Login processing...

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

Bioengineering

Användning av en råtta modell att studera ventrala buken bråck reparation

doi: 10.3791/53587 Published: October 2, 2017

Summary

Detta manuskript beskriver metoder som är associerad med skapande och reparation av en ventrala bukväggen defekt (bråck). Denna modell kan användas för att studera reparation strategier såsom de som använder implanterade material. I detta manuskript presenteras reparation av experimentella bråck med svin små intestinal submucosa som ett exempel.

Abstract

Ventrala buken bråck är ett relativt vanligt kliniskt tillstånd som ibland kräver herniorraphy (kirurgisk reparation). Reparation av ventrala buken bråck vanligtvis kräver implantation av ett materiellt till fungera som en mekanisk bro över defekten i bukväggen. Biomaterial, såsom svin små intestinal submucosa (SIS), också fungera som ett galler för celltillväxt i implantatet och kan naturligtvis införliva värd vävnaden. Utveckling av sådan reparation material nytta användningen av djurmodeller där experimentell bukväggen defekter skapas enkelt och är mottaglig att reparera på ett reproducerbart sätt. Metoden erbjuds här beskriver kirurgiska skapandet och reparation av ventrala buken bråck i en råtta modell. När SIS används för att reparera en experimentell ventrala buken bråck i denna modell, är det snabbt införlivas värd vävnad inom 28 dagar efter implantation. Histologiskt, kännetecknas införlivande av deras implanterade materialet i värd vävnad av en robust fibrovaskulär svar. Framtida förbättringar och tillämpningar av råtta buken bråck modellen kan sannolikt innebära diabetiker och överviktiga djur som ett sätt att mer noga härma vanliga komorbiditet av mannen.

Introduction

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

Bukväggen bråck är ett vanligt förekommande kliniska problem som kan uppstå till följd av medfödd defekt, traumatisk skada eller misslyckade stängningen av kirurgiska sår som rör bukväggen. Reparation innebär vanligen med ett implantat för att förstärka den buk-väggen, med en reducerad skattesats för återkommande noteras hos patienter behandlade med implantat jämfört med dem hos vilka den buk-väggen stängs enkelt med sutur. 1

Kirurgiska bråck reparation kräver ofta mekaniska överbrygga defekten med inopererade material. I detta avseende har både syntetiska och naturliga material använts för bråck reparation. Många syntetiska material är vanligtvis icke-absorberbara och inkluderar polypropylen, polyetylen polyetentereftalat polyester och utökade polytetrafluoreten, medan andra syntetiska implantat kombinera en av de icke-resorberbara material med en resorberbar polymer såsom polygalactine. 1 däremot naturliga material implantat allmänt härrör från antingen djurs eller människors avlidna källor. Naturliga material som används för bråck reparation är vanligtvis rik på kollagen och fungera som en byggnadsställning för inväxt och integrering av värd vävnad.

Viljan att utveckla och optimera nya material för ventrala buken bråck reparation kräver en lämplig djurmodell för utvärdering av kandidat material. Studier har utförts i en mängd olika arter, inklusive får,2 svin,3 kaniner,4 råttor,5,6,7,8 och hundar. 9 fördelen med råttor för sådana studier är att de erbjuder en lätt modell som finns i en mängd olika inavlade stammar för att kontrollera för genetisk variabilitet. Dessutom, den mindre totala kroppsyta på råtta jämfört med de andra arterna ovan medger utvärdering av material som kan vara experimentell karaktär och därmed inte riklig.  Ytterligare, minskade kostnader i samband med råttor jämfört med andra arter tillåter relativt ökad förmåga att skärmen kandidat material för användning i reparation av ventrala buken bråck.  Överväganden för material omfattar vanligen enkel hantering av kirurg, styrka, förmåga att införliva värd vävnad, biokompatibilitet och motståndskraft mot infektioner.

Som ett exempel är svin små intestinal submucosa (SIS) en naturlig biomaterial som har använts för en mängd olika vävnad reparera indikationer, inbegripet reparation av ventrala buk, inguinal och diafragma bråck. 10 , 11 , 12 SIS snabbt införlivas i värd vävnad och har befunnits vara generellt resistenta mot infektion och så materialet har särskilt verktyg inom förorenade områden. 13 , 14 i råtta modell, SIS har visat enkel hantering, bra draghållfasthet som bestäms av enaxlig brottgräns misslyckande test och främjande av vävnad inväxt i form av kollagen nedfall och kärlnybildning. 6 , 7

Noggrann kirurgisk överbrygga defekten är utmärkande för produktiva modellering vid utvärdering kandidat reparation material. Djuret måste vara tillräckligt sövda och aseptisk teknik strikt följt. Vidare måste en bukväggen defekt av standardstorlek noggrant skapas och sedan överbryggas på ett sätt som tillräckligt säkrar materialet till marginalen av felet. 8 detta protokoll ger en standardmetod följas för kirurgiska skapande och reparation av, en ventrala buken bråck med SIS som exempel överbryggande material i en råtta.

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

användning av djur i detta protokoll godkändes av University of Notre Dame institutionella djur vård och använda kommittén, följt alla lagstadgade krav och riktlinjer och genomfördes i en anläggning som är ackrediterad av den Föreningen för bedömning och ackreditering av laboratoriet djurvård (AAALAC), internationella.

1. urval av djur

  1. förvärva patogenfria Sprague Dawley-råttor från en ansedd leverantör eller avel koloni.
    Obs: Ofta, den anläggning eller manager kan direkt prövaren till lämpliga källor. Råttor av ungefärligt 250 g kroppsvikt är lämpliga för proceduren.
  2. En dag före kirurgi, undersöka de djur som används för att säkerställa att de är kliniskt friska. I detta avseende väga djuret och bedöma villkoret kropp; Observera någon avvikelse i andning, förekomst av eventuella öppna sår eller massorna, och den allmänna aktivitetsnivån av djuret. Observera någon avvikelse i den kirurgiska posten och överväga sådana observationer som potentiella uteslutningskriterier.

2. Anestesi och beredning av djur för aseptisk kirurgi

  1. för analgesi, administrera frisättningen buprenorfin, 1,1-1,2 mg/kg subkutant till råtta 2 h före kirurgi. Verkställ oftalmologiska salva i båda ögonen och administrera 2 mL värmde steril fysiologisk koksaltlösning subkutant.
  2. Söva råtta med en intraperitoneal dos av ketamin hydroklorid (90 mg/kg) och xylazin (10 mg/kg). Applicera en liten mängd av okulär smörjmedel till varje öga att förebygga korneal torkning. En gång djuret ’ s respiration är stadig och det finns inte längre något svar på en fast tå nypa, råtta har nått en nivå av anestesi tillräckligt för kirurgi. En acceptabel nivå av anestesi kan bekräftas ytterligare av närvaron av djupa, regelbunden andning, och normal färg i ögat (kontra blekhet, vilket kan tyda på otillräcklig hjärt perfusion).
  3. Raka ventrala buken med en kommersiell hårklippningsmaskiner från pubis till bröstbenet och de laterala marginalerna på ventrum. Ta bort det klippta håret genom att tillämpa en fuktig pappershandduk området.
  4. Skrubba den rakade området med en antiseptisk iodophor följt av en torka med 70% etanol. Tillämpa operationsdukar så att ett fönster för snittet kan isoleras från potentiella föroreningar.
  5. Don en sterila kirurgiska klänning, en ansiktsmask och en hår-motorhuv. Tvätta och skrubba händer med tvål och don sterila operationshandskar.

3. Skapande och reparation av ventrala buken bråck

  1. före operation, sterilisera Kirurgiska instrument av autoklav.
  2. Använda en skalpell, göra en cirka 3-4 cm vertikala snitt längs ventrala mittlinjen ända till buken muskulaturn. Lyft den buk-väggen försiktigt med en pincett och skapa en liten öppning genom linea alba. För att skydda underliggande inälvor, infoga en peang genom hålet och in i bukhålan till fungera som en skyddande guide muskel väggen är anskäras för att skapa en cirka 2 x 2 cm full tjocklek defekt, klipper cirka 1 cm i sidled från varje sida om mittlinjen på båda ändar av linea alba snittet.
  3. Låg en färdigskurna 2 x 2 cm sektion av mekaniska överbryggande material, 4-lagers SIS i detta fall (figur 1), över defekten.
    Obs: Alternativt underlag tillvägagångssätt kan användas där avsnittet material placeras i bukhålan för att täcka defekten från den inredda aspekten.
  4. Sutur fyra hörn överbryggande material till bukväggen muskeln med 4-0 silke eller nylon i en enkel avbrutna suturen mönster.
    Obs: Användning av icke-resorberbar sutur tillåter enkel identifiering av implanterade materialet vid skörd jämfört med resorberbar sutur material.
  5. Säkra varje kant av materialet med tre ytterligare suturer fördelade lika. Undersöka hela omkretsriktningen kanten för att säkerställa att betydande luckor inte existerar som gör att passagen av inälvor genom bukväggen; och, om sådana luckor finns, placera ytterligare suturer för att ytterligare säkra marginalen.
  6. Nära den subkutana vävnaden med 4-0 resorberbar sutur i ett enkelt avbruten mönster. Nära huden med kirurgiska häftklamrar, även om suturen tillämpas i ett enkelt avbruten mönster kan också användas.
  7. Lämna inte djuret utan uppsikt tills den har återfått tillräcklig medvetande för att återfå sternala koordinationsrubbning; och inte returnerar ett djur som har genomgått operation för att företaget av andra djur tills det har återhämtat sig helt från anestesi. Under denna tid, hålla djuret i ett varmare område att förhindra hypotermi.
  8. Undersöka djuren dagligen som genomgått detta förfarande för att säkerställa fullständig återhämtning och normal läkning. Ta bort huden häftklamrar med krampa remover 7-10 dagar efter operation.

4. Skörd av implanterade materialet

  1. konsekvent med behov av studien, eutanasi, koldioxid överdosering administreras på en kammare Fyll på 10 till 30%, djuren på en förutbestämd tid, ofta 21 - 28 dagar efter operation.
  2. Använda standard obduktion verktyg, öppna huden och bukväggen och exponera området av implantatet.
    Obs: Om icke-resorberbara suturer användes för att säkra implantatet, materialet kan identifieras genom de ursprungliga suturerna (figur 2).
  3. Observera eventuella brutto patologiska observationer inklusive eventuella biverkningar (t.ex., såret sårruptur, abscess, seroma, hematom) och vidhäftning omfattning och uthållighet till underliggande inälvorna.
  4. Ta bort implantatstället genom att klippa en stor del av vävnad som innehåller implantatet. Placera provet i en fixativ, såsom 10% neutral buffrad formalin, som förberedelse för bearbetning för Histologisk undersökning och karaktärisering.

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

Av 28 dagar efter implantation visar SIS vanligtvis bra införlivande värd vävnad (figur 2). I de flesta fall finns det kvarstående SIS uppenbar, men vävnaden måste ofta utforskas för att identifiera implanterade materialet. Histologiska analyserna bekräftade de brutto patologiska observationer, som illustrerar bra vävnad inkorporeringen med primärt fibrovaskulär vävnad och mycket lite kvarstående SIS noterade (figur 3). Dessa resultat visar nyttan av råtta ventrala buken bråck modellen. Råtta enkelt erhålls och bibehålls, och i allmänhet återhämtar sig snabbt efter operationen. Vävnaden införlivande i den implanterade biomaterial indikerar biokompatibilitet och visar förmåga SIS att fungera som ett galler för vävnad inväxt och reparera. Även med betydande vävnad införlivande, kan platsen av implantatet lätt identifieras genom de suturer som används för att säkra materialet till bukväggen. Som ett resultat, kan bråck reparation material utvärderas på ett konsekvent och relativt snabbt sätt.

Figure 1
Figur 1:2 x 2 cm avsnitt SIS används för reparation av experimentella ventrala buken bråck. SIS är ett acellulärt extracellulär matrix som härstammar från svin små intestinal submucosa. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: införlivas SIS 28 dagar efter Implantation att överbrygga ett ventrala buken bråck i en Rat. Efter eutanasi återspeglades ventrala bukhuden för att exponera implanterade materialet som beskrivs av de silk suturer som används för att säkra SIS. Notera inväxt av vävnad som SIS implantatet har införlivats i värd vävnad. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: Photomicrograph vävnad 28 dagar efter Implantation av SIS att överbrygga en experimentell ventrala buken bråck. SIS har i stor utsträckning införlivats i värd vävnaden. Pilarna visar en mycket liten del av återstående SIS i avsnittet (H & E, 40 X). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

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

Material för reparation av ventrala buken bråck är av stort intresse, särskilt de som ger en första mekaniska bron och sedan kunna införliva värd vävnad. I detta avseende, en mängd olika material har undersökts, inklusive SIS, svin acellulärt dermal matris och svin hjärtsäck. 6 , 7 dessa material representerar de extracellulära matriserna av dessa vävnader och fungera som ställningar där celler kan migrera och föröka, vilket underlättar vävnad inkorporering.

Utvärdering av bråck reparation material kräver en djurmodell som är lätt att hantera och har intakt helande förmåga. Rat ventrala bråck modellen möjliggör enkel hantering i studier att bedöma reparation material i vivo. Det har visats att denna modell skulle kunna användas för jämförande histologisk utvärdering av värdrespons implanterade bråck reparation material. 6 detta är särskilt viktigt för biomaterial, såsom SIS, som genomgår införlivande i den mottagande vävnaden som en del av mekanismen för reparation.

Rat ventrala buken bråck reparation modellen kan enkelt utföras på ett sätt som mycket reproducerbara. Lämplig aseptisk teknik är avgörande för framgång, kontaminerade kirurgiska fält kan förändra den helande reaktionen och därmed försvåra tolkningen av experimentella resultat. 15 i protokollet som beskrivs här är utformad för att ge en individ som är erfaren i djur kirurgi med en metod för att framgångsrikt genomföra studier som kräver bråck skapandet och reparera.

Förfarandet beskrivs här innebär ett utlägg synsätt där reparation materialet är kopplad till de yttre kanterna av bukväggen felet. Det är också möjligt att använda en inlaga strategi där reparation materialet är kopplad till den interna aspekten av felet. Bråck reparation med mesh via laparoskopi uppnås vanligtvis med en inlaga strategi. Inlaga metoden tillåter större direktkontakt av implantatet med buken inälvor, således något ökar möjligheten att adhesiogenesis mellan implantatet och inälvor. Eftersom postoperativ vidhäftning bildandet är en viktig klinisk fråga, kanske studier som önskar att noga undersöka adhesiogenesis vill använda metoden inlaga.

Men råttor återställa generellt mycket snabbt efter operationen, finns vissa möjligheten för postoperativ komplikation. Till exempel tar vissa råttor bort hud suturer, även häftklamrar. Om snittet såret befinns vara öppen, råtta bör antingen vara euthanized eller åter sövda och huden stängs. Men sällsynt, både hud och bukväggen som befinns ha öppna luckor, bör djuret bli euthanized. I alla sådana fall bör den behandlande veterinären omgående informeras av sådana djur.

Den modell som beskrivs här har ett antal fördelar som anges tidigare. Det ska dock erkännas att modellering av ventrala buken bråck i en quadraped, såsom en råtta, begränsar översättning till mannen. Ytterligare, eftersom många kliniskt relevanta bråck tros vara associerade med komorbiditet såsom diabetes, fetma och bindväv defekter, utvärdering av reparation strategier i ett normalt djur kan försvåra translationella värdet av den modellen. Rat modellen tillåter dock relativt snabb och enkel utvärdering av bråck reparation material.

Framtida förbättringar och tillämpningar av råtta buken bråck modellen kan sannolikt innebära diabetiker och överviktiga djur som ett sätt att mer noga härma vanliga komorbiditet av mannen. Jämväl, utvärdering av inducerade pluripotenta stamceller metoder till stöd vävnad reparera kommer förmodligen hitta verktyget i denna modell.

Kritiska steg för lyckad användning av denna modell är centrerade på vård av djur och kirurgisk skicklighet. Aseptisk teknik måste användas som ett sätt att minimera risken för infektion. Ordentlig anestesi och analgesi är viktigt, liksom postoperativ övervakning för att garantera att djur är bekväma och att det kirurgiska snittet förblir stängd. Ännu viktigare, när säkra biomaterial till kanterna på bukväggen defekten, måste kirurgen upprätta att alla kanter är säkra utan öppningar som gör att passagen av buken inälvor i subkutan utrymmet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

En av författarna (CJ) är anställd av Cook Biotech Inc., tillverkaren av medicinsk kvalitet SIS.

Acknowledgments

Författarna vill tacka Valerie Schroeder för hennes hjälp med tekniska aspekter av detta arbete. Arbetet med utveckling av denna modell stöddes av Cook Biotech Inc. (West Lafayette, i 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).
Användning av en råtta modell att studera ventrala buken bråck 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