Summary
Dette manuskriptet beskriver metoder knyttet til etableringen og reparasjon av en ventrale bukveggen defekt (brokk). Denne modellen kan brukes til å studere reparasjon strategier som de bruker implantert materialer. I dette manuskriptet presenteres reparasjon av eksperimentelle brokk med svin liten intestinal submucosa som et eksempel.
Abstract
Ventrale abdominal brokk er en relativt vanlig klinisk tilstand som noen ganger krever herniorraphy (kirurgiske reparasjon). Reparasjon av ventrale abdominal brokk krever vanligvis implantering av et materiale å tjene som en mekanisk bro over feil i bukveggen. Biologisk materiale, som svin liten intestinal submucosa (SIS), også fungere som en gitter for cellevekst i implantatet og naturlig kan innlemme i vert vev. Utviklingen av slike reparasjon materialer har bruk av dyr modeller der eksperimentelle bukveggen defekter opprettes lett og er mottagelig å reparere i en reproduserbar mote. Metoden tilbys her beskriver kirurgisk etableringen og reparasjon av ventrale abdominal brokk i en rotte modell. Når SIS brukes til å reparere en eksperimentell ventrale underlivs brokk i denne modellen, er det raskt innlemmet i vert vev innen 28 dager etter implantasjon. Histologisk, er inkorporering av materialet sitt implantert vert vev preget av et robust fibrovascular svar. Fremtidige forbedringer og anvendelser av rotte underlivs brokk modellen kan sannsynligvis få diabetiker og/eller overvektige dyr å mer tett etterligne felles Co-morbidities mann.
Introduction
Bukveggen brokk er en vanlig forekommende klinisk problem som kan oppstå som følge av medfødt defekt, traumatisk skade eller mislykkede nedleggelsen av kirurgiske sår som involverer bukveggen. Reparasjon innebærer vanligvis å bruke et implantat for å forsterke bukveggen, med rabatt for regelmessighet i pasienter behandlet med protese sammenlignet med de som bukveggen er bare lukket med Sutur. 1
Kirurgisk brokk reparasjon krever ofte mekanisk bro av feilen med en implantert materiale. I denne forbindelse, er både syntetiske og naturlige materialer brukt for brokk reparasjon. Mange syntetiske materialer er vanligvis ikke-absorberbare og inkluderer polypropylen, polyetylen terephthalate polyester og utvidet polytetrafluoroethylene, mens andre syntetiske implantater kombinerer en av de ikke-absorberbare materialene med en absorberbare polymer som polygalactine. 1 derimot naturlig materiale implantater er vanligvis avledet fra dyr eller human cadaveric kilder. Naturlige materialer for brokk reparasjon er vanligvis rike i kollagen og fungere som et stillas for ingrowth og integrering av vert vev.
Ønsket om å utvikle og optimalisere nye materialer for ventrale abdominal brokk reparasjon krever en passende dyremodell for evaluering av kandidaten materialer. Studier har vært gjennomført i en rekke arter, inkludert sauer,2 griser,3 kaniner,4 rotter,5,6,7,8 og hundene. 9 fordelen med rotter for slike studier er at de tilbyr en enkelt håndteres modell tilgjengelig i en rekke innavlet stammer å tillate for kontroll av genetisk variasjon. I tillegg mindre samlede kroppen arealet av rotte sammenlignet med andre arter ovenfor tillate evaluering av materialer som kan være eksperimentelle i naturen, og derfor ikke overflod. Videre, reduserte kostnader forbundet med rotter kontra andre arter tillate relativt økt evne til å skjermen kandidat materialer til bruk i reparasjon av ventrale abdominal brokk. Betraktninger for materialene omfatter vanligvis enkel håndtering av kirurg, styrke, evne å innlemme i vert vev, biocompatibility og motstand mot infeksjon.
Som et eksempel er svin liten intestinal submucosa (SIS) en naturlig biomateriale som har vært brukt i en rekke tissue reparasjon indikasjoner, inkludert reparasjon av ventrale abdominal lysken og magen brokk. 10 , 11 , 12 SIS er raskt tatt inn vert vev og har blitt funnet for å være generelt motstandsdyktig mot infeksjon og så materialet har bestemt verktøyet forurenset felt. 13 , 14 i rotte modell, SIS har vist brukervennligheten håndtering, god strekkfasthet som bestemmes av uniaxial strekk feil test og fremme vev ingrowth avleiring av kollagen og neovascularization. 6 , 7
Nøyaktig er kirurgisk av feilen et viktig trekk ved produktiv modellering når du vurderer kandidat reparasjon materialer. Dyret må være tilstrekkelig bedøvet og steril teknikk strengt fulgt. Videre en bukveggen mangelen på standard størrelse nøye opprettes og deretter Bridge på en måte som sikrer tilstrekkelig materialet til marginene av feilen. 8 denne protokollen gir en standardmetode følges for kirurgiske etableringen og reparasjon av en ventrale abdominal brokk med SIS som eksempel bygge bro materiale i rotte.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Bruk av dyr i denne protokollen ble godkjent av University of Notre Dame institusjonelle Animal Care og bruke komiteen, fulgte alle krav og retningslinjer og ble gjennomført i et anlegg som er godkjent av den Foreningen for vurdering og akkreditering av laboratoriet dyr omsorg (AAALAC), International.
1. valg av dyr
- anskaffe patogen-fri Sprague Dawley rotter fra en anerkjent leverandør avl kolonien.
Merk: Ofte anlegget veterinær eller manager kan direkte etterforskeren til riktig kilder. Rotter ca 250 g kroppsvekt er egnet for denne prosedyren. - En dag før kirurgi, Undersøk dyrene skal brukes til å sikre at de er klinisk sunn. I denne forbindelse veie dyret og vurdere kroppen tilstanden; Merk noe unormalt i åndedrett, alle åpne sår eller massene og generelle aktivitetsnivået på dyret. Merk noe unormalt i kirurgiske post og vurdere slike observasjoner som potensielle utelukkelse vilkår.
2. Anestesi og forberedelse av dyr for aseptiske kirurgi
- For analgesi, administrere 1.1-1.2 mg/kg av vedvarende release buprenorfin, subcutaneously til rotten 2 timer før operasjonen. Bruk ophthalmica salve begge øynene og administrere 2 mL varmet sterilt fysiologiske saline subcutaneously.
- Bedøve rotte med en intraperitoneal dose av ketamin hydroklorid (90 mg/kg) og xylazine (10 mg/kg). Bruke en liten mengde okulær smøremiddel hvert øye å hindre hornhinnen dessication. Når Dyret ’ s åndedrett er jevn og det er ikke lenger noen svar å fast tå knipe, rotta har nådd et nivå av anestesi nok for kirurgi. Et akseptabelt nivå av anestesi kan bekreftes av tilstedeværelsen av dype, vanlig åndedrett og normal farge av øyet (versus blekhet, som kan tyde på manglende hjerte perfusjon).
- Barbere ventrale magen med en kommersiell avklipt fra skambeinet til sternum og lateral margene på ventrum. Fjerne klippet håret ved å bruke en fuktig papirhåndkle området.
- Skrubbe barberte området med en iodophor antiseptisk etterfulgt av en tørke med 70% etanol. Bruke kirurgisk gardiner slik at et vindu for innsnitt kan isoleres fra potensielle forurensning.
- Don en steril kirurgisk kappe, en ansiktsmaske og hår lue. Grundig vask og skrubbe hendene med såpe og don sterilt kirurgiske hansker.
3. Etableringen og reparasjon av ventrale Abdominal brokk
- før kirurgi, sterilitet Kirurgiske instrumenter av autoclave.
- Bruke skalpell, lage en ca 3-4 cm loddrett snitt langs ventrale midtlinjen til nivået av abdominal muskulatur. Løfte bukveggen forsiktig med en tang og lage en liten åpning gjennom linea alba. For å beskytte underliggende viscera, setter du inn en tang gjennom hullet og i bukhulen å tjene som en beskyttende guide som muskel veggen er avbildning for å opprette en ca 2 cm x 2 cm tykkhet defekt, kutte ca 1 cm lateral fra hver side av midtlinjen på begge ender av linea alba snitt.
- Lå en pre-cut 2 cm x 2 cm del av mekanisk bygge bro materiale, 4 lag SIS i dette tilfellet (figur 1), over feilen.
Merk: Alternativt underlag tilnærming kan brukes som delen av materiale er plassert i bukhulen for å dekke mangelen fra interiør aspektet. - Sutur de fire hjørnene av den bygge bro materialer for bukveggen muskler med 4-0 silke eller nylon i en enkel avbrutt Sutur mønster.
Merk: Bruk av ikke-absorberbare Sutur tillater enkel identifisering av implantert materialet på harvest versus absorberbare Sutur materiale. - Sikker kanten av materiale med tre ekstra suturer med lik avstand. Undersøke hele omkrets kanten for å sikre at det ikke finnes betydelige tidsrom som tillater passasje av innvollene gjennom bukveggen; og, hvis slike mangler, plassere ekstra suturer for å ytterligere sikre margen.
- Lukker subkutant vev med 4-0 absorberbare Sutur i en enkelt avbrutt mønster. Lukk huden med kirurgisk stifter, men Sutur brukt i en enkelt avbrutt mønster kan også brukes.
- Ikke la dyret uovervåket før det har gjenvunnet tilstrekkelig bevissthet å gjenvinne sternal recumbency, og ikke returnerer et dyr som har gjennomgått kirurgi til selskapet av annet dyrene før det er helt gjenopprettet etter anestesi. Samtidig holde dyr i en varm område å hindre nedkjøling. Dyr daglig
- undersøke som har gjennomgått denne fremgangsmåten for å sikre full gjenoppretting og normal legning. Fjerne hud stifter med en stift remover 7-10 dager etter operasjonen.
4. Høsting av implantert
- konsekvent med behovene til studien, euthanize, med karbondioksid overdose administreres på en kammer fylle på 10-30%, dyrene på en forhåndsbestemt tid, ofte 21 - 28 dager etter operasjonen.
- Bruke standard obduksjon verktøy, åpne huden og bukveggen og vise frem arealet av implant.
Merk: Hvis ikke-absorberbare suturer ble brukt til å sikre implantatet, materialet kan identifiseres ved opprinnelige bildet (figur 2). - Observere noen brutto patologisk observasjoner inkludert eventuelle bivirkninger (f.eks, sår dehiscence, svulst, seroma, hematoma) og vedheft grad og fasthet til underliggende viscera.
- Fjerne implantat området ved å kutte en bred del av vev som inkluderer implantatet. Plasser prøven i et bindemiddel, for eksempel 10% nøytral bufrede formalin, i forberedelse til behandling for histologiske undersøkelse og identifikasjon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Med 28 dager etter implantasjon viser SIS vanligvis god inkorporering vert vev (figur 2). I de fleste tilfeller er det gjenværende SIS tydelige, men vevet må ofte utforskes for å identifisere implantert materialet. Histologiske analyser bekreftet brutto patologisk observasjoner, illustrerer god vev innlemmelse primært fibrovascular vev og lite gjenværende SIS bemerket (Figur 3). Disse resultatene viser verktøyet av rotte ventrale abdominal brokk modellen. Rotta er lett oppnådd og opprettholdt, og generelt gjenoppretter raskt etter operasjonen. Vev kommisjonsforordning implantert biomateriale angir biocompatibility og demonstrerer evne til SIS å tjene som en gitter for vev ingrowth og reparere. Selv med betydelig vev innlemmelse, kan stedet for protesen lett identifiseres av bildet til å sikre materialet bukveggen. Som et resultat, kan brokk reparasjon materialer evalueres på en konsekvent og relativt rask måte.
Figur 1:2 x 2 cm delen av SIS brukes for reparasjon av eksperimentelle ventrale Abdominal brokk. SIS materialet er en acellular ekstracellulær matrix avledet fra svin liten intestinal submucosa. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: innlemmet SIS 28 dager etter implantasjon til broen en ventrale Abdominal brokk i rotte. Etter dødshjelp, ventral abdominal huden ble reflektert for å avsløre implantert materialet som er skissert av silke bildet brukes til å sikre SIS. Merk ingrowth av vev som SIS implantat er blitt innlemmet i vert vev. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: Photomicrograph av vev 28 dager etter implantasjon av SIS å bygge en eksperimentell ventrale underlivs brokk. SIS har hovedsakelig blitt innlemmet i vert vev. Pilene viser en liten strand av gjenværende SIS i delen (H & E, 40 X). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Materialer for reparasjon av ventrale abdominal brokk er av stor interesse, spesielt de som gir en første mekaniske bro og er deretter kunne innlemme i vert vev. I denne forbindelse, en rekke materialer har blitt undersøkt, inkludert SIS, svin acellular dermal matrise og svin pericardium. 6 , 7 disse materialene representerer de ekstracellulære matriser av dem vev og fungere som stillaser som cellene kan overføre og sprer, dermed tilrettelegge vev innlemmelse.
Evaluering av brokk reparasjon materialer krever en dyremodell som håndteres lett og har intakt helbredende evne. Rotte ventrale brokk modellen gir enkel håndtering i studier å vurdere reparasjon materialer i vivo. Det har blitt demonstrert at denne modellen kan brukes for sammenlignende histologiske vurdering av verten svar implantert brokk reparasjon materialer. 6 dette er spesielt viktig for biologisk materiale, for eksempel SIS, som gjennomgå inkorporering vert vev som en del av reparasjon mekanismen.
Rotte ventrale abdominal brokk reparasjon modellen kan enkelt utføres på en svært reproduserbar måte. Riktig steril teknikk er avgjørende for suksess, forurenset kirurgisk felt kan endre healing respons og dermed kompliserer tolkning av eksperimentelle resultater. 15 protokollen beskrevet her er utformet for å gi en individuell erfarne i dyr kirurgi en metode for å kunne gjennomføre studier som krever brokk etableringen og reparasjon.
Fremgangsmåten som er beskrevet her innebærer en utlegget tilnærming der reparasjon materialet er knyttet til eksterne kantene av bukveggen feilen. Det er også mulig å bruke en innlagt tilnærming der reparasjon materialet er knyttet til det interne aspektet av feilen. Brokk reparasjon med mesh via laparoskopi oppnås vanligvis med en innlagt tilnærming. Innlagt metoden kan større direkte kontakt av implant med abdominal viscera, dermed noe øker muligheten for adhesiogenesis mellom protesen og innvollene. Post-kirurgiske vedheft formasjon er viktig klinisk sak, kan studier vil nøye undersøke adhesiogenesis ønske å bruke innlagt tilnærming.
Om rotter vanligvis komme raskt etter operasjonen, finnes det noen mulighet for postoperativ komplikasjon. For eksempel fjerne noe rotter hud bildet, med stifter. Hvis snitt såret er funnet for å være åpen, rotta skal enten være euthanized eller nytt anesthetized og huden lukket. Skjønt sjelden, hvis både huden og bukveggen er funnet for å ha åpne hull, burde dyr være euthanized. I alle slike tilfeller burde være til stede veterinarian være raskt informert om slike dyr.
Modellen beskrevet her har en rekke fordeler som indikert tidligere. Imidlertid bør det bli gjenkjent at modellering av ventrale abdominal brokk i en quadraped, som en rotte, begrenser oversettelse mann. Videre, fordi mange klinisk relevante brokk antas å være assosiert med Co-morbidities som diabetes, fedme og bindevev defekter, evaluering av reparasjon strategier i en vanlig dyr kan komplisere translasjonsforskning verdien av den modell. Likevel kan rotte modell relativt rask og lett evaluering av brokk reparasjon materialer.
Fremtidige forbedringer og anvendelser av rotte underlivs brokk modellen kan sannsynligvis få diabetiker og/eller overvektige dyr å mer tett etterligne felles Co-morbidities mann. Likeledes, evaluering av indusert pluripotent stamceller metoder å hjelpe tissue reparasjon vil sannsynligvis finne verktøyet i denne modellen.
Avgjørende skritt for vellykket bruk av denne modellen er sentrert rundt av dyr og kirurgiske ferdigheter. Steril teknikk må brukes som en måte å minimere sjansen for infeksjon. Riktig anestesi og analgesi er viktig, i tillegg til postoperativ overvåking for å sikre at dyrene er komfortable og at den kirurgiske snittet forblir lukket. Viktigere, når biomateriale på kantene av bukveggen feilen, må kirurgen etablere at kantene er sikre med ingen åpninger som tillater passasje av abdominal innvollene i subcutaneous plass.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
En av forfatterne (CJ) er ansatt av Cook Biotech, Inc., produsenten av medisinsk karakter SIS.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å takke Valerie Schroeder for henne hjelp med tekniske aspekter ved dette arbeidet. Arbeid knyttet til utvikling av denne modellen ble støttet av Cook Biotech, Inc. (West Lafayette, i USA).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Isoflurane (Isoflo) | Henry Schine Animal Health | 17579 | gas anesthetic |
| Optixcare Eye Lubricant | Henry Schine Animal Health | OPX4240 | Ocular lubricant |
| Oster clippers | Henry Schine Animal Health | 6092 | hair clippers |
| Betadine surgical scrub | Henry Schine Animal Health | 1618 | antiseptic iodophor |
| Sterile scalpel | Henry Schine Animal Health | 329 | #10 scalpel |
| 9" x 12" disposable surgical drape | Braintree Scientific, Inc. | SP-RPS | Surgical drape |
| 4-0 nylon suture | Braintree Scientific, Inc. | SUT 812 | Suture material |
| 4-0 Absorbable Suture | Henry Schine Animal Health | 29242 | Synthetic absorbable suture |
| 9 mm Autoclips and applier | Braintree Scientific, Inc. | ACS KIT | Surgical staples for closure of skin incision |
| Torbugesic/analgesic | Henry Schein Animal Health | 12084 | Butorphanol tartarate for post-operative analgesia |
| Small intestinal submucosa (SIS) | Cook Biotech, Inc. | Implant material for bridging experimental abdominal wall defect | |
| Rats | Harlan, Inc. | Sprague Dawley | Animal for hernia modeling |
References
- Poussier, M., et al. A review of available prosthetic material for abdominal wall repair. J. Visc. Surg. 150 (1), 52-59 (2013).
- Hjort, H., Mathisen, T., Alves, A., Clermont, G., Boutrand, J. P. Three-year results from a preclinical implantation study of a long-term resorbable surgical mesh with time-dependent mechanical characteristics. Hernia. 16 (2), 191-197 (2012).
- Ko, R., Kazacos, E. A., Snyder, S., Ernst, D. M. J., Lantz, G. C. Tensile strength comparison of small intestinal submucosa body wall repair. J. Surg. Res. 135 (1), 9-17 (2006).
- Garcia-Moreno, F., et al. Comparing the host tissue response and peritoneal behavior of composite meshes used for ventral hernia repair. J. Surg. Res. 193 (1), 470-482 (2015).
- Soiderer, E. E., Lantz, G. C., Kazacos, E. A., Hodde, J. P., Wiegand, R. E. Morphologic study of three collagen materials for body wall repair. J. Surg. Res. 118 (2), 161-175 (2004).
- Liu, Z., Tang, R., Zhou, Z., Song, Z., Wang, H., Gu, Y. Comparison of two porcine-derived materials for repairing abdominal wall defect in rats. PLOS One. 6 (5), e20520 (2011).
- Zhang, J., Wang, G. Y., Xiao, Y. P., Fan, L. Y., Wang, Q. The biomechanical behavior and host response to porcine-derived small intestine submucosa, pericardium and dermal matrix acellular grafts in a rat abdominal defect model. Biomaterials. 32 (29), 7086-7095 (2011).
- Ma, J., Sahoo, S., Baker, A. R., Derwin, K. A. Investigating muscle regeneration with a dermis/small intestinal submucosa scaffold in a rat full-thickness abdominal wall defect model. J.Biomed.Mater.Res.Part B. 103 (2), 355-364 (2015).
- Greca, F. H., Souza-Filho, Z. A., Giovanni, A., Rubin, M. R., Kuenzer, R. F., Reese, F. B., Araujo, L. M. The influence of porosity on the integration histology of two polypropylene meshes for the treatment of abdominal wall defects in dogs. Hernia. 12 (1), 45-49 (2008).
- Hiles, M., Record-Ritchie, R. D., Altizer, A. M. Are biologic grafts effective for hernia repair? A systematic review of the literature. Surg. Innov. 16 (1), 26-37 (2009).
- Helton, W. S., Fisichella, P. M., Berger, R., Horgan, S., Espat, N. J., Abcarian, H. Short-term outcomes with small intestinal submucosa for ventral abdominal hernia. Arch. Surg. 140 (6), 560-562 (2005).
- Franklin, M. E., Trevino, J. M., Portillo, G., Vela, I., Glass, J. L., Gonzalez, J. J. The use of porcine small intestinal submucosa as a prosthetic material for laparascopic hernia repair in infected and potentially contaminated fields: long-term follow-up. Surg. Endosc. 22 (9), 1941-1946 (2008).
- Clarke, K. M., Lantz, G. C., Salisbury, S. K., Badylak, S. F., Hiles, M. C., Voytik, S. L. Intestine submucosa and polypropylene mesh for abdominal wall repair in dogs. J. Surg. Res. 60 (1), 107-114 (1996).
- Sarikava, A., Record, R., Wu, C. C., Tullius, B., Badylak, S. F., Ladisch, M. Antimicrobial activity associated with extracellular matrices. Tissue Eng. 8 (1), 63-71 (2002).
- Serra, R., Grande, R., Butrico, L., Rossi, A., Settimio, U. F., Caroleo, B., Amato, B., Gallelli, L., de Franciscis, S. Chronic wound infections: the role of Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus. Expert Rev. Anti. Infect. Ther. 13 (5), 605-613 (2015).
