Un nuevo modelo Ex Vivo para la evaluación de la ejecución Material de la inyección Submucosal endoscópica

Bioengineering

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Summary

Hemos desarrollado un nuevo vivo ex modelo que se aplica una tensión constante a la muestra gástrica porcina. Este desarrollo hizo posible evaluar el desempeño (la altura y la duración de la elevación submucosa) de varios SIMs con precisión.  Se explica la metodología de configuración detallada de este nuevo modelo.

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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).

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Abstract

Incrementar el rendimiento de los materiales de inyección submucosal (SIMs) es importante para la terapia endoscópica de cáncer gastrointestinal. Es esencial para establecer un modelo ex vivo que puede evaluar rendimiento de SIM con precisión, para el desarrollo de los SIMs de alto rendimiento. En nuestro estudio anterior, hemos desarrollado un nuevo vivo ex modelo que puede utilizarse para evaluar el desempeño de varios SIMs en detalle mediante la aplicación de una tensión constante a los extremos de la muestra. También confirmamos que el propuesto nuevo modelo ex vivo permite precisa elevación submucosa (SEH) altura bajo condiciones uniformes y comparaciones detalladas de las actuaciones de varios tipos de SIMs. Aquí, describimos la nueva ex vivo modelo y explicar la metodología de configuración detallada de este modelo. Puesto que todas las piezas del nuevo modelo eran fáciles de obtener, la configuración del nuevo modelo podría ser terminada rápidamente. SEH de varios SIMs se podía medir con mayor precisión mediante el modelo nuevo. El factor crítico que determina el rendimiento de SIM puede identificarse con el nuevo modelo. Velocidad de desarrollo de SIM aumentará drásticamente después de que se ha identificado el factor.

Introduction

Disección submucosa endoscópica (ESD) y la resección mucosa endoscópica (EMR) son comunes en la actualidad tratamientos para cáncer gastrointestinal de la temprano-etapa1,2. Inyectar un material de inyección submucosal (SIM) en la submucosa es uno de los pasos más importantes para el EMR y el ESD procedimientos2,3. Alta elevación submucosa y el mantenimiento de elevación submucosa son criterios esenciales para la segura conducción de EMR/ESD.

Aunque la solución salina normal (NS) se ha utilizado como un SIM desde la invención de la terapia endoscópica4,5, hialuronato de sodio (HA) fue introducida como tratamiento en los últimos años6,7. HA llegó a ser ampliamente utilizado en tratamientos endoscópicos como un SIM superior debido a su alto rendimiento8,9,10,11. En la actualidad, se realizó una comparación de rendimiento entre los SIMs ya existentes, y alto rendimiento SIMs fueron desarrollados para identificar otra superior SIM5,12,13,14, 15,16,17,18.

El modelo ex vivo utilizando a una muestra de estómago porcino se ha utilizado para evaluar el desempeño de la SIM, ya que la estimación del rendimiento de SIM en el aparato gastrointestinal humano es muy difícil19,20,21 , 22. sin embargo, este modelo convencional ex vivo es extremadamente simple y tiene las posibilidades de mejora. Reproducir un ambiente más cercano a la mucosa gastrointestinal humana permitirá la evaluación exacta del desempeño de la SIM.

En nuestro estudio anterior, hemos desarrollado un nuevo vivo ex modelo que puede utilizarse para evaluar el desempeño de varios SIMs en detalle mediante la aplicación de una tensión constante a los extremos de la muestra. También se confirmó que el nuevo modelo ex vivo propuesto, permite una medición precisa bajo condiciones uniformes y una comparación detallada de las actuaciones de varios tipos de SIMs23.

En este estudio, presentamos un aspecto completo del nuevo modelo ex vivo , y la metodología detallada de la configuración del nuevo modelo ex vivo se explica en detalle usando videos y figuras. El nuevo modelo ex vivo consiste en piezas que están fácilmente disponibles y puede configurarse rápidamente. Descripción de la metodología de instalación detallado contribuirá a la difusión del nuevo modelo.

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Protocol

El siguiente protocolo sigue las pautas de cuidado de los animales de la Universidad Prefectural de medicina de Kyoto.

1. preparación de las muestras usando un estómago porcino

Nota: El primer paso es preparar las muestras a utilizar en el modelo ex vivo (figura 1). El espesor de la pared gástrica porcina varía en diferentes áreas del estómago. Uso el tercio superior del estómago porcino, que es relativamente similar del estómago humano. Excluir a muestras inadecuadas donde no se encuentra elevación submucosa debido a la fibrosis.

  1. Corte a muestras gástricas en cuadros con dimensiones aproximadas de 6 × 6 cm.
  2. Almacenar a las muestras gástricas inmediatamente a una temperatura de-30 ° C.
  3. Descongelar las muestras congeladas gástricas justo antes del procedimiento de medición para asegurar condiciones de medición uniforme.

2. metodología toda instalación de un nuevo modelo Ex Vivo

Nota: Extienda la muestra descongelada sobre una tabla de dos formas diferentes. En el modelo convencional ex vivo , fijar a la muestra con alfileres (figura 1A)19,20,21,22. Por otra parte, en el nuevo modelo ex vivo , arreglar o estirar ambos extremos de la pieza con clips para producir una tensión constante (figura 1B, C). Todas las piezas del nuevo modelo son fáciles de obtener, y la configuración del nuevo modelo puede completarse rápidamente (figura 2). El procedimiento del nuevo modelo es el siguiente (figura 3):

  1. Conecte el clip de acero inoxidable y la clave y el gancho en forma de S (Figura 3A).
  2. Conecta el cable y el gancho en forma de S y el peso (Figura 3A).
  3. Conecte el gancho en el otro extremo del cable. Un dispositivo de tracción se completa en el proceso anterior (figura 3B).
  4. Fijar las poleas (figura 2b) en ambos extremos de la base (figura 3).
  5. Coloque la placa de goma (6 x 6 cm) en el centro de la base (figura 3).
  6. Coloque a la muestra gástrica en la plaquita de goma y pizca que la muestra termina con el clip del dispositivo de tracción.
  7. La caída del peso a través de la polea (ambos lados). Por lo tanto, tensión constante se puede aplicar a la muestra (figura 4).
  8. Iniciar la medición de SEH, porque después de la instalación del nuevo modelo completamente terminada (véase paso 3 más abajo).

3. evaluación del desempeño de SIM

Nota: En este estudio, utilizamos solución salina normal (NS) e hialuronato de sodio 0.4% (HA) como los SIMs, y medir SEH de los SIMs dos. Se realizan tres mediciones independientes. Los datos obtenidos se expresan como la media y desviación estándar (D.E.). Análisis estadístico se realizó mediante el software de análisis estadístico (GraphPad Prism 7). Se analizaron las variables continuas (SEH) con la prueba t de Student y las magnitudes p < 0,05 se consideraron significativos. La medición de SEH es como sigue (figura 5).

  1. Realizar el ajuste del punto cero del indicador de altura, basado en la altura de la mucosa antes de un procedimiento de elevación submucosa. En detalle, realizar el ajuste de punto cero presionando el botón PRESET después de arreglar la pizarra a la altura de la superficie de la mucosa.
  2. Horizontalmente se inyecte 2,0 mL de cada solución en la submucosa de los márgenes del espécimen usando una jeringa de 2,5 mL y aguja de calibre 23, para llevar a cabo un procedimiento de elevación submucosa (figura 5A-C).
  3. Medida SEH rápidamente usando un calibrador de altura digital 0, 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 30, 45 y 60 min después de la inyección (figura 5). En detalle, anote la altura mostrada en el medidor de altura cuando la pizarra en la parte superior de la elevación submucosa.
  4. Realizar tres mediciones independientes y expresar los resultados obtenidos en la media y desviación estándar.
  5. Analizar los datos obtenidos utilizando el software estadístico apropiado y evaluar el desempeño de los jugadores (se puede comparar el rendimiento entre cada SIM.)

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Representative Results

SEH se midió con el tiempo en el nuevo modelo ex vivo o convencional ex vivo modelo. Los valores de SEH (NS), medido utilizando el modelo convencional [NS fue inyectado en la submucosa de la muestra fijada con pernos (0.0 N)] fueron 5,7 mm (0 min), 3,6 m (5 min), 3.0m m (10 min) y de 2,2 mm (30 min). De esta manera, los valores de SEH disminuyeron con el aumento de tiempo de post inyección. Un análisis similar fue realizado usando 0,4% HA en lugar de NS. Los valores de SEH (0,4% HA) fueron 6,5 mm (0 min), 5.2 mm (5 min), 4.8 mm (10 min) y 4,1 mm (30 min). El SEHs resultantes del 0,4% HA fueron superiores a los de NS independientemente del tiempo de inyección del post. El SEHs (NS y % de 0.4 HA) obtenidos mediante el modelo convencional (en ausencia de la tensión aplicada) exhibida relativamente grandes variaciones (en otras palabras, sus desviaciones de estándar eran altos) (figura 6A).

A continuación, los valores de SEH (NS), medido utilizando el modelo convencional [NS fue inyectado en la submucosa de la pieza estirada en una tensión constante (1.5 N)] fueron 4,8 m (0 min), 3.0m m (5 min), (10 min), de 2,4 mm y 1,8 mm (30 min). Cuando la tensión se incrementó 3.0 N en las mismas condiciones, los valores de SEH (NS) fueron 4,5 mm (0 min), 2,3 mm (5 min), 1,5 mm (10 min) y 1,3 mm (30 min). La SEH medido en distintos momentos de inyección post disminuidas con el aumento de la tensión. El SEHs obtenidos con el nuevo modelo exhibida pequeñas variaciones (en otras palabras, sus desviaciones de estándar eran bajos) (Figura 6B, C).

Para evaluar la relación entre ella y la tensión aplicada a la muestra, en comparación con SEH medido a diferentes tensiones (0.0-3.0 N). En el análisis con el nuevo modelo, la SEH en una tensión de 3.0 N fue significativamente menor que la SEH en una tensión de 1,5 N (en todos los casos, fue satisfecha la condición P < 0,001). En cambio, como desviaciones del SEHs obtenidos mediante el modelo convencional (0.0 N) eran altas, no era ninguna diferencia significativa entre SEHs obtenidos mediante el modelo convencional (0.0 N) y el nuevo modelo (1.5 N) (figura 6, E).

Figure 1
Figura 1. Nuevo modelo ex vivo y modelo convencional ex vivo . En el modelo convencional ex vivo , el espécimen porcino fue fijado con pernos (A). Por otra parte, en el nuevo modelo ex vivo , ambos extremos de la muestra fueron estiradas con clips para producir una tensión constante (B). Este modelo puede ser tensado uniformemente usando un peso, y la tensión se puede arreglar cambiando el peso (C). Cada SIM se inyecta en la submucosa de la muestra, llevando a elevación submucosa (D). Esta figura ha sido modificada de Hirose et al. 23. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Todas las partes utilizadas para el nuevo modelo. El nuevo modelo ex vivo consiste en piezas que están fácilmente disponibles. Todas las partes utilizadas para el nuevo modelo ex vivo : (a) aproximadamente 50-300 g de peso (el peso se puede modificar apropiadamente según la tensión aplicada); (b) fijo tipo polea con diámetro de 25 mm; (c) alambre de acero inoxidable con un diámetro de 0.45 m m; clip de acero inoxidable (d) de la anchura de 147 mm; (e) acero inoxidable alambre clave con una longitud de 12 cm; (f) acero inoxidable S en forma de gancho; (g) con cierre de acero inoxidable S-en forma de gancho. (Esta cifra ha sido modificada de Hirose et al. 23). haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3. El método de configuración detallada del nuevo modelo ex vivo . El nuevo modelo ex vivo se puede rápidamente configurar. (A) Conecte el clip de acero inoxidable (Figura 2d) y el cable clave (figura 2e) y la S en forma de gancho (figura 2 g). A continuación, conecte el cable (figura 2 c), el gancho en forma de S (figura 2f) y el peso (Figura 2a). (B) por último, conecte el gancho (figura 2 g) al otro extremo del cable (figura 2C). Un dispositivo de tracción se completa en el proceso anterior. (C) fijar las poleas (figura 2b) en ambos extremos de la base [madera base rectangular (45 x 60 cm) para montar el modelo]. A continuación, coloque la placa de goma (6 x 6 cm) en el centro de la base. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4. La apariencia completa del nuevo modelo ex vivo . Se puede realizar una medición precisa de SEH. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5. El procedimiento de medición mediante el nuevo modelo ex vivo . Para evaluar el funcionamiento de la SIM, la magnitud de SEH fue medida por un medidor digital de la altura (A). Utilizando una jeringa de 2,5 mL con una aguja de calibre 23, 2,0 mL de cada SIM fue inyectado en la submucosa de los bordes de la muestra para crear una elevación submucosa (B, C). El calibrador de altura digital fue utilizado para medir la altura de la elevación submucosa (es decir., los valores de SEH) (D). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6. Medición de SEH utilizando el modelo de nuevo o convencional. Después de la inyección de NS o 0.4% HA en la submucosa de la muestra fijada con pernos (0.0 N) (A) o estirados en una tensión constante (1.5 N o 3.0 N) (B, C), SEH se midió usando el calibrador de altura. A continuación, se compararon los valores de SEH medido a diferentes tensiones (0.0 1.5 y 3.0 N) después de la inyección submucosa de NS (D) o 0.4% HA (E). Datos se expresan como media ± D.S. de más de tres experimentos independientes. (Esta cifra ha sido modificada de Hirose et al. 23) por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

El estómago porcino utilizado para el nuevo modelo debe almacenarse en un congelador inmediatamente después de la resección y utilizarse dentro de algunos meses después de la congelación, ya que la frescura del estómago de cerdos es fundamental para la medición de SEH. (Medimos SEH utilizando a especímenes gástricos congelados y no congelados y confirmó que no hubo diferencias en el resultado de la medición de la SEH).

La calidad de las muestras gástricas es influenciada por las diferencias individuales de estómago porcino. Por lo tanto, se recomienda excluir obviamente gruesos ejemplares o ejemplares con muchos pliegues antes de la medición. Además, algunos ejemplares pueden ser muestras inadecuadas para la medición de SEH debido a la fibrosis. Se recomienda excluir los especímenes inadecuados donde no se encuentra elevación submucosa debido a la fibrosis.

Ya que el tracto digestivo se expande por el tratamiento endoscópico, cierta tensión es aplicada a la mucosa gastrointestinal. Fue revelado que rendimiento de SIM (evaluado mediante la medición de los valores de SEH) disminuyó con el aumento de los valores de la tensión aplicada a las muestras. Por lo tanto, la tensión era un factor importante que afecta el funcionamiento de la SIM (es decir., los valores de SEH)23. La aplicación de tensión de 1.5-3.0 N puede reproducir un ambiente más cercano a la mucosa gastrointestinal humana. Sin embargo, una limitación de este método es que la tensión óptima dependerá de la diferencia de la muestra utilizada para el análisis.

En el modelo convencional, puesto que la tensión aplicada a cada espécimen varía dependiendo del grado de fijación de la muestra, las variaciones de medida SEH son grandes (que corresponden a las desviaciones de estándar alto de SEH). Por lo tanto, estas altas desviaciones estándar hacen difícil comparar cada SEH en detalle y realizar análisis estadístico. Por otro lado, debido a pequeñas variaciones de la SEH en el nuevo modelo, rendimiento de SIM puede compararse con precisión ex vivo y preciso análisis estadístico se realiza.

En conclusión, el nuevo modelo ex vivo permite la medición precisa de la SEH y comparación detallada del funcionamiento de la SIM. Descripción de la metodología de instalación detallado contribuirá a la difusión del nuevo modelo y el desarrollo de materiales de alto rendimiento.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por investigación de tecnología médica innovadora Kyoto y sistema de soporte de desarrollo y por el programa de investigación traslacional; Promoción estratégica para la aplicación práctica de tecnología médica innovadora (TR-SPRINT) de la Agencia Japonesa para la investigación médica y desarrollo (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

  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).

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