Niniejszy protokół opisuje nowatorskie podejście do modelowania przewlekłego obturacyjnego zapalenia trzustki, które polega na wizualizacji przewodu trzustkowego oraz elektrokrzepnięciu przewodu trzustkowego w celu spowoduje jego niedrożności.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Niniejszy protokół opisuje nowatorskie podejście do modelowania przewlekłego obturacyjnego zapalenia trzustki, które polega na wizualizacji przewodu trzustkowego oraz elektrokrzepnięciu przewodu trzustkowego w celu spowoduje jego niedrożności.
Przewlekłe zapalenie trzustki (MPD) to ciężka choroba zapalna, która może niszczyć trzustkę, prowadzić do cukrzycy oraz zwiększać ryzyko raka trzustki, poważnie wpływając na jakość życia pacjentów. Zwalczanie CP to kluczowy obszar badań w gastroenterologii. Opracowaliśmy nowy model zwierzęcy, aby przezwyciężyć ograniczenia istniejących, wykorzystując 8-tygodniowe samce myszy C57BL/6.
Po odsłonięciu trzustki podczas operacji jamy brzusznej u znieczulonych myszy, zacisnęliśmy wspólny przewód żółciowy w pobliżu wątroby, aby zapobiec przedostaniu się do niego błękitu metylenowego. Do przewodu żółciowego wprowadzono kapilarę, aby wstrzyknąć barwnik, a po zabarwieniu przewodu trzustkowego. Po wizualizacji przewodu trzustkowego wybrano trzustkę do elektrokrzepnięcia w środkowej i dolnej części 2/3 miejsca między wspólnym przewodem żółciowym a tętnicą górną trzustkowo-duodenalną. Elektrokoagulacja została przerwana, gdy roztwór barwienia niebieskiego nie był rozpoznawalny. Odwłok był wtedy zamykany, a myszy zwykle podnoszono. W 7, 14, 21 i 28 dniach po operacji trzustka była badana za pomocą barwienia HE, barwienia Massona oraz immunohistochemii, a surowica krwi została przeanalizowana pod kątem parametrów biochemicznych. Patologia po 14 dniach ściśle odpowiadała cechom przewlekłego zapalenia trzustki, podobnie jak parametry biochemiczne surowicy.
Przewlekłe zapalenie trzustki (MPD) to ciężkie, postępujące zaburzenie zapalne, prowadzące do zniszczenia trzustki i objawiające się bólem brzucha oraz zaburzeniami trawiennymi. Z czasem może powodować cukrzycę i zwiększać ryzyko raka trzustki. Ustanowienie zwierzęcego modelu CP i opracowanie skutecznych strategii terapeutycznych jest zatem kluczowe.
Komórki akcynarne z zewnątrzskrzyny trzustki produkują i wydzielają dużą liczbę enzymów trawiennych. Gdy zaburzenia organelli i regulacji homeostazy białek są zaburzone, może to prowadzić do nieprawidłowej aktywacji wewnątrzkomórkowego trypsinogenu, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia komórek acinowych i rozwoju zapalenia trzustki1.
Wcześniejsze badania wykazały, że modele mysie, zwłaszcza te wywołane przez powtarzające się zastrzyki ceruleiny2 oraz chirurgiczne podwiązanie przewódówtrzustkowych 3,4, odegrały kluczową rolę w badaniach CP. Ceruleina może wywołać ostre zapalenie trzustki, które może przejść w stan przewlekły, jednak brak specyficznej niedrożności przewódu trzustkowego ogranicza jej znaczenie kliniczne w symulacji obturacyjnego zapalenia trzustki. Chociaż podwiązanie chirurgiczne lepiej naśladuje obturacyjny charakter ludzkiej porażki mózgowej, jest wysoce inwazyjne, trudne do wykonania i często prowadzi do poważnych skutków ogólnoustrojowych, utrudniając badania miejscowych patologii przewodów.
Aby rozwiązać te ograniczenia, zaproponowano nowy model obturacyjnego CP poprzez elektrokoagulację. Podobnie jak zasada podwiązywania przewódu trzustkowego, blokuje przewód trzustkowy, ale jest łatwiejszy do wykonania i ma wyższy wskaźnik skuteczności. Naukowcy zaproponowali, że ablacja radiowa w głównym przewodzie trzustkowym świń jest bezpieczną i skuteczną metodą wywoływania zaniku trzustki5, co sugeruje również, że odcięcie głównego przewodu trzustkowego za pomocą elektrokoagulacji wysokiej częstotliwości może wywołać podobne efekty. Technika ta obejmuje przekłucie przewodów trzustkowych wstecznie wsteczne i wstrzyknięcie roztworu błękitu metylenowego do barwienia przewodów, a następnie elektrokoagulację w celu wywołania miejscowej niedrożności przewodów (Rysunek 1). Takie podejście wywołuje stan zapalny i włóknienie naśladujące ludzką obturacyjną porażkę mózgową, unikając jednocześnie rozległej reakcji zapalnej i powikłań ogólnoustrojowych. W porównaniu z konwencjonalnymi modelami, model elektrokoagulacji oferuje kilka zalet: celuje konkretnie w przewód trzustkowy, zmniejsza zmienność i łagodzi komplikacje układowe. Zapewnia bardziej specyficzne dla choroby, powtarzalne i wszechstronne podejście do zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw niedrożności przewodów w CP oraz jego roli w postępie choroby.
Wszystkie opisane eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Wykorzystania i Opieki nad Zwierzętami Naval Medical University. Upewnij się, że wszystkie materiały chirurgiczne są sterylne.
1. Laparotomia
2. Lokalizowanie i odsłonięcie trzustki
3. Śledzenie miejsca operacji
4. Indukcja procedury elektrokoagulacji
5. Utrzymanie zwierząt przy życiu
6. Metody analizy
Zwierzęta podzielono na grupę kontrolną (wstrzykiwanie tylko błękitu metylenowego do koagulacji elektrycznej) oraz grupę koagulującą elektryczną, łącznie 20 myszy w każdej grupie. Wskaźnik śmiertelności wynosił 0% w grupie kontrolnej i 15% w grupie z koagulacją elektryczną; wskaźnik sukcesu budowy modelu (liczba żywych myszy) wynosił 71%. W każdej grupie wybrano tuzin zwierząt do oceny patologicznej. Trzy myszy z każdej grupy zostały losowo wybrane 7., 14., 21.i 28. dnia do barwienia HE, Massona oraz immunohistochemicznego. Proces modelowania przedstawiono na Rysunku 1. Po przerysowaniu za pomocą błękitu metylenowego, elektrokoagulowaliśmy położenie między wspólnym przewodem żółciowym a przednią tętnicą trzustkową dwunastnicową u myszy. Jeśli obszar elektrokoagulacji zostanie wybrany w środkowej i dolnej części pozycji z powierzchnią mniejszą niż jedna trzecia, efekt prawdopodobnie nie spełni oczekiwań. Jednak jeśli przekroczy 2/3, myszy prawdopodobnie umrą w ciągu 72 godzin od elektrokoagulacji, co jest prawdopodobnie spowodowane ciężkim ostrym zapaleniem trzustki, które pojawia się po całkowitym zablokowaniu przewodu trzustkowego.
Z tego wnioskujemy, że 14. dnia po elektrokoagulacji można zaobserwować histologiczne zdjęcie przewlekłego zapalenia trzustki myszy (jak pokazano na Rysunku 1), które nie jest całkowicie zablokowane, lecz powstaje po częściowym zablokowaniu przewodu trzustkowego. Na tkance 7. dnia wykazywały lekki obrzęk tkanki, a nie wykazywały przewlekłego zapalenia trzustki. Czternastego dnia barwienie HE tkanki trzustki wykazało, że komórki acynarne trzustki zostały rozproszone. 21. dnia stopniowo się odbudowywał stan zapalny komórek acinowych w tkance trzustkowej. Na 28. dniu (Rysunek 2) zaobserwowano oznaki odwrócenia zmian patologicznych w tkance. Może to wynikać z niewystarczającej elektrokoagulacji przewodu trzustkowego podczas procesu elektrokrzepnięcia, a także z efektu kompensacyjnego pozostałego przewodu trzustkowego po częściowej niedrożności przewodu trzustkowego.
Barwienie Masona wykazało, że stopień zwłóknienia w grupie operacyjnej był istotnie poważniejszy niż w grupie pozorowanej operacji. Wyniki immunohistochemiczne barwienia col-1 oraz (aktyny mięśni alfa-gładkich) były wyższe (Rysunek 3). Obecność przewlekłego zapalenia trzustki w tkance trzustki zaobserwowano analizą patologiczną 14. dnia, a zmiany przed i po powodowaniu porównano za pomocą barwienia HE dopiero w późniejszej analizie patologicznej. Analiza biochemicznych wskaźników surowicy wykazała, że stężenia amylazy surowicowej, bilirubiny i kwasu hialuronowego są wyższe w grupie koagulującej elektrycznej niż w grupie kontrolnej, co wskazuje na rozpoczęcie przewlekłego zapalenia trzustki (Rysunek 4).

Rysunek 1: Schematyczna ilustracja obturacyjnego przewlekłego zapalenia trzustki wywołanego elektrokoagulacją u myszy.Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 2: Barwienie tkanek trzustkowych hematoksylinowo-eozyną w czasie. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 3: Barwienie hematoksylin-eozyny i Massona oraz immunohistochemia trzustki. Skróty: Col-1 = kolagen alfa-1 typu 1; SMA = alfa-gładka mięśniowa aktyna. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 4: Reprezentatywne wyniki indeksów biochemicznych surowicy u myszy w różnych okresach. (A) Stężenie kwasu hialuronowego w surowicy (μg/L). (B) Stężenie bilirubiny w surowicy (mmol/L). (C) stężenie amylazy w surowicy (U/dL). Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.
Ryzyko i nasilenie zapalenia trzustki są określane zarówno czynnikami genetycznymi, jak i środowiskowymi6. Całkowite wyleczenie klinicznego zapalenia trzustki jest celem gastroenterologii, a pierwszym krokiem jest stworzenie modeli zwierzęcych. Istnieje wiele metod ustalania tych modeli, z których każda ma swoje zalety i wady 7,8,9,10,11.
Chirurdzy stosowali elektrokoagulację wysokoczęstotliwościową do przeprowadzenia endoluminalnej termicznej ablacji (ETHA) w głównym przewodzie trzustkowym, aby zmniejszyć wydzielanie zewnątrzkreatyczne, tym samym zmniejszając częstość występowania pooperacyjnej przetoki trzustki (POPF) po pankreatikoduodenektomii (PD)12. Sugeruje to, że metoda termicznej ablacji powodującej zanik trzustki została wdrożona w pracy klinicznej. Opracowaliśmy nowy model obturacyjnego zapalenia trzustki, wykorzystując błękit metylenowy do wizualizacji przewodu trzustkowego i precyzyjnego elektrokrzepnięcia.
Do tego eksperymentu wybrano samce myszy w wieku 8 tygodni C57BL/6. Samice myszy mają cykl rozrodczy, a poziom hormonów w organizmie może mieć wpływ na dane eksperymentalne. W wieku 8 tygodni myszy były w szczytowym okresie życia, z dojrzałymi narządami ciała i dobrym wskaźnikiem zdrowia życia, a samce w tym samym wieku były silniejsze pod względem rozmiaru. W miesiącu obserwacji po operacji pobieraliśmy próbki trzustki myszy w 7, 14, 21 i 28 dniach; Wyniki uzyskane po 14 dniach w większości odpowiadają patologicznym cechom zapalenia trzustki.
Istnieje kilka zastrzeżeń wobec tego podejścia. Po pierwsze, wspólny przewód żółciowy powinien być zacisnięty jak najbliżej wlęża wątrobowego, aby ułatwić wstrzyknięcie barwnika do przewodu trzustkowego. Po drugie, należy zwrócić uwagę na szybkość i czas wstrzykiwania barwnika błękitu metylenowego do przewodu trzustkowego. Przewód trzustkowy nie może być widoczny przy zbyt małej ilości roztworu barwnika, a zbyt duża ilość roztworu utrudnia identyfikację głównego przewodu trzustkowego w polu chirurgicznym. Po trzecie, elektrokoagulacja została przerwana, gdy nie było widoczności roztworu barwienia niebieskiego. W tych eksperymentach operacja przeprowadza się w obszarze wskazanym przez barwienie błękitu metylenowego, ponieważ obszar trzustki myszy, który jest elektrokoagulowany, będzie inny, dlatego barwnik metylenowy służy do śledzenia przewodu trzustkowego. Po czwarte, wszelkie krwawienia trzustki podczas operacji powinny zostać natychmiast zatrzymane. Jednocześnie nożem elektrokoagulacyjnym należy użyć do cięcia trzustki. Jeśli nóż elektrokoagulacyjny z jakiegokolwiek powodu przykleja się do trzustki, czas elektrokrzepnięcia powinien zostać wydłużony. Jest to najczęstszy sposób zapobiegania wystąpieniu poważnych powikłań pooperacyjnych spowodowanych wyciekiem trzustki.
Jednak ta metoda ma swoje wady. Biegłość operatora bezpośrednio wpływa na wynik eksperymentu, a jednolitość zabiegu na różnych myszach wpływa na skuteczność modelu. Model ten symuluje skutki kamieni żółciowych lub niedrożności przewodów trzustkowych, prowadzących do powtarzających się epizodów ostrego zapalenia trzustki, które ostatecznie prowadzą do przewlekłego zapalenia trzustki. To może tłumaczyć podwyższony poziom bilirubiny. Dlatego model ten może być również opracowany jako model ostrego zapalenia trzustki w oparciu o stopień elektrokoagulacji. Wczesne eksperymenty na trzustce myszy 3 dni po elektrokoagulacji wykazały cechy ostrego zapalenia trzustki, jednak powikłania pooperacyjne obniżyły skuteczność modelu w przypadku ostrego zapalenia trzustki. Nie można jednak wykluczyć, że ciepło wytwarzane przez elektrokautery podczas procesu elektrokoagulacji mogło rozprzestrzenić się do głównego przewodu żółciowego. Warto rozważyć pytanie, jak stabilnie wywołać ostre zapalenie trzustki za pomocą elektrokoagulacji.
W porównaniu do tradycyjnej metody wstrzykiwania ceruleiny, która wymaga powtarzanych wstrzyknięć przez kilka tygodni, metoda elektrokoagulacji oszczędza czas i jest wygodniejsza. Podczas gdy wstrzykiwanie ceruleiny wykazuje doskonałą stabilność i łatwość obsługi, elektrokoagulacja trwa ~20 minut i oszczędza czas na późniejsze eksperymenty.
Rozwój nowych modeli ma na celu badanie naturalnego przebiegu choroby oraz opracowanie terapii celowanych. Nasz nowy model zwierzęcy pomaga symulować przewlekłe zapalenie trzustki spowodowane niedrożnością przewódków trzustkowych u myszy, w tym poendoskopową retrogradową cholangiopankreatografią (ERCP)13.
Autorzy deklarują, że nie mają żadnych konfliktów interesów.
Prace te były wspierane przez program ogólny Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (grant nr 81770642), program ogólny Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (grant nr 82170657), projekt Pudong Health Committee of Shanghai (grant nr PWYgf2021-08) oraz Fundacji Nauk Przyrodniczych prowincji Zhejiang (LGF22H030014). Kolory zostały uzupełnione z pomocą BioRender.com.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Klips mikronaczyniowy o średnicy 16 mm | Stronger, Ningbo, Chiny | ||
| Szwy chłonne | Fabryka Urządzeń Medycznych Jinhuan w Yangzhou | 4-0 | - |
| Karprofen | Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd. | C830557-5g | - |
| Rurka kapilarna | Tygon, USA | AAQ(AAD)04091 | 0,25 x 0,3 mm |
| Nóż elektrokoagulacyjny | Shun Ye MEDICAL Equipment Co., LTD, Ningbo, Chiny | Shun Ye BDD-YE-DF-1 | |
| Nożyczki do oka | |||
| Zastrzyk chlorowodorku ketaminy (Ketaset CIII) | Zoetis Inc. | S5564 | - |
| Roztwór barwienia błękitu metylenowego | Solarbio, Szanghaj, Chiny | G1303 | |
| Niechłonny szew z monofilamentu polipropylenowego 4-0 | Jinhuan, Szanghaj, Chiny | ||
| Mikroskop operacyjny | Murzider, Guangdong, Chiny | MSD203 | |
| Kleszcze okulistyczne | |||
| Wymaz z okrągłą głowicą | Olga Sherer, Huaximedical, Chiny | ||
| Igła do strzykawki | Minank, Zhejiang, Chiny | 0,25 mm | |
| Kleszcze tkankowe | |||
| Nożyczki do tkanek | Shanghai Puxin Instrument Technology Corporation | ||
| Zastrzyk chlorowodorku ksylazyny | Bayer Animal Health | XYL-50-20 | - |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie