Summary
Dit manuscript wordt beschreven methoden die zijn gekoppeld aan de creatie en de reparatie van een defect van de ventrale buikwand (hernia). Dit model kan worden gebruikt om te studeren reparatie strategieën zoals die gebruik van geïmplanteerde materialen. In dit manuscript, wordt reparatie van de experimentele hernia met varkens kleine intestinale submucosa gepresenteerd als een voorbeeld.
Abstract
Ventrale buik hernia is een relatief veel voorkomende klinische aandoening die soms herniorraphy (chirurgische reparatie vereist). De reparatie van de ventrale buik hernia vereist normaliter het implanteren van een materiaal om te dienen als een mechanische brug over het defect in de buikwand. Biomaterialen, zoals varkens kleine intestinale submucosa (SIS), ook dienen als een rooster voor celgroei in het implantaat en natuurlijk kunnen integreren in het weefsel van de gastheer. Ontwikkeling van dergelijke materialen van reparatie profiteert van het gebruik van dierlijke modellen waarin experimentele buikwand defecten gemakkelijk worden gemaakt en zijn vatbaar voor reparatie op een reproduceerbare wijze. De methode die hier worden aangeboden beschrijft chirurgische creatie en reparatie van de ventrale buik hernia in een rat-model. Wanneer SIS wordt gebruikt om te herstellen van een experimentele ventrale buik hernia in dit model, wordt het snel opgenomen in gastheer weefsel binnen 28 dagen na implantatie. Histologisch, wordt opneming van hun geïmplanteerde materiaal in gastheer weefsel gekenmerkt door een robuuste fibrovascular reactie. Toekomstige verfijningen en toepassingen van de rat abdominale hernia model kunnen kan worden veroorzaakt door diabetes en/of zwaarlijvig dieren als een middel om meer nauw mimic gemeenschappelijke co-morbiditeit van de mens.
Introduction
Buikwand hernia is een veelvoorkomende klinische kwestie die zich kan voordoen als gevolg van een aangeboren afwijking, traumatisch letsel, of mislukte sluiting van chirurgische wonden waarbij de buikwand. Reparatie gaat vaak met behulp van een implantaat te versterken van de buikwand, met een verlaagd tarief van herhaling bij patiënten die behandeld werden met een implantaat in vergelijking met degenen in wie de buikwand gewoon met hechtdraad gesloten is hebt genoteerd. 1
Chirurgische hernia reparatie vereist vaak mechanische overbrugging van het defect met een geïmplanteerde materiaal. In dit verband zijn zowel natuurlijke als synthetische materialen gebruikt voor de reparatie van de hernia. Vele synthetische materialen zijn meestal niet-absorbeerbare en polypropyleen, polyethyleentereftalaat polyester en uitgebreide polytetrafluorethyleen, terwijl andere synthetische implantaten één van de niet-absorbeerbare materialen met een absorbeerbare combineren polymeer zoals polygalactine. 1 daarentegen natuurlijke materiële implantaten zijn over het algemeen afgeleid uit dierlijke of menselijke dode foetussen bronnen. Natuurlijke materialen die worden gebruikt voor hernia reparatie zijn meestal rijk aan collageen en fungeren als een steiger ingroei en integratie van gastheer weefsel.
De wens om te ontwikkelen en optimaliseren van nieuwe materialen voor ventrale buik hernia reparatie vereist een passende diermodel voor evaluatie van kandidaat-materialen. Studies zijn uitgevoerd in een verscheidenheid van soorten, waaronder schapen,2 varkens,3 konijnen, ratten van4 ,5,6,7,8 en honden. 9 het voordeel van het gebruik van ratten voor dergelijke studies is dat ze een gemakkelijk behandeld model beschikbaar in een verscheidenheid van ingeteelde stammen bieden te zorgen voor controle van de genetische variabiliteit. Bovendien, de kleinere totale lichaamsoppervlakte van de rat in vergelijking tot de andere hierboven vermelde soorten kunnen evalueren van materialen die experimenteel van aard kunnen zijn en dus niet overvloedig. Verdere, verminderde kosten in verband met ratten ten opzichte van andere soorten kunnen relatief meer mogelijkheden op de materialen van de kandidaat van het scherm voor gebruik in reparatie van ventrale abdominale hernia. Overwegingen voor materialen omvatten typisch gebruiksgemak door de chirurg, sterkte, vermogen om te integreren in gastheer weefsel en biocompatibiliteit, weerstand tegen infectie.
Als voorbeeld is varkens kleine intestinale submucosa (SIS) een natuurlijke biomaterial die is gebruikt voor een breed scala van weefsel reparatie aanduidingen, met inbegrip van de reparatie van de ventrale buik, Lies en middenrif hernia. 10 , 11 , 12 SIS wordt snel opgenomen in gastheer weefsel en is gebleken dat over het algemeen bestand zijn tegen infectie en dus het materiaal heeft vooral nut in verontreinigde gebieden. 13 , 14 in het model van de rat, SIS heeft aangetoond gebruiksgemak handling, goede treksterkte zoals bepaald door de eenassige treksterkte mislukking test, en bevordering van weefsel ingroei in termen van collageen afzetting en neovascularization. 6 , 7
Nauwkeurige chirurgische overbrugging van het gebrek is een wezenlijk kenmerk van productieve modelleren, bij de beoordeling van kandidaat-reparatie materialen. Het dier moet voldoende narcose en aseptische techniek strikt gevolgd. Verder moet een defect van de buikwand van standaardgrootte worden zorgvuldig gemaakt en vervolgens op een wijze die voldoende het materiaal aan de marges van het defect beveiligt overbrugd. 8 dit protocol biedt een standaard methode moet worden gevolgd voor het chirurgische maken en repareren van een ventrale buik hernia met behulp van SIS als voorbeeld het overbruggen van materiaal in een rat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
het gebruik van dieren in dit protocol is goedgekeurd door de Universiteit van Notre Dame institutionele Animal Care en gebruiken Comité gevolgd alle regelgevende vereisten en richtlijnen en werd uitgevoerd in een faciliteit, die is geaccrediteerd door de Vereniging voor beoordeling en de accreditatie van laboratorium dierenverzorgers (AAALAC), International.
1. selectie van dieren
- ophaal pathogenen vrije Sprague-Dawley ratten uit een gerenommeerde leverancier of fok kolonie.
Opmerking: Vaak, de faciliteit dierenarts of de beheerder kan direct de detective om geschikte bronnen. Ratten van ongeveer 250 g lichaamsgewicht zijn geschikt voor deze procedure. - Een dag vóór de operatie, onderzoeken de dieren worden gebruikt om ervoor te zorgen dat ze klinisch gezond zijn. In dit verband het dier te wegen en beoordelen van de toestand van het lichaam; Opmerking elke afwijking in de ademhaling, de aanwezigheid van een open wonden of massa, en het niveau van de algemene activiteit van het dier. Opmerking elke afwijking in de chirurgische record en het overwegen van dergelijke opmerkingen als potentiële uitsluitingscriteria.
2. Narcose en voorbereiding van dier voor aseptische chirurgie
- voor Analgesie, aanhoudende release buprenorfine, 1.1-1.2 mg/kg subcutaan toedienen aan de rat 2 h voordat chirurgie. toepassen ophthalmic zalf aan beide ogen en beheren 2 mL steriele fysiologische zoutoplossing subcutaan opgewarmd.
- Verdoving de rat met een intraperitoneaal dosis van ketamine hydrochloride (90 mg/kg) en xylazine (10 mg/kg). Breng een kleine hoeveelheid oogbeschadigingen en/of smeermiddel voor elk oog ter voorkoming van uitdroging van de cornea. Eenmaal het dier ’ s ademhaling is stabiel en er is niet langer enige reactie op een stevige teen snuifje, de rat heeft een niveau bereikt van verdoving voldoende voor chirurgie. Een aanvaardbaar niveau van de verdoving kan verder worden bevestigd door de aanwezigheid van diepe, regelmatige ademhaling, en de normale kleur van het oog (versus bleekheid, die zou kunnen onvoldoende cardiovasculaire perfusie suggereren).
- Scheren de ventrale buik met een commerciële clippers van het schaambeen op het borstbeen en van de laterale marges op de ventrum. De geknipte haren verwijderen door een vochtige papieren handdoek aan het gebied toe te passen.
- Schrobben het geschoren gebied met een antiseptische iodophor gevolgd door een veeg met 70% ethanol. Toepassen van afdeklakens zodat een venster voor de incisie geïsoleerd tegen mogelijke verontreiniging worden kan.
- Don een steriele chirurgenjas, een gezichtsmasker en een haar motorkap. Grondig wassen en schrobben van de handen met zeep en don steriele chirurgische handschoenen.
3. Creatie en reparatie van de ventrale buik Hernia
- voorafgaand aan de operatie, steriliseren chirurgische instrumenten door autoclaaf.
- Met behulp van een scalpel, een verticale incisie ongeveer 3-4 cm langs de ventral midline tot op het niveau van de buik van de daaraan gehechte spiermassa. Til de buikwand voorzichtig met een pincet en maken een kleine opening door middel van de linea alba. Ter bescherming van de onderliggende ingewanden, het invoegen van een pincet door het gat en in de buikholte om te dienen als een beschermende gids als de muur van de spier wordt ingesneden tot een ongeveer 2 x 2 cm volledige dikte defect, snijden ongeveer 1 cm lateral aan beide kanten van de middellijn aan beide uiteinden van de linea alba insnijding.
- Lag een voorgesneden 2 x 2 cm-sectie van mechanische "passerelle" materiaal, 4-layer SIS in dit geval (Figuur 1), over het gebrek.
Opmerking: U kunt ook een ondervloer benadering kan worden gebruikt waarin de sectie van het materiaal is geplaatst in de buikholte ter dekking van het defect van het interieur aspect. - Suture de vier hoeken van het overbruggingspensioen materiaal aan de buikwand spier met behulp van 4-0 zijde of nylon in het patroon van een eenvoudige onderbroken hechtdraad.
Opmerking: Het gebruik van niet-absorbeerbare hechtdraad kunt gemakkelijke identificatie van de geïmplanteerde materiaal bij de oogst versus absorbeerbare hechtdraad materiaal. - Veilig elke rand van het materiaal met drie extra hechtingen gelijkelijk verdeeld. Onderzoeken van de gehele ze rand om ervoor te zorgen dat belangrijke lacunes bestaan niet die mogelijk passage van ingewanden via de buikwand; en, als dergelijke hiaten bestaan, plaats extra hechtingen om verder de marge.
- Sluit het subcutane weefsel met 4-0 absorbeerbare Sutuur (geologie) in een eenvoudige onderbroken patroon. Sluit de huid met chirurgische nietjes, hoewel hechtdraad toegepast in een eenvoudig onderbroken patroon ook gebruikt worden kan.
- Laat niet het dier zonder toezicht totdat het voldoende bewustzijn te herwinnen sternale lighouding; heeft herwonnen en niet de terugkeer van een dier dat heeft ondergaan chirurgie aan het gezelschap van andere dieren tot het volledig is hersteld van de verdoving. Gedurende deze tijd, houd het dier in een warm gebied te voorkomen hypothermie.
- Onderzocht dieren dagelijks die deze procedure teneinde volledig herstel en normale genezing hebben ondergaan. Huid nietjes verwijderen met een nietje remover 7-10 dagen na de operatie.
4. Oogst van het materiaal geïmplanteerd
- Consistent met de eisen van de studie, euthanaseren, met kooldioxide overdosis beheerd op een kamer te vullen van 10 tot 30%, de dieren op een vooraf bepaalde tijd, vaak 21 - 28 dagen na de operatie.
- Gebruiken standaard necropsie tools, de huid en de buikwand open en bloot op het gebied van het implantaat.
Opmerking: Als niet-absorbeerbare hechtingen werden gebruikt om het implantaat te veilig te stellen, kan het materiaal worden geïdentificeerd door de oorspronkelijke hechtingen (Figuur 2). - Observeren bruto pathologische opmerkingen met inbegrip van eventuele bijwerkingen (bijvoorbeeld wond dehiscentie, abces, Seroom, hematoom) en de omvang van de hechting en de vasthoudendheid aan de onderliggende ingewanden.
- Verwijder de implantatieplaats door het snijden van een groot deel van weefsel waarin het implantaat. Leg het monster in een fixeer, zoals 10% neutraal gebufferde formaline, ter voorbereiding van verwerking voor histopathologisch onderzoek en karakterisering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Door 28 dagen na implantatie blijkt SIS meestal goede opneming in gastheer weefsel (Figuur 2). In de meeste gevallen blijkt er residuele SIS, hoewel het weefsel moet vaak worden onderzocht om het geïmplanteerde materiaal vast te stellen. Histologische analyses bevestigd de bruto pathologische waarnemingen, ter illustratie van de goede weefsel integratie met voornamelijk fibrovascular weefsel en weinig resterende SIS opgemerkt (Figuur 3). Deze resultaten tonen het nut van de rat ventrale buik hernia model. De rat is gemakkelijk verkregen en gehandhaafd, en herstelt meestal snel na de operatie. De opneming van het weefsel in de geïmplanteerde biomaterial geeft biocompatibiliteit en toont het vermogen van het SIS te dienen als een rooster voor weefsel ingroei en te repareren. Zelfs met aanzienlijke weefsel opneming, kan de site van het implantaat gemakkelijk worden geïdentificeerd door de hechtingen gebruikt voor het beveiligen van het materiaal aan de buikwand. Dientengevolge, kunnen hernia reparatie materialen worden geëvalueerd op een consistente en relatief snelle wijze.
Figuur 1:2 x 2 cm gedeelte van SIS gebruikte voor reparatie van experimentele ventrale abdominale Hernia. Het SIS-materiaal is een Acellulair extracellulaire matrix afgeleid van varkens kleine intestinale submucosa. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: SIS opgenomen 28 dagen na implantatie te overbruggen een ventrale buik Hernia in een Rat. De ventrale buikhuid weerspiegelde zich na euthanasie, bloot de geïmplanteerde materiaal dat is geschetst door de zijde hechtingen gebruikt voor het beveiligen van het SIS. Opmerking de ingroei van weefsel als het SIS implantaat heeft overgenomen in gastheer weefsel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: gekleurd weefsel 28 dagen na implantatie van SIS te overbruggen van een experimentele ventrale abdominale Hernia. Het SIS is grotendeels overgenomen in het weefsel van de gastheer. De pijlen geven een zeer klein deel van de resterende SIS in de sectie (H & E, 40 X). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Materialen voor de reparatie van de ventrale buik hernia zijn van groot belang, met name degenen die bieden een eerste mechanische brug en dan kunnen opnemen in gastheer weefsel. In dit verband een verscheidenheid aan materialen zijn onderzocht, met inbegrip van SIS, varkens Acellulair dermale matrix, en varkens hartzakje. 6 , 7 deze materialen vertegenwoordigen de extracellulaire matrices van deze weefsels en handelen als steigers waarin cellen kunnen migreren en verspreiden, waardoor weefsel opneming.
Evaluatie van hernia reparatie materialen vereist een dierlijk model dat gemakkelijk is behandeld en heeft intact genezingsvermogen. De rat ventrale hernia model zorgt voor gebruiksgemak in studies om te beoordelen reparatie materialen in vivo. Het is aangetoond dat dit model kan worden gebruikt voor vergelijkende histologische beoordeling van host reactie op geïmplanteerde hernia reparatie materialen. 6 dit is met name essentieel voor biomaterialen, zoals SIS, die opneming in het weefsel van de gastheer als onderdeel van het mechanisme voor reparatie ondergaan.
De rat model voor de reparatie van de ventrale buik hernia kan gemakkelijk worden uitgevoerd in een zeer reproduceerbare manier. Juiste aseptische techniek is cruciaal voor succes, aangezien besmette chirurgische velden kunnen wijzigen van de helende reactie en dus interpretatie van experimentele resultaten compliceren. 15 het protocol hier beschreven is ontworpen om een individu ervaren in dierlijke chirurgie voorzien van een methode met succes studies te verrichten waarvoor hernia creatie en repareren.
De hier beschreven procedure impliceert een aanpak van de uitgave waarin het reparatie materiaal is bevestigd aan de externe randen van het defect van de buikwand. Het is ook mogelijk om te gebruiken een inlay aanpak waarin het reparatie materiaal is bevestigd aan het interne aspect van het gebrek. Hernia reparatie met mesh via laparoscopie wordt meestal bereikt met een inlay aanpak. De inlay methode kunt meer direct contact van het implantaat met de ingewanden van de buik, dus enigszins verhogen van de mogelijkheid van adhesiogenesis tussen implantaat en ingewanden. Omdat na chirurgische hechting vorming een belangrijke kwestie van de klinische is, misschien studies die willen nauw onderzoeken adhesiogenesis willen gebruik maken van de aanpak van de inlay.
Hoewel ratten over het algemeen zeer snel na de operatie herstellen, wordt sommige mogelijkheid voor postoperatieve complicatie bestaat. Bijvoorbeeld, verwijdert sommige ratten huid hechtingen, zelfs nietjes. Als de wond van de incisie wordt gevonden openstaan, de rat moet worden euthanized of opnieuw verdoofd en de huid gesloten. Hoewel zeldzaam, als zowel de huid en de buikwand zijn blijkt te hebben open hiaten, moet het dier worden euthanized. In al deze gevallen moet de behandelende dierenarts onmiddellijk op de hoogte van dergelijke dieren.
De hier beschreven model heeft een aantal voordelen, zoals eerder aangegeven. Het moet echter worden erkend dat modellering van de ventrale buik hernia in een quadraped, zoals een rat, vertaling voor de mens beperkt. Verder, omdat veel klinisch relevante hernia worden verondersteld te zijn geassocieerd met co-morbiditeit zoals diabetes, zwaarlijvigheid en bindweefsel gebreken, evaluatie van reparatie strategieën in een normale dier kan bemoeilijken de translationeel waarde van de model. De rat-model kunnen echter relatief snelle en gemakkelijke evaluatie van hernia reparatie materialen.
Toekomstige verfijningen en toepassingen van de rat abdominale hernia model kunnen kan worden veroorzaakt door diabetes en/of zwaarlijvig dieren als een middel om meer nauw mimic gemeenschappelijke co-morbiditeit van de mens. Ook vindt de evaluatie van geïnduceerde pluripotente stamcel methoden om steun weefselherstel waarschijnlijk nut in dit model.
Kritische stappen voor succesvol gebruik van dit model zijn gecentreerd op verzorging van de dieren en chirurgische vaardigheid. Aseptische techniek moet worden gebruikt als een manier om het minimaliseren van de kans op infectie. Goede verdoving en analgesie zijn essentieel, evenals postoperatieve bewaking om ervoor te zorgen dat dieren comfortabel zijn en dat de chirurgische incisie gesloten blijft. Nog belangrijker is, wanneer het veiligstellen van de biomaterial aan de randen van het defect van de buikwand, moet de chirurg opzetten dat alle randen met geen openingen die mogelijk passage van abdominale ingewanden in de subcutane ruimte veilig zijn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Een van de auteurs (CJ) is werkzaam bij Cook Biotech, Inc., de fabrikant van medische kwaliteit SIS.
Acknowledgments
De auteurs bedank Valerie Schroeder voor haar hulp bij de technische aspecten van dit werk. Werkzaamheden in verband met de ontwikkeling van dit model werd gesteund door Cook Biotech, Inc. (West Lafayette, IN 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).
