figuur 1A). Na de nanodeeltjesinjectie waren de schildklieren zwart gekleurd, terwijl de bijschildklieren onbevlekt bleven (figuur 1B). De zorgvuldige dissectie van de lichtge...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Epidemiologische rapporten geven aan dat de detectie van schildklieraandoeningen aanzienlijk is toegenomen en dat het aantal uitgevoerde gerelateerde operaties dienovereenkomstig is toegenomen19,20. De incidentie van postoperatieve hypoparathyreoïdie is ongeveer 7,6%8,21, terwijl de verhoogde morbiditeit van verworven hypoparathyreoïdie ervoor heeft gezorgd dat deze zeldzame ziekte meer onderzoeksaandacht heeft gekregen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door NSFC-subsidie 81800928, onderzoeksfinanciering van de West China School / Hospital of Stomatology Sichuan University (nr. RCDWJS2021-1) en de State Key Laboratory of Oral Diseases Open Funding-subsidie SKLOD-R013.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.9% Sodium Chloride Solution | Kelun Co. Sichuan, China | ||
| 10 µL 30G NanoFil Syringe | WPI | ||
| 6-0 polyglactin 910 suture with needle | Ethicon, Inc | J510G | |
| Calcium LiquiColor test | EKF | 0155-225 | Voor Ca2+ analyse |
| Carbon Nanoparticles Suspension Injection | Lummy, Chongqing, China | H20073246 | 1 mL : 50 mg |
| Creatinine (Cr) Assay kit ( sarcosine oxidase ) | Jiancheng, Nanjing, China | C011-2-1 | Voor creatinine analyse |
| Disposable Scalpel | Shinva, China | ||
| Dumstar Biology forceps | Shinva, China | ||
| Micro Dissecting Spring Scissors | Shinva, China | ||
| MicroVue Rat intact PTH ELISA | Immunotopics | 30-2531 | Voor de meting van PTH in ratten serum |
| Needle Holder | Shinva, China | ||
| Phosphorus Liqui-UV test | EKF | 0830-125 | Voor Pi analyse |
| Ply gauze | Weian Co. Henan, China | ||
| Povidone-Iodine | Yongan pharmaceutical Co.Ltd. Chengdu, China | ||
| Prism 9.0 (statistics and graphing software) | GraphPad Software, Inc., San Diego, CA, USA | https://www.graphpad.com/scientific-software/prism/ | |
| Rat C-telopeptide of type I collagen (CTX-I) ELISA Kit | CUSABIO, Wuhan, China | CSB-E12776r | Voor CTX-I analyse |
| Rat Osteocalcin/Bone Gla Protein (OT/BGP) ELISA Kit | CUSABIO, Wuhan, China | CSB-E05129r | Voor osteocalcin analyse |
| Safety Single Edge Razor Blades | American Safety Razor Company | 66-0089 | |
| Sprague-Dawley Rats | 8 tot 10 weken oud | ||
| Surgical Incise Drapes | Liangyou Co. Sichuan, China | ||
| Urea Assay Kit | Jiancheng, Nanjing, China | C013-2-1 | Voor ureum analyse |
Referenties
- Bilezikian, J. P., et al. Hypoparathyroidism in the adult: Epidemiology, diagnosis, pathophysiology, target-organ involvement, treatment, and challenges for future research. Journal of Bone and Mineral Research. 26 (10), 2317-2337 (2011).
- Bilezikian, J. P. Hypoparathyroidism. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 105 (6), 1722-1736 (2020).
- Underbjerg, L., Sikjaer, T., Mosekilde, L., Rejnmark, L. Postsurgical hypoparathyroidism-Risk of fractures, psychiatric diseases, cancer, cataract, and infections. Journal of Bone and Mineral Research. 29 (11), 2504-2510 (2014).
- Underbjerg, L., Sikjaer, T., Mosekilde, L., Rejnmark, L. The epidemiology of nonsurgical hypoparathyroidism in Denmark: A nationwide case finding study. Journal of Bone and Mineral Research. 30 (9), 1738-1744 (2015).
- Astor, M. C., et al. Epidemiology and health-related quality of life in hypoparathyroidism in Norway. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 101 (8), 3045-3053 (2016).
- Rodriguez-Ortiz, M. E., et al. Calcium deficiency reduces circulating levels of FGF23. Journal of the American Society of Nephrology. 23 (7), 1190-1197 (2012).
- Davies, B. M., Gordon, A. H., Mussett, M. V. A plasma calcium assay for parathyroid hormone, using parathyroidectomized rats. The Journal of Physiology. 125 (2), 383-395 (1954).
- Clarke, B. L., et al. Epidemiology and diagnosis of hypoparathyroidism. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 101 (6), 2284-2299 (2016).
- Liu, Y., Shan, Z. Expert consensus on diagnosis and treatment for elderly with thyroid diseases in China. Aging Medicine. 4 (2), 70-92 (2021).
- Sulejmanovic, M., Cickusic, A. J., Salkic, S., Bousbija, F. M. Annual incidence of thyroid disease in patients who first time visit department for thyroid diseases in Tuzla Canton. Materia Socio-Medica. 31 (2), 130-134 (2019).
- Liao, H. W., et al. Relationship between fibroblast growth factor 23 and biochemical and bone histomorphometric alterations in a chronic kidney disease rat model undergoing parathyroidectomy. PloS One. 10 (7), 0133278(2015).
- Russell, P. S., Gittes, R. F. Parathyroid transplants in rats: A comparison of their survival time with that of skin grafts. The Journal of Experimental Medicine. 109 (6), 571-588 (1959).
- Sakai, A., et al. Osteoclast development in immobilized bone is suppressed by parathyroidectomy in mice. Journal of Bone and Mineral Metabolism. 23 (1), 8-14 (2005).
- Bi, R., Fan, Y., Luo, E., Yuan, Q., Mannstadt, M. Two techniques to create hypoparathyroid mice: parathyroidectomy using GFP glands and diphtheria-toxin-mediated parathyroid ablation. Journal of Visualized Experiments. (121), e55010(2017).
- Bi, R., et al. Diphtheria toxin- and GFP-based mouse models of acquired hypoparathyroidism and treatment with a long-acting parathyroid hormone analog. Journal of Bone and Mineral Research. 31 (5), 975-984 (2016).
- Huang, Y., et al. Carbon nanoparticles suspension injection for photothermal therapy of xenografted human thyroid carcinoma in vivo. MedComm. 1 (2), 202-210 (2020).
- Zhang, R. J., Chen, Y. L., Deng, X., Yang, H. Carbon nanoparticles for thyroidectomy and central lymph node dissection for thyroid cancer. The American Surgeon. , (2022).
- Long, M., et al. A carbon nanoparticle lymphatic tracer protected parathyroid glands during radical thyroidectomy for papillary thyroid non-microcarcinoma. Surgical Innovation. 24 (1), 29-34 (2017).
- Li, Y., et al. Efficacy and safety of long-term universal salt iodization on thyroid disorders: Epidemiological evidence from 31 provinces of mainland China. Thyroid. 30 (4), 568-579 (2020).
- Powers, J., Joy, K., Ruscio, A., Lagast, H. Prevalence and incidence of hypoparathyroidism in the United States using a large claims database. Journal of Bone and Mineral Research. 28 (12), 2570-2576 (2013).
- Zihao, N., et al. Promotion of allogeneic parathyroid cell transplantation in rats with hypoparathyroidism. Gland Surgery. 10 (12), 3403-3414 (2021).
- Goncu, B., et al. Xenotransplantation of microencapsulated parathyroid cells as a potential treatment for autoimmune-related hypoparathyroidism. Experimental and Clinical Transplantation. , (2021).
- Jung, S. Y., et al. Standardization of a physiologic hypoparathyroidism animal model. PLoS One. 11 (10), 0163911(2016).
- Chen, W., Lv, Y., Xie, R., Xu, D., Yu, J. Application of lymphatic mapping to recognize and protect parathyroid in thyroid carcinoma surgery by using carbon nanoparticles. Journal of Clinical Otorhinolaryngology, Head, and Neck Surgery. 28 (24), 1918-1920 (1924).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
