Opracowanie prostego i skutecznego modelu szczura do śródoperacyjnego obrazowania przytarczyc
17 sierpnia 2022
Do tej pory rozwój metod identyfikacji przytarczyc (PG) jest ograniczony przez brak modeli zwierzęcych w badaniach przedklinicznych. W tym miejscu tworzymy prosty i skuteczny model szczura do śródoperacyjnego obrazowania PG i oceniamy jego skuteczność, wykorzystując nanocząstki tlenku żelaza jako nowy środek kontrastowy PG.
Przytarczyce to mały narząd o bardzo ważnych funkcjach. Nasz protokół może być wykorzystany do opracowania nowych technologii identyfikacji PG, które mogą pomóc chirurgom w ochronie przed tyreoidektomią w przypadku raka tarczycy. Główną zaletą tego modelu jest to, że może on zaobserwować wyraźną różnicę między tarczycą a PG poprzez negatywne obrazowanie IONP.
Ponadto koszt i trudność operacyjna są znacznie niższe w przypadku tego modelu szczurzego niż w przypadku dużych modeli zwierzęcych. Na początek umieść podgrzaną poduszkę grzewczą na stole operacyjnym, aby utrzymać temperaturę ciała zwierzęcia podczas operacji, a następnie przenieś znieczulonego szczura na serwetę chirurgiczną umieszczoną na stole operacyjnym. Za pomocą gumek przymocuj kończyny szczura do stołu operacyjnego i umieść cylindryczną poduszkę wykonaną z zasłony pod ramieniem szczura, aby odchylić głowę do tyłu, całkowicie odsłaniając obszar szyi, a następnie nałóż krem do depilacji na okolicę szyi, aż do przestrzeni podżuchwowej, w dół do wyrostka mieczykowatego i po obu stronach na zewnątrz mięśnia mostkowo-obojczykowo-sutkowego.
Po trzech minutach delikatnie przetrzyj chusteczką włosy i krem do depilacji. Następnie za pomocą wacika jodoforowego wysterylizuj środek szyi i okolice. z którego usuwa się włosy.
Przykryj zwierzę obłożeniem chirurgicznym, utrzymując otwór w jednej linii z dezynfekowanym obszarem. Za pomocą skalpela wykonaj około pięciocentymetrowe podłużne nacięcie w przedniej linii środkowej szyi szczura. Podnieś skórę po obu stronach nacięcia i za pomocą nożyczek przetnij wzdłużnie wzdłuż linea alba cervicalis.
Użyj kleszczy, aby oddzielić mięsień mostkowo-gnykowy i mostkowy. Zaciśnij oddzielone mięśnie przed szyją za pomocą kleszczy naczyniowych i wyciągnij zaciśniętą tkankę na zewnątrz. Za pomocą igły przełóż szew przez zaciśniętą tkankę.
Zrób węzeł i przymocuj szew do serwety chirurgicznej stołu operacyjnego. Zlokalizuj chrząstkę tarczycy na podstawie kształtu tarczy i chrząstki sercowej na podstawie kształtu pierścienia jako górnej granicy w obszarze operacyjnym, a następnie zlokalizuj tchawicę na podstawie kształtu pierścienia chrząstki rurkowej z przodu i pośrodku szyi jako dolną granicę w obszarze operacyjnym. Zlokalizuj tarczycę, czerwony gruczoł w kształcie motyla po przeciwnej stronie tchawicy między górną i dolną granicą.
Następnie zlokalizuj dwa przytarczyce w wrzecionowatym kształcie, które są czerwonawe, ale jaśniejsze niż otaczająca tarczyca z pewną granicą na górnej i zewnętrznej stronie tarczycy. Zrób zdjęcie czołowe przytarczyc z tchawicą, tarczycą i krtanią. Wypreparuj tylną część przełyku i za pomocą retraktora odsłoń prawą stronę przytarczyc.
Zrób zdjęcie przytarczyc po prawej stronie z tarczycą i tchawicą, a następnie podobnie naświetl i uchwyć lewą stronę gruczołów. Użyj strzykawki insulinowej, aby miejscowo wstrzyknąć 10 mikrolitrów zawiesiny nanocząstek czarnego tlenku żelaza do środka tarczycy i delikatnie dociśnij miejsce wstrzyknięcia gazą przez pięć sekund, a następnie obserwuj szybką dyfuzję czarnych nanocząstek tlenku żelaza w tarczycy, ale nie w przytarczycach, ponieważ negatywnie barwi przytarczyce i odróżnia je od otaczającej tarczycy. Zrób zdjęcia z przodu, z lewej i prawej strony ujemnie zabarwionych przytarczyc wraz z tchawicą, tarczycą i krtanią.
Po wstrzyknięciu środek kontrastowy, czarne nanocząstki tlenku żelaza, łatwo dyfundują w tarczycy i barwią ją na czarno, ale nie mogą przeniknąć do przytarczyc ze względu na dużą gęstość tkanki. Analiza histologiczna czarnych nanocząstek tlenku żelaza wstrzykiwanych do tarczycy wykazała, że przytarczyce są wzbogacone w ściśle ustawione komórki główne, podczas gdy tarczyca ma wiele luźnych światła, co wskazuje na znacznie niższą gęstość tkanki. W tej procedurze należy pamiętać o dwóch ważnych rzeczach.
Po pierwsze, postawa szczura. Zalecamy odchylenie uszu i głowę do tyłu, całkowicie odsłaniając okolice szyi. Po drugie, kiedy wstrzykujemy jony, powinniśmy używać igły zapewniającej drobną ochronę, ponieważ powierzchnia tarczycy jest pełna naczyń krwionośnych.
Procedurę tę można również wykonać za pomocą obrazowania autofluorescencyjnego PG, które jest nieinwazyjne, dostarcza informacji w czasie rzeczywistym i nie wykorzystuje barwnika jako środka kontrastowego, ale sygnał autofluorescencji jest słaby, a wydajność obrazowania jest również słaba. Inni badacze mogą wykorzystać ten prosty i skuteczny model szczura do opracowania i oceny nowych technologii i produktów identyfikacji PG, zamiast używać bardziej skomplikowanych i kosztownych dużych zwierząt, takich jak psy i świnie.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie opracowuje model szczura do obrazowania operacyjnego gruczołów przytarczycowych (PG) z użyciem nanocząstek tlenku żelaza jako środka kontrastowego. Model ma na celu poprawę identyfikacji PG podczas operacji tarczycy, zwiększając efekty operacyjne.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biologia
- Techniki chirurgiczne
Tło
- Gruczoły przytarczycze odgrywają kluczową rolę w homeostazie wapnia.
- Obecne metody identyfikacji PG są ograniczone przez brak odpowiednich modeli zwierzęcych.
- Poprawa widoczności PG podczas operacji tarczycy jest niezbędna do zachowania funkcji gruczołów.
- Nanocząstki tlenku żelaza (IONP) oferują nowatorskie podejście do poprawy kontrastu obrazu.
Cel badania
- Opracować opłacalny model szczura do obrazowania PG.
- Ocenić skuteczność IONP jako środka kontrastowego.
- Ułatwić lepsze techniki chirurgiczne w leczeniu raka tarczycy.
Zastosowane metody
- Przygotowanie modelu szczura do operacji.
- Zastosowanie IONP do kontrastu obrazu.
- Techniki obrazowania operacyjnego do różnicowania PG od tkanki tarczycy.
- Ocena skuteczności modelu w warunkach operacyjnych.
Główne wyniki
- Model szczura z powodzeniem wykazał jasne obrazowanie PG.
- IONP zapewniło znaczny kontrast między PG a otaczającymi tkankami.
- Model okazał się mniej kosztowny i łatwiejszy do obsługi niż większe modele zwierzęce.
- Poprawiona widoczność PG może prowadzić do lepszych efektów operacyjnych.
Wnioski
- Opracowany model szczura jest skuteczny do operacyjnego obrazowania PG.
- Użycie IONP jako środka kontrastowego znacznie pomaga w identyfikacji PG.
- To podejście może poprawić techniki chirurgiczne i bezpieczeństwo pacjentów podczas operacji tarczycy.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Reliable intraoperative identification of the parathyroid gland (PG) is a critical challenge in endocrine surgery, with direct implications for surgical safety and post-operative outcomes. The establishment of a simple, cost-effective rat model using iron oxide nanoparticles (IONPs) as a contrast agent addresses a major preclinical bottleneck for developing and validating PG imaging technologies. This model enables translational research teams to accelerate the evaluation of novel PG identification tools, supporting predictive confidence and de-risking at the discovery and preclinical interface.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic evaluation of PG imaging agents in a controlled, reproducible animal model.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying tissue-specific contrast agent distribution.
- Facilitates functional validation of imaging targets relevant to surgical guidance.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized platform for quantitative assessment of imaging contrast and tissue selectivity.
- Enables reproducible comparison of candidate agents or imaging modalities for PG identification.
- Supports assay development for preclinical screening of novel contrast agents.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical imaging outputs with surgical workflow requirements for translational continuity.
- Reduces reliance on large animal models, improving scalability and cost-efficiency for early-stage validation.
- Facilitates risk-adjusted advancement of imaging technologies toward clinical evaluation.
Pipeline & Workflow Integration
This rat model positions PG imaging agent evaluation at the intersection of early discovery, lead identification, and preclinical validation, enabling iterative optimization before large animal or clinical studies.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing for tissue-specific imaging agent uptake and distribution.
- Screening: Provides quantitative, reproducible readouts for contrast agent performance.
- Analytics: Enables direct measurement of imaging contrast and tissue differentiation.
- Translational Research: Bridges discovery-stage findings with surgical application requirements.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, low-cost platform for ongoing imaging technology development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in imaging agent performance and tissue selectivity.
- Operational Value: Standardizes preclinical evaluation, reducing cost and complexity versus large animal models.
- Strategic Value: Accelerates go/no-go decisions for imaging agent advancement and portfolio triage.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of imaging technologies for surgical guidance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in small animal surgery and imaging agent administration.
- Needs access to histological and imaging analysis infrastructure for quantitative assessment.
- Demands cross-team standardization of injection and imaging protocols for reproducibility.
- Adaptable to evaluation of both nanoparticle-based and autofluorescence imaging agents.
- Limited by differences in tissue architecture between rat and human PGs, requiring further validation in higher-order models.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:53
Animal Preparation
2:05
Incision, Dissection of the Subcutaneous Tissue, and Anterior Neck Muscle Fixation
2:56
Thyroid Gland Localization and Visual Identification of the Parathyroid Gland (PGs)
4:18
Black Iron Oxide Nanoparticles (IONPs) Injection and PGs Identification
5:09
Results: Effects of IONP Injection and PGs Identification Post-Injection
5:51
Conclusion
