Kortdurende hypothermie-inductie bij ratten met behulp van modellen voor studies die klinische relevantie en mechanismen onderzoeken
3 maart 2021
Dit artikel beschrijft twee methoden voor kortdurende hypothermie-inductie van het hele lichaam bij ratten. De eerste, snelle inductiemethode, maakt gebruik van actieve koeling met behulp van ventilatoren en ethanolspray voor een snelle temperatuurdaling. De tweede methode is een geleidelijke afkoelmethode. Dit wordt bereikt door de combinatie van isofluraan-anesthesie en de verlaging van temperatuurinstellingen op de huisotherme warmtemat. Dit resulteert in een geleidelijke daling van de kerntemperatuur van het lichaam zonder het gebruik van externe koelapparaten.
Het geleidelijke afkoelingsprotocol heeft een langzamere afkoelingssnelheid dan de huidige experimentele methoden. Dit model is klinisch relevant omdat de tijd tot doeltemperatuur dichter bij het menselijk bereik ligt. Het belangrijkste voordeel van deze technieken is hun eenvoud en goedkoopheid.
Bovendien hebben deze modellen geen specialistische apparatuur nodig. De klinische snelheid van afkoeling die wordt bereikt door het geleidelijke model zal een beter geïnformeerd preklinisch onderzoek mogelijk maken naar de voordelen van hypothermie als behandelingsmaatregel voor patiënten met een beroerte. Begin met het plaatsen van een verdoofde rat op een chirurgische warmtemat in rugligging met de neus in een kegel.
Zet de neus vast met chirurgische tape. Scheer de vacht van de rechter onderbuik en injecteer subcutaan 200 microliter 0,05% bupivacaïne als lokaal verdovingsmiddel. Breng antiseptische oplossing aan op het vers geschoren gebied.
Maak een longitudinale incisie van twee centimeter langs het rechter buikgebied proximaal naar de rechterdij die diep genoeg is om de ruimte bij de ventrale dijbeenplooi bloot te leggen en gebruik hemostaat en een tang om een zak onder de huid te creëren die groot genoeg is om een dataloggerapparaat te bevatten. Steek de temperatuurbewakingsdatalogger in de zak en gebruik 5-0 hechtingen om de spier en de huid te sluiten, zodat de datalogger niet tegen de verwarmingsmat rust. Om actieve onderkoeling te induceren, plaatst u eerst een retortstandaard met een klem op 20 centimeter van de kop van de rat en 120 centimeter van de onderbuik en bevestigt u een 60 millimeter 12 volt ventilator met een instelling van ten minste 4.000 omwentelingen per minuut aan elke stand met de ventilatoren gericht op de onderrug van de rat.
Stel de warmtemat in op de gewenste doeltemperatuur voor het initiëren van onderkoeling en schakel beide ventilatoren in. Breng in buikligging elke vijf minuten drie of vier sprays van 70% ethanol aan op de onderrug van de rat terwijl u de vacht rukken voor een snellere afkoelingsinductie en terwijl u de rectale temperatuur nauwlettend in de gaten houdt. Stop de toepassing van ethanol wanneer de rectale temperatuur binnen één graad van de doeltemperatuur ligt.
Wanneer de temperatuur binnen 0,5 graden van het doel ligt, schakelt u de ventilatoren uit zodat de temperatuur langzaam naar het doel kan dalen zonder overkoeling. Vervang in het geval van overkoeling één ventilator door een dierenwarmtelamp en gebruik de warmtelamp om het dier licht op te warmen tot de doeltemperatuur. Zodra de doeltemperatuur is bereikt en gestabiliseerd, controleert u de temperatuur voor de resterende onderkoelingsperiode.
Stel aan het einde van de onderkoelde periode de warmtemat in op 37 graden Celsius en laat het dier gedurende een periode van 30 minuten thermoreguleren. Om klinisch haalbare geleidelijk optredende onderkoeling te induceren, verlaagt u de temperatuur van de kerntemperatuurgeregelde homeotherme warmtemat in kleine stappen om onderkoeling te bereiken binnen een specifieke vooraf bepaalde tijdsperiode. Wanneer de doeltemperatuur is bereikt, handhaaft u de doeltemperatuur voor het gewenste interval zonder externe koeling.
Om het dier aan het einde van de onderkoelde periode opnieuw te verwarmen, past u de warmtemat aan zodat de rat gedurende het gewenste tijdsinterval kan opwarmen tot 37 graden Celsius. Na voltooiing van beide soorten onderkoelingsexperimenten verwijdert u de datalogger om analyse van de geregistreerde lichaamstemperaturen mogelijk te maken. In deze analyse werd onderkoeling bereikt met snelle afkoeling tot een doeltemperatuur van 32,5 graden Celsius in 15 minuten zoals aangetoond.
Een lichte temperatuuroverschrijding als gevolg van het niet stoppen van de koeling van ongeveer 0,5 graden Celsius boven de doeltemperatuur kan worden waargenomen. De doeltemperatuur werd gedurende 30 minuten gehandhaafd en de opwarming werd gestart op 1,5 uur. In dit experiment werd de geleidelijke onderkoelingsinductiebenadering gebruikt om de streeftemperatuur van 33 graden Celsius in twee uur te bereiken.
De doeltemperatuur werd gedurende 30 minuten gehandhaafd voordat hij opwarmde op 2,5 uur. De geleidelijke afkoelingstechniek bracht ons ertoe te onderzoeken of een meer klinisch relevante koelsnelheid intracraniale drukverhoging na ischemische beroerte bij ratten zou voorkomen.
Overzicht
Dit artikel demonstreert twee methoden voor het induceren van kortdurende therapeutische hypothermie (TH) bij ratten, met als doel de kloof tussen preklinische en klinische studies naar neuroprotectie te overbruggen. De protocollen omvatten een snelle koeltechniek met behulp van ethanolspray en ventilatoren, en een geleidelijke, klinisch relevante koelmethode met behulp van een temperatuurgecontroleerde warmtemat. Deze benaderingen zijn ontworpen om eenvoudig en goedkoop te zijn en vereisen geen gespecialiseerde apparatuur, waardoor translationeel onderzoek in de context van neurologische aandoeningen, zoals beroertes, wordt gefaciliteerd.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Experimentele neurologie
- Onderzoek naar therapeutische hypothermie
Achtergrond
- Therapeutische hypothermie heeft robuuste neuroprotectieve effecten getoond in preklinische studies.
- De klinische effectiviteit is beperkt gebleken, waarbij succes vooral is behaald bij volwassenen met een hartstilstand en neonatale hypoxisch-ischemische letsels.
- Verschillen in koelsnelheden en methoden tussen diermodellen en menselijke patiënten kunnen bijdragen aan translationele uitdagingen.
- Er is behoefte aan preklinische modellen die klinische koelparameters beter nabootsen.
Doel van de studie
- Het presenteren en valideren van twee methoden voor het induceren van kortstondige hypothermie bij ratten.
- Het leveren van een protocol voor snelle koeling en een klinisch relevant protocol voor geleidelijke koeling.
- Het faciliteren van nauwkeurigere preklinische onderzoeken naar hypothermie als neuroprotectieve strategie.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van geanestheseerde ratten met chirurgische plaatsing van een temperatuur-datalogger.
- Snelle inductie van hypothermie met behulp van ethanol-spray en ventilatoren die op de onderrug van de rat zijn gericht.
- Geleidelijke inductie van hypothermie door de temperatuur van een op kerntemperatuur geregelde warmtemat stapsgewijs te verlagen.
- Continue monitoring en handhaving van de doellichaamstemperatuur, gevolgd door gecontroleerde heropwarming.
Belangrijkste resultaten
- Snelle koeling bereikte een doeltemperatuur van 32,5°C in 15 minuten, waarbij deze temperatuur gedurende 30 minuten werd gehandhaafd.
- Geleidelijke koeling bereikte een doeltemperatuur van 33°C over een periode van twee uur, eveneens gehandhaafd gedurende 30 minuten.
- Beide methoden maakten gecontroleerd opwarmen en betrouwbare temperatuurmonitoring mogelijk.
- Het protocol voor geleidelijke koeling biedt een klinisch relevante koelsnelheid voor preklinische studies.
Conclusies
- Zowel de methode voor snelle als voor geleidelijke inductie van hypothermie zijn eenvoudig, reproduceerbaar en vereisen geen gespecialiseerde apparatuur.
- Het protocol voor geleidelijke koeling maakt klinisch relevanter preklinisch onderzoek naar hypothermie bij neurologische aandoeningen mogelijk.
- Deze modellen kunnen helpen de translationele kloof tussen preklinische en klinische resultaten in onderzoek naar therapeutische hypothermie te overbruggen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Translationele kloven in onderzoek naar therapeutische hypothermie vormen een uitdaging voor het voorspellende vertrouwen van preklinische studies naar neuroprotectie. De ratmodellen in dit artikel maken een directe vergelijking mogelijk van snelle en klinisch relevante koelsnelheden, wat bijdraagt aan mechanische risicoreductie en targetvalidatie voor neuroprotectieve interventies. Deze protocollen stellen R&D-teams in staat om preklinische bevindingen beter af te stemmen op het ontwerp van klinische studies en beslissingen over de verdere ontwikkeling van de portfolio.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt het mogelijk om neuroprotectieve hypothesen te onderzoeken onder klinisch relevante koelingscondities.
- Ondersteunt functionele target-validatie door de koelsnelheid als onafhankelijke variabele te isoleren.
- Faciliteert mechanische risicoreductie door onderscheid te maken tussen de fysiologische effecten van snelle versus geleidelijke hypothermie.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt gestandaardiseerde, reproduceerbare protocollen voor de inductie van hypothermie voor daaropvolgende neuroprotectie-assays.
- Levert kwantitatieve temperatuurmonitoringgegevens voor een robuuste assay-ontwikkeling.
- Maakt een betrouwbare evaluatie van kandidaat-interventies in gecontroleerde thermische omgevingen mogelijk.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Rijgt preklinische koelsnelheden af op klinische haalbaarheid, waardoor de translationele continuïteit wordt verbeterd.
- Ondersteunt de risico-gecorrigeerde ontwikkeling van neuroprotectieve strategieën voor beroertes en aanverwante indicaties.
- Verbetert de voorspellende waarde van preklinische modellen voor het ontwerp van klinische studies.
Integratie van Pijplijn & Workflow
Deze modellen voor het induceren van hypothermie vormen de brug tussen vroege ontdekking en preklinische validatie, wat bijdraagt aan de identificatie van lead-verbindingen en translationeel onderzoek naar neuroprotectie.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt hypothesetoetsing mogelijk voor neuroprotectie die afhankelijk is van de koelsnelheid en de bijbehorende fysiologische mechanismen.
- Screening: Standardiseert de temperatuurbeheersing voor reproduceerbare screening van verbindingen in neurologische modellen.
- Analytiek: Levert continue kwantitatieve temperatuurgegevens voor vergelijkende analyse tussen verschillende experimentele groepen.
- Translationeel onderzoek: Faciliteert de afstemming van preklinische protocollen op klinische koelparameters voor een verbeterd ontwerp van klinische studies.
- Hergebruik binnen de organisatie: Biedt toegankelijke, schaalbare protocollen die aanpasbaar zijn binnen diverse onderzoeksportefeuilles voor neuroprotectie.
Operationele impact en impact op de organisatie
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in neuroprotectiestudies.
- Operationele waarde: Levert reproduceerbare, gestandaardiseerde en kosteneffectieve methoden voor de inductie van hypothermie.
- Strategische waarde: Ondersteunt geïnformeerde go/no-go-beslissingen en een kapitaalefficiënte progressie van de portfolio.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van neuroprotectieve kandidaten voor klinische verdere ontwikkeling mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in kleine dierchirurgie en temperatuurmonitoring.
- Toegang tot basischirurgische apparatuur en apparatuur voor temperatuurregeling is noodzakelijk.
- Vereist cross-team standaardisatie van koelprotocollen en data-analyse.
- Aanpasbaar aan diverse neurologische ziektemodellen door middel van protocolaanpassingen.
- Koelsnelheden en fysiologische reacties kunnen verschillen van die bij menselijke patiënten, wat een zorgvuldige translationele interpretatie vereist.
