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Bioengineering

大鼠模型在腹腹疝修补术中的应用研究

doi: 10.3791/53587 Published: October 2, 2017

Summary

这篇手稿描述了与腹壁缺损 (疝气) 的创建和修复相关的方法。这种模型可以用来研究修复策略, 如那些使用植入材料。本论文以猪小肠黏膜下层为例, 对实验性疝修补术进行了探讨。

Abstract

腹腹疝是一个相对常见的临床情况, 有时需要疝 (手术修复)。腹腹疝的修复通常需要植入一种材料, 作为横跨腹壁缺损的机械桥。生物材料, 如猪小肠黏膜下层 (SIS), 也充当细胞生长到植入体的晶格, 并能自然地融入宿主组织。这种修复材料的开发得益于动物模型的使用, 其中实验性的腹壁缺损很容易被创造出来, 并且可以以可重现的方式修复。本文所提供的方法描述了大鼠腹腹疝的手术制作和修复。当 SIS 用于修复实验性腹腹疝时, 该模型在植入后28天内迅速纳入宿主组织。组织学上, 其植入的材料纳入宿主组织的特点是一个强大的纤维反应。未来的改良和应用大鼠腹疝模型可能会涉及糖尿病和/或肥胖动物, 作为一种手段, 更密切模仿人类的共同疾病。

Introduction

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腹壁疝是一个常见的临床问题, 可能发生的原因是先天性缺损, 外伤, 或关闭手术伤口累及腹壁。修复通常涉及使用植入物来加强腹壁, 以减少复发率, 在治疗的患者与植入物相比, 那些在腹壁是简单地封闭与缝合。1

手术疝修补往往需要机械架桥的缺陷与植入材料。在这方面, 合成和天然材料都被用于疝气修补。许多合成材料通常是吸收, 包括聚丙烯, 聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯, 和扩大聚四氟乙烯, 而其他合成植入物结合之一的吸收材料与可吸收聚合物如 polygalactine。1相比之下, 天然材料植入物通常来源于动物或人类尸体来源。用于疝修补的天然材料通常富含胶原蛋白, 并作为长和宿主组织整合的支架。

开发和优化腹腹疝修补新材料的愿望需要一个合适的动物模型来评估候选材料。研究已在各种物种进行, 包括绵羊,2猪,3兔,4大鼠,5,6,7,8和狗。9使用大鼠进行此类研究的优势在于, 它们提供了一种易于处理的模型, 可用于各种自交系, 从而控制遗传变异。此外, 与上述其他物种相比, 小鼠整体体表面积较小, 因此可以对可能具有实验性质的材料进行评估, 因此不太丰富。 此外, 与其他种类的老鼠相比, 降低了与其他物种相关的成本, 可以相对提高筛选候选材料的能力, 以便用于腹腹疝的修复。 对材料的考虑通常包括由外科医生的易于处理, 强度, 纳入宿主组织的能力, 生物相容性和抵抗感染。

作为一个例子, 猪小肠黏膜下层 (SIS) 是一种天然生物材料, 已被用于广泛的组织修复适应症, 包括修复腹腹部, 腹股沟, 和膈疝。10,11,12 SIS 迅速并入宿主组织中, 并被发现对感染具有普遍的抵抗力, 因此该材料在受污染的领域具有特殊用途。13,14在大鼠模型中, SIS 表现出了易于处理、拉伸强度和单轴拉伸破坏试验所确定的良好抗拉强度, 并在胶原沉积和新生血管方面促进组织长。6,7

准确的手术桥接缺陷是评估候选修复材料时生产模型的一个基本特征。动物必须充分麻醉和无菌技术严格遵循。此外, 一个标准尺寸的腹壁缺陷, 必须仔细地创建, 然后桥接的方式, 足以保证材料的缺陷的边缘。8本协议提供了一种标准方法, 用于手术创建和修复腹腹疝, 以 SIS 为例, 在大鼠中架桥材料。

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Protocol

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在本议定书中使用动物是由圣母大学机构动物照料和使用委员会批准的, 遵循所有的管理要求和准则, 并在由国际实验室动物保育 (AAALAC) 评估和认可协会.

1. 选择动物

  1. 从有信誉的供应商或育种群体中获得无病原体大鼠.
    注: 通常情况下, 设施兽医或经理可以指示调查员到适当的来源。大约 250 g 体重的老鼠适合这个做法.
  2. 在手术前的一天, 检查动物以确保它们在临床上是健康的。在这方面, 权衡动物和评估身体状况;注意呼吸的任何异常, 任何开放性的伤口或肿块的存在, 以及动物的一般活动水平。注意手术记录中的任何异常, 并将此类观察视为潜在的排除标准.

2。无菌外科动物的麻醉和制备

  1. 用于镇痛, 管理 1.1-1.2 毫克/千克的持续释放丁丙诺啡, 皮下注射到鼠 2 #160; 手术前. 和 #160; 眼膏对眼睛的应用和管理2毫升温热的无菌生理生理盐水皮下.
  2. 麻醉鼠腹腔剂量氯胺酮盐酸盐 (90 毫克/千克) 和嗪 (10 毫克/千克)。用少量的眼部润滑剂来预防角膜 dessication。一旦动物和 #8217 的呼吸是稳定的, 不再有任何反应, 一个坚定的脚趾捏, 老鼠已经达到了麻醉水平足够的手术。可接受的麻醉水平可以进一步证实, 存在深, 定期呼吸和正常的眼睛颜色 ( 苍白, 这可能意味着不充分的心血管灌注).
  3. 从耻骨到胸骨, 从侧边到 ventrum, 用商业快船队刮腹腹部。通过向区域应用湿纸巾来去除修剪过的毛发.
  4. 用碘防腐剂擦洗剃光区域, 然后用70% 的乙醇擦拭。应用手术窗帘, 使切口的窗口可以与潜在的污染隔离.
  5. 不育的手术礼服, 口罩, 和头发的帽子。用肥皂和不育的外科手套彻底清洗和擦洗双手.

3。腹腹疝的制作与修复

  1. 手术前, 用高压釜消毒手术器械.
  2. 使用手术刀, 使大约 3-4 厘米垂直切口沿腹中线向下到腹部肌组织的水平。用镊子轻轻提起腹壁, 并通过式阿尔巴创建一个小开口。为了保护部下的内脏, 插入一个钳通过孔和进入腹腔, 作为一个保护指南, 当肌肉壁被切开创造一个大约 2 cm x 2 cm 完全厚度瑕疵, 切开大约 1 cm 侧向从每边式阿尔巴切口两端的中线.
  3. 放置一个预 2 cm x 2 厘米的机械桥接材料, 4 层 SIS 在这种情况下 ( 图 1 ), 在缺陷.
    注: 另一种方法是, 可以使用一个衬底的方式, 其中的一部分材料被放置到腹腔, 以弥补缺陷从内部方面.
  4. 将桥接材料的四角缝合到腹壁肌肉, 使用4-0 丝或尼龙在一个简单的间断缝合模式.
    注: 使用吸收缝合可方便地识别在收获与可吸收缝合材料上植入的材料.
  5. 确保材料的每个边缘都与三附加的缝合线相等。检查整个圆周边缘, 以确保不存在可能允许通过腹壁的内脏通过的重大缺口;而且, 如果存在此类缺口, 请放置额外的缝合线以进一步确保边距.
  6. 用4-0 可吸收缝合线闭合皮下组织, 以一种简单的间断模式。缝合皮肤与手术的主食, 虽然缝线应用在一个简单的中断模式也可以使用.
  7. 不要让动物无人看管, 直到它恢复了足够的意识, 重新夺回胸骨卧床; 并且, 在完全从麻醉中恢复之前, 不要将已经接受过手术的动物归还给其他动物。在此期间, 保持动物在一个温暖的地区, 以防止体温过低.
  8. 每天检查已经历此过程的动物, 以确保完全恢复和正常愈合。去除皮钉与主食卸妆 7-10 天后手术.

4。植入材料的收获

  1. 符合研究的需要, 安乐, 二氧化碳过量在室内填充率为10到 30%, 动物在预定时间, 通常在手术后 21-28 天.
  2. 使用标准的尸检工具, 打开皮肤和腹壁, 并暴露种植体的面积.
    注意: 如果使用吸收缝合来保护植入物, 那么材料可以通过原始的缝合线 ( 图 2 ) 进行识别.
  3. 观察任何大体的病理观察, 包括任何不良反应 (如: , 伤口裂开, 脓肿, 液化, 血肿), 粘连程度和对部下脏器的坚韧性.
  4. 通过切割包括植入物在内的一组广泛的组织来移除植入物部位。将样品放在固定剂中, 如10% 中性缓冲福尔马林, 准备进行组织学检查和鉴定.

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Representative Results

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在植入后28天, SIS 通常会将良好的合并到宿主组织中 (图 2)。在大多数情况下, 有残余的 SIS 明显, 虽然必须经常探索组织, 以确定植入的材料。组织学分析证实了大体的病理观察, 说明良好的组织合并主要纤维组织和很少残留 SIS (图 3)。这些结果证明了大鼠腹腹疝模型的实用性。大鼠易于获得和维持, 一般在手术后迅速恢复。在植入的生物材料中的组织融合表明, 它能作为组织长和修复的晶格。即使有大量的组织合并, 植入物的部位也可以用缝合线来识别, 以确保材料到腹壁。因此, 可以以一致和相对迅速的方式评估疝修补材料。

Figure 1
图 1: 2 x 2 厘米的 SIS 部分用于修复实验性腹腹疝.SIS 材料是从猪小肠黏膜下层获得的细胞外基质。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 在移植后28天内合并 SIS, 在大鼠腹腹疝中架桥.在安乐死之后, 腹腹皮肤被反射暴露出被用于保护 SIS 的丝缝线所概述的植入材料。注意长的组织作为 SIS 植入物已被纳入宿主组织。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: SIS 移植后28天的显微, 以桥腹腹内疝的实验。SIS 主要被纳入宿主组织。箭头显示了一个非常小的残余 SIS 部分 (H 和 #38; E, 40X)。请单击此处查看此图的较大版本.

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Discussion

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腹腹疝修补术的材料非常有趣, 特别是那些提供了一个初步的机械桥, 然后能够纳入宿主组织。在这方面, 研究了多种材料, 包括 SIS、猪脱细胞真皮基质和猪心包。6,7这些材料代表这些组织的胞外基质, 并充当细胞可以迁移和增殖的支架, 从而促进组织的整合。

疝修补材料的评价需要一种易于处理且具有完整愈合能力的动物模型。大鼠腹侧疝模型允许在研究中方便的处理, 以评估修复材料在体内。结果表明, 该模型可用于对植入疝修补材料的宿主反应进行比较组织学评价。6这对于作为修复机制的一部分的生物材料 (如 SIS) 来说尤其重要。

大鼠腹腹疝修补模型可以很容易地以非常重现的方式进行。适当的无菌技术是成功的必要条件, 因为被污染的外科领域可以改变愈合反应, 从而使实验结果的解释复杂化。15此处所述的协议旨在为在动物手术中有经验的人提供一种成功地进行需要疝气产生和修复的研究的方法。

此处所述的程序涉及一种用于将修补材料附着在腹壁缺损的外部边缘的支出方法。也可以使用嵌体的方法, 其中修复材料附着在缺陷的内部方面。疝修补与网格通过腹腔镜通常是实现了镶嵌方法。镶嵌法可使种植体与腹部脏器有更大的直接接触, 从而增加种植体与内脏之间 adhesiogenesis 的可能性。由于后粘连的形成是一个重要的临床问题, 研究希望密切检查 adhesiogenesis 可能希望采用镶嵌法。

虽然在手术后, 大鼠通常恢复很快, 但也有可能出现术后并发症。例如, 一些老鼠会去除皮肤缝合线, 甚至是主食。如果切口伤口被发现是开放的, 老鼠应该被安乐死或 re-anesthetized 和皮肤关闭。虽然罕见, 如果皮肤和腹壁都发现有开放的差距, 动物应该被安乐死。在所有此类情况下, 应立即将主治兽医告知此类动物。

前面描述的模型有许多优点, 如前所述。然而, 应认识到, 在 quadraped, 如大鼠腹腹疝的建模, 限制了人的翻译。此外, 由于许多临床相关的疝气被认为与疾病, 如糖尿病, 肥胖, 和结缔组织缺损, 评估的修复策略在正常的动物可能会复杂化的转化价值模型.尽管如此, 大鼠模型允许相对快速和容易的评价疝修补材料。

未来的改良和应用大鼠腹疝模型可能会涉及糖尿病和/或肥胖动物, 作为一种手段, 更密切模仿人类的共同疾病。同样, 对诱导多能干细胞方法的评估, 以帮助组织修复可能会发现在这个模型的效用。

成功使用此模型的关键步骤集中在对动物和外科技能的照顾上。无菌技术必须被用来作为一种方法, 以减少感染的机会。适当的麻醉和镇痛是必要的, 以及术后监测, 以确保动物是舒适的, 手术切口仍然关闭。重要的是, 当保护生物材料到腹壁缺损边缘时, 外科医生必须确定所有的边缘都是安全的, 没有开口, 这可能允许腹部脏器进入皮下间隙。

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Disclosures

其中一个作者 (CJ) 是由库克生物技术, Inc., 制造商的医疗级 SIS。

Acknowledgments

作者希望感谢瓦莱丽施罗德对这项工作的技术方面的帮助。与这个模型的发展相关的工作由库克生物技术, Inc. (西拉斐特, 在美国) 支持。

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

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References

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Suckow, M. A., Duke Boynton, F. D., Johnson, C. Use of a Rat Model to Study Ventral Abdominal Hernia Repair. J. Vis. Exp. (128), e53587, doi:10.3791/53587 (2017).More

Suckow, M. A., Duke Boynton, F. D., Johnson, C. Use of a Rat Model to Study Ventral Abdominal Hernia Repair. J. Vis. Exp. (128), e53587, doi:10.3791/53587 (2017).

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