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Bioengineering

Ein neues Ex Vivo Modell für die Bewertung der endoskopischen Submucosal Einspritzung Materialverhalten

doi: 10.3791/58029 Published: October 19, 2018

Summary

Wir entwickelten ein neues ex-Vivo -Modell, das Konstanten Spannung für das Schwein Magen Exemplar gilt. Diese Entwicklung machte es möglich, die Leistung (die Höhe und Dauer der submucosal Erhebung) der verschiedenen SIMs genau zu bewerten.  Die detaillierte Setup-Methode dieses neuen Modells wird erklärt.

Abstract

Steigerung der Leistung von submucosal Einspritzung Materialien (SIMs) ist wichtig für die endoskopische Therapie von frühen Magen-Darm-Krebs. Es ist wichtig, eine ex-Vivo -Modell zu etablieren, die SIM-Leistung genau auswerten können, für die Entwicklung von Hochleistungs-SIMs. In unserem vorangegangenen Studie entwickelten wir ein neues ex-Vivo -Modell, das verwendet werden kann, um die Leistung der verschiedenen SIMs im Detail bewerten indem Konstante Spannung auf die Probe endet. Wir bestätigen auch, dass das vorgeschlagene neue Ex Vivo Modell genaue submucosal Höhe (SEH) Höhenmessung unter einheitlichen Bedingungen und detaillierte Vergleiche der Leistungen der verschiedenen Arten von SIMs ermöglicht. Hier beschreiben wir die neue ex Vivo Modell und die detaillierte Setup-Methode dieses Modells zu erklären. Da alle Teile des neuen Modells leicht zu beschaffen waren, konnte die Einrichtung des neuen Modells schnell abgeschlossen werden. SEH von verschiedenen SIMs kann genauer gemessen werden, mithilfe des neuen Modells. Der kritische Faktor, der bestimmt, SIM-Leistung kann mit dem neuen Modell identifiziert werden. SIM-Entwicklungs-Geschwindigkeit wird drastisch erhöhen, nachdem der Faktor identifiziert wurde.

Introduction

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Endoskopische submucosal Dissektion (ESD) und endoskopische Mukosa-Resektion (EMR) sind derzeit üblichen Behandlungen für Magen-Darm-Krebs im frühen Stadium1,2. Injektion einer submucosal Injektionsmaterial (SIM) in die Submukosa ist einer der wichtigsten Schritte für die EMR und ESD-Verfahren2,3. Submucosal Höhenlage und Wartung der submucosal Höhe sind entscheidende Kriterien für die sichere Durchführung von EMR/ESD.

Obwohl normale Kochsalzlösung (NS) seit der Erfindung der endoskopischen Therapie4,5, Natrium Hyaloronsäure (HA) als eine SIM-Karte verwendet wurde als eine Behandlung in den letzten Jahren6,7eingeführt wurde. HA wurde weithin als eine überlegene SIM wegen seiner hohen Leistung8,9,10,11endoskopische Behandlungen verwendet. Derzeit ein Leistungsvergleich zwischen den vorhandenen SIMs wurde durchgeführt und Hochleistungs-SIMs wurden entwickelt, um eine weitere überragende SIM-5,12,13,14zu identifizieren, 15,16,17,18.

Ein Schwein Magen Exemplar mit ex-Vivo -Modell wurde verwendet, um SIM-Leistung zu bewerten ist die Schätzung der SIM-Leistung in den menschlichen Magen-Darm-Trakt sehr schwierig19,20,21 , 22. jedoch dieses konventionellen ex Vivo Modell ist extrem einfach, und hat den Spielraum für Verbesserungen. Reproduktion einer Umgebung näher zu den menschlichen Magen-Darm-Schleimhaut ermöglicht genaue Auswertung des SIM-Leistung.

In unserem vorangegangenen Studie entwickelten wir ein neues ex-Vivo -Modell, das verwendet werden kann, um die Leistung der verschiedenen SIMs im Detail bewerten indem Konstante Spannung auf die Probe endet. Wir bestätigen auch, dass das vorgeschlagene neue Ex Vivo Modell ermöglicht genaue SHE Messung unter einheitlichen Bedingungen und einen detaillierten Vergleich der Leistungen verschiedener SIMs23.

In dieser Studie präsentieren wir Ihnen einen kompletten Auftritt des neuen ex Vivo Modell, und die detaillierte Setup-Methodik des neuen ex Vivo Modell wird ausführlich mit Videos und Abbildungen. Das neue ex-Vivo -Modell besteht aus Teilen, die leicht zugänglich sind und schnell aufstellbar. Beschreibungen der detaillierte Setup Methode trägt zur Verbreitung des neuen Modells.

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Protocol

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Das folgende Protokoll folgt die Tierbetreuung Richtlinien des Kyoto Prefectural University of Medicine.

1. Vorbereitung der Proben mit einem Schwein Magen

Hinweis: Der erste Schritt ist zur Vorbereitung von Proben in der ex-Vivo -Modell (Abbildung 1) verwendet werden. Die Dicke der porcinen Magen Wand variiert in verschiedenen Bereichen des Magens. Verwenden Sie das obere Drittel des porcinen Magens, die den menschlichen Magen relativ ähnlich ist. Schließen Sie aus, unangemessene Exemplare wo submucosal Höhe nicht durch Fibrose gefunden wird.

  1. Schneiden Sie Magen-Proben in Quadrate mit den ungefähren Maßen von 6 × 6 cm.
  2. Speichern Sie die Magen-Proben sofort bei einer Temperatur von-30 ° C.
  3. Tauen Sie gefrorene Magen Proben direkt vor das Messverfahren Sicherstellung einheitlicher Messbedingungen.

2. detaillierte Setup Methodik eine neue Ex Vivo Modell

Hinweis: Streck die aufgetauten Probe auf einem Brett auf zwei verschiedene Arten. Im konventionellen ex Vivo Modell Befestigen der Probekörpers mit Pins (Abbildung 1A)19,20,21,22. Auf der anderen Seite in das neue Modell ex Vivo beheben Sie oder Strecken Sie beide Enden des Prüfkörpers mit Clips, eine Konstante Spannung (Abbildung 1 b, C) zu produzieren. Alle Teile des neuen Modells sind leicht zu beschaffen, und die Einrichtung des neuen Modells kann schnell erfolgen (Abbildung 2). Das Verfahren des neuen Modells ist wie folgt (Abb. 3):

  1. Der Edelstahl-Clip und die zentrale Leitung und die S-förmige Haken (Abbildung 3A) anschließen.
  2. Verbinden Sie den Draht und die S-förmige Haken und das Gewicht (Abb. 3A).
  3. Schließen Sie den Haken an das andere Ende des Drahtes. Eine Zugvorrichtung ist in den oben beschriebenen Prozess (Abb. 3 b) abgeschlossen.
  4. Befestigen Sie die Riemenscheiben (Abb. 2 b) an beiden Enden des Sockels (Abbildung 3).
  5. Stellen Sie die Gummiplatte (6 x 6 cm) auf die Mitte des Sockels (Abbildung 3).
  6. Legen Sie die Magen-Probe auf die Gummiplatte und Prise, die Probe mit dem Clip der Zugvorrichtung endet.
  7. Hängen Sie das Gewicht durch die Riemenscheibe (beidseitig). Dabei kann konstanter Spannung auf der Probe (Abbildung 4) angewendet werden.
  8. Starten Sie die Messung der SEH, weil nach die Einrichtung des neuen Modells komplett fertig (siehe Schritt 3 unten).

3. Bewertung der SIM-Performance

Hinweis: In dieser Studie verwendeten wir normale Kochsalzlösung (NS) und 0,4 % Natrium Hyaloronsäure (HA) als SIMs getestet werden, und SEH die zwei Sims zu messen. Drei unabhängige Messungen werden durchgeführt. Die gewonnenen Daten sind als Mittelwert und Standardabweichung (S.D.) ausgedrückt. Statistische Auswertung erfolgte mit Hilfe der statistischen Analysesoftware (GraphPad Prism 7). Wir analysieren kontinuierliche Variablen (SEH) mit der Student t-Test und die Größen mit P < 0,05 erhebliche galten. Die Messung der SEH ist wie folgt (Abb. 5).

  1. Durchführen Sie Nullpunkt-Abgleich des Messgeräts Höhe, basierend auf der Höhe der Schleimhaut vor einem Eingriff submucosal Höhe. Durchführen Sie Nullpunkt-Abgleich im Detail durch Drücken der PRESET- Taste nach der Fixierung der Körner auf dem Höhepunkt der Schleimhautoberfläche.
  2. Injizieren Sie 2,0 mL der jeweiligen Lösung horizontal in der Submukosa aus der Probe Margen mit einem 2,5 mL Spritze und 23-Gauge-Nadel, um eine submucosal Höhe durchführen (Abb. 5A-C).
  3. Maßnahme SEH prompt mit einer digitalen Höhe Gage bei 0, 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 17.5, 20, 30, 45 und 60 min nach der Injektion (Abbildung 5). Notieren Sie im Detail die Höhe auf der Höhe Messgerät angezeigt, wenn die Körner an die Spitze der submucosal Höhe fixieren.
  4. Durchführen Sie drei unabhängige Messungen, und drücken Sie die erzielten Ergebnisse als Mittelwert und Standardabweichung.
  5. Analysieren Sie die gewonnenen Daten mittels geeigneter statistischen Software und bewerten Sie die Leistung von SIMs (zwischen jede SIM kann die Leistung verglichen werden.)

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Representative Results

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SEH wurde im Laufe der Zeit in der neuen ex Vivo Modell oder konventionellen ex Vivo Modell gemessen. Die Werte der SEH (NS) gemessen mit dem herkömmlichen Modell [NS injiziert wurde, in der Submukosa der Probe mit Stiften (0.0 N) behoben] waren 5,7 mm (0 min.), 3,6 mm (5 min), 3,0 mm (10 min) und 2,2 mm (30 min). Auf diese Weise verringert sich die Werte der SEH mit zunehmender Post Einspritzzeit. Eine ähnliche Analyse erfolgte mittels 0,4 % HA statt NS. Die Werte der SEH (0,4 % HA) wurden 6,5 mm (0 min.), 5,2 mm (5 min), 4,8 mm (10 min) und 4,1 mm (30 min). Die daraus resultierende SEHs von 0,4 % HA waren höher als die der NS unabhängig von der Post Einspritzzeit. Die SEHs (NS und 0,4 % HA) unter Verwendung der herkömmlichen (in Abwesenheit der angewandten Spannung) ausgestellt relativ große Modellvarianten (das heißt, ihre Standardabweichungen waren hoch) (Abb. 6A).

Als nächstes wurden die Werte der SEH (NS) gemessen mit dem herkömmlichen Modell [NS war in der Submukosa der Probe gestreckt auf eine Konstante Spannung (1,5 N) injiziert] 4,8 mm (0 min.), 3,0 mm (5 min), 2,4 mm (10 min), und 1,8 mm (30 min). Wenn die Spannung bis 3,0 N unter den gleichen Bedingungen erhöht wurde, wurden die Werte der SEH (NS) 4,5 mm (0 min.), 2, 3 mm (5 min), 1, 5 mm (10 min) und 1,3 mm (30 min). Die SEH bei verschiedenen Post einspritzzeiten sank mit zunehmender Spannung gemessen. Die SEHs erhalten mit dem neuen Modell ausgestellt kleine Variationen (das heißt, ihre Standardabweichungen waren niedrig) (Abb. 6 b, C).

Für die Bewertung der Beziehung zwischen SEH und Spannung auf die Probe, verglichen wir SEH bei verschiedenen Spannungen gemessen (0,0-3,0 N). In die Analyse mit dem neuen Modell, das bezogen auf eine Spannung von 3,0 N SEH lag deutlich unter der SEH erhalten bei einer Spannung von 1,5 N (in allen Fällen war die Bedingung P < 0,001 zufrieden). Im Gegensatz dazu da Standardabweichungen der SEHs erhalten mit dem herkömmlichen Modell (0.0 N) hoch waren, gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen SEHs unter Verwendung der herkömmlichen (0.0 N) und das neue Modell (1,5 N) (Abbildung 6, E).

Figure 1
Abbildung 1. Neue ex Vivo Modell und konventionellen ex Vivo Modell. Im konventionellen ex Vivo Modell porcinen Probe wurde mit Stiften (A)behoben. Auf der anderen Seite wurden im neuen ex Vivo Modell, beide Enden des Prüfkörpers mit Clips, produzieren eine Konstante Spannung (B)gestreckt. Dieses Modell kann mit einem Gewicht gleichmäßig gespannt werden, und die Spannung kann durch eine Änderung des Gewichts (C)arrangiert werden. Jede SIM-Karte wurde in der Submukosa der Probe führt zu submucosal Höhe (D)injiziert. Diese Zahl wurde von Hirose Et Al. modifiziert 23. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: Alle Teile für das neue Modell. Das neue ex-Vivo -Modell besteht aus Teilen, die leicht zugänglich sind. Alle Teile für das neue ex-Vivo -Modell verwendet: (a) ca. 50-300 g Gewichte (das Gewicht kann entsprechend abhängig von der angewandten Spannung geändert werden); (b) feste Art Umlenkrolle mit Riemenscheibe Durchmesser von 25 mm; (c) Edelstahl-Draht mit einem Durchmesser von 0,45 mm; (d) -Edelstahl-Clip Breite 147 mm; (e) wichtige Draht aus nichtrostendem Stahl mit einer Länge von 12 cm; (f) aus rostfreiem Stahl S förmigen Haken; (g) abschließbar Edelstahl s-förmige Haken. (Diese Abbildung wurde von Hirose Et Al. modifiziert 23). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3. Die detaillierte Setup-Methode des neuen ex Vivo Modell. Das neue ex-Vivo -Modell kann schnell eingerichtet werden. (A) Connect Edelstahlclip (Abb. 2d) und den wichtigsten Draht (Abb. 2e) und die S förmigen Haken (Abbildung 2 g). Schließen Sie als nächstes den Draht (Abbildung 2 c), die S-förmige Haken (Abb. 2f) und das Gewicht (Abbildung 2a). (B) schließlich, schließen Sie den Haken (Abbildung 2 g) an das andere Ende des Drahtes (Abbildung 2 c). Eine Zugvorrichtung ist in den oben beschriebenen Prozess abgeschlossen. Befestigen Sie (C) die Riemenscheiben (Abb. 2 b) an beiden Enden des Sockels [rechteckiger Holzsockel (45 x 60 cm) für die Montage des Modells]. Dann geben Sie die Gummiplatte (6 x 6 cm) auf der Mitte der Basis. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4. Die vollständige Darstellung des neuen ex Vivo Modell. Genaue Messung der SEH durchgeführt werden kann. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5. Das Messverfahren mithilfe des neuen ex-Vivo -Modells. Um SIM-Leistung zu bewerten, wurde das Ausmaß der SEH durch eine digitale Höhe Gage (A)gemessen. Mit einer 2,5-mL-Spritze mit einer 23-Gauge-Nadel, wurde jede SIM 2,0 mL in der Submukosa von den Rändern der Probe erstelle ich eine submucosal Höhe (B, C)injiziert. Digitalen Höhe Gage wurde verwendet, um die Höhe der submucosal Höhe Messen (zB., die Werte der SEH) (D). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 6
Abbildung 6. Messung der SEH mit der neuen oder konventionellen Modell. Nach der Injektion von NS oder 0,4 % HA in der Submukosa der Probe mit Pins (0.0 N) (A) fixiert oder gestreckt auf eine Konstante Spannung (1,5 N oder N 3.0) wurde (B, C), SEH anhand der Höhe Gage. Als nächstes verglichen wir die Werte der SEH gemessen bei unterschiedlichen Spannungen (0,0, 1,5 und 3,0 N) nach der submucosal Injektion von NS (D) oder 0,4 % HA (E). Daten sind als Mittelwert ± S.D. von mehr als drei unabhängigen Experimenten ausgedrückt. (Diese Abbildung wurde von Hirose Et Al. modifiziert 23) Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

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Schweine Magen verwendet für das neue Modell sollte sofort nach der Resektion in der Tiefkühltruhe gelagert werden und innerhalb weniger Monate nach dem Einfrieren, da die Frische des Magens Schweinegrippe wichtig für SEH-Messung verwendet werden. (Wir SEH mit eingefroren und aufgetaut Magen Proben gemessen, und bestätigte, dass es keinen Unterschied im Ergebnis der SEH-Messung)

Die Qualität der Magen Exemplare wird stark beeinflusst durch die individuellen Unterschiede von porcinen Mägen. Daher empfiehlt es sich, offensichtlich Dicke Proben oder Proben mit vielen Falten vor der Messung auszuschließen. Darüber hinaus möglicherweise einige Exemplare unangemessen Exemplare für SEH-Messung durch Fibrose. Es wird empfohlen, die unangemessene Exemplare ausschließen wo submucosal Höhe nicht durch Fibrose gefunden wird.

Da der verdauungsfördernden Fläche durch endoskopische Behandlung erweitert wird, ist etwas Spannung auf die Magen-Darm-Schleimhaut angewendet. Es zeigte sich, dass SIM-Leistung (ausgewertet durch die Messung der Werte der SEH) mit Erhöhung der Werte von Spannung an die Exemplare verringert. Die Spannung war daher ein wichtiger Faktor der SIM Performance (i.e., die Werte der SEH)23. Die Anwendung der Spannung von 1,5-3,0 N reproduzieren kann eine Umgebung näher zu den menschlichen Magen-Darm-Schleimhaut. Eine Einschränkung dieser Methode ist jedoch, dass der Unterschied der Probe für die Analyse der optimale Spannung abhängen kann.

Im konventionellen Modell da die Spannung auf angewendet jeder Probe variiert je nach dem Grad der Fixierung der Probe, die Variationen der gemessenen SEH sind groß (entsprechen den hohen Standardabweichungen der SEH). Diese hohen Standardabweichungen erschweren daher jeder SEH im Detail zu vergleichen und statistische Analysen durchführen. Auf der anderen Seite durch kleine Variationen der SEH in das neue Modell gemessen, SIM-Leistung verglichen werden kann genau ex Vivo und präzise statistische Analyse wird durchgeführt.

Zusammenfassend, ermöglicht das neue ex Vivo Modell SEH Messgenauigkeit und detaillierten Vergleich der SIM-Leistung. Beschreibungen der detaillierte Setup-Methode werden die Verbreitung des neuen Modells und der Entwicklung von High-Performance-Materialien beitragen.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde durch Kyoto-Innovative Medical Technology Research & Development-Support-System und durch die Translational-Research-Programm unterstützt; Strategischen Förderung für die praktische Anwendung der innovativen Medizintechnik (TR-SPRINT) aus Japan Agency für medizinische Forschung und Entwicklung (AMED).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
weight (153.1 g)
fixed type pulley H.H.H. MANUFACTURING VS25
stainless steel wire with a diameter of 0.45 mm Nissa Chain Cut wire Y-5
stainless steel clip of width 147 mm KOKUYO none
stainless steel key wire with a length of 12 cm Nissa Chain P-702
stainless steel S shaped hook TRUSCO NAKAYAMA TCS1.2
lockable stainless steel S-shaped hook Mizumoto Machine Mfg B2054
rectangular wooden base (45 x 60 cm) none none
rubber plate (5 x 5 cm) none none
digital height gage Mitutoyo HDS-20C
2.5-mL syringe Terumo SS-02SZ
23-gauge needle Terumo NN-2332R
MucoUp Boston Scientific none 0.4% sodium hyaluronate (HA)
saline (20 mL) Otsuka Pharmaceutical none normal saline (NS)
GraphPad Prism 7 software GraphPad Inc none

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References

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Ein neues <em>Ex Vivo</em> Modell für die Bewertung der endoskopischen Submucosal Einspritzung Materialverhalten
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Hirose, R., Daidoji, T., Naito, Y., Dohi, O., Yoshida, N., Yasuda, H., Konishi, H., Nakaya, T., Itoh, Y. A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance. J. Vis. Exp. (140), e58029, doi:10.3791/58029 (2018).More

Hirose, R., Daidoji, T., Naito, Y., Dohi, O., Yoshida, N., Yasuda, H., Konishi, H., Nakaya, T., Itoh, Y. A New Ex Vivo Model for the Evaluation of Endoscopic Submucosal Injection Material Performance. J. Vis. Exp. (140), e58029, doi:10.3791/58029 (2018).

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