Kirurgiska stadier av urinblåsan augmentation beskrivs med 3-D byggnadsställningar i murina och råtta modeller. För att testa effektiviteten av biomaterial konfigurationer för användning i blåsan förstärkning är tekniker för både vaken och sövdes cystometry presenteras.
Njurfunktionen och avhållsamhet av urin är kritiskt beroende av korrekt funktion av urinblåsan, som lagrar urin vid lågt tryck och driver ut den med en exakt iscensatt kontraktion. Ett antal medfödda och förvärvade urologiska avvikelser inklusive bakre uretravalvel, benign prostatahyperplasi och neurogen blåsa sekundärt till ryggmärgsbråck / ryggmärgsskada kan resultera i patologisk vävnad remodellering som leder till försämrad efterlevnad och reducerad kapacitet 1. Funktionell eller anatomisk förträngning i urinvägarna är ofta förenat med dessa villkor, och kan leda till urininkontinens och njurskador av ökad lagring och annullerade tryck 2. Kirurgisk implantation av gastrointestinala segment för att öka organ kapaciteten och minska intravesikal trycket representerar den primära kirurgiska behandlingsalternativ för dessa sjukdomar när de medicinska ledningen inte 3. Emellertid är detta tillvägagångssätt hindrared med begränsning av tillgängliga donatorvävnad, och är förknippade med betydande komplikationer, inklusive kronisk urinvägsinfektion, metabolisk störning, urin stenbildning, och sekundär malignitet 4,5.
Aktuell forskning inom blåsan tissue engineering är starkt inriktad på att identifiera biomaterial konfigurationer som kan stödja regenerering av vävnad på defekta ställen. Konventionell 3-D stödstrukturer som härrör från naturliga och syntetiska polymerer, såsom Tunntarmssubmucosa och poly-glykolsyra har visat en viss kortsiktig framgång i att stödja urotelial och glatt muskulatur förnyelse samt underlätta ökad kapacitet organ lagring i både djurmodeller och i kliniken 6,7. Men brister i byggnadsställningen mekanisk integritet och biokompatibilitet leder ofta till skadliga fibros 8, transplantat kontrakturer 9 och förkalkning 10, vilket ökar risken för implantatet misslyckande och behöver FOr sekundära kirurgiska ingrepp. Dessutom har återupprättande av normala tömning egenskaper som använder vanliga biomaterial konstruktioner för förstärkning cystoplasty ännu inte uppnåtts och därför forskning och utveckling av nya matriser som kan uppfylla denna roll behövs.
För att framgångsrikt utveckla och utvärdera optimala biomaterial för klinisk blåsan augmentation måste effekten forskning först utföras i standardiserade djurmodeller med detaljerade kirurgiska metoder och funktionella bedömningar resultat. Vi har tidigare rapporterat användning av en blås-förstärkning modell i möss för att bestämma potentialen för silke fibroin-baserade ställningar för att mediera vävnadsregenerering och funktionella egenskaper tömning. 11,12 Cystometriska analyser av denna modell har visat att variationer i de strukturella och mekaniska egenskaper implantat kan påverka de resulterande urodynamiska funktioner i vävnadstekniska blåsor 11,12. Positiv korrelationtioner mellan graden av matrix-medierad vävnadsregenerering bestämmas histologiskt och funktionell efterlevnad och kapacitet utvärderas av cystometry visades i denna modell 11,12. Dessa resultat tyder därför på att funktionella utvärderingar av biomaterial konfigurationer i augmentation gnagare urinblåsan system kan vara ett användbart format för att bedöma byggnadsställning egenskaper och fastställande in vivo genomförbarheten före stora djurstudier och kliniska distributionsalternativ. I den aktuella studien kommer vi att presentera olika kirurgiska skeden av urinblåsan förstärkning hos både möss och råttor med siden ställningar och demonstrera teknik för vaken och sövdes cystometry.
Cystometriska utvärderingar av biomaterial konfigurationer efter implantation och blåsan förstärkning i små djurmodeller representerar en viktig validering steget vid identifiering av optimala strukturella och mekaniska egenskaperna hos matrisen konstruktioner för användning i kliniska situationer. I denna studie beskriver vi kirurgiska metoder för att utföra urinblåsan förstärkning hos möss och råttor samt cystometriska tekniker för att bestämma urodynamiska egenskaper hos konstruerade organ för funktionella bedömningar. Vi har använt dessa tekniker i flera experiment med både möss och råttor, där varje experiment består av 30 + gnagare utan viktiga frågor. Vår forskning laboratorium är ett mångsidigt konglomerat av grundforskare och kirurger läkare och kirurger med minst 5-6 års eftergymnasial kirurgisk träning utförs de processuella aspekterna av dessa experiment.
Oberoende av typen av biomaterialet används, omfattande difference mellan utöka blåsan hos råttor jämfört möss är storleken av blåsan. På grund av mindre urinblåsan storlek är dissektion och införlivandet av biomaterial mer tekniskt svårt i musen. Att hjälpa till vid visualisering, kan ett kirurgiskt mikroskop användas. Eftersom storleken på blåsan hos råttor är högre, är det mer mottagligt för situationer där mer än en procedur måste utföras på blåsan (t.ex. förstärkning och placeringen av cystostomy kateter). Dessutom beskriver protokollet ovan användning av PE-50 rör för råttan 13, dock ännu större storlek katetrar, upp till PE-100 har använts, särskilt för långtidsstudier 14. Hos möss kan en mindre kaliber, såsom PE-10 slang utnyttjas 15,16, men det bör hållas i minnet att mindre, mer följsamma rören inte kan sända tryckförändringar till givaren exakt. Också, att den alternativa metoden för att fästa katetern på dorsum (steg 8 * ovan) görs i mice på grund av deras mindre kroppsstorlek och den trubbiga spetsen nålen och IV locket är för tungrott. Nackdelen med detta är behovet av anestesi för att extrahera änden av katetern i den subkutana fickan innan cystometry.
Studier har visat att i de första första dagarna (0-4 dagar) efter placering av katetrar visade cystometry höga urinblåsan tryck och överaktivitet med låga tömning volymer. Dessa fynd verkade stabiliseras runt sjätte till sjunde dagen 14,17 och därför är förmodligen den idealiska tidpunkten för cystometrisk utvärdering. De flesta rapporter i litteraturen utför cystometry inom de första 3 dagarna av kateterisering 18, och detta står för den stora variationen i ovanstående parametrar i förhållande till tiden. Lämnar suprapubisk kateter för en varaktighet längre än 3 dagar bär med sig följdsjukdomar såsom risk för stenar, förskjutning, infektion, hematuri och ocklusion av katetern med skräp.
<p class = "jove_content"> Olika infusionshastigheter under cystometry har beskrivits från 1-3mL/hr för möss 15,16 och 10-11mL/hr för råttor 13,19,20. Suprafysiologiska infusionshastigheter kan orsaka falskt förhöjda tryck 14. Vi använder en infusionshastighet av 12,5 ^ il / min (0,75 ml / h) för möss och 100 pl / min (6 ml / h) för råttor i vår konfiguration, men lägre hastigheter kan också användas. Temperaturen hos fysiologisk saltlösning bör vara åtminstone rumstemperatur, även om varm (37 °) saltlösning är mer optimal, för att undvika överaktiv blåsa provocerade med ingjuta kalla lösningen. I Vakna cystometry är det viktigt att tillåta stabilisering av tömning mönster som djuret blir anpassad till buren, vilket i vår erfarenhet krävs en period av ~ 10-20 minuter. Efter detta kan reguljära vattenkastningsbesvär cykler registreras för 45-120 minuter eller vid minst 3-4 tömning cykler. Djuret bör iakttas i realtid eftersom djuret är fritt Moving och komplikationer såsom vrida eller vika av katetern kan ändra cystometrisk analys. Begränsa buller under cystometry är önskvärt att minska djurens rörelser och efterföljande artefakter. Medvetslös cystometry har inte de åtföljande problem som vaken cystometry, medan multipla anestetika har visats hämma spontana kontraktioner av blåsan. Denna hämning direkt motsvarar den förväntade varaktigheten av verkan av anestesimedel, dvs när den anestetiska effekten avtar, spontana sammandragningar återupptas 14. Dessutom var trycket mätt när blåsan svämmade över, statistiskt större i sövda råttor, både levande och efter slakt, vilket indikerar en effekt på passiva efterlevnad egenskaper blåsväggen. Denna effekt ses med pentobarbital 21, ketamin och kloralos IM / IP, utöver inhalerad halotan och intratekal nesacaine 14. En mer omfattande studie av olika bedövningsmedel bekräftelsem detta fynd med hämning av miktionsreflexen för både inhalationsanestesi (isofluran och metoxifluran) och barbiturat (pentobarbital och thiobutabarbital) narkosmedel under måttliga anestesi nivåer 17. Denna effekt observerades med ännu ljus eller lugnande nivåer av anestesi med läkemedel såsom fentanyl-droperidol och ketamin-diazepam, och som i den tidigare studien, som anestesi effekten avtagit, så gjorde inhibition 17. För detta förfarande kan uretan intraperitoneala injektioner användas eftersom det har visats att reflexen miktion bevaras samtidigt som den tillåter tillräcklig anestesi 17,22. Vidare är ingen effekt observerades med avseende på vattenkastningsbesvär tryck 23. Suprapubisk kateter placering för cystometry beskrivs här, eftersom intrauretral kateterisering har visat sig ha högre kurvor urinblåsan tryck och lägre flöden som är förenliga med relativt blåstömningshinder 24.Dessutom är intrauretral kateterisering endast genomförbar i sövda djur, och även då kan kateterisering vara svårt, speciellt i manliga gnagare och möss.Sammanfattningsvis är valet av vilken modell som ska användas för urinblåsan förstärkning och / eller cystometrisk analysen beroende av målen för den specifika studien. Ur teknisk synvinkel råttmodell har tydligt fördelen för de skäl som diskuterats ovan. Emellertid kan den musmodell användas i studier som utvärderar de roller som specifika gener kodade slutprodukter i sjukdomar i urinvägarna, på grund av deras känslighet för genetisk manipulering. Detta är i allmänhet inte möjligt i råtta.
Vakna cystometry så exakt efterliknar det normala fysiologiska tillstånd i vilket dessa djur genomgå sina vattenkastningsbesvär cykler, och det är sannolikt att ge en mer tillförlitlig fysiologisk bestämning av urinblåsans funktion. Dessutom, den förbryllande variabeln direkta effekter av ennesthetics på urinblåsans funktion undviks.
The authors have nothing to disclose.
Dessa studier har finansierats delvis genom de barnsjukhuset Boston Urology Kapitalförsäkring Intäkter fonden och National Institutes of Health bidrag NIBIB P41-EB002520 (Kaplan), NIDDK T32-DK60442 (Freeman), NIDDK 1K99-DK083616 (Mauney). Vi erkänner Dr Peter Zvara från University of Vermont för att få hjälp att etablera tekniken för cystostomy rör placering och cystometry.
Materials: | Description/Use: | |||
Shaving shears | Preparation of rat/mouse for surgery | |||
Sterile drapes, betadine, 70% ethanol, sterile gauze | Preparation of sterile surgical field | |||
Instruments: | ||||
Scalpel blade | Skin incision | |||
forceps with teeth | Manipulating skin | |||
Fine forceps | Atraumatic (no teeth), no serrations or with fine serrations to manipulate | |||
Small needle driver | Sharp tissue dissection | |||
Metzenbaum scissors | Bldder incision | |||
Tenotomy scissors | For retraction sutures and to develop subcutaneous tunnel (cystostomy catheter) | |||
Small curved clamps | Subcutaneous tunnel (cystostomy catheter) | |||
Sutures: | ||||
6-0 polypropylene sutures | Bladder stay sutures and pursestring suture | |||
7-0 polyglactin suture | Anastomosis of scaffold to bladder | |||
4-0 polyglactin suture | Closure of muscle/skin | |||
3-0 or 4-0 Silk suture | Securing catheter tip to skin | |||
Needles and syringes: | ||||
18 Gauge needle | Piercing the bladder for cystostomy catheter | |||
25 and 30 Gauge needles | Testing bladder for leakage | |||
1 mL saline filled syringe | ||||
22 Gauge blunt tip needle | ||||
Cystostomy catheter: | ||||
PE-50 tubing | ||||
Lighter | Flaring PE-50 tubing | |||
Small curved clamp | Developing subcutaneous tunnel | |||
Cystometry: | ||||
MLT844 ADInstruments data capture and LabChart software | Pressure data acquisition | |||
Harvard 22 syringe pump (Harvard Apparatus, Holliston, MA) | Fluid infusion pump | |||
Anesthetics (Unconscious cystometry): | ||||
Isoflurane | Induction/maintenance of general anesthesia | |||
Urethane | Unconconscious cystometry | |||
Bupivicaine or equivalent | Local anesthesia | |||
Meloxicam | Post-operative analgesia | |||
Buprenorphine | Post-operative analgesia |