通过中线剖腹术在大鼠中实现可控、可逆的内脏动脉缺血、静脉淤血及联合灌注不足
2024年7月5日
本文介绍了一种在大鼠模型中对内脏器官进行可控且可逆性灌注不足的标准化操作流程。该方法旨在以高度的方法学确定性和可控性诱导灌注不足状态，同时保持技术上的简便性与抗误差能力。
本研究的范围是对生理状态及灌注不良的器官和组织进行光谱表征。通过高光谱成像技术，我们希望能够可靠地识别并区分不同组织中的灌注不良状态，并将该技术确立为医学领域一种新的诊断支柱，以弥补现有诊断手段的空白。目前，对灌注不良器官进行光谱表征所面临的主要实验挑战，首先是缺乏用于标准化诱导不同灌注不良状态的实验方案，以及实现可逆性的目标。
我们的研究结果为系统性探究内脏灌注不良在生物分子、光谱、医学及外科层面的影响开辟了道路，且具备高时间分辨率以及灌注不良状态可逆的优势。首先，将麻醉后的大鼠置于手术台上以进行剖腹手术。在腹部做一长度为7 cm的皮肤切口，并解剖分离筋膜。
使用带有连接塑料管的外科准备钩和外科蚊式钳穿过皮肤进行缝合。利用外科准备钩暴露手术部位，并对组织施加张力。将部分外科敷料置于胸骨下方，并用坚固的组织剪切除剑突。
使用手术纱布对切除区域施加压力，以实现这一血供丰富区域的充分止血。然后轻柔地游离肝脏背侧，并解剖暴露的镰状韧带。使用无创准备器械，将上腹部器官向左侧移位，以暴露左侧肾上腺动脉。
接下来，确定位于左肾上腺动脉头端延伸内侧的搏动部位。使用无损伤血管钳穿过软组织进行钝性分离，在腹主动脉最头端处建立隧道，并用硅胶血管环套住腹主动脉。
然后使用硅胶环套，以合适的动脉瘤显微血管夹将主动脉轻度向腹侧移位，并沿环套引导动脉瘤显微血管夹，以确保主动脉的隔离阻断。在完成预定的缺血时间后，移除显微血管夹，以实现器官的再灌注。使用无创性分离器械，将肝脏向右侧游离，并锐性解剖肝韧带，进一步将肝脏向侧方牵开。
使用钝性持针器，在膈肌左缘打开肝后间隙，并游离下腔静脉。用硅胶血管环套住下腔静脉后，借助血管环放置合适的动脉瘤显微血管夹，使静脉轻微向腹侧移位。然后沿血管环推进动脉瘤显微血管夹，以确保下腔静脉的隔离阻断。
在达到预期的灌注不足时间后，移除微血管夹，以实现器官的再灌注。在悬吊主动脉和腔静脉后，再次使用硅胶环对两根血管应用动脉瘤微血管夹。在达到预期的灌注不足时间后，移除微血管夹，以实现器官的再灌注。
采用高光谱成像技术验证了四种不同的灌注障碍状态。测量了五个内脏器官的氧合与灌注指数参数，结果显示，在灌注障碍状态下，这些数值相较于正常生理状态显著降低。以胃为例，其氧饱和度在生理灌注状态下约为64.1%，而在不同灌注障碍状态下则降至较低水平，其中动脉和静脉联合灌注障碍时最低，仅为39.3%，提示存在严重的缺血状况。
概述
本文介绍了一种在大鼠模型中诱导内脏器官可控且可逆性灌注不足的标准操作流程。该方法旨在确保高度的可重复性和可控性，同时保持技术上的简便性。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生理学
- 医学影像学
背景
- 灌注不良状态可显著影响器官功能。
- 目前对灌注不良的诊断方法有限。
- 高光谱成像为识别灌注不良提供了潜在解决方案。
- 目前缺乏诱导灌注不良的标准操作规程。
研究目的
- 建立一种在大鼠模型中诱导灌注不良的可靠方法。
- 利用高光谱成像技术对灌注不良器官进行表征。
- 建立一种识别灌注不良状态的新型诊断方法。
使用的方法
- 通过手术技术在大鼠模型上诱导灌注不足。
- 应用动脉瘤显微血管夹实现可控性灌注不足。
- 利用高光谱成像评估氧合状态和灌注情况。
- 测量多种内脏器官的生理参数。
主要结果
- 采用高光谱成像技术验证了四种不同的灌注不良状态。
- 在灌注不良期间，观察到氧合和灌注显著降低。
- 氧饱和度数值变化显著，表明存在缺血状况。
- 本研究为内脏灌注不良的进一步研究奠定了基础。
结论
- 标准化的操作流程可实现可重复的灌注不足研究。
- 高光谱成像技术能够有效区分不同的灌注不足状态。
- 该研究为医学领域诊断方法的改进开辟了新途径。
常见问题
行业应用价值
在大鼠模型中实现对内脏灌注损伤的可控且可逆的诱导，能够严格验证组织灌注机制并评估影像学生物标志物。该模型通过提供标准化且可重复的实验条件，填补了临床前研究中的关键空白，可用于评价针对缺血与淤血的诊断方法和治疗干预措施。该方法有助于在血管及组织靶向类项目的发现阶段向临床前阶段转化的关键节点上提升预测的可信度。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 可在受控的体内系统中对动脉缺血、静脉淤血及联合性灌注不良进行机制性研究。
- 支持对血管通路和组织保护通路的功能性靶点验证。
- 通过分离特定的灌注缺陷及其分子后果，促进生物学风险的降低。
- 为评估候选干预措施对特定灌注不良状态的影响提供研究平台。
筛选与检测方法开发
- 建立经过验证且可重复的灌注不良状态，用于下游成像及生物标志物检测方法的开发。
- 利用高光谱成像技术，实现对多个器官氧合状态和灌注指数的定量测量。
- 支持成像读数的标准化，以客观比较候选诊断方法或治疗手段。
- 为针对灌注缺陷的化合物或成像试剂的高通量筛选提供准备好的生物系统。
转化与临床前研究
- 将临床前模型与临床观察到的疾病相关灌注障碍机制相匹配。
- 通过将影像学结果与明确的生理状态相关联，实现转化生物标志物的验证。
- 提供可靠且可逆的有效性和安全性评估终点，支持基于风险调整的候选药物推进。
- 为血管和组织保护项目的发现至临床前验证阶段提供连续性支持。
流程与工作流整合
该模型通过实现假设驱动的测试、定量成像以及血管和组织靶向研发的转化生物标志物匹配，融入从发现到临床前研究的连续过程。
- 发现生物学：提供一个在体内分离和验证特定灌注障碍假设的平台。
- 筛选：提供可重复、定量的成像结果，用于检测方法开发和化合物评估。
- 分析：支持在不同实验条件下对氧合和灌注指标进行统计学比较。
- 转化研究：将临床前研究结果与临床成像及生物标志物策略相结合，用于灌注障碍综合征的研究。
- 企业级复用：为多种血管和组织保护研究项目提供标准化、可重复使用的模型。
运营与企业影响
- 科学价值：提高灌注靶向研究的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：增强活体灌注不足研究的可重复性、标准化程度和可扩展性。
- 战略价值：通过提供可靠且定量的终点指标，改善决策推进（通过/不通过）和资本使用效率。
- 项目组合影响：实现对血管保护和组织保护候选方案的风险调整后优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备啮齿类动物剖腹手术和血管夹闭技术的外科专业知识。
- 需要具备高光谱成像系统及定量分析基础设施的使用权限。
- 需要跨团队对手术操作流程和成像检测指标进行标准化。
- 若推广至其他物种或器官系统，可能需要优化实验方案。
- 局限性包括需要精确控制时间并保持技术操作的一致性，以确保可逆性和可重复性。
