Login processing...

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

Bioengineering

En ny Ex Vivo -modell för utvärdering av endoskopisk submukosala injektion Material prestanda

doi: 10.3791/58029 Published: October 19, 2018

Summary

Vi utvecklat en ny ex vivo -modell som gäller konstant spänning svin gastric preparatet. Denna utveckling gjorde det möjligt att utvärdera (höjd och längd submukosala höjden) olika SIMs korrekt.  Detaljerade inställningar metodiken för denna nya modell förklaras.

Abstract

Submukosala injektion material (SIMs) är viktigt för endoskopisk behandling av tidig tarmcancer. Det är nödvändigt att upprätta en ex vivo -modell som kan utvärdera SIM prestanda noggrant, för att utveckla högpresterande SIMs. I vår tidigare studie utvecklade vi en ny ex vivo -modell som kan användas för att utvärdera olika SIMs i detalj genom att konstant spänning på preparatets ändar. Vi bekräftade också att den föreslagna nya ex vivo modellen tillåter korrekt submukosala höjd höjd (SEH) mätning enligt enhetliga villkor och detaljerade jämförelser av föreställningarna av olika typer av SIMs. Här, vi beskriver den nya ex vivo modell och förklara metoden detaljerade inställningar av denna modell. Eftersom alla delar av den nya modellen var lätt att få, kunde installationen av den nya modellen slutföras snabbt. SEH av olika SIMs kunde mätas mer noggrant med hjälp av den nya modellen. Den kritiska faktorn som avgör SIM prestanda kan identifieras med hjälp av den nya modellen. SIM-utveckling hastigheten ökar drastiskt efter faktorn har identifierats.

Introduction

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

Både endoskopisk submukosala dissektion (ESD) och endoscopic mucosal resektion (EMR) är för närvarande vanliga behandlingar för tidigt mag-tarmcancer1,2. Injicera ett submukosala injektion material (SIM) i submucosa är en av de viktigaste stegen för både EMR och ESD förfaranden2,3. Hög submukosala höjd och underhåll av submukösa höjd är viktiga kriterier för att säkert genomföra EMR/ESD.

Även om vanlig koksaltlösning (NS) har använts som en SIM sedan uppfinningen av endoskopisk terapi4,5, Natriumhyaluronat (HA) infördes som en behandling i senaste åren6,7. HA blev flitigt i endoskopisk behandlingar som en överlägsen SIM på grund av dess höga prestanda8,9,10,11. För närvarande en prestanda jämförelse mellan befintliga SIMs genomfördes, och högpresterande SIMs har utvecklats för att identifiera en annan överlägsen SIM-5,12,13,14, 15,16,17,18.

Ex vivo modellen använder en svin magen förlaga har använts att utvärdera SIM prestanda, eftersom uppskattningen av SIM-prestanda i den mänskliga mag-tarmkanalen är mycket svårt19,20,21 , 22. men denna konventionella ex vivo -modell är extremt enkel och har utrymmet för förbättring. Reproducera en miljö närmare till mänskliga gastrointestinala slemhinnan kommer att möjliggöra noggrann utvärdering av SIM-prestanda.

I vår tidigare studie utvecklade vi en ny ex vivo -modell som kan användas för att utvärdera olika SIMs i detalj genom att konstant spänning på preparatets ändar. Vi bekräftade också att den föreslagna nya ex vivo -modellen, tillåter exakt hon mätning enligt enhetliga villkor och en detaljerad jämförelse av föreställningarna av olika typer av SIMs23.

I denna studie presenterar vi en komplett utseendet på den nya ex vivo -modellen, och den detaljerade inställningar metodiken i den nya ex vivo modellen förklaras i detalj med hjälp av videor och siffror. Den nya ex vivo -modellen består av delar som är lätt tillgängliga och snabbt kan inrättas. Beskrivningar av detaljerade inställningar metod kommer att bidra till spridning av den nya modellen.

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

Följande protokoll följer riktlinjerna för djurens vård av Kyoto Prefectural University of Medicine.

1. beredning av prover med en svin mage

Obs: Det första steget är att förbereda prover som skall användas i ex vivo -modellen (figur 1). Tjockleken på svin gastric väggen varierar i olika delar av magen. Använd den övre tredjedelen av svin magen, vilket är relativt lik mänsklig magen. Utesluta olämpliga exemplar där submukosala höjd inte hittas på grund av fibros.

  1. Skär gastric exemplar i rutor med ungefärliga mått 6 × 6 cm.
  2. Lagra de gastric exemplar omedelbart vid en temperatur på-30 ° C.
  3. Tina frysta gastric prover precis innan mätning för att säkerställa enhetlig mätning villkor.

2. detaljerade inställningar metodiken för en ny Ex Vivo -modell

Obs: Sträck ut tinade preparatet på ett bräde på två olika sätt. I den konventionella ex vivo modellen, fast preparatet med pins (figur 1A)19,20,21,22. Däremot, i den nya ex vivo modellen, fixa eller sträcka ut båda ändarna av preparatet med clips att producera en konstant spänning (figur 1B, C). Alla delar av den nya modellen är lätt att få, och installationen av den nya modellen kan slutföras snabbt (figur 2). Tillvägagångssättet av den nya modellen är följande (figur 3):

  1. Anslut det rostfria stål klippet och viktig tråd och S formad krok (figur 3A).
  2. Anslut kabeln och den S formad kroken och vikt (figur 3A).
  3. Anslut kroken till andra änden av kabeln. En draganordning slutförs i ovanstående process (figur 3B).
  4. Fixa blocken (figur 2b) i båda ändar av basen (figur 3 c).
  5. Placera gummi plattan (6 x 6 cm) i mitten av basen (figur 3 c).
  6. Placera gastric preparatet på gummiplatta och nypa preparatet avslutas med klipp av draganordningen.
  7. Hänga vikten genom remskivan (båda sidor). Konstant spänning kan därmed tillämpas med förlagan (figur 4).
  8. Starta mätningen av SEH, eftersom efter installationen av den nya modellen är helt klar (se steg 3 nedan).

3. utvärdering av SIM-prestanda

Obs: I denna studie använde vi vanlig koksaltlösning (NS) och 0,4% Natriumhyaluronat (HA) som simmar som ska testas, och mäta SEH av två SIMs. Tre oberoende mätningar utförs. De erhållna uppgifterna uttrycks som medelvärde och standardavvikelse (SD). Statistisk analys utfördes med hjälp av statistisk analys programvara (GraphPad Prism 7). Vi analyserade kontinuerliga variabler (SEH) med Students t-test, och storheter med P < 0.05 ansågs betydande. Mätning av SEH är följande (figur 5).

  1. Utföra noll-punkt justering av höjd mätaren, baserat på höjden av slemhinnan innan ett submukosala höjd förfarande. I detalj, utföra noll-punkt justering genom att trycka på PRESET -knappen efter fastställande av scriber på höjden av slemhinneepitel.
  2. Injicera 2,0 mL av varje lösning horisontellt i submucosa från preparatet marginalerna med ett 2,5-mL spruta och 23-gauge nål, för att utför en submukosala höjd (figur 5A-C).
  3. Mått SEH omgående med en digital höjd gage på 0, 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 17,5, 20, 30, 45 och 60 min efter injektionen (figur 5 d). I detalj, registrera höjden visas på höjd mätaren när de fastställer scriber till toppen av submukösa höjden.
  4. Utför tre oberoende mätningar och redovisa de erhållna resultaten som medelvärde och standardavvikelse.
  5. Analysera de erhållna uppgifterna med hjälp av lämplig statistisk programvara och utvärdera resultatet av SIMs (prestanda kan jämföras mellan varje SIM-kort.)

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

SEH mättes över tiden i den nya ex vivo modell eller konventionella ex vivo modell. Värdena av SEH (NS) mätt med den konventionella modellen [NS injicerades i submucosa av preparatet fast med pins (0,0 N)] var 5,7 mm (0 min), 3.6 mm (5 min), 3,0 mm (10 min), och 2,2 mm (30 min). På detta sätt minskade värdena för SEH med ökande post injektion tid. En liknande analys utfördes med 0,4% HA istället för NS. Värdena för SEH (0,4% HA) var 6,5 mm (0 min), 5,2 mm (5 min), 4,8 mm (10 min), och 4,1 mm (30 min). De resulterande SEHs på 0,4% HA var högre än de av NS oavsett post injektion. SEHs (NS och 0,4% HA) erhålls med de konventionella modellen (i frånvaro av tillämpad spänning) uppvisade relativt stora variationerna (med andra ord, deras standardavvikelser var hög) (figur 6A).

Nästa, värdena av SEH (NS) mätt med den konventionella modellen [NS injicerades i submucosa av preparatet utsträckt på en konstant spänning (1,5 N)] var 4,8 mm (0 min), 3,0 mm (5 min), 2.4 mm (10 min), och 1,8 mm (30 min). När spänningen ökades till 3.0 N på samma villkor, värdena av SEH (NS) var 4,5 mm (0 min), 2,3 mm (5 min), 1,5 mm (10 min), och 1,3 mm (30 min). SEH mätt på olika inlägg injektion gånger minskade med ökande spänning. De SEHs som erhållits med de nya modellen uppvisade små variationerna (med andra ord, deras standardavvikelser var låg) (figur 6B, C).

För att utvärdera förhållandet mellan SEH och spänning appliceras med förlagan, Vi jämförde SEH mäts vid olika spänningar (0,0-3,0 N). I analysen med den nya modellen, den SEH som erhålls vid en spänning av 3.0 N var betydligt lägre än den SEH som erhålls vid en spänning på 1,5 N (i alla fall den skick P < 0,001 var nöjd). Däremot eftersom standardavvikelser av SEHs som erhållits med den konventionella modellen (0,0 N) var höga, fanns det ingen signifikant skillnad mellan SEHs som erhållits med den konventionella (0,0 N) och den nya modellen (1,5 N) (figur 6 d, E).

Figure 1
Figur 1. Ny ex vivo och konventionella ex vivo modellen. i den konventionella ex vivo modellen, svin exemplaret var fast med stift (A). Däremot, i den nya ex vivo modellen, var båda ändarna av preparatet sträckt med clips för att producera en konstant spänning (B). Denna modell kan sträckas jämnt med hjälp av en vikt och spänningen kan ordnas genom att ändra viktningen (C). Varje SIM injicerades i submucosa av förlagan, leder till submukosala höjd (D). Denna siffra har ändrats från Hirose o.a. 23. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2. Alla delar som används för den nya modellen. Den nya ex vivo -modellen består av delar som är lätt tillgängliga. Alla delar som används för den nya ex vivo -modellen: (a) ca 50-300 g vikter (vikt kan ändras på lämpligt sätt beroende på den tillämpliga spänningen); (b) fast typ remskiva med trissa diameter på 25 mm. (c) tråd av rostfritt stål med en diameter på 0,45 mm; (d) rostfritt stål klipp bredd 147 mm; (e) nyckel tråd av rostfritt stål med en längd av 12 cm; (f) rostfritt stål S formad krok; (g) låsbar rostfritt stål S-formad krok. (Denna siffra har ändrats från Hirose o.a. 23). vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3. Metoden detaljerade inställningar för den nya ex vivo -modellen. Den nya ex vivo -modellen snabbt kan inrättas. (A) Anslut rostfritt stål klippet (figur 2d) och den centrala ledningen (figur 2e) och S formad krok (figur 2 g). Anslut kabeln (figur 2 c), S formad krok (figur 2f) och vikt (figur 2a). (B) Anslut slutligen kroken (figur 2 g) till den andra änden av kabeln (figur 2 c). En draganordning slutförs i ovanstående process. (C) fixa blocken (figur 2b) i båda ändar av basen [rektangulär trä bas (45 x 60 cm) för montering av modellen]. Placera gummi plattan (6 x 6 cm) i mitten av basen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4. Komplett utseendet på den nya ex vivo -modellen. Exakt mätning av SEH kan utföras. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5. Mätproceduren med hjälp av nya ex vivo -modellen. Utvärdera SIM prestanda, omfattningen av SEH mättes med en digital höjd gage (A). Med en 2,5-mL spruta med en 23-gauge kanyl, injicerades 2,0 mL av varje SIM i submucosa från preparatet marginalerna till skapa en submukosala höjd (B, C). Den digitala höjd gage användes för att mäta av höjden av submukösa höjd (dvs., värdena för SEH) (D). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6. Mätning av SEH med antingen nya eller konventionell modell. Efter injektionen av NS eller 0,4% HA i submucosa av preparatet fast med pins (0,0 Nilsson) (A) eller sträckt vid en konstant spänning (1,5 N eller 3.0 Nilsson) mättes (B, C), SEH med höjd nivåglaset. Nästa, Vi jämförde värdena för SEH mätt vid olika spänningar (0,0 1,5 och 3,0 N) efter submukosala injektion av NS (D) eller 0,4% HA (E). Data är uttryckta som medelvärde ± S.D. mer än tre oberoende experiment. (Denna siffra har ändrats från Hirose o.a. 23) 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

Svin magen används för den nya modellen ska förvaras i frys omedelbart efter resektion, och användas inom några månader efter frysning, eftersom friskhet av svin magen är viktigt för SEH mätning. (Vi mätt SEH både frysta och ofrysta gastric prover, och bekräftade att det fanns ingen skillnad i SEH mätresultatet.)

Kvaliteten på gastric exemplar är starkt präglat av de individuella skillnaderna av svin magar. Det rekommenderas därför att utesluta uppenbarligen tjocka exemplar eller exemplar med många veck före mätning. Vissa exemplar kan dessutom bli olämplig prover för SEH mätning på grund av fibros. Det rekommenderas att utesluta olämpligt exemplaren där submukosala höjd inte hittas på grund av fibros.

Eftersom mag-tarmkanalen utökas genom endoskopisk behandling, tillämpas vissa spänningar gastrointestinala slemhinnan. Det avslöjades att SIM-prestanda (utvärderas genom att mäta värdena för SEH) minskade med ökande värden för spänning appliceras på exemplaren. Spänningen var därför en viktig faktor som påverkar SIM prestanda (dvs., värdena för SEH)23. Tillämpningen av spänningen i 1,5-3,0 N kan återskapa en miljö närmare till mänskliga gastrointestinala slemhinnan. En begränsning med denna metod är dock att den optimala spänningen kan bero på skillnaden av de exemplar som används för analys.

I den konventionella modellen, eftersom spänningen tillämpas på varje prov varierar beroende på graden av preparatet fixering, variationer av uppmätta SEH är stora (som motsvarar de höga standardavvikelserna för SEH). Därför, dessa hög standardavvikelser gör det svårt att jämföra varje SEH i detalj och utföra statistisk analys. Däremot, på grund av små variationer av SEH mätt i den nya modellen, SIM-prestanda kan jämföras exakt ex vivo och exakt statistisk analys utförs.

Sammanfattningsvis, möjliggör den nya ex vivo -modellen exakt SEH mätning och detaljerad jämförelse av SIM-prestanda. Beskrivningar av detaljerade inställningar metod kommer att bidra till spridning av den nya modellen och utveckling av högpresterande material.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes genom Kyoto innovativ medicinsk teknik forskning & utveckling Support System och translationell forskning programmet; Strategisk marknadsföring för praktisk tillämpning av innovativ medicinteknik (TR-SPRINT) från Japan Agency för medicinsk forskning och utveckling (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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ono, H., et al. Endoscopic mucosal resection for treatment of early gastric cancer. Gut. 48, (2), 225-229 (2001).
  2. Conio, M., Ponchon, T., Blanchi, S., Filiberti, R. Endoscopic mucosal resection. The American journal of gastroenterology. 101, (3), 653-663 (2006).
  3. Soetikno, R. M., Gotoda, T., Nakanishi, Y., Soehendra, N. Endoscopic mucosal resection. Gastrointestinal endoscopy. 57, (4), 567-579 (2003).
  4. Iishi, H., et al. Endoscopic resection of large sessile colorectal polyps using a submucosal saline injection technique. Hepato-gastroenterology. 44, (15), 698-702 (1997).
  5. Katsinelos, P., et al. A comparative study of 50% dextrose and normal saline solution on their ability to create submucosal fluid cushions for endoscopic resection of sessile rectosigmoid polyps. Gastrointestinal endoscopy. 68, (4), 692-698 (2008).
  6. Yamamoto, H., et al. A novel method of endoscopic mucosal resection using sodium hyaluronate. Gastrointestinal endoscopy. 50, (2), 251-256 (1999).
  7. Yamamoto, H., et al. A successful single-step endoscopic resection of a 40 millimeter flat-elevated tumor in the rectum: endoscopic mucosal resection using sodium hyaluronate. Gastrointestinal endoscopy. 50, (5), 701-704 (1999).
  8. Yamamoto, H., et al. Usefulness and safety of 0.4% sodium hyaluronate solution as a submucosal fluid "cushion" in endoscopic resection for gastric neoplasms: a prospective multicenter trial. Gastrointestinal endoscopy. 67, (6), 830-839 (2008).
  9. Yamamoto, H., et al. Successful en-bloc resection of large superficial tumors in the stomach and colon using sodium hyaluronate and small-caliber-tip transparent hood. Endoscopy. 35, (8), 690-694 (2003).
  10. Kishihara, T., et al. Usefulness of sodium hyaluronate solution in colorectal endoscopic mucosal resection. Digestive endoscopy. 24, (5), 348-352 (2012).
  11. Yoshida, N., et al. Endoscopic mucosal resection with 0.13% hyaluronic acid solution for colorectal polyps less than 20 mm: a randomized controlled trial. Journal of gastroenterology and hepatology. 27, (8), 1377-1383 (2012).
  12. Uraoka, T., et al. Effectiveness of glycerol as a submucosal injection for EMR. Gastrointestinal endoscopy. 61, (6), 736-740 (2005).
  13. Conio, M., et al. Comparative performance in the porcine esophagus of different solutions used for submucosal injection. Gastrointestinal endoscopy. 56, (4), 513-516 (2002).
  14. Moss, A., Bourke, M. J., Metz, A. J. A randomized, double-blind trial of succinylated gelatin submucosal injection for endoscopic resection of large sessile polyps of the colon. The American journal of gastroenterology. 105, (11), 2375-2382 (2010).
  15. Lee, S. H., et al. A new method of EMR: submucosal injection of a fibrinogen mixture. Gastrointestinal endoscopy. 59, (2), 220-224 (2004).
  16. Hurlstone, D. P., et al. EMR using dextrose solution versus sodium hyaluronate for colorectal Paris type I and 0-II lesions: a randomized endoscopist-blinded study. Endoscopy. 40, (2), 110-114 (2008).
  17. Huai, Z. Y., Feng Xian, W., Chang Jiang, L., Xi Chen, W. Submucosal injection solution for endoscopic resection in gastrointestinal tract: a traditional and network meta-analysis. Gastroenterology research and practice. 2015, 702768 (2015).
  18. Yandrapu, H., et al. Normal saline solution versus other viscous solutions for submucosal injection during endoscopic mucosal resection: a systematic review and meta-analysis. Gastrointestinal endoscopy. (2016).
  19. Fernandez-Esparrach, G., Shaikh, S. N., Cohen, A., Ryan, M. B., Thompson, C. C. Efficacy of a reverse-phase polymer as a submucosal injection solution for EMR: a comparative study (with video). Gastrointestinal endoscopy. 69, (6), 1135-1139 (2009).
  20. Tran, R. T., Palmer, M., Tang, S. J., Abell, T. L., Yang, J. Injectable drug-eluting elastomeric polymer: a novel submucosal injection material. Gastrointestinal endoscopy. 75, (5), 1092-1097 (2012).
  21. Akagi, T., et al. Sodium alginate as an ideal submucosal injection material for endoscopic submucosal resection: preliminary experimental and clinical study. Gastrointestinal endoscopy. 74, (5), 1026-1032 (2011).
  22. Eun, S. H., et al. Effectiveness of sodium alginate as a submucosal injection material for endoscopic mucosal resection in animal. Gut and Liver. 1, (1), 27-32 (2007).
  23. Hirose, R., et al. Development of a new ex vivo model for evaluation of endoscopic submucosal injection materials performance. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 79, 219-225 (2018).
En ny <em>Ex Vivo</em> -modell för utvärdering av endoskopisk submukosala injektion Material prestanda
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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