Celem niniejszej pracy było ujednolicenie bezpiecznego i powtarzalnego podejścia chirurgicznego do przeprowadzenia całkowitej poprzecznej amputacji żuchwy u Ambystoma mexicanum w celu badania regeneracji tkanki czaszkowo-twarzowej.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Celem niniejszej pracy było ujednolicenie bezpiecznego i powtarzalnego podejścia chirurgicznego do przeprowadzenia całkowitej poprzecznej amputacji żuchwy u Ambystoma mexicanum w celu badania regeneracji tkanki czaszkowo-twarzowej.
Układ czaszkowo-twarzowy jest obszarem anatomicznym, który u ludzi może być dotknięty wadami rozwojowymi, urazami i patologiami takimi jak rak, prowadzącymi do utraty dotkniętych tkanek. Stwarza to potrzebę poszukiwania strategii regeneracji tych utraconych tkanek. Promowane jest to poprzez badania mechanizmów komórkowych i molekularnych, które organizują reakcję regeneracyjną uszkodzonych struktur czaszkowo-twarzowych w gatunkach odzyskujących zdolności regeneracyjne, przy czym Ambystoma mexicanum (A. mexicanum) jest gatunkiem o dużym zainteresowaniu.
Zgodnie z powyższym, zaprojektowano i ujednolicono model reprodukowalnej chirurgicznej złamaniu w szczęce aksolotli w celu zbadania reakcji regeneracyjnej uszkodzonych tkanek i symulacji krytycznego defektu, jakie są wykonywane u ludzi. Dlatego też zwierzęta w wieku młodzieńczym/dorosłym o długości 12-15 cm były znieczulone 0,1% trikainem na 20-30 minut. Następnie wykonano całkowitą przecinkę poprzeczną techniką czterodłoniową na dystalnej trzeciej części żuchwy, obejmującą region symfozy i parasymfozy, usuwając struktury szkieletu odpowiadające kości zębowym i chrząstce Mecklego, jak również tkanki miękkie takie jak mięśnie, tkanki łączne, nerwy i skóra. Następnie uregulowano pozostałości kostne i zastosowano 0,5% sulfamerazinę. Reakcja tkanki była oceniana zarówno makroskopowo jak i przez diafanizowanie. Wszystkie wykonane procedury zostały zatwierdzone przez komitet ds. eksperymentów na zwierzętach Uniwersytetu Antioquia w Kolumbii. Wyniki pokazują, że amputowane zwierzęta były w stanie odtworzyć usunięte struktury czaszkowo-twarzowe morfologicznie, strukturalnie i funkcjonalnie.
O dużej wartości, ta praca dostarcza reprodukowalnej techniki chirurgicznej z 100% przeżywalnością amputowanych i ponownie amputowanych zwierząt, gdy konieczne było pobieranie regenerujących się tkanek. Dlatego też ten projekt chirurgiczny reprezentuje podstawowe wejście do przeprowadzania analiz porównawczych z innymi kręgowcami zdolnymi do regeneracji struktur czaszkowo-twarzowych oraz do badania mechanizmów komórkowych i molekularnych leżących u podstaw tej reakcji regeneracyjnej w przyszłości.
Zdolność regenaracji tkanek, narządów i złożonych struktur była szeroko opisywana w królestwie zwierząt1,2,3. Dlatego zainteresowanie zrozumieniem, w jaki sposób te gatunki mogą aktywować i regulować reakcję regeneracyjną po urazie lub amputacji różnych struktur w obrębie kończyn, takich jak kończyny i ogona, stało się przedmiotem uwagi w badaniach nad biologią regeneracji4,5,6,7,8.
Mając szczególne znaczenie dla tej pracy, badania nad regeneracją tkanek czaszkowo-twarzowych stały się również obszarem znaczącego zainteresowania na całym świecie, ponieważ ta część anatomiczna jest szczególnie dotknięta urazami twarzy, zaburzeniami rozwoju czaszkowo-twarzowego, chorobami zakaźnymi i patologiami nowotworowymi, w tym rakiem jamy ustnej9. W przypadku występowania nowotworów wymagane jest wycięcie struktur lub dużych obszarów tkanki, albo w szczękach, albo w innych obszarach twarzy, co następnie generuje potrzebę rekonstrukcji i promowania naprawy dotkniętego obszaru10,11,12. W związku z tym, w ostatnich dekadach, badania nad regeneracją tkanek czaszkowo-twarzowych wzrosły, ze względu na potrzebę zbadania i zidentyfikowania mechanizmów komórkowych i molekularnych, które mogą wzmocnić reakcję regeneracyjną tych tkanek w gatunkach o niskiej zdolności regeneracyjnej, takich jak ludzie13,14. Doprowadziło to do wykorzystania modeli zwierzęcych o zdolności regeneracji struktur czaszkowo-twarzowych, takich jak szczęka, do badania i wyjaśniania mechanizmów zaangażowanych w reakcję regeneracyjną po stworzeniu małych złączy lub krytycznych defektów na szczęce15.
Poprzednie badania nad amputacją żuchwy wykazały zaprojektowanie różnych rodzajów podejść chirurgicznych, które rzucają wyzwanie zdolności różnych gatunków do regeneracji tej struktury16. W przypadku rybki zebra, poprzeczne amputacje w dystalnej trzeciej części żuchwy i boczne podejścia do żuchwy ujawniły reakcję regeneracyjną, w której ścięta odcinek jest przywracany morfologicznie i histologicznie17,18. Z drugiej strony, pionierskie badania na płazach, takich jak Notophthalmus viridescens, wykazały, że po poprzecznej amputacji żuchwy, która obejmuje struktury takie jak język i aparat gardłowy na płaszczyźnie amputacji, utraconych tkanek, w tym kości zębowo-żuchwowej, tkanki mięśniowej i zębów, można dokonać regeneracji. Jednakże struktura języka i aparatu gardłowego nie mogą być zregenerowane19,20. Niemniej jednak, gdy język i aparat gardłowy nie są zawarte w płaszczyźnie amputacji w tym samym gatunku, wszystkie zregenerowany tkanki naśladują kształt i strukturę zamputowane tkanek21,22. Ponadto poprzeczne amputacje w gatunku Cynops pyrrhogaster, które nie zawierają języka w płaszczyźnie amputacji, wykazują reakcję regeneracyjną zamputowane struktur żuchwy23. Inne badania pokazują, że całkowite poprzeczne amputacje w proksymalnej trzeciej części żuchwy i boczne resekcje żuchwy u gatunków takich jak Ambystoma maculatum, Desmognathus fuscus, Plethodon cinereus, Eurycea bislineata i Ambystoma opacum promują reakcję regeneracyjną w zranionym tkance24,25. Pokazuje to, że u płazów, sukces reakcji regeneracyjnej może się różnić w zależności od projektu i zakresu tkanek zaangażowanych w płaszczyznę amputacji.
Z drugiej strony, jednym z gatunków modelowych wśród płazów, używanym jako referencja do badania mechanizmów leżących u podstaw reakcji regeneracyjnej, jest urodela płaz A. mexicanum26,27. Poprzednie raporty wykazały, że jest to wyjątkowy model zdolny do regeneracji struktur czaszkowo-twarzowych, w tym miękkich tkanek dna jamy ustnej, kości zębowej, chrząstki Meckela oraz struktur mięśniowych i zębowych28,29,30,31. Te wyniki wynikają z różnych podejść chirurgicznych, w tym uderzenie w dno jamy ustnej, wycięcie zębów wraz z częścią kości zębowej oraz szersze podejście charakteryzujące się boczną amputacją części żuchwy28,29,30,31. Jednak do tej pory nie opisano pełnego poprzecznego podejścia chirurgicznego, które tworzy krytyczny defekt, jedn
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Organizmem modelowym wykorzystanym w tym projekcie był salamandrowaty A. mexicanum, który jest endemitem Xochimilco w Meksyku. Ta kolonia zwierząt została legalnie założona w 2014 roku poprzez import rodziców salamandrowatej z Ambystoma Genetic Stock Center na Uniwersytecie w Kentucky, i obecnie składa się z 32 rodziców i ponad 200 młodych zwierząt. Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Komitet Etyki Eksperymentacji na Zwierzętach Uniwersytetu Antioquia (UdeA) na mocy Ustawy nr 151 z 27 marca 2023 roku, z uwzględnieniem krajowych i międzynarodowych standardów etycznych w eksperymentacji na zwierzętach, takich jak Rozdział VI Ustawy 84 z 1989 roku i Tytuł V Rozporządzenia 8430 z 1993 roku Ministerstwa Zdrowia, Kolumbia32,33.
1. Obsługa zwierząt
UWAGA: Do standaryzacji tego protokołu wykorzystano salamandrowate o długości około 12 do 15 cm o fenotypie dzikim. Jednakże mniejsze zwierzęta i zwierzęta o innych fenotypach nie są wykluczone.
2. Całkowita amputacja poprzeczna w odcinku dalszym żuchwy
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Biorąc pod uwagę znaczenie i istotność badania potencjalnej odpowiedzi regeneracyjnej struktur kraniofacjalnych po amputacji u gatunków takich jak A. mexicanum29, konieczne jest opracowanie bezpiecznej i powtarzalnej techniki chirurgicznej, która pozwala nie tylko na ocenę odpowiedzi regeneracyjnej tkanek, ale także zapewnia niską lub zerową śmiertelność zwierząt poddawanych zabiegowi. W związku z tym niniejsze badanie przedstawia standaryzację skutecznego podejścia chirurgicznego obejmuj...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejszy artykuł przedstawia pomyślne podejście chirurgiczne do całkowitego poprzecznego amputowana żuchwy w modelu zwierzęcym A. mexicanum , wraz z kilkoma zaleceniami niezbędnymi do odtworzenia tego modelu chirurgicznego w celu monitorowania reakcji regeneracyjnej tych struktur oraz potencjalnego zidentyfikowania czynników regulujących ten proces regeneracyjny.
W niniejszym badaniu całkowita poprzeczna amputacja została wykonana na dystalnej trzeciej części żuchwy A. mexicanum<...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że nie ma żadnych konfliktów interesów.
Chcemy podziękować Prorektorowi ds. Badań na Uniwersytecie w Antioquia za środki udostępnione z funduszu na pierwszy projekt dla nauczycieli afiliowanych. Chcemy podziękować Sistema General de Regalias de Colombia i 15. Okresowi Stypendialnemu Uniwersytetu Antioquia za finansowanie tytułu magistra dla Samanta Tarquino. Na koniec chcielibyśmy również podziękować każdemu ze studentów, którzy biorą udział w opiece nad kolonią aksolotli w naszym laboratorium.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Axolotl (Ambystoma mexicanum) | Ambystoma Genetic Stock Center | N/A | 15-18 cm and 16 g - 22 g wildetype |
| Calcium Chloride dihydrate | Duksan | 1098 | CaCl2 2H2O |
| Digital camera MotiCAM 5 | MotiCAM | https://www.motic.com/upload/File/201407/2014071115335993.pdf | |
| EDTA - Sodium salt, dihydrate | Biobasic | EB0185 | C10H14N2O8Na2 . H2O |
| Glass petri dish | any maker | N/A | Borosilicate glass |
| Magnesium Sulfate 7-hydrate | ITW Reagents | 131404.1211 | MgSO4 7H2O |
| Microsurgical instruments | N/A | N/A | Forceps, clamp, 7A spatula, dentimeter and scissors |
| Pasteur pipette | any maker | N/A | Low-density polyethylene |
| Potassium Chloride | Duksan | 372 | KCl |
| Red wax pencil | any maker | N/A | |
| Sodium Chloride | Merk | K48297604 717 | NaCl |
| Software Motic Images Plus-Versión 2.0 | Motic | https://www.motic.com/As_Support_Download/d42.html | |
| Stereo microscope | Olympus SZX16 | N/A | |
| Sulfamerazine sodium salt | Sigma- Aldrich | S0800 | 4-Amino-N-(4-methyl-2-pyrimidinyl) benzenesulfonamide |
| Tricaine methanesulfonate | Sigma- Aldrich | E10521 | Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate |
| Tubes 1.5 mL | Axygen | MCT150C | Pure polypropylene |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie