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Bioengineering

Uso di un modello di topo per studiare la riparazione ernia addominale ventrale

doi: 10.3791/53587 Published: October 2, 2017

Summary

Questo manoscritto descrive metodi associati di creazione e riparazione di un difetto della parete addominale ventrale (ernia). Questo modello può essere utilizzato per studiare strategie di riparazione come quelle che utilizzano materiali impiantati. In questo manoscritto, riparazione dell'ernia sperimentale con porcino piccolo submucosa intestinale è presentata come un esempio.

Abstract

Ernia addominale ventrale è una condizione clinica relativamente comune che a volte richiede herniorraphy (riparazione chirurgica). La riparazione dell'ernia addominale ventrale in genere richiede l'impianto di un materiale per servire come un ponte meccanico attraverso il difetto della parete addominale. Biomateriali, quali il porcino piccolo submucosa intestinale (SIS), anche servono come una grata per la crescita cellulare nell'impianto e naturalmente possono incorporare nel tessuto ospite. Sviluppo di tali materiali di riparazione benefici dall'uso di modelli animali in cui difetti della parete addominale sperimentale sono facilmente creati e sono suscettibili di riparazione in modo riproducibile. Il metodo offerto qui descrive la creazione chirurgica e la riparazione dell'ernia ventrale addominale in un modello del ratto. Quando SIS viene utilizzata per riparare un'ernia addominale ventrale sperimentale in questo modello, si è rapidamente incorporato nel tessuto ospite entro 28 giorni dall'impianto. Istologicamente, incorporazione della loro materiale impiantato nel tessuto ospite è caratterizzato da una robusta risposta fibrovascolare. Futuri perfezionamenti e le applicazioni del modello di ernia addominale del ratto possono coinvolgere probabilmente animali diabetici e/o obesi come un mezzo per più strettamente mimica comuni co-morbidità dell'uomo.

Introduction

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Ernia della parete addominale è un problema clinico comunemente incontrato che può verificarsi a seguito di difetto congenito, lesioni traumatiche o non riuscita chiusura delle ferite chirurgiche che coinvolge la parete addominale. Riparazione comunemente comporta l'utilizzo di un impianto per rinforzare la parete addominale, con un ridotto tasso di ricorrenza osservato nei pazienti trattati con un impianto rispetto a quelli in cui la parete addominale è semplicemente chiusa con sutura. 1

Riparazione chirurgica di ernia richiede spesso meccanica bridging del difetto con un materiale impiantato. A questo proposito, sono stati utilizzati materiali naturali e sintetici per la riparazione di ernia. Molti materiali sintetici sono in genere non assorbibili e includono polipropilene, polietilene tereftalato poliestere e politetrafluoroetilene espanso, mentre altri impianti sintetici combinano uno dei materiali non assorbibili con un assorbibile polimero come polygalactine. 1 al contrario, gli impianti di materiale naturali generalmente sono derivati da fonti cadaverici o animale o umane. Materiali naturali utilizzati per la riparazione di ernia sono in genere ricchi di collagene e agiscono come impalcatura per la ricrescita e l'integrazione del tessuto ospite.

Il desiderio di sviluppare e ottimizzare nuovi materiali per la riparazione di ernia addominale ventrale richiede un modello animale adeguato per la valutazione dei materiali candidati. Gli studi sono stati condotti in una varietà di specie, tra cui pecore,2 maiali,3 conigli, ratti4 ,5,6,7,8 e cani. 9 il vantaggio dell'utilizzo di ratti per tali studi è che essi offrono un modello facilmente gestito disponibile in una varietà di ceppi endogami per consentire il controllo della variabilità genetica. Inoltre, l'area più piccola del corpo superficie complessiva del ratto rispetto ad altre specie di cui sopra permettono di valutare materiali che possono essere di natura sperimentale e, quindi, non abbondanti.  Più ulteriormente, ridotti costi associati con ratti contro altre specie consentono capacità relativamente aumentata di materiali candidati schermo per l'utilizzo nella riparazione dell'ernia addominale ventrale.  Considerazioni per materiali includono in genere maneggevolezza dal chirurgo, la resistenza, la capacità di incorporare nel tessuto ospite, biocompatibilità e resistenza alle infezioni.

Ad esempio, porcino piccolo submucosa intestinale (SIS) è un biomateriale naturale che è stato utilizzato per un'ampia varietà di indicazioni di riparazione dei tessuti, inclusa la riparazione delle ernie addominali, inguinali e diaframmatiche ventrale. 10 , 11 , 12 SIS è rapidamente incorporata nel tessuto ospite ed è stata trovata per essere generalmente resistenti all'infezione e così il materiale ha particolare utilità nei campi contaminati. 13 , 14 nel modello del ratto, SIS ha dimostrato maneggevolezza, buona resistenza alla trazione come determinato mediante la prova di rottura a trazione monoassiale e la promozione della crescita di tessuto in termini di deposizione di collagene e la neovascolarizzazione. 6 , 7

Accurata di bridging chirurgica del difetto è una caratteristica essenziale della modellazione produttivo durante la valutazione di materiali di riparazione del candidato. L'animale deve essere sufficientemente anestetizzata e asettica tecnica seguita rigorosamente. Ulteriormente, un difetto della parete addominale di dimensioni standard deve essere attentamente creato e poi colmato in un modo che protegge sufficientemente il materiale per i margini del difetto. 8 questo protocollo fornisce un metodo standard da seguire per creazione chirurgica e la riparazione di un'ernia addominale ventrale utilizzando SIS ad esempio materiale in un ratto di bridging.

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Protocol

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l'uso di animali in questo protocollo è stato approvato dall'Università di Notre Dame istituzionali Animal Care e utilizzare Comitato, seguite tutte le normative e le linee guida ed è stata condotta in uno stabilimento che è accreditato presso il Associazione per la valutazione e l'accreditamento di cura degli animali di laboratorio (AAALAC), International.

1. selezione degli animali

  1. Acquire esenti da patogeni i ratti Sprague Dawley da un fornitore stimabile o colonia riproduttiva.
    Nota: Spesso, il veterinario di struttura o un manager può dirigere al ricercatore di fonti adeguate. Ratti del peso a circa 250 g sono adatti per questa procedura.
  2. Un giorno prima dell'intervento, esaminare gli animali ad essere utilizzati per garantire che siano clinicamente sani. A questo proposito, pesare l'animale e valutare la condizione del corpo; Nota qualsiasi anomalia nella respirazione, la presenza di eventuali ferite aperte o masse e il livello di attività generale dell'animale. Nota qualsiasi anomalia nel record chirurgico e prendere in considerazione tali osservazioni come potenziali criteri di esclusione.

2. Anestesia e preparazione dell'animale per chirurgia asettica

  1. per analgesia, somministrare per via sottocutanea 1.1-1.2 mg/kg di buprenorfina rilascio prolungato, al ratto 2 h prima di chirurgia. applica unguento oftalmico in entrambi gli occhi e amministrare 2 mL di riscaldato soluzione fisiologica sterile per via sottocutanea.
  2. Anestetizzare il topo con una dose intraperitoneale di ketamina cloridrato (90 mg/kg) e xilazina (10 mg/kg). Applicare una piccola quantità di lubrificante oculare per ogni occhio per evitare l'essiccamento della cornea. Una volta l'animale ’ respirazione s è costante e non esiste più alcuna risposta a un pizzico di punta ferma, il ratto ha raggiunto un livello di anestesia sufficiente per la chirurgia. Un livello accettabile di anestesia può essere ulteriormente confermato dalla presenza di profondo, respirazione regolare e normale colore dell'occhio (contro il pallore, che potrebbe suggerire inadeguata perfusione cardiovascolare).
  3. Radere l'addome ventrale con un tagliaunghie commerciale dal pube allo sterno e da margini laterali sul ventrum. Rimuovere i capelli tagliati applicando un fazzoletto di carta umido per la zona.
  4. Macchia zona rasata con un antisettico iodoforo seguita da un wipe con etanolo al 70%. Applicare teli chirurgici, in modo che una finestra per l'incisione può essere isolata da contaminazione potenziale.
  5. Indossi un camice chirurgico sterile, una maschera e un cofano di capelli. Lavare e pulire le mani con sapone e don guanti chirurgici sterili.

3. Creazione e riparazione dell'ernia addominale ventrale

  1. prima della chirurgia, sterilizzare gli strumenti chirurgici autoclave.
  2. Usando un bisturi, fare un'incisione verticale di 3-4 cm circa lungo la linea mediana ventrale fino al livello della muscolatura addominale. Sollevare delicatamente la parete addominale con un forcipe e creare una piccola apertura attraverso la linea alba. Per proteggere i visceri sottostanti, inserire una pinza attraverso il foro e nella cavità addominale per servire come una guida protettiva come la parete muscolare è incisa per creare un difetto spessore completo di circa 2 cm x 2 cm, taglio circa laterale di 1 cm da ogni lato della linea mediana su entrambe le estremità della linea incisione alba.
  3. Lay una sezione di pre-taglio 2 x 2 cm di materiale ponte meccanico, 4 strati SIS in questo caso (Figura 1), sopra il difetto.
    Nota: In alternativa, un sottofondo approccio può essere utilizzato in cui la sezione del materiale viene inserita nella cavità addominale per riguardare il difetto dall'aspetto interiore.
  4. Sutura ai quattro angoli del gettare un ponte materiali al muscolo della parete addominale utilizzando seta o nylon 4-0 in un modello di semplice sutura interrotti.
    Nota: L'uso della sutura non assorbibile consente facile identificazione del materiale impiantato sulla raccolta rispetto al materiale di sutura assorbibile.
  5. Fissare ogni bordo del materiale con tre ulteriori suture equidistanti. Esaminare l'intero bordo della circonferenza per garantire che non esistono differenze significative che potrebbe consentire il passaggio di visceri attraverso la parete addominale; e, se tali lacune, inserire ulteriori suture per proteggere ulteriormente il margine.
  6. Chiudere il tessuto sottocutaneo con il 4-0 suturare assorbibile in un semplice schema interrotto. Chiudere la pelle con graffette chirurgiche, sutura applicato in un semplice schema interrotto può essere utilizzato anche.
  7. Non lasciare l'animale incustodito fino a quando ha riacquistato coscienza sufficiente per riprendere il decubito sternale; e non restituiscono un animale che ha subito un intervento chirurgico per la compagnia di altri animali fino a quando non ha pienamente recuperato dall'anestesia. Durante questo tempo, mantenere l'animale in una zona calda per prevenire l'ipotermia.
  8. Esaminare animali tutti i giorni che hanno subito questa procedura per garantire il recupero completo e normale processo di guarigione. Rimuovere le graffette della pelle con una graffetta rimozione 7-10 giorni dopo la chirurgia.

4. Raccolto del materiale impiantato

  1. coerente con le esigenze dello studio, eutanasia, con la dose eccessiva di anidride carbonica amministrato ad una camera di riempimento tasso del 10-30%, gli animali in un tempo predeterminato, spesso 21 - 28 giorni dopo la chirurgia.
  2. Utilizzo di strumenti standard autopsia, aprire la pelle e la parete addominale ed esporre l'area dell'impianto.
    Nota: Se suture non assorbibili sono state utilizzate per proteggere l'impianto, il materiale può essere identificato dai suturare originali (Figura 2).
  3. Osservare eventuali osservazioni patologiche lordi compresi eventuali reazioni avverse (ad es., deiscenza della ferita, ascesso, sieroma, ematoma) e misura di adesione e tenacia per i visceri sottostanti.
  4. Rimuovere il sito implantare dal taglio di una sezione ampia di tessuti che include l'impianto. Il campione viene posto in un fissativo, quali formalina 10% neutra tamponata, in preparazione per l'elaborazione per esame istologico e caratterizzazione.

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Representative Results

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Da 28 giorni dopo l'impianto, SIS in genere dimostra buon inserimento nel tessuto ospite (Figura 2). Nella maggior parte dei casi, anche se il tessuto deve essere esplorato spesso per identificare il materiale impiantato è apparente, SIS residua. Le analisi istologiche hanno confermato le osservazioni patologiche lorda, illustrando l'incorporazione di buon tessuto con principalmente tessuto fibrovascolare e molto poco residua SIS notato (Figura 3). Questi risultati dimostrano l'utilità del modello di ernia addominale ventrale del ratto. Il ratto è facilmente ottenuto e mantenuto e generalmente recupera rapidamente dopo l'intervento chirurgico. L'incorporazione di tessuto il biomateriale impiantato indica biocompatibilità e dimostra la capacità del SIS per servire come una grata per la crescita di tessuto e di riparazione. Anche con l'incorporazione di tessuto notevole, il sito dell'impianto possa essere facilmente identificato dai suturare utilizzati per fissare il materiale alla parete addominale. Di conseguenza, materiali di riparazione di ernia possono essere valutate in modo relativamente rapido e coerente.

Figure 1
Figura 1:2 x 2 cm sezione del SIS utilizzata per la riparazione dell'ernia addominale ventrale sperimentale. Il materiale SIS è una matrice extracellulare acellulare derivata da porcino piccolo submucosa intestinale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: incorporato SIS 28 giorni dopo l'impianto di colmare un'ernia addominale ventrale in un ratto. In seguito l'eutanasia, la pelle addominale ventrale è stata riflessa per esporre il materiale impiantato che è delineato dai suturare seta utilizzati per proteggere il SIS. Si noti il ingrowth del tessuto come l'impianto SIS è stato incorporato nel tessuto ospite. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: microfotografia del tessuto 28 giorni dopo impianto del SIS per colmare un'ernia addominale ventrale sperimentale. Il SIS è stato incorporato in gran parte nel tessuto ospite. Le frecce mostrano un filo molto piccolo di SIS residua nella sezione (H & E, 40 X). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

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Materiali per la riparazione dell'ernia addominale ventrale sono di grande interesse, in particolare quelli che forniscono un ponte meccanico iniziale e quindi sono in grado di incorporare nel tessuto ospite. A questo proposito, sono stati studiati una varietà di materiali, tra cui SIS, matrice dermica acellulare suina e pericardio porcino. 6 , 7 questi materiali rappresentano le matrici extracellulari di quei tessuti e fungono da impalcature in cui le cellule possono migrare e proliferano, facilitando così l'incorporazione del tessuto.

Valutazione dei materiali di riparazione di ernia richiede un modello animale che è facilmente gestibile e ha intatta capacità di guarigione. Per facilità di trattamento negli studi di modello di ernia ventrale del ratto ha consente di valutare la riparazione materiali in vivo. È stato dimostrato che questo modello potrebbe essere utilizzato per la valutazione comparativa istologica della risposta dell'ospite ai materiali di riparazione di ernia impiantato. 6 questo è particolarmente essenziale per biomateriali, quali il SIS, che subiscono incorporazione nel tessuto ospite come parte del meccanismo di riparazione.

Modello di riparazione di ernia addominale ventrale del ratto può essere facilmente eseguito in maniera molto riproducibile. Un'adeguata tecnica asettica è essenziale per il successo, come campi chirurgici contaminati possono alterare la risposta curativa e così complicare la interpretazione dei risultati sperimentali. 15 il protocollo descritto qui è progettato per fornire un individuo esperto in chirurgia animale con un metodo per intraprendere con successo gli studi che richiedono la creazione di ernia e riparare.

La procedura qui descritta comporta un approccio di investimento in cui il materiale di riparazione è fissato ai bordi esterni del difetto della parete addominale. È anche possibile utilizzare un approccio di intarsio in cui il materiale di riparazione è fissato alla parte interna del difetto. Riparazione di ernia con mesh tramite laparoscopia è tipicamente realizzata con un approccio di intarsio. Il metodo di intarsio consente maggiore contatto diretto dell'impianto con visceri addominali, così un po' aumentando la possibilità di adhesiogenesis tra impianto e visceri. Poiché la formazione di aderenze post-chirurgica è un importante problema clinico, studi che desiderano esaminare attentamente adhesiogenesis potrebbero desiderare di utilizzare l'approccio di intarsio.

Se ratti generalmente recupero molto rapidamente dopo l'intervento chirurgico, esiste qualche possibilità per complicazione postoperatoria. Ad esempio, alcuni ratti rimuoverà suture di pelle, anche staples. Se la ferita di incisione è trovata per essere aperto, ratto dovrebbe essere euthanized o ri-anestetizzato e chiuso la pelle. Anche se raro, se la pelle e la parete addominale si trovano ad per avere lacune aperte, l'animale dovrebbe essere euthanized. In tutti questi casi, il veterinario curante deve essere tempestivamente informato di tali animali.

Il modello qui descritto ha una serie di vantaggi come indicato in precedenza. Tuttavia, dovrebbe essere riconosciuto che la modellazione dell'ernia ventrale addominale in un quadraped, come un ratto, limiti traduzione all'uomo. Perché molte ernie clinicamente rilevanti sono credute per essere associato con co-morbidità, quali diabete, obesità e difetti del tessuto connettivo, valutazione delle strategie di riparazione in un normale animale potrebbe complicare ulteriormente il valore traslazionale della modello. Tuttavia, il modello di ratto consente relativamente rapida e facile valutazione di materiali di riparazione di ernia.

Futuri perfezionamenti e le applicazioni del modello di ernia addominale del ratto possono coinvolgere probabilmente animali diabetici e/o obesi come un mezzo per più strettamente mimica comuni co-morbidità dell'uomo. Allo stesso modo, la valutazione dei metodi di cellule staminali pluripotenti indotte per facilitare la riparazione dei tessuti sarà probabile trovare utilità in questo modello.

Fasi critiche per riuscito uso di questo modello sono centrati sulla cura l'abilità degli animali e chirurgica. Una tecnica asettica deve essere utilizzata come un modo per minimizzare la probabilità di infezione. Analgesia e anestesia adeguata sono essenziali, così come post-operatorio di monitoraggio per garantire che gli animali sono confortevoli e che l'incisione chirurgica rimane chiuso. Cosa importante, quando si fissa il biomateriale ai bordi del difetto della parete addominale, il chirurgo deve stabilire che tutti i bordi sono sicuri con nessun aperture che potrebbero consentire il passaggio di visceri addominali nello spazio sottocutaneo.

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Disclosures

Uno degli autori (CJ) è impiegato da cuoco Biotech, Inc., il produttore di grado medico SIS.

Acknowledgments

Gli autori desiderano ringraziare Valerie Schroeder per la sua assistenza con gli aspetti tecnici di questo lavoro. Lavoro legato allo sviluppo di questo modello è stato supportato da cuoco Biotech, Inc (West Lafayette, IN, Stati Uniti d'America).

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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