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Bioengineering

Uso de un modelo de rata para el estudio de reparación de la Hernia Abdominal Ventral

doi: 10.3791/53587 Published: October 2, 2017

Summary

Este manuscrito describe métodos asociados a la creación y reparación de un defecto ventral de la pared abdominal (hernia). Este modelo puede utilizarse para estudiar estrategias de reparación como las que utilizan materiales implantados. En este manuscrito, reparación de la hernia experimental con porcino submucosa intestinal pequeño se presenta como un ejemplo.

Abstract

Hernia abdominal ventral es un estado clínico relativamente común que a veces requiere herniorraphy (reparación quirúrgica). En general, la reparación de la hernia abdominal ventral requiere implantación de un material para servir como un puente mecánico a través del defecto en la pared abdominal. Biomateriales, tales como la submucosa intestinal pequeño cerda (SIS), también sirven como un enrejado para el crecimiento de la célula en el implante y pueden incorporar naturalmente en el tejido huésped. Desarrollo de tales materiales de reparación se beneficia del uso de modelos animales experimentales de la pared abdominal defectos se crean fácilmente y son susceptibles de reparar de una manera reproducible. El método aquí describe creación quirúrgica y reparación de la hernia abdominal ventral en un modelo de rata. Cuando SIS se utiliza para reparar una hernia abdominal ventral experimental en este modelo, rápidamente se incorpora al tejido huésped dentro de 28 días de la implantación. Histológico, incorporación de material implantado en el tejido del anfitrión se caracteriza por una respuesta fibrovascular robusta. Futuras mejoras y aplicaciones del modelo de hernia abdominal de rata pueden implicar probablemente animales diabéticos y obesos como los medios más cerca mímica común comorbilidades del hombre.

Introduction

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Hernia de pared abdominal es un problema clínico comúnmente encontrado que puede ocurrir como resultado de defecto congénito, una lesión traumática o cierre de las heridas quirúrgicas que implican la pared abdominal. Reparación implica comúnmente usando un implante para reforzar la pared abdominal, con una reducida tasa de recurrencia observada en pacientes tratados con implantes en comparación con aquellos en los cuales la pared abdominal se cierra simplemente con sutura. 1

Reparación quirúrgica de la hernia a menudo requiere tender un puente sobre mecánica del defecto con un material implantado. En este sentido, materiales sintéticos y naturales se han utilizado para la reparación de la hernia. Muchos materiales sintéticos son por lo general no absorbibles e incluyen poliéster de tereftalato de polietileno y polipropileno y politetrafluoroetileno expandido, mientras que otros implantes sintéticos combinan uno de los materiales no absorbibles con un absorbible polímero como polygalactine. 1 en cambio, implantes de material naturales generalmente derivan de fuentes cadavéricas ya sea animal o humanas. Materiales naturales utilizados para la reparación de la hernia son típicamente ricos en colágeno y actúan como un andamio para el crecimiento y la integración del tejido huésped.

El deseo de desarrollar y optimizar nuevos materiales para la reparación de la hernia abdominal ventral requiere un modelo animal apropiado para la evaluación de materiales candidatos. Estudios se han realizado en una variedad de especies, incluyendo ovejas,2 cerdos,3 conejos, ratas de4 ,5,6,7,8 y perros. 9 la ventaja de usar ratas para tales estudios es que ofrecen un modelo fácilmente manipulado disponible en una variedad de cepas consanguíneas para permitir el control de la variabilidad genética. Además, el más pequeño general área de superficie corporal de la rata comparada con las otras especies mencionadas permiten evaluación de materiales que pueden ser experimentales en la naturaleza y, por tanto, no abundante.  Además, reduce los costos asociados con ratas y otras especies permiten relativamente mayor capacidad a los materiales de candidato pantalla para uso en la reparación de la hernia abdominal ventral.  Consideraciones para los materiales suelen incluyen la facilidad de manejo por el cirujano, la fuerza, la capacidad de incorporar en tejido anfitrión, biocompatibilidad y resistencia a la infección.

Por ejemplo, la submucosa intestinal pequeño cerda (SIS) es un biomaterial natural que se ha utilizado para una amplia variedad de indicaciones de reparación del tejido, incluyendo reparación de hernias abdominales, inguinales y diafragmáticas ventrales. 10 , 11 , 12 SIS se incorpora rápidamente en el tejido del anfitrión y se ha encontrado para ser generalmente resistente a la infección y así el material tiene particular utilidad en campos contaminados. 13 , 14 en el modelo de la rata, el SIS ha demostrado facilidad de manejo, buena resistencia a la tracción según lo determinado por la prueba de la falta de resistencia a la tracción uniaxial y promoción de crecimiento de tejido en cuanto a la deposición de colágeno y neovascularización. 6 , 7

Puente quirúrgico precisa del defecto es una característica esencial del modelo productivo al evaluar materiales de reparación de candidatos. El animal debe ser suficientemente anestesia y aséptica técnica estrictamente. Además, un defecto de la pared abdominal de tamaño estándar debe ser cuidadosamente creado y luego en puente de manera que garantice suficientemente el material en los bordes del defecto. 8 este protocolo proporciona un método estándar a seguir para la creación quirúrgica y reparación de una hernia abdominal ventral utilizando a SIS como ejemplo puente de material en una rata.

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Protocol

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el uso de animales en este protocolo fue aprobado por la Universidad de Notre Dame Animal cuidado institucional y Comité de uso, seguido todo reguladoras requisitos y directrices y se llevó a cabo en una instalación que está acreditada por la Asociación para la evaluación y acreditación del cuidado de animales de laboratorio (AAALAC), internacional.

1. selección de los animales

  1. adquirir libre de patógeno ratas Sprague Dawley de un vendedor de buena reputación o Colonia.
    Nota: A menudo, el centro veterinario o administrador puede dirigir al investigador a las fuentes adecuadas. Son adecuadas para este procedimiento ratas de peso y aproximadamente 250 g.
  2. Un día antes de la cirugía, examinar los animales para asegurarse de que están clínicamente sanos. En este sentido, pesan los animales y evaluar la condición del cuerpo; Observe cualquier anormalidad en la respiración, la presencia de heridas abiertas o las masas y el nivel de actividad general del animal. Observe cualquier anormalidad en el registro quirúrgico y tener en cuenta tales observaciones como posibles criterios de exclusión.

2. Anestesia y preparación del Animal para la cirugía aséptica

  1. para analgesia, administrar 1.1-1.2 mg/kg de buprenorfina de liberación sostenida, por vía subcutánea a la rata 2 h antes cirugía. aplicar ungüento oftálmico a ambos ojos y administrar 2 mL de solución salina fisiológica estéril de calentado por vía subcutánea.
  2. Anestesiar la rata con una dosis intraperitoneal de clorhidrato de ketamina (90 mg/kg) y xilacina (10 mg/kg). Aplique una pequeña cantidad de lubricante ocular para cada ojo para evitar la desecación corneal. Una vez el animal ’ s la respiración es constante y no hay respuesta alguna a una pizca de pie firme, la rata ha alcanzado un nivel de anestesia suficiente para la cirugía. Un nivel aceptable de la anestesia se puede confirmar aún más por la presencia de profundo, respiración regular y el color normal del ojo (versus palidez, que podría sugerir inadecuada perfusión cardiovascular).
  3. Afeitar el abdomen ventral con un cortauñas comercial desde el pubis al esternón y de los márgenes laterales de la ventrum. Eliminar el vello recortado, aplicando una toalla de papel húmeda en la zona.
  4. Limpiar la zona depilada con un yodoforo antiséptico seguida de un trapo con etanol al 70%. Cortinas quirúrgicas se aplican para que una ventana para la incisión puede ser aislada de la contaminación potencial.
  5. Don una bata quirúrgica estéril, una máscara y un gorro de pelo. Bien lavado y frote las manos con jabón y don guantes quirúrgicos estériles.

3. Creación y reparación de la Hernia Abdominal Ventral

  1. antes de la cirugía, esterilizar instrumentos quirúrgicos por autoclave.
  2. Con un bisturí, realizar una incisión vertical de aproximadamente 3-4 cm a lo largo de la línea media ventral hasta el nivel de la musculatura abdominal. Levante suavemente la pared abdominal con un fórceps y crear una pequeña abertura a través de la linea alba. Para proteger las vísceras subyacentes, inserte una pinza a través del agujero y en la cavidad abdominal para servir como una guía protectora como la pared muscular es incidida para crear un aproximadamente 2 cm x 2 cm espesor completo defecto, corte aproximadamente lateral de 1 cm de cada lado de la línea media en ambos extremos de la linea incisión alba.
  3. Poner una sección de corte de 2 cm x 2 cm de material puente mecánico, SIS de 4 capas en este caso (figura 1), sobre el defecto.
    Nota: Como alternativa, un enfoque de arpillera puede utilizarse en el cual se coloca la sección del material en la cavidad abdominal para cubrir el defecto del aspecto interior.
  4. Las cuatro esquinas de los puentes el músculo de la pared abdominal con seda o nylon 4-0 en un patrón de sutura interrumpida simple materiales de la sutura
  5. .
    Nota: El uso de sutura no absorbibles permite fácil identificación del material implantado tras cosecha versus el material de sutura absorbible.
  6. Asegure cada borde del material con tres suturas adicionales espaciadas igualmente. Examinar el borde circunferencial todo para asegurarse de que no existen brechas significativas que podría permitir el paso de las vísceras a través de la pared abdominal; y, si existen tales lagunas, colocar suturas adicionales para asegurar aún más el margen de.
  7. Cierre del tejido subcutáneo con sutura absorbible 4-0 en un patrón interrumpido simple. Cerrar la piel con grapas quirúrgicas, aunque aplicada en un patrón interrumpido simple sutura puede usarse también.
  8. No descuide el animal hasta que ha recuperado la conciencia suficiente para recuperar el recumbency esternal; y no devolver un animal que ha experimentado la cirugía a la compañía de otros animales hasta que ha recuperado de la anestesia. Durante este tiempo, mantener al animal en una zona caliente para prevenir la hipotermia.
  9. Examinar animales diario que han sido sometidos a este procedimiento para garantizar la plena recuperación y cicatrización normal. Quite las grapas de la piel con un removedor de la grapado 7-10 días después de la cirugía.

4. Cosecha del Material implantado

  1. coherentes con las necesidades del estudio, eutanasia, con sobredosis de dióxido de carbono administrada en una cámara llena del 10 a 30%, los animales en un momento determinado, a menudo 21 - 28 días después de la cirugía.
  2. Usando las herramientas estándar de autopsia, abrir la piel y la pared abdominal y exponer la zona del implante.
    Nota: Si se usaron suturas no absorbibles para asegurar el implante, el material puede ser identificado por las suturas originales (figura 2).
  3. Observar las observaciones patológicas brutas incluyendo cualquier reacciones adversas (p. ej., dehiscencia de la herida, absceso, seroma, hematoma) y grado de adherencia y tenacidad a las vísceras subyacentes.
  4. Retire el sitio del implante por cortar una sección amplia de tejido que incluye el implante. Colocar la muestra en un fijador, como 10% formalina tamponada neutra, en preparación para el proceso de la examinación histológica y caracterización.

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Representative Results

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Por 28 días después de la implantación, SIS por lo general muestra buena incorporación al tejido del huésped (figura 2). En la mayoría de los casos, hay SIS residual aparente, aunque a menudo se debe explorar el tejido para identificar el material implantado. Análisis histológicos confirman las observaciones patológicas brutas, que ilustran la incorporación de buen tejido y sobre todo tejido fibrovascular muy poco SIS residual observado (figura 3). Estos resultados demuestran la utilidad del modelo de hernia abdominal ventral de rata. La rata es fácilmente obtenida y mantenida y generalmente se recupera rápidamente después de la cirugía. La incorporación de tejido en el biomaterial implantado indica biocompatibilidad y demuestra la capacidad del SIS para servir como un enrejado para crecimiento de tejidos y reparación. Incluso con la incorporación de tejido substancial, el sitio del implante se puede identificar fácilmente por las suturas que se utilizan para asegurar el material a la pared abdominal. Como resultado, materiales de reparación de la hernia pueden ser evaluados de forma consistente y relativamente rápida.

Figure 1
Figura 1:2 x 2 cm sección de SIS utilizada para la reparación de la Hernia Abdominal Ventral Experimental. El material SIS es una matriz extracelular acelular derivada de porcino submucosa intestinal pequeño. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: incorporado SIS 28 días después de la implantación para una Hernia Abdominal Ventral en una rata. Después de la eutanasia, la piel del abdomen ventral se reflejó para exponer el material implantado que está delineado por las suturas de seda utilizadas para garantizar al SIS. Tenga en cuenta el crecimiento de tejido como el implante SIS se ha incorporado en el tejido huésped. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: microfotografía de tejido 28 días después de la implantación de SIS para reducir una Hernia Abdominal Ventral Experimental. El SIS se ha incorporado en gran parte en el tejido huésped. Las flechas indican una muy pequeña hebra de SIS residual en la sección (H & E, 40 X). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

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Materiales para la reparación de la hernia abdominal ventral son de gran interés, particularmente los que brindan un puente mecánico inicial y luego son capaces de incorporar en el tejido huésped. En este sentido, se ha investigado una gran variedad de materiales, incluyendo SIS, la matriz dérmica acelular porcina y pericardio porcino. 6 , 7 estos materiales representan las matrices extracelulares de los tejidos y actúan como andamios en el cual las células pueden migrar y proliferan, facilitando así la incorporación de tejido.

Evaluación de materiales de reparación de hernia requiere un modelo animal que se maneja fácilmente y tiene intacta capacidad de curación. El modelo de hernia ventral de rata permite facilidad de manejo en estudios para evaluar materiales de reparación en vivo. Se ha demostrado que este modelo podría utilizarse para la evaluación histológica comparativa de la respuesta del huésped a materiales de reparación de hernia implantado. 6 esto es particularmente esencial para biomateriales, como el SIS, que se someten a la incorporación en el tejido del anfitrión como parte del mecanismo de reparación.

El modelo de reparación de hernia abdominal ventral de rata se puede realizar fácilmente en forma muy reproducible. La técnica aséptica apropiada es esencial para el éxito, como campos quirúrgicos contaminados pueden alterar la respuesta curativa y así complicar la interpretación de resultados experimentales. 15 el protocolo descrito aquí está diseñado para proporcionar un individuo experimentado en cirugía de animales con un método para emprender con éxito estudios que requieren creación de hernia y de reparación.

El procedimiento aquí descrito implica un enfoque de gastos en los que el material de reparación se une a los bordes externos del defecto de la pared abdominal. También es posible utilizar un enfoque de embutido en el que el material de reparación se une al aspecto interno del defecto. Reparación de la hernia con malla por laparoscopia se realiza típicamente con un enfoque de embutido. El método de embutido permite mayor contacto del implante con las visceras abdominales, así un poco aumentando la posibilidad de adherencias entre el implante y las vísceras. Debido a la formación de adherencias post quirúrgicas es un importante problema clínico, los estudios que desean examinar de cerca adherencias puede usar el método de embutido.

Aunque las ratas generalmente recuperan muy rápidamente después de la cirugía, existe alguna posibilidad de complicación postoperatoria. Por ejemplo, algunas ratas Quite suturas de piel, incluso las grapas. Si la herida de incisión es abierta, la rata debe ser sacrificada o vuelve a anestesiar y la piel cerrada. Aunque raras, si la piel y la pared abdominal se encuentran en espacios abiertos, el animal debe ser sacrificado. En todos los casos, el veterinario tratante debe ser puntualmente informado de estos animales.

El modelo descrito aquí tiene una serie de ventajas como se indica anteriormente. Sin embargo, debe reconocerse que el modelado de hernia abdominal ventral en un quadraped, como una rata, limita traducción al hombre. Además, porque muchas hernias clínicamente relevantes se creen para ser asociado a comorbilidades como la diabetes, obesidad y defectos del tejido conectivo, evaluación de estrategias de reparación en un animal normal podría complicar el valor traslacional de la modelo. Sin embargo, el modelo de rata permite evaluación relativamente rápida y fácil del material de reparación de la hernia.

Futuras mejoras y aplicaciones del modelo de hernia abdominal de rata pueden implicar probablemente animales diabéticos y obesos como los medios más cerca mímica común comorbilidades del hombre. Asimismo, la evaluación de métodos de células madre pluripotentes inducidas para facilitar la reparación de los tejidos probablemente encontrarán utilidad en este modelo.

Pasos críticos para el uso acertado de este modelo se centran en cuidar la habilidad quirúrgica y animal. Técnica aséptica debe utilizarse como una forma de minimizar las probabilidades de infección. Analgesia y anestesia apropiada son esenciales, así como postoperatorio de monitoreo para asegurar que los animales son cómodos y que la incisión quirúrgica permanece cerrada. Lo importante, al asegurar el biomaterial a los bordes del defecto de la pared abdominal, el cirujano debe establecer que todos los bordes están asegurados sin aberturas que podrían permitir el paso de vísceras abdominales en el espacio subcutáneo.

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Disclosures

Uno de los autores (CJ) es empleado de Cook Biotech, Inc., el fabricante de grado médico SIS.

Acknowledgments

Los autores desean agradecer a Valerie Schroeder por su asistencia en aspectos técnicos de este trabajo. Trabajo relacionados con el desarrollo de este modelo es apoyado por 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

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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).
Uso de un modelo de rata para el estudio de reparación de la Hernia Abdominal Ventral
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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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