Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Brug af en rotte Model til at studere ventrale Abdominal Brok Reparation

doi: 10.3791/53587 Published: October 2, 2017

Summary

Dette manuskript beskriver metoder, der er forbundet med oprettelse og reparation af en ventrale bugvæggen defekt (Brok). Denne model kan bruges til at studere reparation strategier som dem, der bruger implanterede materialer. I dette manuskript, er reparation af eksperimentelle Brok med svin lille tarm submucosa præsenteret som et eksempel.

Abstract

Ventrale abdominal Brok er en forholdsvis almindelig klinisk tilstand, der undertiden kræver herniorraphy (kirurgisk reparation). Reparation af ventrale abdominal Brok kræver typisk implantation af et materiale til at fungere som en mekanisk bro på tværs af defekten i bugvæggen. Biomaterialer, såsom svin lille tarm submucosa (SIS), også tjene som et gitter for cellevækst ind i implantatet og kan naturligvis indarbejde værten væv. Udvikling af materialerne reparation nyder godt af brug af dyremodeller som eksperimentelle bugvæggen defekter er let lavet og er indstillet til at reparere på en reproducerbar måde. Metoden tilbydes her beskriver kirurgiske skabelse og reparation af ventrale abdominal Brok i en rotte model. Når SIS bruges til at reparere en eksperimentel ventrale abdominal Brok i denne model, er det hurtigt indarbejdet værten væv senest 28 dage efter implantation. Histologisk, er inkorporering af deres indopererede materiale i værten væv karakteriseret ved en robust fibrovascular svar. Fremtidige forbedringer og anvendelser af rotte abdominal Brok model kan sandsynligvis indebære diabetisk og/eller fede dyr som et middel til mere nøje efterligne fælles co-morbiditeter mand.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bugvæggen Brok er en almindeligt forekommende kliniske spørgsmål, der måtte opstå som følge af medfødt defekt, traumatisk skade eller mislykkede lukning af kirurgiske sår der involverer bugvæggen. Reparation indebærer sædvanligvis ved hjælp af et implantat for at styrke bugvæggen, med en nedsat sats for fornyet noteret hos patienter behandlet med et implantat, sammenlignet med dem hvem bugvæggen er simpelthen lukket med sutur. 1

Kirurgisk Brok Reparation kræver ofte mekaniske broer af defekt med en indopereret materiale. I den forbindelse er både syntetiske og naturlige materialer blevet brugt for Brok Reparation. Mange syntetiske materialer er typisk ikke-resorberbare og omfatter polypropylen, polyethylen polyethylenterephthalatfolie polyester og udvidet polytetrafluorethylen, mens andre syntetiske implantater kombinerer en af de ikke-resorberbare materialer med en resorberbar polymer som polygalactine. 1 derimod naturlige materiale implantater er generelt stammer fra dyrs eller menneskers dødt kilder. Naturlige materialer, der anvendes for Brok Reparation er typisk rig på kollagen og fungere som et stillads indvækst og integration af værten væv.

Ønsket om at udvikle og optimere nye materialer til ventrale abdominal Brok Reparation kræver en passende dyremodel for evaluering af kandidat materialer. Undersøgelser er blevet gennemført i en række forskellige arter, herunder får,2 svin,3 kaniner,4 rotter,5,6,7,8 og hunde. 9 fordelen ved at bruge rotter for sådanne undersøgelser er, at de tilbyder en let håndterede model fås i en bred vifte af indavlede stammer til at give mulighed for kontrol af genetisk variation. Derudover de mindre overordnede organ overfladearealet af rotte i forhold til de andre arter, der er anført ovenfor foretages evaluering af materialer, der kan være eksperimentel karakter og derfor ikke rigelige.  Yderligere, reducerede omkostninger forbundet med rotter versus andre arter giver mulighed for relativt øget evne til at skærmen kandidat materialer til brug ved reparation af ventrale abdominal Brok.  Overvejelser i forbindelse med materialer omfatter typisk nem håndtering af kirurgen, styrke, evne til at indarbejde værten væv, biokompatibilitet og resistens over for infektion.

Som et eksempel er svin lille tarm submucosa (SIS) en naturlig biomateriale, som har været brugt i en bred vifte af væv reparation indikationer, herunder reparation af ventrale abdominal, lyskebrok og diafragma Brok. 10 , 11 , 12 SIS er hurtigt indarbejdet i værten væv og er blevet fundet for at være generelt resistente over for infektion og så materialet har særlig nytte på forurenede områder. 13 , 14 i modellen rotte SIS har demonstreret nem håndtering, god trækstyrke som fastlagt af enakset trækstyrke fiasko test, og fremme af væv indvækst kollagen afsætning og neovascularization. 6 , 7

Nøjagtig kirurgisk udjævning af defekten er et vigtigt træk ved produktive modellering, når de evaluerer kandidat reparation materialer. Dyret skal være tilstrækkeligt bedøvede og aseptisk teknik strengt følges. Yderligere, en bugvæggen defekt standard størrelse omhyggeligt lavet og derefter bro på en måde, der sikrer tilstrækkeligt materiale til margener af defekten. 8 denne protokol giver en standard metode følges til kirurgiske skabelse og reparation af, en ventrale abdominal Brok med SIS som eksempel bridging materiale i en rotte.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

brugen af dyr i denne protokol blev godkendt af University of Notre Dame institutionelle Animal Care og bruge udvalget, fulgt alle lovgivningsmæssige krav og retningslinjer, og blev gennemført i en facilitet, der er akkrediteret af den Foreningen for vurdering og godkendelse af laboratoriet dyrs pleje (AAALAC), International.

1. udvælgelse af dyr

  1. erhverve patogen-fri Sprague Dawley rotter fra en velrenommeret forhandler eller avl koloni.
    Bemærk: Ofte facilitet dyrlæge eller manager kan direkte investigator til relevante kilder. Rotter ca 250 g kropsvægt er egnet til denne procedure.
  2. En dag forud for operationen, undersøge dyrene skal bruges til at sikre, at de er klinisk raske. I denne henseende vejer dyret og vurdere huld; Bemærk nogen abnormitet i respiration, tilstedeværelse af eventuelle åbne sår eller masserne, og den generelle aktivitetsniveau af dyret. Bemærk nogen abnormitet i posten kirurgisk og overveje sådanne observationer som potentielle udelukkelseskriterier.

2. Anæstesi og forberedelse af dyr for aseptisk kirurgi

  1. For analgesi, administrere 1,1-1,2 mg/kg af vedvarende frigivelse buprenorphin, subkutant til rat 2 h før operation. Anvend oftalmologiske salve til begge øjne, og administrere 2 mL varmede sterilt fysiologisk saltvand subkutant.
  2. Bedøver rotte med en intraperitoneal dosis ketamin hydrochlorid (90 mg/kg) og xylazin (10 mg/kg). Påfør en lille mængde af okulær smøremiddel til hvert øje at forhindre hornhinde dessication. Når dyret ’ s respiration er konstant og der er ikke længere nogen reaktion på en fast tå knivspids, rotten har nået et niveau af anæstesi tilstrækkeligt for kirurgi. Et acceptabelt niveau af anæstesi kan bekræftes yderligere ved tilstedeværelsen af dyb, regelmæssig respiration, og normal farve i øjet (versus bleghed, som kunne tyde på utilstrækkelig kardiovaskulære perfusion).
  3. Barbere den ventrale maven med en kommerciel neglesaks fra pubis til brystbenet og laterale margenerne på ventrum. Fjerne klippet håret ved at anvende et fugtigt stykke køkkenrulle området.
  4. Krat det barberede område med en antiseptisk iodophor efterfulgt af en tør med 70% ethanol. Anvende kirurgisk forhæng, så et vindue for snit kan isoleres fra potentiel kontaminering.
  5. Don en steril kirurgiske kjole, en ansigtsmaske og et hår motorhjelm. Grundigt vaske og krat hænder med sæbe og don steril kirurgiske handsker.

3. Oprettelse og reparation af den ventrale Abdominal Brok

  1. forud for operationen, sterilisere kirurgiske instrumenter af autoklave.
  2. Ved hjælp af en skalpel, gøre en ca 3-4 cm lodret snit langs den ventrale midterlinjen ned til niveauet af abdominal muskulaturen. Løft den abdominale væg forsigtigt med en pincet og skabe en lille åbning gennem linea alba. For at beskytte de underliggende indvolde, indsætte en pincet gennem hullet og ind i bughulen til at tjene som en beskyttende guide som musklen væggen er indsnit for at oprette en ca 2 cm x 2 cm fuld tykkelse defekt, skære ca 1 cm lateral fra hver side af midterlinjen på begge ender af linea alba indsnit.
  3. Lå en pre-cut 2 cm x 2 cm sektion af mekaniske broer materiale, 4-lags SIS i denne sag (figur 1), over defekten.
    Bemærk: Alternativt, et underlag tilgang kan bruges som del af materialet er placeret i bughulen dækker defekten fra den indre aspekt.
  4. Sutur de fire hjørner af mellemkontoen materiale til bugvæggen muskler ved hjælp af 4-0 silke eller nylon i en simpel afbrudt sutur mønster.
    Bemærk: Brugen af ikke-resorberbare sutur giver nem identifikation af det implanterede materiale efter høst versus resorberbare suture klæde.
  5. Sikre hver kant af materialet med tre yderligere suturer fordelt ligeligt. Undersøge den hele omkredsen kant for at sikre, at betydelige forskelle ikke eksisterer, der kan tillade passage af indvolde gennem bugvæggen; og, hvis sådanne forskelle eksisterer, placere yderligere suturer yderligere sikre margenen.
  6. Lukker det subkutane væv med 4-0 resorberbar sutur i en simpel afbrudt mønster. Lukke huden med kirurgisk hæfteklammer, selvom sutur anvendes i en simpel afbrudt mønster kan også bruges.
  7. Efterlad ikke dyret uden opsyn indtil den har genvundet tilstrækkelig bevidsthed for at genvinde brystbenet recumbency; og returnerer ikke et dyr, der har gennemgået kirurgi til selskab med andre dyr, indtil det er fuldt tilbagebetalt fra anæstesi. I løbet af denne tid, holde dyret i en varmt område at forhindre hypotermi.
  8. Undersøge dyrene dagligt der har gennemgået denne procedure for at sikre fuld helbredelse og normal healing. Fjerne hud hæfteklammer med en korte remover 7-10 dage efter indgrebet.

4. Høsten af det implanterede materiale

  1. konsekvent med behov for undersøgelsen, aflive, med kuldioxid overdosis administreres på et kammer fylde på 10 til 30%, dyr på et forud fastsat tidspunkt, ofte 21 - 28 dage efter indgrebet.
  2. Ved hjælp af standard obduktion værktøjer, åbne hud og bugvæggen og udsætte område af implantatet.
    Bemærk: Hvis ikke-resorberbare suturer blev brugt til at sikre implantatet, materialet kan identificeres ved de oprindelige suturer (figur 2).
  3. Overholde enhver brutto patologiske observationer, herunder eventuelle bivirkninger (f.eks. sår opspringning, absces, seroma, hæmatom) og friktionskoefficienten omfang og vedholdenhed til de underliggende indvolde.
  4. Fjerne implantatstedet ved at skære et bredt udsnit af væv, der omfatter implantatet. Prøven anbringes i et fiksativ, såsom 10% neutrale bufferet formalin, som forberedelse til forarbejdning til histologisk undersøgelse og karakterisering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Af 28 dage efter implantation viser SIS typisk god iblanding i værten væv (figur 2). I de fleste tilfælde er der resterende SIS tilsyneladende, om vævet skal ofte udforskes for at identificere den indopererede materiale. Histologiske analyser bekræftet de grov patologiske observationer, illustrerer god væv iblandingen med primært fibrovascular væv og meget lidt resterende SIS bemærkede (figur 3). Disse resultater viser nytten af rotte ventrale abdominal Brok model. Rotten er let opnås og vedligeholdes, og generelt bedres hurtigt efter operationen. Væv integreringen i den indopererede biomateriale angiver biokompatibilitet og demonstrerer evne til SIS til at tjene som et gitter for væv indvækst og reparere. Selv med betydelige væv inkorporering, kan site af implantatet nemt identificeres af de suturer bruges til at sikre materiale til den abdominale væg. Som et resultat, kan Brok Reparation materialer vurderes på en sammenhængende og forholdsvis hurtig måde.

Figure 1
Figur 1:2 x 2 cm sektion af SIS anvendes til reparation af eksperimentelle ventrale Abdominal Brok. SIS materiale er en acellulær ekstracellulære matrix stammer fra svin lille tarm submucosa. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: indarbejdet SIS 28 dage efter Implantation at slå bro over en ventrale Abdominal Brok i en rotte. Efter eutanasi afspejlede den ventrale abdominal hud hen til afdække den indopererede materiale, der er skitseret af silke suturer bruges til at sikre SIS. Bemærk indvækst af væv, som SIS implantatet er blevet indarbejdet i værten væv. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Photomicrograph af væv 28 dage efter Implantation af SIS til at slå bro over en eksperimentel ventrale Abdominal Brok. SIS er i vid udstrækning blevet indarbejdet i værten væv. Pilene viser en meget lille strand af resterende SIS i afsnittet (H & E, 40 X). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Materialer til reparation af ventrale abdominal Brok er af stor interesse, især dem, der giver en oprindelige mekaniske bro og er derefter i stand til at indarbejde værten væv. I denne forbindelse, er blevet undersøgt en række materialer, herunder SIS, svin acellulær dermal matrix og svin hjertesækken. 6 , 7 disse materialer repræsenterer de ekstracellulære matricer af disse væv og fungere som stilladser, som cellerne kan migrere og formere sig, således at lette væv indarbejdelse.

Evaluering af Brok Reparation materialer kræver en dyremodel, der er let håndteres og har intakt helbredende evne. Rotte ventrale Brok model giver mulighed for nem håndtering i undersøgelser at vurdere reparation materialer in vivo. Det er blevet påvist, at denne model kan anvendes til sammenlignende histologisk vurdering af host reaktion på implanterede Brok Reparation materialer. 6 dette er især vigtigt for biomaterialer, såsom SIS, der undergår iblanding i værten væv som led i mekanismen for reparation.

Rotte ventrale abdominal Brok Reparation model kan let udføres i et meget reproducerbar måde. Korrekt aseptisk teknik er afgørende for succes, som forurenede kirurgisk felter kan ændre den helbredende reaktion og dermed komplicere fortolkning af eksperimentelle resultater. 15 protokollen beskrevet her er designet til at give en individuel erfarne i animalsk kirurgi enmetode hen til med held foretage undersøgelser der kræver Brok oprettelse og reparation.

Proceduren beskrevet her indebærer en udlæg tilgang, hvor reparation materiale er knyttet til de ydre kanter af bugvæggen defekt. Det er også muligt at bruge en inlay tilgang, hvor reparation materiale er knyttet til det interne aspekt af defekten. Brok Reparation med mesh via laparoskopi opnås typisk med et inlay tilgang. Metoden inlay tillader større direkte kontakt af implantatet med abdominal organer, således lidt øge muligheden for adhesiogenesis mellem implantat og indvolde. Fordi post-operative vedhæftning dannelse er en klinisk vigtig, måtte undersøgelser, der ønsker at nøje undersøge adhesiogenesis ønske at bruge inlay tilgang.

Selvom rotter generelt inddrive meget hurtigt efter operationen, eksisterer nogle mulighed for postoperative komplikationer. For eksempel, vil nogle rats fjerne hud suturer, selv hæfteklammer. Hvis indsnit sår er fundet for at være åbne, rotten skal enten være euthanized eller re bedøvede og huden lukket. Selvom sjælden, hvis både hud og bugvæggen er fundet for at have åbne huller, skal dyret aflives. I alle sådanne tilfælde bør den behandlende dyrlæge straks underrettes af sådanne dyr.

Modellen beskrevet her har en række fordele som angivet tidligere. Dog bør det anerkendes, at modellering af ventrale abdominal Brok i en quadraped, som en rotte, begrænser oversættelse til mand. Yderligere, fordi mange klinisk relevante Brok menes at være forbundet med co-morbiditeter som diabetes, fedme og bindevæv defekter, evaluering af reparation strategier i en normal dyr kunne komplicere translationel værdien af den model. Ikke desto mindre rotte model giver mulighed for forholdsvis hurtig og nem evaluering med Brok Reparation materialer.

Fremtidige forbedringer og anvendelser af rotte abdominal Brok model kan sandsynligvis indebære diabetisk og/eller fede dyr som et middel til mere nøje efterligne fælles co-morbiditeter mand. Ligeledes vil evaluering af induceret pluripotente stamceller metoder til at støtte væv reparation sandsynligvis finde nytte i denne model.

Kritiske trin til vellykket brug af denne model er centreret om pasning af dyr og kirurgiske færdigheder. Aseptisk teknik skal bruges som en måde at minimere risikoen for smitte. Ordentlig anæstesi og analgesi er væsentlige, samt postoperativ overvågning for at sikre, at dyr er komfortable, og at det kirurgiske indsnit forbliver lukket. Vigtigere, når sikring biomateriale til kanterne af bugvæggen defekt, skal kirurgen etablere at alle kanter er sikker med ingen åbninger, der kan tillade passage af abdominale organer i det subkutane rum.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

En af forfatterne (CJ) er ansat ved Cook Biotech, Inc., producenten af medicinsk kvalitet SIS.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke Valerie Schroeder for hendes hjælp med tekniske aspekter af dette arbejde. Arbejdet i forbindelse med udvikling af denne model blev støttet af 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Poussier, M., et al. A review of available prosthetic material for abdominal wall repair. J. Visc. Surg. 150, (1), 52-59 (2013).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
Brug af en rotte Model til at studere ventrale Abdominal Brok Reparation
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter