Summary
脊髄に（遺伝子細胞）治療の送達のために使用手術手技とデバイスの短い視覚的な説明。技術が動物で実証が、完全に翻訳可能であり、現在、人間のアプリケーションに使用されています。
Abstract
これは脊髄に（遺伝子細胞）療法の送達のための手術手技とデバイスの組み合わせのコンパクトな視覚的な説明です。技術が動物で実証されているが、手順がFDA承認されており、現在はALS患者の脊髄に幹細胞移植に使用されている。 FDAは非常に特徴げっ歯類モデルにおける治療効果に関する実証の原則データを認識しているが、大型動物の使用は、外科手術の組み合わせで、デバイス、およびヒトでの使用のための最終的な治療の安全性を検証するために重要とみなされ。大きさ、解剖学、そして豚の背骨と脊髄の一般的な脆弱性は、より良いモデル人間に認識されます。また、露光および操作脊髄ならびに豚に創傷を閉鎖の手術プロセスは、人間とほとんど見分けがつかない。私たちは健康なブタモデルはcritiを表していることを信じている手続き的安全性の研究では、CALの第一歩。
Protocol
1。動物使用
本明細書に示さ手続きはエモリー大学機関動物実験委員会（IACUC）によって承認されている。約15〜20 kgの女性ゲッティンゲンのミニブタが使用されます。
2。麻酔
動物は、手術の前に約12時間を絶食させる。動物の鎮静および麻酔導入は、筋肉内ケタミン（35 mg / kg）を、アセプロマジン（1.1 mg / kg）であり、アトロピン（0.04 mg / kg）のカクテルで構成されています。動物は、その後挿管し、酸素および1-3％イソフルラン麻酔で維持されます。この時点で、それぞれの動物の背中と頭部を剃毛されています。麻酔の深さは、獣医スタッフによって監視されています。 、すだれ状角膜と眼瞼反射神経だけでなく、心臓や呼吸数、パルスオキシメータ、直接/間接血圧、呼気終末二酸化炭素の測定、および筋緊張/侵害刺激に対する応答の有無は、深さを監視するために使用される麻酔の。
3。ポジショニング
動物は、手術室に連れて行かれ、ジャクソン脊椎手術台に患者の位置決めを模倣するように設計されたフレームのカスタムに腹臥位に配置されます。フレームは腹部と胸部とその結果として硬膜外静脈出血（ 図1）に圧力を最小限に抑えるため、腹部は無料垂れ下がらと、動物の胸と骨盤の下に置かれている調節可能なスリングを利用しています。フレームには、手順1の背骨の外部固定化を提供します。
また、動物は体温と体液管理や手術中に必要な薬物送達のためにカテーテルを挿入された辺縁耳静脈を維持するために加熱された再循環パッド上に配置されます。最後に、手術野は、アルコールとChlorhexadineまたはベタジン溶液と整形処理され、外科用ドレープは、手術フィールドに配置されます。
椎弓切除術LE "> 4。約10〜15 cm商品皮膚切開が行われ、傍脊柱筋組織は、二国間で背骨をオフに解剖されています。次に、背マルチレベルの椎弓切除術が行われます。 3つの椎骨を覆うC3〜C5またはL2-L4セグメントのラミナと棘突起はrongeursと外科用ドリルを使用して除去される。
5。脊髄デリックの配置
我々は、脊髄デリック脊髄2-5に（遺伝子細胞）療法の配信のために設計されたデバイスと呼びます。このデバイスの設計と進化に関する詳細な議論は、ライリーら 、2011に記載されています。4
患者へのデバイスの安全性を確保するために、経皮的ポストは主切開上下1センチメートル皮膚切開を介して配置され、主切開上下に薄板に取り付けられている。
次に、2の統合開創は、foに接続されている椎弓切除術を受けている背骨の領域を露出させるために切開部位の上下ウル皮の投稿。
6。硬膜オープニング
ウッドソン歯科用ツールおよび11ブレードの助けを借りて、2.5 cm商品切開は脊髄を露出し、硬膜を介して行われます。硬膜を4から0 Nurolon縫合糸を使用して軟膜層から反射と深い傍脊柱筋組織に固定されている。
手術のパテは、開口部の吻側および尾側の両極端に配置されます。これらは、脳脊髄液の流れへの部分的なバリアを提供し、また、脊髄に損傷を与えることなく、吸盤を配置する外科医のための安全なターゲットを提供する。ヒトでは、手術用顕微鏡の倍率で、軟膜表面は、この時点で解剖されています。技術的な制限があるため、この手順は必須または動物で現実的ではありません。
7。脊髄注射と追加注射用脊髄デリックの横方向の変位の
注射の直前に、メチルプレドニゾロン（125mgを、IV）のボーラスが腫れ脊髄を防止するために与えられている。
この時点では、プラットフォームのレールシステムを装着し、サイドレールは、適切な長さに合わせて調整されます。ゴンドラです 2つのバーの上にトップロードが、Zドライブは、ユニバーサルジョイントにマウントされています。次に、ロードされたカニューレは、マイクロドライブに配置されます。マイクロインジェクションプラットフォーム上でユニバーサルジョイントを使用して、冠状および矢状角は脊髄注射はカニューレの配置をたどるの表面に直交する軌道を確保するために調整されます。針は背根入り口帯（DREZ）に応じて内側に配置されている。 DREZは3.5X外科ルーペの倍率で識別し、ポイントでコードの表面に直交する軌道上に貫通されている<1ミリメートル内側。
ヒトでは、術前のMRIは、ベースラインアセスメントOを提供手術計画のためのf脊髄寸法。また、脊髄の厚さは、前角の目標深度を決定するために測定される。
懸濁液は、軟膜の接触から4ミリメートルの深さに注入される。ウルテムプラスチック製のフランジに、必要以上に深く進んでから針を防ぐために軟膜表面上のストッパーとして機能します。針の先端がターゲットで配置されると、硬い金属外側スリーブは柔軟性のあるチューブが露出したまま、プルアップされています。注入が完了すると、針がカニューレ噴射管アップセルの逆流を防止するためにさらに1分間場所に残されています。
ケアは若干マイクロドライブ側性またはrostro-尾のどちらかを調整することによって、表面の血管系を回避するように注意されています。浸透のサイトからいくつかの出血が発生することがあります。出血などが発生した場合、マイクロパテは出血穿刺部位の上に配置されており、吸引は、カニューレpenetrから血を吸い取るために、それらに適用されるationサイトとコードの蓄積を防ぐ。血液が凝固するためにこれが確実にできます。直接の圧力があるよう焼灼は回避される。
針を除去した後、定位固定装置は、脊髄の背側表面に見える血管を避けるために必要に応じて、2または4 mm以上で区切っrostro - 尾軸に沿って次の標的部位に再配置されます。与えられた研究で提案したように、このプロセスが何度も繰り返されます。
8。フローティングカニューレ
細径のカスタム注入カニューレ、注射のために使用されます。カニューレは、可変長の30ゲージのフレキシブルシラスティックチューブに接続されている固定長の30ゲージベベル針で構成されています。遠位端がマイクロインジェクターポンプに接続されているハミルトンルアーロックが装備されています。近シラスティックチューブは24番ゲージの剛性アウターカニューレ内ensheathedされている注射針のフランジの近位端上の席。このフランジ両方席外側カニューレ、注射針の深さストップとして機能します。各注射のためには、治療上の懸濁液の適切なボリュームが1分あたり5μlの割合で校正済みMINJ-PDマイクロインジェクターポンプ（Tritechリサーチ社、ロサンゼルス、カリフォルニア州）を用いて注入する。
9。閉鎖
すべての注射が行われた後、脊髄デリックを穏やかに除去され、切開は4層で閉鎖されています。硬膜防水ファッションで、4.0 Nurolonステッチを使用して閉じられます。 0 VICRYL縫合糸は深い筋層に使用されます。筋膜は、その後防水ファッションでも0 VICRYL縫合糸で閉じられます。真皮層は、最終的にランニングステッチで、2.0 VICRYLで閉じられます。皮膚縫合は3から0ナイロン縫合糸を使用して完了します。
10。回復と疼痛管理
動物は2時間以下の麻酔回復のために抜管され、監視されています。次に、動物を個々のCに転送されます年齢や摂餌量、排便、排尿のためにと少なくとも1日1回監視した。
疼痛管理のために、経皮フェンタニルパッチ（75 mcgか）は、術後鎮痛の3日間、動物の背中にステイプルされています。また、ブプレノルフィン（0.05 mg / kgで、BID、IM）はまた、最大3日間、術後のために与えることができます。
11。その結果、代表アウトカム
臨床的および行動観察は研究デザインによると終点まで術前に行われると、その後1〜7日目に記録し、毎週しています。行動データは、前述の6として神経学的罹患率を評価するために収集されます。感覚機能は、前面と後肢のつま先への機械的刺激に対する離脱応答の有無により評価される。 - ; 1 -後肢における知覚緊張、わずかメートル麻痺、動かない0：モータ関数はTarlovスコア（ 表1）を次のovement、2 - 後肢での動きが、座ったり立つことができ、3 - スタンドと歩行能力が、運動失調と短い期間、4 - 完全回復、正常な運動機能。
手順の安全性は、手術前のベースラインに戻るには、動物の能力によって決定されます。一過性神経障害は、主に動物の品種や手順（他のパラメータのうち、注射の回数）に応じていくつかのバリエーションで、術後1日目と7の間に解決する必要があります。永久的な罹患率は、動物が動物実験委員会、デフォルトのエンドポイント（ 図2）に達する時間によって解決されない持続的な神経学的欠損によって定義されます。
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Representative Results
| Tarlovスコア | |
| 0 | 麻痺、動かない |
| 1 | 後肢における知覚緊張、わずかな動き |
| 2 | 後肢の動きが、座ったり、立ってすることができません |
| 3 | 立って、歩く能力が、運動失調と短期間 |
| 4 | 完全な回復は、通常の運動機能 |
表1。Tarlovスコア。神経の罹患率と回復は、動物の運動機能を獲得することにより評価される。
図1 Procedur表ポジショニング電子。動物はジャクソン脊椎手術台に患者の位置決めを模倣するように設計されたフレームのカスタムに腹臥位に配置されます。フレームは腹部は腹部と胸とそれに伴う硬膜外静脈出血への圧力を最小限に抑えるため、フリーハングすることができ、動物の胸と骨盤の下に置かれている調節可能なスリングを利用しています。フレームには、手続きのための背骨の外部固定化を提供します。
図2 運動機能評価と代表の成果。動物は手術前と手順から完全に回復した後、定期的に一般的な神経学的診察を受ける。歩行や運動機能がTarlovスコアに応じて評価される。このスケールはsurroとして歩き回るために動物の能力を評価する客観的な基準を提供しています運動機能のゲート測定。手順の安全性は、手術前のベースラインに戻るには、動物の能力によって決定されます。一過性神経障害は、主に動物の品種や手順（他のパラメータのうち、注射の回数）に応じていくつかのバリエーションで、術後1日目と7の間に解決する必要があります。永久的な罹患率は、動物が動物実験委員会既定のエンドポイントに到達する時間によって解決されない持続的な神経学的欠損によって定義されます。
補足
細胞治療、椎弓切除術の前に、麻酔下、頚静脈カテーテル慢性10F（アクセス技術、CCPS072106A）の場合では、研究の期間免疫抑制剤の静脈内投与のために配置されます。動物の首は整形処理と掛けている。内頸静脈は、外科的に露出と3-0絹のネクタイで固定されてカテーテルとカニューレを挿入されています。内頸静脈の近位端はあるnは3-0絹のネクタイと連結した。次に、カテーテルは、背首の皮膚の外にトンネリングされ、3から0ナイロンステッチで固定されています。最後に、傷は稼働3から0ナイロンステッチで灌漑され、閉じられます。このような手順は、人間には必要ありません。
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Discussion
人間7-9の記載された技術を進めるための承認にもかかわらず、重要な問題は、成功するために脊髄療法の順に回答されずに残っている。実質内注入に脊髄寛容の厳格な理解は、退行性脱髄、および外傷性脊髄疾患の治療法を開発する臨床試験の計画と実行を有効にする必要があります。現在、大型哺乳類の脊髄は一過性および永久的な罹患せずに耐えることができる注射の数の明確な理解がありません。同様に、注射の間隔は、罹患率に影響を及ぼす可能性があります。また、巨視的な（ 例えば 、換気関連または不注意による患者の動き）と微視的な（ すなわち 、換気および心臓のパルスの両方を持つ発振）脊髄運動は注入時に脊髄にリスクをもたらす。大型動物モデルにおける罹患率のためのしきい値を理解することが助けとなるすべての脊髄治療プログラムのための計算を投与。当社の翻訳脊髄移植の研究室では現在、脊髄アプリケーションの試験を設計するすべてのチームの前臨床開発プログラムを支援するために利用可能です。
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Disclosures
博士Boulisはヒトの脊髄の安全かつ正確な注入を可能にするための装置の発明者です。 Neuralstem社は、この技術への排他的なライセンスを購入した。博士Boulisは、この手数料の棚卸のシェアを受けており、この技術の配布のためのロイヤルティの支払いに対する権利を持っています。他の著者は、開示することは何もありません。
Acknowledgments
私たちは、獣医医療用動物資源スタッフのエモリー大学本部に感謝します。資金源が含まれます：ALS協会、国防総省、そしてNeuralstem、株式会社
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Spinal Derrick | Neuralstem, Inc. | Neuralstem, Inc. has purchased an exclusive license to this technology | |
| MINJ-PD Microinjector pump | Tritech Research, Inc. | Customized for this specific application | |
| Floating Cannula | Neuralstem, Inc. | Custom-designed for this specific application |
References
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- Federici, T., Riley, J., Park, J., Bain, M., Boulis, N. Preclinical safety validation of a stabilized viral vector direct injection approach to the cervical spinal cord. Clin. Transl. Sci. 2, 165-167 (2009).
- Riley, J. P., Raore, B., Taub, J. S., Federici, T., Boulis, N. M. Platform and Cannula Design Improvements for Spinal Cord Therapeutics Delivery. Neurosurgery. 69, 147-154 (2011).
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