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Medicine

Intraluminale Drug Delivery auf die Maus arteriovenöse Fistel Endothel

Published: March 4, 2016 doi: 10.3791/53905

Abstract

Abgabe therapeutischer Mittel arteriovenöse Fistel (AVF) zur Verbesserung der Reifung entweder via intraluminalen oder externe Wege verabreicht werden kann. Die einfache murine AVF Modell wurde mit intraluminale Verabreichung von Arzneimittellösung in die venöse Endothel zugleich als Fistel Schaffung kombiniert. Technische Aspekte dieses Modells diskutiert. Unter Vollnarkose wird ein Bauchschnitt gemacht und die Aorta und untere Hohlvene (IVC) ausgesetzt sind. Die Infrarot-Nieren-Aorta und IVC sind zum Klemmen seziert. Nach proximal und distal Klemmung wird der Einstichstelle freigelegt und eine 25 G-Nadel verwendet wird, beide Wände der Aorta und in die IVC zu durchstechen. Unmittelbar nach dem Einstich, ein Reporter-Gen-exprimierenden viralen Vektor wurde in der IVC über die gleiche Nadel infundiert, um 15 min inkubiert. Die intraluminale Verabreichungsmethode ermöglicht robustere virales Gen Lieferung an den venösen Endothel im Vergleich zur Verabreichung durch die externe Route. Diese novel Verfahren zur Lieferung wird Studien erleichtern, die die Rolle des Endothels in AVF Reifung erforschen und zum Zeitpunkt der chirurgischen Operation intraluminal Arzneimittelabgabe ermöglichen.

Introduction

Die murine aortovenous Fistel (AVF) Einstich Modell zwischen der Aorta und der unteren Hohlvene (IVC) ist jetzt eine etablierte Technik. 1 In diesem Modell beide Wände der infra-renale Aorta sind mit einer 25 G Nadel durchstochen, in das austretende angrenzenden Infranieren Hohlvene; die vordere Aorten-Eingangsloch ist mit einfachen Kompression repariert, und erfordert keine Naht Reparatur. Serien Follow-up - Prüfung von hochauflösenden Doppler - Ultraschall und histologische Analyse zeigt die AVF eine Reifephase haben und dann eine versagende Phase, die bekannte Pathophysiologie menschlicher AVF rekapituliert. 2

Mechanismen erforschen, die AVF Reifung modulieren, verbesserte Verfahren zur Abgabe von therapeutischen Mitteln an die Reifungs AVF Endothels benötigt. Lieferung von therapeutischen Wirkstoffen auf Schiffe können entweder über endovaskuläre Lieferung an das Lumen oder über externe Lieferung an die Adventitia sein. Ein Beispiel für eine externe Lieferung ist der comhäufigsten verwendeten adventitiellen Anwendung von Pluronic-Gel. Dieses Copolymer wird thermo-reversibel und vom flüssigen in den festen Gel umgewandelt wenn sie auf Körpertemperatur erwärmt. Frühere Studien haben gezeigt , aufrechterhalten Arzneimittelabgabe erreicht wird , wenn die Droge in Pluronic - Gel gemischt topisch in vivo angewendet wird. 3,4 adventitiellen Anwendung von viralen Vektoren oder siRNA mit Pluronic - Gel wurde als perivaskuläre Abgabesystem wirksam zu sein berichtet. 5,6 Wir haben auch berichtet , dass die Behandlung von explantierten humanen Vena saphena mit adventitiellen Stimulation durch Peptide , die in der Phosphorylierung der endothelialen Rezeptorproteine ​​führte. 7

Auf der anderen Seite haben Forscher auch intraluminale Lieferung von beiden viralen und nicht - viralen Vektoren in canine 8-10 und Kaninchen 11,12 Modelle von Venentransplantaten verwendet. In diesen Berichten wurde Gentransfer durchgeführt ex vivo nach der Ernte Vene. Eslami et al. Berichtet endovaskuläre viralen Gens lieferny Venen in situ zu Karotis ohne einen Bypass zu schaffen. 13 Gloverman et al. berichtete intraluminale und adventitiellen Lieferung von nackter DNA in Ratte Femoralarterie-V. epigastrica superficialis Fisteln. 14 Die Mayo - Gruppe berichtet adventitiellen Arzneimittelabgabe in Arterie-Halsvene Fisteln Maus Carotis. 15,16 Allerdings sind diese bereits berichtet Modelle eine genähte Anastomose , die zum Erstellen die AVF. In diesem Bericht wird intraluminale Medikamentenabgabe bei gleichzeitiger AVF Schöpfung bei Mäusen beschrieben, eine Naht lose Modell der AVF Schöpfung verwenden. Durch die Verwendung dieses modifizierte murine AVF Modell eine einfache Methode zur intraluminale Medikamentenabgabe an den venösen Schenkel der Fistel durchgeführt werden.

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Protocol

Die Genehmigung durch die entsprechende Institutional Animal Care und Use Committee erhalten.

1. Anästhesie und präoperative Verfahren

  1. Anesthetize männlichen C57Bl / 6 Eis im Alter von 8 Wochen mit verdampfte 3% Isofluran und 0,8 l / min Sauerstoff in eine Acrylinduktionskammer verabreicht.
  2. Bestätigen ausreichende Anästhesie durch den Mangel an Reaktion auf Zehe Prise. 3% Isofluran durch kontinuierliche Inhalation - Bewegen Sie die Maus in Rückenlage auf dem Operationstisch und positionieren, um eine Silikonmaske zu liefern 2 verdampft.
  3. Entfernen ventralen Haare vom Hals zum Unterbauch eine chemische Enthaarungscreme verwenden.
  4. Führen Sie Doppler - Ultraschall - Untersuchung vor der AVF Chirurgie Baseline - Charakteristika der arteriellen und venösen Rückstrom und Gefäßdurchmesser in den Bereichen von Interesse zu erfassen. 1,2
  5. Bringen Sie eine 1-ml-Spritze mit einer 25 G-Nadel und laden Sie die Spritze mit dem gewünschten Medikament. Biegung der Nadel zu einem Winkel von 60 Grad ungefähr 4 mm von der Notwendigkeitle Spitze. Fassen Sie die 25 G-Nadel mit einem gebogenen Nadelhalter.

2. Operative Verfahren

  1. Bereiten Sie die Inzisionsstelle mit einem Antiseptikum und ein Operationstuch anwenden. Verwenden Sie sterile Handschuhe und Instrumente zur aseptischen Bedingungen in der gesamten Operation erhalten.
  2. Machen Sie eine Mittellinie Bauchschnitt mit einem Skalpell aus dem Niveau der unteren Leberrand erstreckt, knapp über dem Schambein.
  3. Legen Sie eine Aufroller und ausweiden alle Eingeweide aus der Bauchhöhle zur rechten Seite. Wickeln Sie die Eingeweide in Gaze, getränkt mit Kochsalzlösung. Präparieren Sie die Membran, die die retro-Peritoneum verbindet und unteren Kolon vollen Blick auf die Aorta und IVC zu erhalten.
  4. Präparieren Sie die infra-renalen Aorta und IVC aus den umliegenden Geweben, die Vorbereitung für proximale und distale Klemm.
  5. Legen Sie eine einzelne Mikroclip über beide proximalen Aorta und dem proximalen IVC auf der Ebene direkt unterhalb der linken Nierenvene. Legen Sie eine zweite Mikroclip über beide distal Aorta und das distale IVC.
  6. Fassen des Bindegewebes die Aorta umgibt und medial zu drehen , so dass die Rückenfläche der Aorta leicht für den arteriellen Einstich ausgesetzt ist, wie zuvor beschrieben. 1
  7. Schnell die Einstichstelle aus. Die Punktionsstelle wird von der linken Nierenvene zur Aortenbifurkation am kaudalen Aspekt der Gefäße, etwa drei Viertel des Abstandes sein. Halten Sie die Aorta in einer gedrehten Position mit der linken Hand, sezieren die linke seitliche Rand der Aorta, so dass es genügend Belichtung ist Einstich mit der rechten Hand zu ermöglichen. Achten Sie darauf, nicht zwischen der Aorta und der IVC zu sezieren.
  8. Pflegen Sie die Aorta in einer gedrehten Position und durchstechen die Aorta durch in die IVC unter Verwendung einer 25 G-Nadel mit einem daran befestigten 1 ml Spritze mit Wirkstofflösung. (1A)
  9. Infuse die Wirkstofflösung (100-200 ul) mit der linken Hand. Die Nadel kann durch die erweiterte und dünn zu sehenIVC Wand , wenn die transparente Arzneimittellösung aus dem IVC (1B, C) ​​das venöse Blut verdrängt. Bleiben Sie ruhig und die Nadel in Position für 15 Minuten aufrechtzuerhalten.
  10. Entfernen Sie die distale Mikrochirurgie Clip zu de-Klemme nur die distale Aorta und das distale IVC.
  11. Entfernen Sie die Nadel und dann bedecken Sie die Einstichstelle der Aorta durch benachbarte retroperitonealen Gewebe nach oben ziehen.
  12. Entfernen Sie den proximalen Mikrochirurgie Clip zu de-klemmen die proximale Aorta und den proximalen IVC. Bei der De-Klemm wird arterielle Blut in den IVC beobachtet fließt, anstatt dunkel venösen Blutfluss. Halten Sie das Einstichloch für 1 min abdecken.
  13. Nach der Bestätigung der Hämostase durch Beobachtung für 30 Sekunden ohne Kompression, kehren die Därme in ihre natürliche Position und schließen Sie den Bauch mit einem fortlaufenden Naht nach Ihren zugelassenen Tier Protokoll.

3. Post-operative Verfahren

  1. Nach dem Schließen des Bauches, beenden anesthesia. Bewerben postoperative Pflege einschließlich Analgesie und Wundversorgung in Übereinstimmung mit den Anweisungen von der Institutional Animal Care und Use Committee empfohlen. Analgesieprüfung verwenden wir Buprenorphin bei 0,1 mg / kg intrasmuscularly alle 12 h für 24 Stunden, die chirurgische Verfahren folgende.
  2. Am ersten Tag nach der Operation durchführen Doppler-Ultraschall-Durchgängigkeit des AVF zu bestätigen. Darüber hinaus messen die anderen Behälter und Fließeigenschaften seriell und für Änderungen von der präoperativen Ausgangswerten zu vergleichen. 1,2

Abbildung 1
Zeige intraluminale Lieferung bei AVF Chirurgie Abbildung 1. (A) Operative Foto. Klemmen Sie den proximalen und distalen Aorta sowie die IVC von Mikrochirurgie Clips anwenden. Die Punktion der Aorta durch in die IVC unter Verwendung einer 25 G - Nadel mit angebrachtem Spritze mit Wirkstofflösung. (B) Ein Higihre Leistung Bild (4-fache Vergrößerung) des punktierten IVC vor der Infusion. Die Nadelspitze wird durch dunkel gefärbte venösem Blut verdeckt. Gelbe Pfeile bezeichnen die Wand-zu-Wand - Durchmesser des IVC. (C) eine höhere Leistung Bild (4 - fache Vergrößerung) des punktierten IVC nach der Infusion. Die Nadelspitze (schwarzer Pfeil) durch die sanft aufgetrieben und dünne IVC Wand (gelbe Pfeile) als die transparente Arzneimittellösung verdrängt das venöse Blut zu sehen.

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Representative Results

In einer Serie von 33 Mäusen, Überleben am ersten postoperativen Tag betrug 97,0%; AVF Durchgängigkeit, wie durch Ultraschall bestimmt wurde, betrug 84,9%.

Gene Transduktionswirksamkeit dieser endovaskulären Lieferweg mit der traditionellen externen Route verglichen. Zur intraluminalen Liefer (ILD), unmittelbar nach der Punktion 200 ul Adenovirus-GFP (Ad-GFP) Vektor - Lösung (1 × 10 9 PFU / ml) wurde über die Punktionsnadel, gefolgt von 15 min Inkubationszeit in die IVC infundiert . Kontrollmäuse erhielten Adventitia delivery (AD) von Ad-GFP (1 × 10 9 PFU / ml) in die IVC Pluronic - Gel verwendet wird . Proben wurden bei 24 h nach der Exposition gegenüber Adenovirusvektoren explantiert. Expression von GFP in der IVC Wand und die Fistel wurde durch en-face Beobachtung aus der Intima durch Fluoreszenzmikroskopie untersucht sowie eine histologische Untersuchung in Abschnitte unter Verwendung eines anti-GFPAntikörper.

En zeigte Gesicht Beobachtung stärkere Expression von GFP in der IVC Wand in den mit ILD - behandelten Mäusen im Vergleich mit AD, mit charakteristischen Augmentation um die Fistel bei 24 Stunden (Abbildung 2A). GFP-Expression war in beiden Gruppen persistent bei 72 h nach der Transfektion (Daten nicht gezeigt). Die histologische Analyse mit anti-GFP-Antikörper zeigte robuster und ortsspezifische GFP-Expression in der Intima der IVC in den Mäusen mit ILD behandelt wurden, verglichen mit AD. (2B). Um diese Ergebnisse, Infranieren IVCs behandelt mit Adenovirus-GFP von AD oder ILD bestätigt wurden für Western-Blot geerntet. GFP-Protein-Expression war ausreichend für den Nachweis erst nach ILD, was darauf hindeutet, überlegen viralen Medikamentenabgabe an die IVC Wand über die intraluminale Strecke bei 24 Stunden nach der Transfektion.

Figur 2
Abbildung 2. Die Lieferung von Adenovirus-GFP an die AVF Lumen Verbessert GFP - Expression. (A) Repräsentative Immunofluoreszenz zeigt en face Ansicht des AVF Endothel (24 h) in Mäusen , die Adenovirus-GFP durch adventitiellen Lieferung angewendet (oben) oder durch intraluminale Lieferung (unten). Bar gibt 25 & mgr; m. (B) Repräsentative Immunofluoreszenz zeigt Abschnitte des AVF Endothel (24 h) in Mäusen , die Adenovirus-GFP angewendet durch adventitiellen Lieferung (oben) oder durch intraluminale Lieferung (unten). * Bezeichnet Lumen des IVC; Balken zeigt an 25 & mgr; m. (C) Repräsentative Western - Blot - Nachweis von GFP in AVF mit Adenovirus-GFP behandelt zeigt über die Adventitia oder intraluminale Strecke angewendet.

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Discussion

Diese Modifikation des murinen AVF Modell enthält intraluminal Arzneimittelabgabe an das venöse Endothel zum Zeitpunkt der AVF-Erstellung. Ein AVF wurde durch Punktierung der infra-renalen Aorta mit einer 25 G-Nadel und zur Verlängerung der Einstich durch die gegenüberliegende Aortenwand in die IVC, gefolgt von Injektion von Arzneimittellösung durch die gleiche Nadel geschaffen. Die Lösung wird beibehalten inner caval, dh., Im venösen Schenkel des AVF, bis de-Klemm. Was unterscheidet dieses Modell von anderen murinen AVF Modelle 17-19 ist das Fehlen von Nähten oder Klebstoffe , die Stenose, akute Thrombose verursachen, und eine mögliche Störung Genanalyse. Die Fähigkeit, die gleiche Nadel zu verwenden, die die Aorta und IVC durchbohrt, um die AVF schaffen, um auch Medikamente zu den AVF Lumen ermöglicht mit minimalem Gefäß Manipulation einfacher Lieferung liefern.

Es gibt einige wichtige Schritte und Punkte, die Erfolgsrate und Konsistenz des Verfahrens zu verbessern. Die Öffentlichkeitsarbeitoximal Klemme der Aorta und der IVC wird unter der linken Nierenvene platziert. Wenn es große lumbalen Venen im oberen Teil des infra-renale IVC, dann Modifikation der Klemmstelle auf unter diesen Behältern wird empfohlen ohne Verdünnung effiziente Inkubation von Arzneimittel zu ermöglichen, indem retrograden von lumbalen Venen Rückblutung. Das distale Klemme der Aorta und der IVC wird auf der Ebene der iliakalen Bifurkation angeordnet ist, daß sie nicht mit dem Nadeleinstich der distalen Aorta und der IVC stören können. die 25 G-Nadel Holding mit einer gekrümmten Nadelhalter ermöglicht eine optimale Richtung der Nadel während der Gefäßpunktion. Hämostase wird durch Abdecken des arteriellen Eintrittsloch mit dem benachbarten Retro-Peritoneum erreicht. Besondere Aufmerksamkeit wird vorsichtig Kompression bereitzustellen , während AVF Okklusion vermieden und Thrombose , wie zuvor beschrieben. 1

Die Entwicklung von Gentransfer-Technologie bietet die Möglichkeit, chirurgische Ergebnisse auf der molekularen Ebene zu ändern. Berichte beschreiben intraluminal Genübertragung auf eine Vene haben sich hauptsächlich auf die gezielte Behandlung von Venentransplantatversagen konzentriert. Im Gegensatz dazu ermöglicht dieses Modell zur Arzneimittelabgabe zur Modulation der AVF Reifung. Die Vorteile dieses Modells sind die Verwendung eines Mausmodells ermöglicht Untersuchung der Maus genetischen Stämme variiert. Darüber hinaus ist eine 15-min intraluminale Belichtungs Protokoll leicht übertragbar auf klinische intraoperativen Einstellungen und helfen peri-prozedurale Interventionen beurteilen können juxta-Anastomosenstenose, die häufig erschwert menschliche AVF Operation zu verhindern. Aus diesen anfänglichen Ergebnisse zeigen wir, dass dieses Verfahren die ortsspezifische Genexpression innerhalb des Endothels im Vergleich zu der traditionellen externen Route ergibt.

Eine potentielle Beschränkung dieser Studie ist die Wirkung der variablen Distension Druck auf den IVC. Die Isolierung des IVC - Segment ist in diesem Mausmodell nicht perfekt, dh., Seitenäste (Lendenwirbel Venen) nicht abgebunden. Daher ist es schwierig, genau zu maintain ein einheitliches Niveau der Aufblähung Druck während der Inkubation. Obwohl die IVC sanft durch manuelle Infusion aufgetrieben wird, höhere Dehnungsdruck verursachen können Neointimalhyperplasie 20,21 und direkte Zellen der glatten Muskulatur Schäden, 11 Störungen bei der Analyse führt. Es ist auch schwierig, vollständig die Effizienz der Medikamentenabgabe quantifizieren, da einige Arzneimittel kann während der Lieferung durch die Lenden Venen, sowie nach Entfernen Klammer durch das proximale IVC und möglicherweise durch die AVF in die Aorta verloren. Schließlich ermöglicht es dieses Verfahren ein Teil des Arzneimittels nach der systemisch Klemm Entnahme freigegeben zu werden; Evakuieren des Arzneimittels und Spülen der Website könnte systemische Freisetzung verhindern, aber eine Quantifizierung des Grads der Arzneimittel Auswaschen müssten bestätigt werden.

Abschließend ist diese technische Modifikation der murinen AVF Modell relativ einfach und reproduzierbar und ermöglicht endothelialen Arzneimittelabgabe an die Maus AVF gezielt. intraluminale inSpritz- zum Zeitpunkt der AVF Schöpfung ist technisch machbar und die virale Genexpression im Endothel im Vergleich zu adventitiellen Lieferung erfolgreich verbessern können. Dieses AVF-Drug-Delivery-Modell wird eine nützliche Modalität nicht nur für die Präparation der Mechanismen sein, die venöse AVF Glied Reifung regulieren, sondern auch für die therapeutische Modulation der AVF Reifung.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pluronic F-127 Sigma-Aldrich P2443-250G Used as 30% solution in d-water
GFP antibody NOVUS BIOLOGICALS INC NB100-1770
Ad-CMV-GFP VECTOR BIOLABS 1060
0.9% Sodium Chloride Irrigation, USP Baxter 2F7122
BD PrecisionGlide Needle 25 G x 5/8 BD 305122
BD 1 ml Syringe Tuberculin Slip Tip BD 309659
Scalpel Surgical Design Inc 22079707
6-0 ETHILON P-1 11 mm 3/8c Reverse Cutting ETHICON INC 697G
Vevo 770 ultrasound machine  Visualsonics  20 - 60 Mhz scan head; RMV-704
Vascular clamp  Roboz Surgical Instrument Co. RS-5424
Clamp applying forceps  Roboz Surgical Instrument Co. RS-5410

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References

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Medizin Heft 109 vaskuläre Biologie Medizin arteriovenöse Fistel Aorta untere Hohlvene aorto-Kava-Fistel Maus Tiermodell Arzneimittelabgabe chirurgische Techniken
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Hashimoto, T., Yamamoto, K., Foster, More

Hashimoto, T., Yamamoto, K., Foster, T., Bai, H., Shigematsu, K., Dardik, A. Intraluminal Drug Delivery to the Mouse Arteriovenous Fistula Endothelium. J. Vis. Exp. (109), e53905, doi:10.3791/53905 (2016).

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