Microchirurgische vaardigheden voor het vaststellen van permanente jugulaire ader cannulatie bij ratten voor seriële bloedafname van oraal toegediend geneesmiddel
Summary
Gedetailleerde microchirurgische technieken zijn aangetoond om een langerlopend jugulair aderkannulatieratmodel vast te stellen voor sequentiële bloedafname bij hetzelfde dier. Fysiologische en hematologische parameters zijn gecontroleerd tijdens de herstelfase van de rat. Dit model is toegepast om de farmacokinetiek van oraal toegediend polyfenol te bestuderen zonder stress bij dieren te veroorzaken.
Abstract
Bloedafname bij kleine proefdieren is noodzakelijk voor farmaceutische loodoptimalisatie, maar kan grote schade en stress veroorzaken voor proefdieren, wat mogelijk de resultaten kan beïnvloeden. De jugulaire ader cannulatie (JVC) bij ratten is een veel gebruikt model voor herhaalde bloedafname, maar vereist adequate training van chirurgische vaardigheden en dierverzorging. Dit artikel beschrijft de microchirurgische procedures voor het opzetten en onderhouden van een permanent JVC-rattenmodel met specifieke aandacht voor de plaatsing en afdichting van de jugulaire canule. Het belang van het monitoren van fysiologische (bijv. Lichaamsgewicht, voedsel- en waterinname) en hematologische parameters, werd benadrukt met resultaten die gedurende 6 dagen na de operatie werden gepresenteerd tijdens het herstel van de rat. Het geneesmiddel-plasmaconcentratie-tijdprofiel van oraal toegediend natuurlijk fenolellaginezuur werd bepaald in het JVC-rattenmodel.
Introduction
Herhaalde verwerving van bloedmonsters van kleine proefdieren, zoals knaagdieren, cavia’s en konijnen, is een belangrijk aspect voor farmaceutische loodoptimalisatie en ook voor het verminderen van het aantal dieren dat in onderzoek wordt gebruikt 1,2. De pijplijn voor de ontwikkeling van nieuwe diagnostische hulpmiddelen en medicijnformulering (bijv. vaccin) vereist toegang tot verschillende bloedvolumes om hun robuustheid en prestaties in vivo te evalueren, zoals farmacokinetiek (PK), toxiciteit en gevoeligheid 3,4,5.
De laboratoriumbenadering van bloedmonsterafname wordt grofweg ingedeeld in twee soorten, chirurgisch en niet-chirurgisch6. De niet-chirurgische benadering is relatief gemakkelijk te begrijpen voor de onderzoeker, die veel voorkomende technieken omvat, zoals hartpunctie, orbitale sinuspunctie en bloeding van de sapheneuze en staartader. Meerdere bloedafnames zijn mogelijk door sommige niet-chirurgische methoden, maar het monstervolume is klein en kan fysieke wond- en psychologische stress bij de dieren veroorzaken1. Aan de andere kant is de chirurgische aanpak een favoriet alternatief voor herhaalde venapunctie en omvat het plaatsen van een tijdelijke of permanente canule in de bloedvaten van dieren 7,8,9. Het grote bloedvolume kan herhaaldelijk worden teruggetrokken door de canule bij bewuste ratten, terwijl de stress en pijn als gevolg van de hanteringstechniek, insluiting en anesthesieworden vermeden 7,8,10,11. De canule-implantatie vereist echter een ervaren onderzoeker met voldoende training om het bloed met succes te verzamelen.
Bloedafname door halsader cannulatie (JVC) bij ratten is de meest gebruikte methode om het geneesmiddel PK 6,10,12,13 te bestuderen. Toch vereist de oprichting van het JVC-rattenmodel zorgvuldige oefening van microchirurgische vaardigheden en kennis van postoperatieve zorg en onderhoud. Vooral na de operatie heeft de rat toediening van pijnstillers en voldoende hersteltijd nodig om een stabiele fysiologische toestand te bereiken voor verdere experimenten 13,14,15. Hoewel de gewichtstoename (d.w.z. >10 g) een geldige en algemeen toegepaste indicator is voor het herstel van de rat, is het niet ongewoon dat de ratten postoperatief onverwacht sterven als gevolg van uitdroging, infectie en ontsteking, wat subtiel kan zijn om op te merken bij het vroege begin14,15. Bovendien blijft katheterobstructie in het JVC-model een probleem tijdens de bloedafname.
Het huidige protocol heeft in detail de microchirurgische procedures voor JVC bij een verdoofde rat aangetoond met specifieke aandacht voor de identificatie, isolatie en cannulatie van de halsader. Het belang van fysiologische en hematologische monitoring van de ratten tijdens de herstelfase wordt benadrukt. Ten slotte werden seriële bloedmonsters verzameld via de veneuze katheter om de PK van het oraal toegediende natuurlijke fenolellaginezuur met slechte biologische beschikbaarheid (d.w.z. lage systemische concentratie) te bestuderen om het JVC-rattenmodel te verifiëren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het beheersen van de techniek van vaatkannulatie vereist veel oefening en het leren van de les van elke operatie. Christakis et al. met behulp van cumulatieve som (CUSUM) analyse, vonden dat een onderzoeker 200 ratten moet oefenen over een periode van een jaar voordat hij klaar is voor de PK-evaluatie van kandidaat-geneesmiddelen20. Toch kan de bedrijfstijd die nodig is voor de aderconnulatie aanzienlijk worden verminderd door het aantal uitgevoerde ratten 13,20<…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk wordt ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (nr. 82003692) aan R.X. Zhang; Top Academische Beurs aan de Northwestern Polytechnical University naar R. Miao.
Materials
| 0.5 mL test tube containing EDTA anticoagulant | Xinkang | N/A | collecting blood samples for hematology test |
| 0.5*20 mm 1.0-mL syringe | KLMEDICAL | N/A | washing or replacing the fluid with saline |
| 0.6*28.5 mm 5.0-mL syringe | HD | N/A | Subcutaneous injection |
| 1.0-mL Blunt tipped syringe (22G) | skillsmodel | S4-PKT22G | Inject the saline and collect blood samples through catheter |
| 1.5 mL sterile microcentrifuge tube | Axygen | MCT-150-C-S | Store sterile catheter lock solution heparinized saline and meloxicam solution |
| 1.5 mL microcentrifuge tubes | Biosharp | BS-15-M | blood collection |
| 1/2 circle cutting 5*12 mm suture needle | skillsmodel | S4-FHZ | Thread the muscle layer to fix the catheter |
| 3/8 circle cutting 7*17 mm suture needle | skillsmodel | S5-FHZ | Suture the incision of rat cortex |
| 6-0 sterile non-absorbable silk suture thread | JUNSHENG | N/A | ligature |
| 75% medical alcohol | HONGSONG | N/A | Disinfection |
| Adhensive tape | LIUTAI | N/A | positioning the rat |
| Autoclave sterilization tape | Biosharp | BS-QT-028 | Mark sterilized items |
| Automated blood cell counter | Sysmex | XN-550 | Hematology test |
| Castroviejo micro scissors | skillsmodel | WA1010 | Cut the opening in the blood vessel |
| Centrifuge | Thermo Fisher Scientific | 75002402 | Plasma preparation |
| Clean cushion | Qingjie | N/A | Prepare the operation area |
| Cotton balls | HC | N/A | Wound disinfection and sterilization |
| Cotton swabs | BEITAGOGO | N/A | Disinfection |
| Curved hemostat | skillsmodel | N/A | ligature |
| DN50 Stainless-steel rat restrainer | skillsmodel | S4-RGDQ1 | Restrict the movement of rats for easy operation |
| Ellagic acid | Aladdin | E102710-25g | natural phenol for oral administration |
| Half-curved forceps | skillsmodel | 53072 | Lift the muscle layer and tissue, isolate the jugular vein and tie the suture |
| Heating pad | Warm mate | N/A | preventing heat loss of animal |
| Heparin sodium | Solarbio | H8060 | anticoagulant |
| Iodophor | Xidebao | N/A | Clean the wound |
| Iris scissors | skillsmodel | 54002 | Bluent separation the muscle layer |
| Isoflurane | RWD | R510-22-16 | anaesthesia |
| LED lamp | EMPERORFEEL | N/A | sugery |
| Liquid chromatography-mass spectroscopy | Thermo Fisher Scientific | VQF01-20001/ TSQ02-10002 | detection of drug concentration in plasma |
| Meloxicam | Hongqiang | N/A | Analgesic |
| Normal saline | KL | N/A | Prepara the solution and protect blood vessels from drying out |
| Pet razor | Codos | 3180 | Shaving the fur |
| Phosphate-buffered saline | ZHHC | PW012 | Preparation of Ellagic acid solution |
| PU catheter | skillsmodel | RJVC-PU | Jugular vein cannulation |
| Small animal operation anesthesia console | RWD | 68620 | Operation workstation |
| Spray bottle | Outro | N/A | aseptic workstation |
| Stainless steel plug (22G) | skillsmodel | S4-PKD22G | Plug the catheter to ensure its sealing |
| Stainless steel trochar | skillsmodel | S$-PKDGZ | Guide the catheter exteriorization |
| Sterile lock solution | skillsmodel | SK-FB | lock the catheter to ensure its sterility |
| Straight feeding needle | skillsmodel | N/A | Oral gavage |
| Surgical pouch | BKMAM | N/A | container for sterilization of surgical instruments |
| Surgical scissors | skillsmodel | J21070 | Cut incision on rat skin |
| Vessel dilator balanced forceps | skillsmodel | WA3020 | Expand the blood vessel and guide the cannula to slide in |
| ZS-MV Small animal anesthesia machine | ZSLab | 1057003 | inducing and maintaining anaesthesia |
Referências
- Parasuraman, S., Raveendran, R., Kesavan, R. Blood sample collection in small laboratory animals. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 1 (2), 87-93 (2010).
- Sadler, A. M., Bailey, S. J. Validation of a refined technique for taking repeated blood samples from juvenile and adult mice. Laboratory Animals. 47 (4), 316-319 (2013).
- Zhang, R. X., et al. Coordinating biointeraction and bioreaction of a nanocarrier material and an anticancer drug to overcome membrane rigidity and target mitochondria in multidrug-resistant cancer cells. Advanced Functional Materials. 27 (39), 12 (2017).
- Zhang, R. X., et al. Polymer-lipid hybrid nanoparticles synchronize pharmacokinetics of co-encapsulated doxorubicin-mitomycin C and enable their spatiotemporal co-delivery and local bioavailability in breast tumor. Nanomedicine-Nanotechnology Biology and Medicine. 12 (5), 1279-1290 (2016).
- Zhang, R. X., et al. Sample extraction and simultaneous chromatographic quantitation of doxorubicin and mitomycin C following drug combination delivery in nanoparticles to tumor-bearing mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e11 (2017).
- Bakar, S. K., Niazi, S. Simple reliable method for chronic cannulation of the jugular vein for pharmacokinetic studies in rats. Journal of Pharmaceutical Sciences. 72 (9), 1027-1029 (1983).
- Harms, P. G., Ojeda, S. R. A rapid and simple procedure for chronic cannulation of the rat jugular vein. Journal of Applied Physiology. 36 (3), 391-392 (1974).
- Thrivikraman, K. V., Huot, R. L., Plotsky, P. M. Jugular vein catheterization for repeated blood sampling in the unrestrained conscious rat. Brain Research Protocols. 10 (2), 84-94 (2002).
- Weeks, J. R., Davis, J. D. Chronic intravenous cannulas for rats. Journal of Applied Physiology. 19 (3), 540-541 (1964).
- Goldkuhl, R., et al. Plasma concentrations of corticosterone and buprenorphine in rats subjected to jugular vein catheterization. Laboratory Animals. 44 (4), 337-343 (2010).
- Steffens, A. B. A method for frequent sampling of blood and continuous infusion of fluids in the rat without disturbing the animal. Physiology & Behavior. 4 (5), 833-836 (1969).
- Terao, N., Shen, D. D. Alterations in serum protein binding and pharmacokinetics of l-propranolol in the rat elicited by the presence of an indwelling venous catheter. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 227 (2), 369-375 (1983).
- Feng, J., et al. Catheterization of the carotid artery and jugular vein to perform hemodynamic measures, infusions and blood sampling in a conscious rat model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (95), e51881 (2015).
- Karim, N., Ali, S. Jugular vein cannulation in rats – A mini review. Canadian Journal of Pure and Applied Sciences. 3, 929-935 (2009).
- Ling, S., Jamali, F. Effect of cannulation surgery and restraint stress on the plasma corticosterone concentration in the rat: application of an improved corticosterone HPLC assay. Journal of Pharmacy & Pharmaceutical Sciences. 6 (2), (2003).
- Lei, F., et al. Pharmacokinetic study of ellagic acid in rat after oral administration of pomegranate leaf extract. Journal of Chromatography B-Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 796 (1), 189-194 (2003).
- Yan, L. L., et al. Method development and validation for pharmacokinetic and tissue distributions of ellagic acid using Ultrahigh Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (UPLC-MS/MS). Molecules. 19 (11), 18923-18935 (2014).
- Long, J. F., et al. Bioavailability and bioactivity of free ellagic acid compared to pomegranate juice. Food & Function. 10 (10), 6582-6588 (2019).
- Zhang, Y., et al. PKSolver: An add-in program for pharmacokinetic and pharmacodynamic data analysis in Microsoft Excel. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 99 (3), 306-314 (2010).
- Christakis, I., et al. Learning curve of vessel cannulation in rats using cumulative sum analysis. Journal of Surgical Research. 193 (1), 69-76 (2015).
- Nm, S., Oduola, A. Haematological profile shows that Inbred Sprague Dawley rats have exceptional promise for use in biomedical and pharmacological studies. Asian Journal of Biomedical and Pharmaceutical Sciences. 4 (37), 33-37 (2014).
- Lillie, L. E., Temple, N. J., Florence, L. Z. Reference values for young normal Sprague-Dawley rats: weight gain, hematology and clinical chemistry. Human & Experimental Toxicology. 15 (8), 612-616 (1996).
- He, Q. L., et al. Sex-specific reference intervals of hematologic and biochemical analytes in Sprague-Dawley rats using the nonparametric rank percentile method. PLoS One. 12 (12), 18 (2017).
- EPA. Recommendations for and Documentation of Biological Values for Use in Risk Assessment. U.S. Environmental Protection Agency. , (1988).
- Gaud, N., et al. Single jugular vein cannulated rats may not be suitable for intravenous pharmacokinetic screening of high logP compounds. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 99, 272-278 (2017).
- Turck, D., et al. Clinical pharmacokinetics of meloxicam. Arzneimittel-Forschung/Drug Research. 47 (3), 253-258 (1997).
- Aghazadeh-Habashi, A., Jamali, F. Pharmacokinetics of meloxicam administered as regular and fast dissolving formulations to the rat: Influence of gastrointestinal dysfunction on the relative bioavailability of two formulations. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 70 (3), 889-894 (2008).
- Ludwig, E., et al. Activation of human cytochrome P-450 3A4-catalyzed meloxicam 5 ‘-methylhydroxylation by quinidine and hydroquinidine in vitro. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 290 (1), 1-8 (1999).
- Zhang, R. X., et al. Nanoparticulate drug delivery strategies to address intestinal cytochrome P450 CYP3A4 metabolism towards personalized medicine. Pharmaceutics. 13 (8), (2021).
