Krótkotrwała indukcja hipotermii u szczurów przy użyciu modeli do badań oceniających znaczenie kliniczne i mechanizmy
3 marca 2021
Ten artykuł opisuje dwie metody krótkotrwałej hipotermii całego ciała u szczurów. Pierwsza, szybka metoda indukcji, wykorzystuje aktywne chłodzenie za pomocą wentylatorów i rozpylonego etanolu w celu szybkiego spadku temperatury. Druga metoda to metoda stopniowego chłodzenia. Osiąga się to dzięki połączeniu znieczulenia izofluranem i redukcji ustawień temperatury na homeotermicznej macie grzewczej. Powoduje to stopniowy spadek temperatury głębokiej ciała bez użycia jakichkolwiek zewnętrznych urządzeń chłodzących.
Protokół stopniowego chłodzenia charakteryzuje się wolniejszym tempem chłodzenia niż obecne metody eksperymentalne. Model ten jest istotny klinicznie, ponieważ czas do osiągnięcia temperatury docelowej jest bliższy zakresowi ludzkiemu. Główną zaletą tych technik jest ich prostota i niedrogość.
Dodatkowo modele te nie wymagają specjalistycznego sprzętu. Kliniczne tempo chłodzenia osiągnięte dzięki modelowi stopniowemu pozwoli na bardziej świadome badania przedkliniczne nad korzyściami płynącymi z hipotermii jako metody leczenia pacjentów po udarze. Zacznij od umieszczenia znieczulonego szczura na chirurgicznej macie grzewczej w pozycji leżącej na plecach z nosem w stożku.
Zabezpiecz nos taśmą chirurgiczną. Ogol sierść z prawej dolnej części brzucha i wstrzyknij podskórnie 200 mikrolitrów 0,05% bupiwakainy jako środek znieczulający miejscowo. Nałóż roztwór antyseptyczny na świeżo ogolony obszar.
Wykonaj dwucentymetrowe nacięcie wzdłużne wzdłuż prawej części brzucha proksymalnie do prawego uda wystarczająco głęboko, aby odsłonić przestrzeń w brzusznym zgięciu uda i użyj hemostatyków i kleszczyków, aby utworzyć kieszeń pod skórą wystarczająco dużą, aby pomieścić rejestrator danych. Włóż rejestrator danych monitorowania temperatury do kieszeni i użyj szwów 5-0, aby zamknąć mięśnie i skórę, upewniając się, że rejestrator danych nie opiera się o matę grzewczą. Aby wywołać aktywną hipotermię, najpierw umieść jeden stojak na retortę z zaciskiem 20 centymetrów od głowy szczura i 120 centymetrów od dolnej części brzucha i podłącz 60-milimetrowy wentylator 12 V z ustawieniem co najmniej 4 000 obrotów na minutę do każdego stanowiska z wentylatorami skierowanymi w dolną część pleców szczura.
Dostosuj matę grzewczą do żądanej temperatury docelowej w celu zainicjowania hipotermii i włącz oba wentylatory. W pozycji leżącej nakładaj trzy lub cztery spraye 70% etanolu co pięć minut na dolną część pleców szczura, jednocześnie marszcząc sierść w celu szybszego schłodzenia i ściśle monitorując temperaturę w odbycie. Przerwij aplikację etanolu, gdy temperatura w odbycie mieści się w granicach jednego stopnia od temperatury docelowej.
Gdy temperatura mieści się w granicach 0.5 stopnia od celu, wyłącz wentylatory, aby temperatura powoli spadała do celu bez nadmiernego chłodzenia. W przypadku przechłodzenia wymień jeden wentylator na lampę grzewczą dla zwierząt i użyj lampy grzewczej, aby delikatnie ogrzać zwierzę z powrotem do temperatury docelowej. Po osiągnięciu i ustabilizowaniu temperatury docelowej monitoruj temperaturę przez pozostały okres hipotermii.
Pod koniec okresu hipotermii ustaw matę grzewczą na 37 stopni Celsjusza i pozwól zwierzęciu na termoregulację przez 30 minut. Aby wywołać klinicznie osiągalną stopniową hipotermię, należy zmniejszać temperaturę homeotermicznej maty grzewczej o regulowanej temperaturze rdzenia w małych przyrostach, aby osiągnąć hipotermię w określonym, z góry określonym czasie. Po osiągnięciu temperatury docelowej utrzymuj temperaturę docelową przez żądany interwał bez zewnętrznego chłodzenia.
Aby ponownie ogrzać zwierzę pod koniec okresu hipotermii, wyreguluj matę grzewczą, aby szczur mógł ponownie ogrzać się do 37 stopni Celsjusza w żądanym przedziale czasu. Po zakończeniu któregokolwiek z rodzajów eksperymentu hipotermii wyjmij rejestrator danych, aby umożliwić analizę zarejestrowanych temperatur ciała. W tej analizie hipotermię osiągnięto przy szybkim schłodzeniu do temperatury docelowej 32,5 stopnia Celsjusza w ciągu 15 minut, jak wykazano.
Można zaobserwować niewielkie przekroczenie temperatury spowodowane niezatrzymaniem chłodzenia z około 0,5 stopnia Celsjusza powyżej temperatury docelowej. Temperatura docelowa była utrzymywana przez 30 minut, a ponowne ogrzewanie rozpoczynano po 1,5 godziny. W tym eksperymencie zastosowano metodę stopniowej indukcji hipotermii, aby umożliwić osiągnięcie docelowej temperatury 33 stopni Celsjusza w ciągu dwóch godzin.
Temperatura docelowa była utrzymywana przez 30 minut, a następnie ponownie ogrzewana po 2,5 godziny. Technika stopniowego chłodzenia skłoniła nas do zbadania, czy bardziej istotne klinicznie tempo chłodzenia zapobiegłoby wzrostowi ciśnienia śródczaszkowego po udarze niedokrwiennym u szczurów.
Przegląd
Ten artykuł opisuje dwie metody krótkotrwałej hipotermii całego ciała u szczurów: szybką metodę chłodzenia za pomocą wentylatorów i sprayu z etanolem oraz stopniową metodę chłodzenia z użyciem znieczulenia izofluranu i podgrzewanej mata. Te techniki mają na celu zapewnienie klinicznie istotnych szybkości chłodzenia dla badań przedklinicznych.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Fizjologia
- Badania przedkliniczne
Tło
- Hipotermia jest potencjalnym leczeniem dla pacjentów po udarach.
- Obecne metody wywoływania hipotermii mogą nie być klinicznie istotne.
- Badanie ma na celu ulepszenie metod indukcji dla lepszej przydatności w scenariuszach dla ludzi.
- Szuka się prostych i tanich technik, aby ułatwić badania.
Cel badania
- Ocena dwóch metod wywoływania hipotermii u szczurów.
- Ocena klinicznej istotności osiągniętych szybkości chłodzenia.
- Badanie wpływu hipotermii na ciśnienie wewnątrkształtne po udarze niedokrwiennym.
Stosowane metody
- Aktywne chłodzenie za pomocą wentylatorów i sprayu z etanolem do szybkiego indukowania.
- Stopniowe chłodzenie z użyciem znieczulenia izofluranu i podgrzewanej mata.
- Monitorowanie temperatury z wykorzystaniem rejestratora danych podczas procesu chłodzenia.
- Analiza zmian temperatury ciała podczas i po hipotermii.
Główne wyniki
- Szybkie chłodzenie osiągnęło docelową temperaturę 32,5°C w 15 minut.
- Stopniowe chłodzenie osiągnęło docelową temperaturę 33°C w ciągu dwóch godzin.
- Obie metody utrzymywały docelowe temperatury skutecznie przez 30 minut.
- Stopniowe chłodzenie może zapobiegać wzrostowi ciśnienia wewnątrkształtnego po udarze.
Wnioski
- Obie metody indukcji hipotermii są proste i opłacalne.
- Stopniowe chłodzenie jest bardziej klinicznie istotne dla badań nad udarami.
- Wymagane są dalsze badania, aby zbadać implikacje szybkości chłodzenia na wyniki udaru.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Translational gaps in therapeutic hypothermia research challenge the predictive confidence of preclinical neuroprotection studies. This article's rat models enable direct comparison of rapid and clinically relevant cooling rates, supporting mechanistic de-risking and target validation for neuroprotective interventions. These protocols position R&D teams to better align preclinical findings with clinical trial design and portfolio advancement decisions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neuroprotective hypotheses under clinically relevant cooling conditions.
- Supports functional target validation by isolating cooling rate as an independent variable.
- Facilitates mechanistic de-risking by distinguishing physiological effects of rapid versus gradual hypothermia.
Screening & Assay Development
- Provides standardized, reproducible hypothermia induction protocols for downstream neuroprotection assays.
- Delivers quantitative temperature monitoring outputs for robust assay development.
- Enables reliable evaluation of candidate interventions in controlled thermal environments.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical cooling rates with clinical feasibility, enhancing translational continuity.
- Supports risk-adjusted advancement of neuroprotective strategies for stroke and related indications.
- Improves predictive value of preclinical models for clinical trial design.
Pipeline & Workflow Integration
These hypothermia induction models bridge early discovery and preclinical validation, informing lead identification and translational research in neuroprotection.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing on cooling rate-dependent neuroprotection and physiological mechanisms.
- Screening: Standardizes temperature control for reproducible compound screening in neurological models.
- Analytics: Provides continuous quantitative temperature data for comparative analysis across experimental arms.
- Translational Research: Facilitates alignment of preclinical protocols with clinical cooling parameters for improved trial design.
- Enterprise Reuse: Offers accessible, scalable protocols adaptable across neuroprotection research portfolios.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuroprotection studies.
- Operational Value: Delivers reproducible, standardized, and cost-effective hypothermia induction methods.
- Strategic Value: Supports informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio progression.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neuroprotective candidates for clinical advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal surgery and temperature monitoring.
- Needs access to basic surgical and temperature regulation equipment.
- Demands cross-team standardization of cooling protocols and data analysis.
- Adaptable to various neurological disease models with protocol adjustments.
- Cooling rates and physiological responses may differ from human patients, requiring careful translational interpretation.
