Summary
Dit protocol beschrijft de stappen voor het maken van een konijnenmodel met twee elastase-verteerde aneurysmata met verschillende hemodynamiek (stomp en bifurcatie constellatie). Dit maakt het testen van nieuwe endovasculaire apparaten in aneurysmata met verschillende angioarchitectuur en hemodynamische omstandigheden binnen één dier mogelijk.
Abstract
Preklinische diermodellen met hemodynamische, morfologische en histologische kenmerken die dicht bij menselijke intracraniale aneurysma's liggen, spelen een sleutelrol bij het begrijpen van de pathofysiologische processen en de ontwikkeling en het testen van nieuwe therapeutische strategieën. Deze studie heeft tot doel een nieuw konijnenaneurysmamodel te beschrijven dat de creatie van twee elastase-verteerde sacculaire aneurysma's met verschillende hemodynamische omstandigheden binnen hetzelfde dier mogelijk maakt.
Vijf vrouwelijke Nieuw-Zeelandse witte konijnen met een gemiddeld gewicht van 4,0 (± 0,3) kg en een gemiddelde leeftijd van 25 (±5) weken ondergingen microchirurgische stomp- en bifurcatie-aneurysmacreatie. Eén aneurysma (stomp) werd gecreëerd door blootstelling aan de rechter gemeenschappelijke halsslagader (CCA) bij de oorsprong bij de brachiocephalische romp. Een tijdelijke clip werd aangebracht bij de CCA-oorsprong en een andere, 2 cm erboven. Dit segment werd behandeld met een lokale injectie van 100 U elastase gedurende 20 minuten. Een tweede aneurysma (bifurcatie) werd gecreëerd door een met elastase behandeld arterieel zakje in de end-to-side anastomose van de rechter CCA naar links CCA te hechten. De doorgankelijkheid werd gecontroleerd door fluorescentieangiografie onmiddellijk na de creatie.
De gemiddelde duur van de operatie was 221 min. De creatie van twee aneurysmata bij hetzelfde dier was bij alle konijnen zonder complicaties succesvol. Alle aneurysmata werden onmiddellijk na de operatie gepatenteerd, behalve één bifurcatie-aneurysma, dat een extreme weefselreactie vertoonde als gevolg van elastase-incubatie en een onmiddellijke intraluminale trombose. Er werd geen mortaliteit waargenomen tijdens de operatie en tot een follow-up van maximaal een maand. Morbiditeit was beperkt tot een voorbijgaand vestibulair syndroom (één konijn), dat binnen één dag spontaan herstelde.
Hier voor het eerst wordt de haalbaarheid aangetoond van het creëren van een konijnenmodel met twee aneurysma's met stomp- en bifurcatiehemodynamische kenmerken en sterk gedegenereerde wandomstandigheden. Dit model maakt de studie van het natuurlijke beloop en mogelijke behandelingsstrategieën mogelijk op basis van aneurysmabiologie onder verschillende stroomomstandigheden.
Introduction
Intracranieel aneurysma is een ernstige aandoening met een sterftecijfer na breuk van 50% en langdurige invaliditeit bij 10-20% van de patiënten1. Het afgelopen decennium heeft een snelle ontwikkeling van endovasculaire behandelingsopties gezien, maar tegelijkertijd ook een toenemende mate van recidief met tot 33% van de aneurysma-rekanalisatie na coiling 2,3. Om de pathofysiologie die ten grondslag ligt aan aneurysma-occlusie en rekanalisatie beter te begrijpen, evenals voor de ontwikkeling en het testen van nieuwe endovasculaire apparaten, is er momenteel behoefte aan betrouwbare preklinische modellen waarvan de hemodynamische, morfologische en histologische kenmerken die van menselijke intracraniale aneurysma's nabootsen 4,5,6 . Vanaf vandaag is er geen gedefinieerd model als standaard voor preklinisch onderzoek en is een groot aantal soorten en technieken beschikbaar voor onderzoekers 7,8.
Het konijn is echter een soort van bijzonder belang vanwege de grootte en hemodynamische overeenkomsten tussen zijn nekslagaders en de menselijke hersenvaten, evenals zijn vergelijkbare stollings- en trombolyseprofielen. Verschillende modellen met elastase-verteerde sacculaire aneurysmata op de gemeenschappelijke halsslagaders (CCAs) hebben kwalitatieve en kwantitatieve overeenkomsten vertoond met menselijke intracraniale aneurysmata in termen van stromingsomstandigheden, geometrische kenmerken en wandkenmerken 9,10,11,12. Deze studie heeft tot doel een techniek te beschrijven om een nieuw konijnenaneurysmamodel te maken met zowel stomp- als bifurcatie-elastase-verteerde aneurysmata bij hetzelfde dier. De chirurgische technieken zijn geïnspireerd op die van Hoh et al.13 en Wanderer et al.14 met kleine aanpassingen om een goede standaardisatie en reproduceerbaarheid te bieden en een lage mortaliteit en morbiditeit te garanderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
OPMERKING: Het experiment werd goedgekeurd door het Lokaal Comité voor Dierenverzorging van het kanton Bern, Zwitserland (aanvraagnummer BE108/16), en alle dierverzorging en -procedures werden uitgevoerd in overeenstemming met institutionele richtlijnen en 3R-principes 15,16. Gegevens worden gerapporteerd volgens de ARRIVE-richtlijnen. Peri-operatieve behandeling werd uitgevoerd door een door de raad gecertificeerde dierenarts-anesthesioloog. Voor de studie werden vrouwelijke Nieuw-Zeelandse witte konijnen, met een gemiddeld gewicht van 4,0 (± 0,3) kg en een gemiddelde leeftijd van 25 (±5) weken, gehuisvest bij een kamertemperatuur van 22-24 ° C met een 12-uur licht / donker cyclus met vrije toegang tot water, pellets en hooi.
1. Preoperatieve fase en anesthesie
- Voer een klinisch onderzoek uit zoals aanbevolen door de Association of veterinary Anesthetists en het European and American College of Veterinary Anesthesia and analgesia om te bevestigen dat de konijnen gezond zijn door elk dier te wegen, het slijmvlies te evalueren, de capillaire navultijd en polskwaliteit te documenteren en een pulmonale en cardiale auscultatie uit te voeren, evenals een abdominale palpatie.
- Op basis van de klinische bevinding, schrijf een classificatie van de American Society of Anesthesiologists (ASA) toe aan elk konijn17. Voer alleen operaties uit op dieren met een ASA I-score.
- Scheer beide buitenste oren en breng prilocaïne-lidocaïnecrème aan op auriculaire slagaders en aderen. Bereik diepe sedatie met een combinatie van ketamine 20 mg / kg, dexmedetomidine 0,1 mg / kg en methadon 0,3 mg / kg subcutaan geïnjecteerd (SC). Laat de dieren 15 min ongemoeid. Geef aanvullende oxygenatie (3 L/min) door een losgemaakt gezichtsmasker en controleer met een pulsoximeter.
- Plaats een canule van 22 G in de linker auriculaire centrale slagader en in een auriculaire ader. Induceer algemene anesthesie met propofol 1-2 mg / kg intraveneus (IV) tot effect (verlies van slikreflex). Ga verder met endo-tracheale intubatie via een siliconen buis (3 mm inwendige diameter).
- Scheer het voorhoofd om de pediatrische elektro-encefalografische (EEG) sensoren te plaatsen. Scheer het chirurgische veld en injecteer ropivacaïnehydrochloride 0,75% intradermaal.
- Plaats het konijn op de operatietafel in dorsale lighouding, installeer volledige monitoring en sluit de endo-tracheale buis aan op een pediatrisch cirkelsysteem met lage weerstand. Anesthesie handhaven met toediening van isofluraan in zuurstof, gericht op een maximale eindgetijdenconcentratie (Et) van 1,3 %.
- Zorg voor een continue infusie van ringerlactaat 5 ml / kg / h door de veneuze toegang. Zorg voor klinische en instrumentele monitoring tot extubatie door middel van pulsoximetrie, doppler en invasieve bloeddruk, 3-lead elektrocardiogram, EEG, rectale temperatuur en ingeademde en uitgeademde gassen.
- Desinfecteer het chirurgische veld met povidonjodium van het manubrium sterni naar kaakhoeken en breng de steriele drapering aan. Geef tijdens de operatie analgesie met lidocaïne (infusie met constante snelheid (CRI) van 50 μg/kg/min) en fentanyl (CRI van 3-10 μg/kg/h). Voer spontane of geassisteerde ventilatie uit. Sta permissieve hypercapnie toe.
- Voer ten minste één arteriële bloedgasanalyse uit tijdens de operatie. In geval van hypotensie (gemiddelde arteriële druk lager dan 60 mmHg), behandel het met noradrenaline, getitreerd tot effect. Gebruik een verwarmingskussen of een verwarmingssysteem voor geforceerde lucht om onderkoeling te voorkomen (doel: rectale temperatuur 37,5-38,5 °C).
OPMERKING: Aangezien de invasieve arteriële bloeddruk wordt gemeten bij de linkeroorslagader, zal het knippen van de linker CCA de bloedstroom stoppen en de curve onderdrukken. De bloeddruk moet dan worden gemeten met dopplertechniek totdat het vat weer opengaat.
2. Operatie
- Naderen
- Maak een mediane huidincisie van het tongbeen tot een punt van 1,5 cm caudaal naar het manubrium sterni met een scalpel. Bereid het onderhuidse en vetweefsel voor van de mediale incisie tijdens het uitvoeren van een zorgvuldige hemostase.
- Bevrijd de sternocephalicus-spier van het aanhangende bindweefsel en breng lidocaïne topisch aan (2-4 mg / kg, geef de voorkeur aan lidocaïne 1%) om myoclonus te voorkomen. Leg de rechter CCA mediaal van de sternocephalicus spier bloot en houd deze nat met natte swabs.
- Bereid nu de laterale en proximale delen van de sternocephalicus-spier voor en trek deze mediaal in met een vaatlus om de CCA bloot te leggen. Identificeer de externe halsader en bescherm deze met een nat micro-wattenstaafje.
- Ontleed het bindweefsel zorgvuldig langs de proximale CCA tot de bifurcatie van de brachiocephalische romp om de slagader bloot te leggen. In aanwezigheid van kleine takken die uit de slagader komen, stolt u ze met de cauterizer.
OPMERKING: Zorg ervoor dat u zenuwbeschadiging voorkomt.
- Stompaneurysma creatie en weefseloogst voor het bifurcatie-aneurysma
- Voordat u de juiste CCA knipt, meet u de antistollingstijd (ACT) en geeft u natriumheparine (80 EI / kg) systemisch via de oorader (uitgevoerd door het anesthesieteam) om trombo-embolische voorvallen te voorkomen.
- Breng nu 2 tijdelijke clips aan: de eerste aan de oorsprong van het WVV en de tweede op 2 cm distale (figuur 1A). Plaats een rubberen pad onder het vat en spoel af met papaverine HCL (40 mg / ml; 1: 1 opgelost in 0,9% zoutoplossing) voor vasodilatatie.
- Verwijder de adventitia voorzichtig met behulp van microscissors. Voer een arteriotomie uit onder de distale clip met een IV-katheter van 22 G en breng de katheter caudaal in op de proximale clip (figuur 1A,B).
- Spoel het segment intraluminaal met heparinized NaCl (500 U/100 ml in 0,9% zoutoplossing) totdat er geen bloed zichtbaar is en fixeer ten slotte de katheter met een ligatuur (4-0). Injecteer nu via de katheter 0,1-0,2 ml elastase (100 IE eerder opgelost in 5 ml Tris-Buffer) in het slagadersegment en incubeer gedurende 20 minuten (figuur 1B).
- Begin met de dissectie aan de linkerkant om het linker CCA bloot te leggen (zie rubriek 2.3). Na 20 minuten incubatietijd met elastase, reinigt u de elastase-oplossing en vervangt u de spuit om het slagadersegment ongeveer 10 keer te spoelen met 0,9% NaCl.
- Breng 2 ligaturen (6-0) aan: de eerste 5 mm distale proximale clip en de tweede alleen proximaal, onder de arteriotomie (figuur 1C). Snijd het vat ~3 mm boven de eerste ligatuur en nog één keer tussen de tweede ligatuur en de distale clip. Bewaar dit autologe transplantaat in een gehepariniseerde oplossing (500 U/100 ml in 0,9% zoutoplossing) tot het ontstaan van het bifurcatie-aneurysma (figuur 1D). Open ten slotte voorzichtig de eerste proximale clip en meet het aneurysma (lengte, breedte en diepte).
- Bifurcatie aneurysma creatie
- Bereid de linkerkant voor door de sternocephalicus-spier mediaal te ontleden om ~ 2 cm van de linker CCA bloot te leggen. Breng lidocaïne topisch aan op de spier om myoclonus te voorkomen.
- Leg de halsslagader onder met een gaasje en een klein wattenstaafje met een handschoentje. Breng wat papaverine aan. HCl topisch (40 mg/ml; 1:1 opgelost in 0,9% zoutoplossing). Blijf werken onder microscopisch zicht: bereid het aneurysmazakje voor en verwijder de adventitia. Meet het aneurysmazakje (lengte, breedte, diepte).
- Spoel het open deel van de rechter CCA met gehepariniseerde NaCl en vervang indien nodig de clip om ~ 1 cm te hebben om vrije manipulaties voor de hechting mogelijk te maken. Verwijder de adventitia voorzichtig en maak een ~2 mm longitudinale incisie zijdelings in de stronk van de rechter CCA.
- Breng nu twee tijdelijke clips aan op de linker CCA om een segment van ~ 1 cm af te bakenen en verwijder de adventitia ertussen. Voer een arteriotomie uit met een naald van 23 G. Spoel het segment met gehepariniseerde NaCl (500 U/100 ml in 0,9% zoutoplossing). Vergroot de arteriotomie met behulp van microscissors tot ~4-5 mm om het hechten van de juiste CCA en het aneurysmazakje mogelijk te maken (figuur 1E). Irrigeer de vaten tijdens de hele hechtprocedure en bescherm ze met natte micro swaps.
- Voer de anastomose uit met 9-0 niet-resorbeerbare hechting.
- Hecht de proximale achterwand van de rechter halsslagader stomp met 5 hechtingen, te beginnen bij de proximale rand van de arteriotomie aan de linker CCA. Hecht vervolgens de achterkant van het aneurysmazakje met 4-5 hechtingen, te beginnen bij de distale rand van de arteriotomie aan de linker CCA.
- Ga verder met de distale achterkant ter hoogte van de incisie van de vismond om te hechten met de verticale achterkant van het aneurysmatransplantaat met 3 hechtingen. Hecht de voorkant van de vismondincisie met 3 hechtingen, begin naar boven en beweeg naar beneden.
- Werk af met de voorste hechting tussen de linker CCA en de voorkant van het aneurysmatransplantaat en de rechter CCA met ~6 steken. Voordat u de anastomose voltooit, spoelt u de bloedvaten met gehepariniseerde 0,9% zoutoplossing intraluminaal.
- Meet voordat u de klem verwijdert de antistollingstijd (ACT) nog één keer en dien een aangepaste dosis heparine systemisch toe (doel: 2-3 keer baseline ACT).
- Verwijder de clip aan de rechterkant CCA terwijl u wat druk uitoefent op de anastomose met micro swabs voor hemostase. Ga vervolgens verder door de distale clip uit de linker CCA te verwijderen. Als er geen ernstige bloeding is, ga dan verder met het verwijderen van de proximale clip op de linker CCA, om de bloedstroom mogelijk te maken. Als er een bloeding van de anastomose is, oefen dan wat druk uit met de gaasbal en het wattenstaafje; wacht een paar minuten. Als het aanhoudt, vervangt u de clips en voert u opnieuw steken uit.
OPMERKING: Een bloedverlies van meer dan 20-30 ml kan de herstelfase in gevaar brengen.
- Doorgankelijkheidscontrole en documentatie
- Documenteer na het openen van alle vaten de resultaten fotografisch en meet ze (figuur 1F en figuur 2A, B).
- Bevestig het herstel van de stroom in de distale CCA door de invasieve arteriële bloeddrukcurve (gemeten bij de oorslagader, een directe tak van de externe halsslagader), die ook weer normaal zou moeten worden.
- Voer fluorescentieangiografie uit door 1 ml fluoresceïne IV toe te dienen, met behulp van 2 bandpassfilters, een videocamera en een fietsspot. Zie eerdere publikaties voor de beschrijving van de gehele procedure18,19.
- Sluiting
- Plaats het vetkussen opnieuw op de anastomose en hecht het met een 4-0 resorbeerbare hechting. Ten slotte hechtingssubcutis en huid met enkele hechtingen met behulp van 4-0 resorbeerbare hechting.
3. Postoperatieve fase
- Stop aan het einde van de operatie met isofluraan en systemische analgesie zonder reversie om het pijnstillende effect te behouden. Zorg ervoor dat de controle over de slikreflex is teruggekeerd voordat u tracheale extubatie uitvoert.
- Dien meloxicam 0,5 mg/kg IV toe om analgesie te garanderen, aspirine (ASS) 10 mg/kg IV om onmiddellijke trombotische voorvallen te voorkomen, vitamine B12 100 μg SC en clamoxyl 20 mg/kg IV als antibiotische profylaxe.
- Zorg voor extra oxygenatie en opwarming totdat het konijn spontaan de sternale lighouding terugkrijgt. Voer reddingsanalgesie uit met methadon als er tekenen van pijn worden waargenomen. Voer postoperatieve follow-up en zorg 4 keer per dag uit gedurende de eerste 3 preoperatieve dagen, in overeenstemming met de richtlijnen voor de beoordeling en behandeling van pijn bij knaagdieren en konijnen 23,24.
- Zorg voor postoperatieve analgesie met fentanylpleister (12 μg / h) aangebracht op het buitenoor, meloxicam 1x / SC gedurende 3 dagen en methadon als reddingstherapie, samen met een scoreblad voor pijnevaluatie (aanvullend bestand).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De creatie van een stronk en een bifurcatie-aneurysma was succesvol bij alle 5 Nieuw-Zeelandse witte konijnen zonder intraoperatieve complicaties. Er werd geen mortaliteit waargenomen tijdens de operatie of tijdens de follow-upperiode van 24 ± 2 dagen. Eén konijn ondervond postoperatieve complicaties met een vestibulair syndroom en een blindheid van de rechterkant. Het dier herstelde volledig en spontaan na 24 uur. Deze complicatie verstoorde de normale activiteiten niet (vrije bewegingen, water- en voedselinname, interacties met andere dieren) en vereiste geen specifieke behandeling. Er was geen spontane aneurysmaruptuur.
De gemiddelde duur van de operatie was 221 min (variërend tussen 190 en 255 min). Alle aneurysmata waren onmiddellijk na de operatie gepatenteerd, behalve één bifurcatie-aneurysma dat een extreme weefselreactie vertoonde als gevolg van elastase-incubatie en een onmiddellijke trombose. Bij follow-up werd aneurysma-doorgankelijkheid bevestigd door magneetresonantieangiografie (figuur 3) en macroscopische inspectie na weefselextractie (figuur 4). Met uitzondering van het bifurcatie-aneurysma dat al tijdens de operatie tromboseerde, waren alle aneurysma's nog steeds patent op het follow-up eindpunt. Dit resulteerde in een doorgankelijkheid van 90% (9 van de 10).
Macroscopische inspectie en meting van de aneurysma's na bemonstering tonen een groei van alle aneurysma's met een gemiddelde grootte van 5,4 mm x 2,4 mm x 2,3 mm ± 1 mm x 0,6 mm x 0,3 mm bij creatie en 4,5 mm x 3,1 mm x 2,5 mm ± 1,5 mm x 0,9 mm x 0 mm bij het oogsten voor het stompaneurysma; en 3,4 mm x 2 mm x 2,1 mm ± 0,6 mm x 1 mm x 0,4 mm bij creatie en 3,8 mm x 2,8 mm x 2,6 mm ± 1,2 mm x 0,3 mm x 0,6 mm bij het oogsten voor de bifurcatie-aneurysma's. Interessant is dat bifurcatie-aneurysma's meer groeiden dan stompaneurysma's met een gemiddeld volume van 14,4 mm3 ± 3,5 mm3 bij creatie en 28,6 mm3 ± 16,4 mm3 bij extractie (verhouding 1,9) versus een volume bij creatie van 30,8 mm3 ± 15 mm3 en 34,9 mm3 ± 24,1 mm3 bij extractie (verhouding 1,1) voor de stompversie.
Figuur 1: Stappen van de operatie. (A) Toepassing van de 2 tijdelijke clips op het rechter CCA: de eerste bij zijn oorsprong van de brachiocephalische stam en de tweede ~ 2 cm distaal tot de eerste. Het sterretje geeft de lokalisatie van de arteriotomie aan met een 22 G intraveneuze katheter (IV-katheter). (B) Spoel na het inbrengen en fixeren van de IV-katheter met een 4-0 ligatuur het segment met heparinized NaCl (500 U/100 ml 0,9% zoutoplossing) en injecteer 0,1-0,2 ml elastase (100 U eerder opgelost in 5 ml TRIS-buffer). Incubeer gedurende 20 minuten. (C) Breng 2 niet-resorbeerbare ligaturen (6-0) aan: de eerste 5 mm distal op de proximale clip en de tweede net proximaal onder de arteriotomie. (D) Snijd het vat ~ 3 mm boven de ligaturen om het stompaneurysma en het autologe transplantaat voor het bifurcatie-aneurysma te creëren. (E) Anastomose van het rechter CCA en het autologe transplantaat op het linker CCA om het bifurcatie-aneurysma te creëren. (F) Eindresultaat met een stompaneurysma aan de rechterkant en een bifurcatie-aneurysma aan de linkerkant. Afkortingen: CCA = gemeenschappelijke halsslagader; IV = intraveneus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Intraoperatieve fotodocumentatie van de resultaten. De gele stippellijn vertegenwoordigt de middellijn met indicatie voor schedel- en caudale richtingen. (A) Zicht op het stompaneurysma aan de rechterkant van de nek. De SCEM wordt mediaal ingetrokken door het gemiddelde van een vaatlus (in blauw). (B) Zicht op het bifurcatie-aneurysma aan de linkerkant van de nek. Afkortingen: SCEM = Sternocephalicus spier; SA = Stomp aneurysma; JV = halsader; rCCA: rechter gemeenschappelijke halsslagader; lCCA= linker halsslagader; Tr = Luchtpijp; * = Recidiverende of larynx; BA = Bifurcatie-aneurysma. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Magnetische resonantie angiografie resultaten bij follow-up. Beelden van driedimensionale TOF-sequenties verkregen met een MRI van 3 Tesla, gericht op de nekslagaders. (A) Stompaneurysma (gele pijl) op de rechter subclaviaslagader. (B) Bifurcatie-aneurysma (gele pijl) op de bifurcatie die wordt gecreëerd door het anastomoseren van het rechter CCA aan de linkerkant. Afkortingen: TOF = time-of-Flight; MRI = magnetische resonantie beeldvorming; CCA = gemeenschappelijke halsslagader. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Macroscopische fotodocumentatie na weefselextractie. Grote groeven (2 delen) op de clip geven 1 mm aan en kleine groeven ertussen (één divisie) geven 0,5 mm aan. (A) Stump-aneurysma op de brachiocephalische romp en rechter subclaviaslagader. (B) Bifurcatie-aneurysma op de bifurcatie gecreëerd door anastomosing van het rechter CCA op het linker CCA. Afkortingen: SA = Stump aneurysma; BCT = brachiocephalische romp; rSC = rechter subclavia arterie; BA = bifurcatie-aneurysma; CCA = gemeenschappelijke halsslagader; rCCA = rechts CCA; lCCA = linker CCA. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Histologische bevindingen van stomp- en bifurcatie-aneurysmata. Specimen gekleurd met hematoxyline-eosine (2-voudige vergroting). (A) Microscopisch overzicht van een stompaneurysma (a) met de brachiocephalische stam (b) en de rechter subclavia arterie (c). (*) geeft de richting van de bloedstroom aan. (B) Microscopisch overzicht van een bifurcatie-aneurysma (a) met de proximale linker CCA (b), de distale linker CCA (c) en de distale rechter CCA (d). (*) geeft de richting van de bloedstroom aan. In de inzetstukken in (A) en (B) vertegenwoordigt I) de tunica intima van de aneurysmawand, II) de tunica media en III) de tunica externa (20-voudige vergroting). Afkortingen: CCA = gewone halsslagader. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Aanvullend dossier. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De meest voorkomende techniek voor het creëren van aneurysma's omvat het creëren van een stompaneurysma aan de oorsprong van het juiste CCA, hetzij via een open of een endovasculaire methode. Het model is gevalideerd als een stabiel niet-groeiend aneurysma dat open blijft met tijd20,21. De tweede mogelijke techniek omvat de microchirurgische creatie van een arteriële bifurcatie-aneurysma door de rechter CCA op de linker te anastomoseren en een aneurysmazakje op de bifurcatie 14,22,23 te hechten. Hoewel beide methoden geschikt zijn gebleken voor het testen van endovasculaire apparaten en het bestuderen van pathofysiologie, zijn de aneurysmamorfologieën en dus de betrokken hemodynamische krachten en stromingskenmerken aanzienlijk verschillend. Aangezien bestaande modellen het mogelijk maken om slechts één aneurysmatype per dier te creëren, is een directe vergelijking tussen het natuurlijke verloop van aneurysma's van het bifurcatietype met die van het stronktype momenteel moeilijk.
Fysiologische verschillen tussen dieren (zoals bloeddruk of exacte collageengehalte van de vaatwand) kunnen immers niet altijd volledig worden gecontroleerd in een experimentele omgeving en kunnen de aneurysmabiologie en het natuurlijke beloop beïnvloeden. Deze studie toont de haalbaarheid aan van het maken van een konijnenmodel met zowel stronk- als bifurcatiehemodynamische en gedegenereerde wandomstandigheden bij hetzelfde dier (of bij een enkel dier). Deze techniek leverde reproduceerbare aneurysmata op met een lage morbiditeit en mortaliteit en een hoge doorgankelijkheid (90%). Het belangrijkste nadeel van deze methode blijft hetzelfde als voor het maken van de klassieke stomp of de bifurcatiemodellen zelf - de behoefte aan geavanceerde laboratoriumapparatuur en specifieke microchirurgische vaardigheden.
Vooral twee stappen werden tijdens deze operatie als kritiek aangemerkt: de eerste is de dissectie en blootstelling van de rechter CCA tot het ontstaan ervan in de brachiocephalische romp. De volgende vitale structuren kunnen tijdens deze benadering bijzonder in gevaar zijn: de luchtpijp, de halsader en de larynxzenuw. Omdat tracheamanipulatie de ademhaling kan belemmeren, zorgt de vorige intubatie voor de doorgankelijkheid van de luchtwegen. Bovendien is de operatie lang en in de buurt van vitale structuren, volledige monitoring nuttig om eventuele fysiologische afwijkingen onmiddellijk te herkennen. De chirurg moet ook aandacht besteden aan het vermijden van directe druk of extreme tractie op de luchtpijp zelf. De halsader loopt direct naast de halsslagader en houdt zich er in bepaalde gevallen aan. Extreme zorg is nodig om elke laesie te voorkomen. We raden aan om de ader te beschermen en nat te houden door het aanbrengen van een nat wattenstaafje.
Ten slotte hebben eerdere studies al het belang van het behoud van de larynxzenuwen beschreven. Elke laesie op deze zenuwen zou postoperatief leiden tot het verschijnen van een stridor met achtereenvolgens verminderde ademhaling en een grote kans op overlijden van het dier. Om iatrogene laesie van de zenuwen te voorkomen, moet CCA-dissectie tractie van de weefsels rond de slagader vermijden. We raden het gebruik van een schaar aan om de hechtingsweefsels te knippen in plaats van ze af te leiden. De zenuwen moeten ook zo snel mogelijk na het intrekken van de spieren worden geïdentificeerd om ze tijdens de operatie onder visuele controle te houden. De tweede kritieke stap is het creëren van een spanningsloze micro-anastomose met het elastase-verteerde aneurysma. Dit aneurysma presenteert een hoge degeneratie van de wandstructuur, waardoor de manipulatie van de weefsels wordt belemmerd. Het vereist goede microchirurgische vaardigheden en een leercurve is te verwachten.
Verder raden we aan om konijnen te selecteren die minstens 4,0 kg wegen (gemiddelde leeftijd van 25 (±5) weken) om een juiste grootte van de nekvaten te garanderen. In het klassieke single-stump aneurysma model was de belangrijkste gerapporteerde complicatie in de literatuur de tracheale necrose na de toepassing van elastase als gevolg van tracheo-oesofageale slagaders die voortkomen uit de rechter CCA. Verschillende aanpassingen van de technieken zijn al voorgesteld om het probleem te voorkomen 13,24,25,26. Deze aanpak maakt de eenvoudige identificatie van deze takken en hun coagulatie voorafgaand aan elastase-toepassing mogelijk om elke uitstroom van de elastase-oplossing en soortgelijke complicaties te voorkomen.
Het antistollingsregime dat tijdens de operatie wordt toegepast, bestaat uit heparinetoepassing voorafgaand aan de eerste cliptoepassing bij de rechter CCA en vóór het verwijderen van de clip en het herstellen van de circulatie naar de linker CCA. Dit zou de vorming van trombussen als gevolg van tijdelijke stroomonderbreking en vatmanipulatie effectief kunnen voorkomen. Bovendien wordt onmiddellijk na het einde van de operatie een unieke dosis aspirine (10 mg / kg IV) gegeven om trombusvorming te voorkomen als gevolg van het trombogene effect van hechtmateriaal en elastase. Dit protocol maakt de controle van trombogene gebeurtenissen mogelijk en zorgt voor aneurysma-doorgankelijkheid zonder toenemende bloedingscomplicaties.
Het stronkmodel is het meest voorkomende sacculaire aneurysma konijnenmodel en is al meerdere malen gebruikt voor translationele studies van endovasculaire therapieën. Het bifurcatiemodel is ook goed beschreven in de literatuur en geschikt voor de studie van aneurysma pathofysiologie en het testen van nieuwe therapeutische strategieën. Beide modellen vertonen echter verschillende morfologieën, wat wijst op verschillende hemodynamische kenmerken. Het is bekend dat aneurysma's bij voorkeur verschijnen bij bifurcatie en dat de groei afhankelijk is van wandschuifspanning27,28. Eerdere publicaties toonden ook hogere spontane trombose in chirurgisch gecreëerde zijwandaneurysma's in vergelijking met bifurcatie-aneurysma's29 en een hogere occlusiesnelheid van stompaneurysma na stroomomleiding in vergelijking met andere meer complexe modellen8; de vergelijking was echter altijd tussen twee verschillende dieren.
In deze studie werden standaardaneurysmata van 2-4 mm diameter gecreëerd, zoals eerder beschreven 14,22,29,30,31,32,33,34,35,36. We streefden naar het creëren van een stompaneurysma met een vergelijkbare grootte als de bifurcatie-aneurysma's ter vergelijking. Het huidige volume is dus iets kleiner, zoals is gemeld 5,8,10,11,13,21. Beide aneurysmata vertoonden echter een neiging om te groeien na 1 maand follow-up. Een langere follow-upperiode zou dus aneurysmavorming met grotere volumes kunnen veroorzaken, wat een betere langetermijnvergelijking met aneurysma's bij mensen mogelijk zou maken. Bovendien tonen deze histologische bevindingen, gebaseerd op hematoxyline-eosinekleuring, een cellulaire aneurysmawand en de aanwezigheid van gladde spiercellen in een lineair of een ongeorganiseerd patroon, evenals een desorganisatie van de elastische vezels (figuur 5). Deze resultaten correleren met de huidige bevindingen die histologische overeenkomsten laten zien tussen de door konijnenelastase geïnduceerde aneurysmata en intracraniale aneurysmata bij mensen 11,32,37,38,39,40,41.
De resultaten tonen de technische haalbaarheid aan van het creëren van zowel stomp- als bifurcatie-aneurysmata met dezelfde chirurgische aanpak. De beperking van deze studie is de kleine steekproefomvang, die geen statistische analyse of een echte vergelijking van de histologische verschillen tussen stomp- en bifurcatie-aneurysmata mogelijk maakt. Niettemin biedt dit model de mogelijkheid om de verschillen tussen beide aneurysmata in termen van groei, breuk, spontane occlusie en histologische veranderingen te onderzoeken in toekomstige experimenten met verhoogde steekproefgroottes en verschillende follow-uptijd, om de voordelen en de kenmerken van beide soorten aneurysma's nauwkeurig te bepalen. Bovendien maakt dit nieuwe chirurgische model de toepassing van endovasculaire apparaten in twee verschillende configuraties en stroomomstandigheden bij één dier mogelijk, evenals tijdens een unieke procedure. Dit vermindert het aantal benodigde dieren en verhoogt mogelijk de efficiëntie van preklinische onderzoeken.
Tot slot beschrijft deze studie een reproduceerbare methode om 2 aneurysmata te creëren met verschillende stromingsomstandigheden en sterk gedegenereerde wanden binnen één enkel dier. Het voorgestelde model maakt een directe vergelijking mogelijk van het natuurlijke beloop en de effecten van endovasculaire therapieën van sacculaire aneurysma's met betrekking tot de rol van hemodynamiek . Ten slotte biedt het een efficiënt model dat bijdraagt aan de vermindering van de gebruikte dieren en de totale experimentele kosten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs verklaren geen belangenverstrengeling.
Acknowledgments
De auteurs bedanken prof. Hans Rudolf Widmer, dr. Luca Remonda en prof. Javier Fandino voor hun wetenschappelijke ondersteuning en technische bijdrage aan dit werk. Een speciale dank aan Olgica Beslac voor haar advies tijdens de procedures en Kay Nettelbeck voor zijn hulp. Verder bedanken we Daniela Casoni DVM, PhD en med. dierenarts. Luisana Garcia, PD Dr Alessandra Bergadano en Dr Carlotta Detotto voor hun toegewijde veterinaire ondersteuning.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 4-0 resorbable suture | Ethicon Inc., USA | VCP292ZH | |
| 4-0 resorbable suture | Ethicon Inc., USA | VCP304H | |
| 6-0 non absorbable suture | B. Braun, Germany | C0766070 | |
| 9-0 non absorbable suture | B. Braun, Germany | G1111140 | |
| Adrenaline | Amino AG | 1445419 | any generic |
| Amiodarone | Helvepharm AG | 5078567 | any generic |
| Anesthesia machine | Dräger | any other | |
| Aspirin | Sanofi-Aventis (Suisse) SA | 622693 | any generic |
| Atropine | Labatec Pharma SA | 6577083 | any generic |
| Bandpass filter blue | Thorlabs | FD1B | any other |
| Bandpass filter green | Thorlabs | FGV9 | any other |
| Biemer vessel clip (2x) | B. Braun Medical AG, Aesculap, Switzerland | FD560R | any other |
| Bipolar forceps | any other | ||
| Bispectral index (neonatal) | any other | ||
| Blood pressure cuff (neonatal) | any other | ||
| Bycilces spotlight | any other | ||
| Clamoxyl | GlaxoSmithKline AG | 758808 | any generic |
| Dexmedetomidine | Ever Pharma | 136740-1 | any generic |
| Elastase | Sigma Aldrich | E7885 | |
| Electrocardiogram electrodes | |||
| Ephedrine | Amino AG | 1435734 | |
| Esmolol | OrPha Swiss GmbH | 3284044 | |
| Fentanyl (intravenous use) | Janssen-Cilag AG | 98683 | |
| Fentanyl (transdermal) | Mepha Pharma AG | 4008286 | |
| Fluoresceine | Curatis AG | 5030376 | |
| Fragmin | Pfizer PFE Switzerland GmbH | 1906725 | |
| Heating pad or heating forced-air warming system | |||
| Isotonic sodium chloride solution (0.9%) | Fresenius KABI | 336769 | |
| Ketamine | Pfizer PFE Switzerland GmbH | 342261 | |
| lid retractor | Approach | ||
| Lidocaine | Streuli Pharma AG | 747466 | |
| Longuettes | |||
| Metacam | Boehringer Ingelheim | P7626406 | Medication |
| Methadone | Streuli Pharma AG | 1084546 | Sedaton |
| Micro-forceps curved | Ulrich Swiss, Switzerland | U52-015-15 | |
| Micro-forceps straight 2x | Ulrich Swiss, Switzerland | U52-010-15 | |
| Microscissors | Ulrich Swiss , Switzerland | U52-327-15 | |
| Midazolam | Accord Healthcare AG | 7752484 | |
| Needle 23 G | arteriotomy | ||
| Needle holder | |||
| O2-Face mask | |||
| Operation microscope | Wild Heerbrugg | ||
| Papaverin | Bichsel | topical application | |
| Povidone iodine | Mundipharma Medical Company | any generic | |
| Prilocaine-lidocaine creme | Emla | ||
| Propofol | B. Braun Medical AG, Switzerland | General anesthesia | |
| Pulse oxymeter | |||
| Rectal temperature probe (neonatal) | |||
| Ringer Lactate | Bioren Sintetica SA | Infusion | |
| Ropivacain | Aspen Pharma Schweiz GmbH | 1882249 | Local anesthesia |
| Scalpell | Swann-Morton | 210 | |
| Small animal shaver | |||
| Soft tissue forceps | |||
| Soft tissue spreader | |||
| Stainless steel sponge bowls | |||
| Sterile micro swabs | |||
| Stethoscope | |||
| Surgery drape | |||
| Surgical scissors | |||
| Syringes 1 mL, 2 mL, and 5 mL | |||
| Tris-Buffer | Sigma Aldrich | 93302 | Elastase solution |
| Vascular clip applicator | B. Braun, Germany | FT495T | |
| Vein and arterial catheter 22 G | |||
| vessel loop | Approach | ||
| video camera or smartphone | |||
| Vitarubin | Streuli Pharma AG | 6847559 | |
| Yasargil titan standard clip (2x) | B. Braun Medical AG, Aesculap, Switzerland | FT242T |
References
- Grasso, G., Alafaci, C., Macdonald, R. L. Management of aneurysmal subarachnoid hemorrhage: State of the art and future perspectives. Surgical Neurology International. 8, 11 (2017).
- Raymond, J., et al. Long-term angiographic recurrences after selective endovascular treatment of aneurysms with detachable coils. Stroke. 34 (6), 1398-1403 (2003).
- Marbacher, S., Niemela, M., Hernesniemi, J., Frosen, J. Recurrence of endovascularly and microsurgically treated intracranial aneurysms-review of the putative role of aneurysm wall biology. Neurosurgical Review. 42 (1), 49-58 (2019).
- Thompson, J. W., et al. In vivo cerebral aneurysm models. Neurosurgical Focus. 47 (1), 20 (2019).
- Bouzeghrane, F., et al. In vivo experimental intracranial aneurysm models: a systematic review. American Journal of Neuroradiology. 31 (3), 418-423 (2010).
- Strange, F., Gruter, B. E., Fandino, J., Marbacher, S. Preclinical intracranial aneurysm models: a systematic review. Brain Sciences. 10 (3), 134 (2020).
- Marbacher, S., Strange, F., Frosen, J., Fandino, J. Preclinical extracranial aneurysm models for the study and treatment of brain aneurysms: A systematic review. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 40 (5), 922-938 (2020).
- Fahed, R., et al. Testing flow diversion in animal models: a systematic review. Neuroradiology. 58 (4), 375-382 (2016).
- Zeng, Z., et al. Hemodynamics and anatomy of elastase-induced rabbit aneurysm models: similarity to human cerebral aneurysms. American Journal of Neuroradiology. 32 (3), 595-601 (2011).
- Ding, Y. H., et al. Long-term patency of elastase-induced aneurysm model in rabbits. American Journal of Neuroradiology. 27 (1), 139-141 (2006).
- Short, J. G., et al. Elastase-induced saccular aneurysms in rabbits: comparison of geometric features with those of human aneurysms. American Journal of Neuroradiology. 22 (10), 1833-1837 (2001).
- Andereggen, L., et al. Three-dimensional visualization of aneurysm wall calcification by cerebral angiography: Technical case report. Journal of Clinical Neuroscience. 73, 290-293 (2020).
- Hoh, B. L., Rabinov, J. D., Pryor, J. C., Ogilvy, C. S. A modified technique for using elastase to create saccular aneurysms in animals that histologically and hemodynamically resemble aneurysms in human. Acta Neurochirurgica. 146 (7), 705-711 (2004).
- Wanderer, S., et al. Arterial pouch microsurgical bifurcation aneurysm model in the rabbit. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (159), e61157 (2020).
- Percie du Sert, N., et al. Reporting animal research: Explanation and elaboration for the ARRIVE guidelines 2.0. PLoS Biology. 18 (7), 3000411 (2020).
- Prescott, M. J., Lidster, K. Improving quality of science through better animal welfare: the NC3Rs strategy. Lab Animal. 46 (4), 152-156 (2017).
- Portier, K., Ida, K. K. The ASA Physical Status Classification: What is the evidence for recommending its use in veterinary anesthesia?-A systematic review. Frontiers in Veterinary Science. 5, 204 (2018).
- Gruter, B. E., et al. Fluorescence video angiography for evaluation of dynamic perfusion status in an aneurysm preclinical experimental setting. Operative Neurosurgery. 17 (4), 432-438 (2019).
- Strange, F., et al. Fluorescence angiography for evaluation of aneurysm perfusion and parent artery patency in rat and rabbit aneurysm models. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (149), e59782 (2019).
- Altes, T. A., et al. 1999 ARRS Executive Council Award. Creation of saccular aneurysms in the rabbit: a model suitable for testing endovascular devices. American Journal of Roentgenology. 174 (2), 349-354 (2000).
- Brinjikji, W., Ding, Y. H., Kallmes, D. F., Kadirvel, R. From bench to bedside: utility of the rabbit elastase aneurysm model in preclinical studies of intracranial aneurysm treatment. Journal of NeuroInterventional Surgery. 8 (5), 521-525 (2016).
- Sherif, C., Marbacher, S., Erhardt, S., Fandino, J. Improved microsurgical creation of venous pouch arterial bifurcation aneurysms in rabbits. American Journal of Neuroradiology. 32 (1), 165-169 (2011).
- Bavinzski, G., et al. Experimental bifurcation aneurysm: a model for in vivo evaluation of endovascular techniques. Minimally Invasive Neurosurgery. 41 (3), 129-132 (1998).
- Lewis, D. A., et al. Morbidity and mortality associated with creation of elastase-induced saccular aneurysms in a rabbit model. American Journal of Neuroradiology. 30 (1), 91-94 (2009).
- Wang, K., et al. Neck injury is critical to elastase-induced aneurysm model. American Journal of Neuroradiology. 30 (9), 1685-1687 (2009).
- Cesar, L., et al. Neurological deficits associated with the elastase-induced aneurysm model in rabbits. Neurological Research. 31 (4), 414-419 (2009).
- Aoki, T., Nishimura, M. The development and the use of experimental animal models to study the underlying mechanisms of CA formation. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 535921 (2011).
- Frosen, J., Cebral, J., Robertson, A. M., Aoki, T. Flow-induced, inflammation-mediated arterial wall remodeling in the formation and progression of intracranial aneurysms. Neurosurgical Focus. 47 (1), 21 (2019).
- Gruter, B. E., et al. Comparison of aneurysm patency and mural inflammation in an arterial rabbit sidewall and bifurcation aneurysm model under consideration of different wall conditions. Brain Sciences. 10 (4), 197 (2020).
- Marbacher, S., et al. The Helsinki rat microsurgical sidewall aneurysm model. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (92), e51071 (2014).
- Marbacher, S., et al. Complex bilobular, bisaccular, and broad-neck microsurgical aneurysm formation in the rabbit bifurcation model for the study of upcoming endovascular techniques. American Journal of Neuroradiology. 32 (4), 772-777 (2011).
- Marbacher, S., et al. Loss of mural cells leads to wall degeneration, aneurysm growth, and eventual rupture in a rat aneurysm model. Stroke. 45 (1), 248-254 (2014).
- Gruter, B. E., et al. Testing bioresorbable stent feasibility in a rat aneurysm model. Journal of Neurointerventional Surgery. 11 (10), 1050-1054 (2019).
- Nevzati, E., et al. Biodegradable magnesium stent treatment of saccular aneurysms in a rat model - Introduction of the surgical technique. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (128), e56359 (2017).
- Gruter, B. E., et al. Patterns of neointima formation after coil or stent treatment in a rat saccular sidewall aneurysm model. Stroke. 52 (3), 1043-1052 (2021).
- Wanderer, S., et al. Aspirin treatment prevents inflammation in experimental bifurcation aneurysms in New Zealand White rabbits. Journal of NeuroInterventional Surgery. , (2021).
- Lyu, Y., et al. An effective and simple way to establish eastase-induced middle carotid artery fusiform aneurysms in rabbits. Biomed Research International. 2020 (10), 1-12 (2020).
- Wang, S., et al. Rabbit aneurysm models mimic histologic wall types identified in human intracranial aneurysms. Journal of NeuroInterventional Surgery. 10 (4), 411-415 (2018).
- Kang, W., et al. A modified technique improved histology similarity to human intracranial aneurysm in rabbit aneurysm model. Neuroradiology Journal. 23 (5), 616-621 (2010).
- Frosen, J., et al. Remodeling of saccular cerebral artery aneurysm wall is associated with rupture: histological analysis of 24 unruptured and 42 ruptured cases. Stroke. 35 (10), 2287-2293 (2004).
- Frosen, J., et al. Growth factor receptor expression and remodeling of saccular cerebral artery aneurysm walls: implications for biological therapy preventing rupture. Neurosurgery. 58 (3), 534-541 (2006).
