Gebruik van een varkensmodel voor de studie van anesthesie-geïnduceerde ontwikkelingsneurotoxiciteit (AIDN): een vertaal-neuroscience-benadering
11 juni 2017
Anesthesie-geïnduceerde ontwikkelingsneurotoxiciteit (AIDN) onderzoek heeft zich gericht op knaagdieren, die niet breed van toepassing zijn op mensen. Niet-menselijke primatenmodellen zijn relevanter, maar zijn kosteloos en moeilijk te gebruiken voor experimenten. Het piglet is daarentegen een klinisch relevant, praktisch diermodel dat ideaal is voor de studie van anesthetische neurotoxiciteit.
Het algemene doel van deze experimentele procedure is om de effecten van anesthetica op de neonatale hersenen te beoordelen in een klinisch relevant translatief bigmodel. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van anesthesie-geïnduceerde neurotoxiciteit, zoals hoe toxiciteit optreedt en de ontwikkelingsveranderingen die gepaard gaan met dergelijke toxiciteit. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het een translatief relevant diermodel biedt voor de studie van anesthesie-geïnduceerde ontwikkelingsneurotoxiciteit waarbij de fysiologische homeostase tijdens het experiment wordt gehandhaafd.
Tijdens de inductie van de anesthesie en gedurende het hele proces, moet u het volgende monitoren: pulsoximetrie, niet-invasieve bloeddruk, elektrocardiografie en temperatuur. De meest cruciale stap tijdens deze procedure is het handhaven van de fysiologische homeostase. Dit omvat monitoring, temperatuurbeheersing, mechanische ventilatie en bloedchemie-analyse.
Om het big te bereiden voor de operatie, plaatst u eerst een perifere intraveneuze katheter van 24 gauge in de marginale oorvene. Verwarm het big met verwarmde geforceerde lucht. Controleer de temperatuur met een rectale thermometer en infundeer continu isotone vloeistof met dextrose op een onderhoudssnelheid.
Plaats vervolgens het big in de dorsale rugligging voor een tracheale intubatie. Besproei vervolgens de stembanden met 0,5 milliliter 2% lidocaine om spasmen tijdens de intubatie te voorkomen en breng een tracheale buis met een drie millimeter manchet in de luchtpijp. Zet de buis vast en controleer vervolgens op bilaterale ademhalingsgeluiden met behulp van borstauscultatie met een stethoscoop en controleer op aanhoudend end-tidal koolstofdioxide.
Breng vervolgens oogzalf aan op de ogen. Net voordat u met de operatie begint, dient u een breed spectrum antibioticum toe via de perifere intraveneuze lijn om infectie van de operatiewond te voorkomen. Steriliseer nu beide liesgebieden met minimaal twee scrubs met chloorhexidine om een goed steriele werkveld te garanderen.
Laat het operatiepersoneel mutsen, maskers, handschoenen en oogbescherming dragen. Bedek vervolgens het dier. Begin met het palperen van de femurpuls in de liesplooi.
En maak vervolgens met een scalpel een oppervlakkige craniocaudale incisie van 1,5 centimeter. Maak vervolgens een stompe dissectie tussen de twee koppen van de gracilis-spier. Lokaliseer nu het femorale neurovasculaire bundel.
Deze wordt meestal tussen de twee spieren gevonden. Gebruik vervolgens vasculaire lussen of zijden banden om de slagader aan het proximale en distale uiteinde te isoleren. Gebruik vervolgens de lus aan het proximale uiteinde om de slagader op te trekken tot het niveau van de huid distaal en oefen trekkracht uit op de proximale band om de bloedstroom te onderbreken.
Terwijl u de trekkracht handhaaft, maakt u een kleine arteriotomie met behulp van tenotomie-schaar. Breng vervolgens de katheter of polyethyleenbuis direct in het vat. Bloedterugkeer zou onmiddellijk moeten worden waargenomen.
Bevestig vervolgens onmiddellijk en zet vast een katheter die is aangesloten op een druktransducer. Bedek vervolgens de voltooide incisie met steriel gaas en spoel de katheter met fysiologisch zout. Gedurende de hele anesthesieblootstelling, controleert u de vitale functies van het big.
Let op verstoringen die kunnen wijzen op hypotensie, aritmie, hypo- of hyperthermie of hypoxie. Trek minstens één keer per uur tijdens het experiment een arteriële bloedmonster uit de femorale arteriekatheter. Gebruik vervolgens een geautomatiseerd analysesysteem om bloedwaarden uit het monster te verzamelen.
Na voldoende blootstelling aan anesthesie, verwijdert u de femorale arteriekatheter en bindt u voorzichtig de proximale vasculaire zijden naad vast om de femorale slagader permanent te occluderen en bloeding te voorkomen. Irrigeer vervolgens de incisie met 10 tot 20 milliliter zoutoplossing om infectie te helpen voorkomen. Zodra volledige hemostase is bevestigd, sluit u de incisie met een 3-0 zijden naad in een eenvoudig onderbroken patroon.
Infiltreer nu de wond met bupivacaïne en epinefrine voor pijnbestrijding. Bedek vervolgens de incisie met een steriele chirurgische huidlijm, stop met anesthesie en laat het big wakker worden. 40 mannelijke biggen werden bestudeerd.
Tussen de controle- en experimentele groepen was er geen significant verschil wat betreft hun leeftijd of gewicht. Ze werden allemaal grondig bewaakt tijdens de procedure en allen verdroegen het goed. De gemiddelde laboratoriumwaarden tijdens de experimenten in de isofluraangroep illustreren de interne consistentie en reproduceerbaarheid van de procedure.
De consistentie werd waargenomen gedurende een periode van twee jaar met gegevens die werden samengevoegd van verschillende operatoren. Nadat u deze video heeft bekeken, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een fysiologisch geschikt translatief bigmodel kunt gebruiken om bijna elke preklinische pediatrische onderzoeksvraag te beantwoorden. Vergeet niet dat het werken met anesthetische middelen gevaarlijk kan zijn en dat voorzorgsmaatregelen zoals geschikte anesthesiegasopvang altijd moeten worden genomen bij het uitvoeren van deze procedure.
Overzicht
Deze studie onderzoekt de effecten van anesthetica op de neonatale hersenen met behulp van een klinisch relevant biggenmodel. Het onderzoek beoogt anesthetica-geïnduceerde ontwikkelingsneurotoxiciteit en de implicaties hiervan voor de pediatrische anesthesie te begrijpen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Ontwikkelingsbiologie
- Anesthesiologie
Achtergrond
- Vorig onderzoek naar anesthesie-geïnduceerde neurotoxiciteit heeft zich hoofdzakelijk gericht op knaagdiermodellen.
- Modellen met niet-menselijke primaten zijn relevant, maar duur en uitdagend in gebruik.
- Het biggetje dient als een praktisch en klinisch relevant model voor het bestuderen van anesthetische neurotoxiciteit.
- Het handhaven van de fysiologische homeostase is cruciaal tijdens experimenten.
Doel van de studie
- Om de effecten van anesthetica op de neonatale hersenen te beoordelen.
- Om de mechanismen van toxiciteit en de daarmee samenhangende ontwikkelingsveranderingen te onderzoeken.
- Om een betrouwbaar model vast te stellen voor preklinisch pediatrisch onderzoek.
Gebruikte methoden
- Bewaken van vitale functies, waaronder pulsoximetrie, bloeddruk en temperatuur.
- Inductie van anesthesie en het uitvoeren van chirurgische ingrepen bij biggen.
- Afname van arteriële bloedmonsters voor analyse tijdens het experiment.
- Waarborgen van de fysiologische homeostase gedurende de procedure.
Belangrijkste resultaten
- Er werd onderzoek gedaan naar 40 mannelijke biggen, waarbij geen significante verschillen in leeftijd of gewicht tussen de groepen waren vastgesteld.
- Alle proefpersonen toleerden de procedure goed, wat de betrouwbaarheid van het model demonstreert.
- De gegevens vertoonden interne consistentie en reproduceerbaarheid over een periode van twee jaar.
- Monitoring wees uit dat er geen significante bijwerkingen optraden tijdens de blootstelling aan anesthetica.
Conclusies
- Het biggenmodel is effectief voor het bestuderen van door anesthesie geïnduceerde ontwikkelingsneurotoxiciteit.
- De bevindingen dragen bij aan het begrip van de veiligheid van pediatrische anesthesie.
- Toekomstig onderzoek kan dit model benutten om kritieke vragen binnen dit vakgebied te beantwoorden.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Het biggenmodel biedt een translationeel relevant systeem voor het beoordelen van door anesthetica geïnduceerde ontwikkelingsneurotoxiciteit, waarmee een kritisch hiaat in de preklinische veiligheidsbeoordeling bij kinderen wordt gedicht. Door de fysiologische homeostase gedurende het gehele experiment te handhaven, maakt het model een betrouwbare mechanistische analyse van de effecten van anesthetica op de ontwikkelende hersenen mogelijk. Dit ondersteunt voorspellende risicoreductie in de vroege ontdekkingsfase door biologische paden te verduidelijken die gekoppeld zijn aan neurodevelopmentele uitkomsten, wat bijdraagt aan go/no-go-beslissingen in pijplijnen van CNS-actieve verbindingen.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om therapeutische hypothesen te onderzoeken met betrekking tot anesthetische mechanismen van neurotoxiciteit in een ontwikkelingsbiologisch passend systeem.
- Operationele waarde: Ondersteunt functionele targetvalidatie door consistente monitoring van fysiologische parameters in verschillende experimentele groepen.
- Voorspellende waarde: Verhoogt het vertrouwen in de selectie van targets door het modelleren van menselijk-relevante neuro-ontwikkelingsreacties op blootstelling aan anesthetica.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream assay-standaardisatie met behulp van arteriële bloedafname en monitoring van vitale functies.
- Operationele waarde: Waarborgt de reproduceerbaarheid van assays via gestandaardiseerde femoralisarterie-catheterisatie en protocollen voor hemodynamische stabilisatie.
- Schaalbaarheid: Faciliteert het hergebruik van het platform voor verschillende anesthetische verbindingen dankzij een consistente procedurele uitvoering over meerdere jaren en operators.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Biedt ziekterelevante systeemuitlijning door de menselijke neonatale fysiologie en ontwikkelingstijdlijnen te spiegelen.
- Operationele waarde: Maakt translationele continuïteit mogelijk van ontdekking tot preklinische validatie via consistente anesthetische blootstelling en herstelprotocollen.
- Risicobeperking: Ondersteunt risicogecorrigeerde beslissingen over voortgang door neuro-ontwikkelingssignalen vroegtijdig in het ontdekkingscontinuüm te identificeren.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode kan worden geïntegreerd in vroege discovery-workflows door hypothesetesten van anesthetische verbindingen mogelijk te maken in een fysiologisch stabiel neonataal model, wat de identificatie van lead-verbindingen direct ondersteunt door middel van mechanistische risicoreductie.
- Discovery Biology: Ondersteunt de verduidelijking van signaalpaden en biologische risicoreductie door homeostatische condities te handhaven tijdens blootstelling aan anesthetica, om zo verbinding-specifieke effecten te isoleren.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via betrouwbare vasculaire toegang en real-time monitoring van vitale functies, wat kwantitatieve evaluatie van verbindingen mogelijk maakt.
- Analytics: Genereert meetbare resultaten, waaronder arteriële bloedchemie, temperatuur en hemodynamische gegevens voor vergelijking tussen verschillende condities.
- Translationaal onderzoek: Legt de verbinding met preklinische continuïteit via herstelprotocollen en wondverzorging die een spiegeling vormen van klinische postoperatieve zorg.
- Enterprise-hergebruik: Creëert een herbruikbare capaciteit voor CNS-veiligheidsbeoordelingen dankzij procedurele consistentie en operator-onafhankelijke reproduceerbaarheid.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid bij doelwitvalidatie door vermindering van mechanistische ambiguïteit in neurodevelopmentale pathways.
- Operationele waarde: Standaardisatie en reproduceerbaarheid via geprotocolleerde monitoring, temperatuurbeheersing en bloedafname.
- Strategische waarde: Verbeterde go/no-go beslissingen door het verminderen van biologische risico's in een laat stadium bij de ontwikkeling van pediatrische anesthetica.
- Impact op portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van verbindingen op basis van neurodevelopmentale veiligheidsprofielen afgeleid uit transleerbare modellen.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in de pediatrische anesthesiologie en neonatale chirurgische technieken voor vasculaire toegang en intubatie.
- Afhankelijk van instrumentatie voor arteriële druktransductie, bloedgasanalyse en temperatuurregeling.
- Vereist cross-team standaardisatie van monitoringsprotocollen en het afzuigen van anesthesiegas om de data-integriteit te waarborgen.
- Omvat overwegingen voor aanpassing bij het extrapoleren van neuro-ontwikkelingstermijnen van biggetjes naar menselijke baby's.
- Beperkt door de noodzaak van aseptische chirurgische faciliteiten en getraind personeel om de fysiologische stabiliteit te behouden tijdens langdurige blootstelling aan anesthesie.
