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Method Article
Wir stellen ein Protokoll für die direkte Injektion des Vagusnervs bei Ratten vor, das die direkte Verabreichung von Medikamenten in den Nerv ohne Komplikationen nach der Injektion ermöglicht. Diese Methode gilt für präklinische neurologische Studien, bei denen das autonome Nervensystem manipuliert wird. Es kann für die direkte Nerveninjektion für andere Nerven bei Ratten und anderen Spezies verwendet werden, mit den notwendigen Modifikationen.
Es gibt eine relative Fülle von Strategien und Methoden, um die Verabreichung von Medikamenten an das zentrale Nervensystem zu erleichtern. Die direkte Verabreichung von Medikamenten an das periphere Nervensystem ist jedoch seltener, da weniger detaillierte Methodenpublikationen zur Verfügung stehen, um Forschern zu helfen. Hier beschreiben wir eine direkte Nerveninjektionsmethode für die Medikamentenabgabe im peripheren Nervensystem, wobei der Vagusnerv als Modellnerv verwendet wird. Diese Methode kann bei der Behandlung von Störungen des autonomen Nervensystems durch gezielte Behandlung des linken Vagusnervs angewendet werden, obwohl diese allgemeine Injektionsmethode mit geringfügigen Modifikationen auf die Injektion anderer Nerven extrapoliert werden kann. Diese Methode erklärt alle kritischen Schritte des mikrochirurgischen Eingriffs bei anästhesierten erwachsenen Ratten unter einem Präpariermikroskop. Die Verwendung eines Tracking-Farbstoffs wird beschrieben, um die Überwachung der Injektionstreue in Echtzeit zu erleichtern. Es werden Abbildungen von erfolgreichen und fehlgeschlagenen Injektionen bereitgestellt. Bei sachgemäßer Durchführung können direkte Vagusnerv-Injektionen auf sichere und von der Ratte gut vertragene Weise durchgeführt werden, ohne dass es zu Komplikationen nach der Entbindung kommt. Nachdem die Chirurgen in dieser Methode geschult waren, wurden beispielsweise sechs von sechs Ratten erfolgreich und ohne Komplikationen injiziert. Diese Methode der direkten Nerveninjektion für präklinische Studien an Ratten ist in der Lage, Wirkstoffe (einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Gentherapie) an periphere Nerven abzugeben.
Die Anwendung der richtigen Methode der Arzneimittelverabreichung ist einer der entscheidenden Faktoren für das Erreichen erfolgreicher therapeutischer Ergebnisse. Trotz der Fülle an Methoden zur Verabreichung von Therapeutika an das Zentralnervensystem (ZNS) werden nur wenige Methoden für die Verabreichung des peripheren Nervensystems (PNS) durch direkte Nerveninjektion berichtet. Die direkte Injektion von Nerven, wie z. B. die Injektion in die Spinalganglien (DRG) bei Ratten, wurde in präklinischen Studien zum besseren Verständnis der Schmerzmechanismen, der Arzneimitteltoxizität, des Gentransfers 1,2,3 und derallgemeinen Methodenentwicklung 1,4 versucht. Weitere Berichte über die direkte Nerveninjektion umfassen die Injektion des Spinalnervs4, die Ischiasnerv-Injektion1 und die Injektion des Vagusnervs bei Ratten5 und Mäusen6. Vor kurzem wurde ein Verfahren zur suprachondrialen Injektion zur besseren Verteilung von Therapeutika in den Sehnervenkopf bei Kaninchen vorgeschlagen7.
DRG gilt aufgrund der sensorischen Funktion der Zellkörper im DRG2 als idealer Ort für die direkte Injektion von transgenbeladenen Vektoren wie dem Adeno-assoziierten Virus (AAV). Sowohl chirurgische als auch nicht-chirurgische Methoden der DRG-Injektionen wurden beschrieben 1,8. Es wurden jedoch kontroverse Schlussfolgerungen über die Konsistenz der Ergebnisse mit der nicht-chirurgischen Methode der DRG-Injektion1 gefunden. Es wurde vorgeschlagen, dass eine chirurgische Methode, die eine partielle Laminektomie beinhaltet, für die DRG-Injektion bei Ratten ohne Veränderung der Verhaltensergebnissezu 100 % erfolgreich ist 3, sowie eine Methode mit partieller Osteotomie bei Mäusen9. Mehrere Studien berichten über die DRG-Injektionsmethoden der Arzneimittelverabreichung, die in der präklinischen Gentherapieforschung bei Ratten und Mäusen eingesetzt wurden 1,2,10. Vektorbasierte Gentherapiestudien mit lokalisierten Injektionen können die folgenden Vorteile umfassen: verminderte Off-Target-Expression, Verringerung der systemischen Toxizität und kleinere Viruslasten und Injektionsvolumina, verringertes Risiko immunogener Komplikationen11,12.
Die direkte Injektionsmethode in den Ischiasnerv, den längsten Nerv des Körpers, wurde ausprobiert, indem der rechte Ischiasnerv in der Mitte des Oberschenkels einer Ratte freigelegt wurde. Bei der Methode wurde eine gezogene Glaspipette verwendet, die mit einem mikroprozesseurgesteuerten Injektionssystem ausgestattet war, um ein Gesamtvolumen von 10 μl Farbstoff mit einer Flussrate von 1,2 μl/min zu injizieren1. Dieses Experiment zeigte einen Mangel an Farbstoffverteilung auf dem Niveau von DRG, und die Verteilung war meist um die Injektionsstelle herum begrenzt. In ähnlicher Weise wurden andere Methoden der direkten Nerveninjektionen, wie z. B. Spinalnerveninjektionen, mit Farbstoff ausprobiert, um die angemessene Menge an Injektionsvolumen und das Farbstoffverteilungsmuster bei Ratten zu bewerten. 2 μl werden als optimal für die Injektion des Spinalnervs empfohlen, während 3 μl Farbstoff durch DRG-Injektion die Verteilung sowohl in den dorsalen als auch in den ventralen Wurzelganglien bei Rattenzeigten 1. Es wurde berichtet, dass das Volumen für die DRG-Injektion bei Mäusen von 1,0 μl bis 1,5 μl auf der Grundlage des Stammes und der Körpergröße 2,9 optimal ist.
Die direkte Vagusnerv-Injektionsmethode wurde bei Ratten5 und Mäusen6 verwendet, um die Rolle der neuronalen Verletzung oder der zellulären Integrität bei der Übertragung von humanem α-Synuclein zu bewerten. Diese beiden Studien, die von derselben Forschergruppe durchgeführt wurden, beschreiben eine kurze Methode zur direkten Injektion von AAV-Vektoren in den linken Vagusnerv im Gebärmutterhalsbereich. Bei Ratten wurde eine Glaskapillare mit einem Spitzendurchmesser von 60 μm verwendet, um einen 2-μl-Vektor mit einer Flussrate von 0,5 μl/min mit einer 5-μl-Hamilton-Spritze zu injizieren. Bei Mäusen wurde ein Gesamtvolumen von 750 nL Vektorlösung mit einer Flussrate von 160 nL/min unter Verwendung einer 36-G-Nadel aus stumpfem Stahl injiziert, die auf eine 10 μl NanoFil-Spritzeaufgesetzt wurde 6. Diese Experimente zeigten, dass das Transgen in Axonen im Pons und Mittelhirn der Ratten und Mäuse abgegeben und exprimiert wurde. In ähnlicher Weise zeigte der dorsale motorische Kern des linken Vagusnervs eine positive Immunreaktion mit dem Transgen. Diese Beweise zeigen, dass die direkte Vagusnerv-Injektionsmethode eine zuverlässige Methode in der Gentherapie sein könnte, bei der die zelluläre Transduktion auf mehrere Stellen des Gehirns ausgedehnt wird, die Axone durch den Vagusnerv projizieren. Bei diesen Methoden wird jedoch nicht die Verwendung eines Farbstoffs zur Verfolgung der Injektionstreue erwähnt.
Hier wird ein Verfahren zur direkten Injektion in den linken Vagusnerv unter Verwendung von ungiftigen Tracking-Farbstoffen beschrieben, die für Forscher in präklinischen Studien weitgehend anwendbar sind. Mögliche Fallstricke, die Schwierigkeiten bei der Verabreichung von Medikamenten verursachen können, und die Möglichkeiten, diese zu überwinden, werden diskutiert. Diese Situationen werden mit Bildern illustriert, um zu zeigen, was die Lieferung nicht erfolgreich macht und wie sie erfolgreich sein kann.
Das folgende Protokoll wird in Übereinstimmung mit den institutionellen Ethikrichtlinien und der Genehmigung des Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) durchgeführt.
1. Vorbereitung des Gehäuses
HINWEIS: Dieses Protokoll gilt für erwachsene Ratten im Alter von mindestens 2 Monaten. Kleinere Tiere (einschließlich Mäuse und jüngere Ratten) sind möglich, werden aber nicht empfohlen und sind erheblich schwieriger.
2. Vorbereitung der chirurgischen Gegenstände und des Raumes
3. Herstellen einer Mischung aus dem Wirkstoffkandidaten und dem Tracking-Farbstoff
4. Laden des Wirkstoff- und Farbstoffgemisches in den Schlauch
5. Grundierung der Injektionsnadel
6. Vorbereitung der Ratte auf die Operation
7. Durchführung einer Rattenoperation zur direkten Injektion des Wirkstoffkandidaten in den linken Vagusnerv (Abbildung 2, Abbildung 3 und Abbildung 4)
HINWEIS: Für diesen Teil der Methode ist eine zweite Person erforderlich, die den Chirurgen unterstützt.
8. Nachsorge einer Ratte
In der vorliegenden Studie wurden sechs erwachsene Ratten (3 Männchen und 3 Weibchen) verwendet. Von sechs Ratten wurde eine Ratte mehrfach injiziert, um einen Zustand des Versagens der Injektion zu demonstrieren, der eine Diffusion des Farbstoffs um die Injektionsstelle herum zeigt Abbildung 5A. Alle anderen Ratten zeigten eine glatte Injektion und Nervenflecken, wie in Abbildung 4B und
Die Methode zur direkten Injektion in den linken Vagusnerv kann bei Ratten sicher und ohne postoperative Komplikationen durchgeführt werden. Die Verabreichung von Medikamenten an den Vagusnerv kann verwendet werden, um das autonome Nervensystem (ANS) zu bekämpfen. Dies beinhaltet bestimmte kritische Schritte, die Übung und ein mittleres bis hohes Maß an chirurgischer Geschicklichkeit erfordern.
Dieser chirurgische Eingriff erfordert bei Ratten eine ausgew...
Die Autoren NR und XC haben keine Interessenkonflikte. RMB und SJG sind Erfinder von geistigem Eigentum im Zusammenhang mit dem Gentransfer zum ANS durch Vagusnerv-Injektionen (US-Patent #11,753,655). SJG und RMB haben Lizenzeinnahmen von Taysha Gene Therapies erhalten, und SJG hat Beratungseinnahmen von Taysha Gene Therapies erhalten.
Wir möchten uns bei der UT Southwestern Animal Resource Center Facility für die Einrichtung von Operationsräumen für Ratten bedanken. Die Finanzierung dieser Arbeit wurde von den folgenden Quellen an die SJG zur Verfügung gestellt: NIH/NINDS R01 NS087175, Hannah's Hope Fund und Taysha Gene Therapies.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL BD Tuberculin Syringe with Detachable 25 G x 5/8". Needle | Becton, Dickinson and Company | SKU:309626 | Used to connect with curved needle to pull the vagus nerve and hold it at the time of injection. |
0.5% Bupivacaine Hydrochloride Injection | Hospira | NDC 0409-1162-19 | Local anesthetics used to anesthetize local tissue. |
100 mL 0.9% Sodium Chloride Irrigation USP | Stericare Solutions | Item #6240 | Normal saline, used to rehydrate rat and tissue. |
20 Blunt, Retractor Tips, 7.5 mm | Kent Scientific Corporation | Surgi 5018 | Used to pull apart and hold tissues at the time of surgery. |
3 mL BD-Luer-Lok Syringe, Sterile, Single Use | Becton, Dickinson and Company | SKU # 309657 | Used to inject saline in rat and fill the saline into the Polythene tubing. |
AK-Fluor10% | Akorn | NDC 17478-253-10 | Fluorescein dye visible within the nerve. Used to track injection fidelity. |
Animal Weighing Scale | Kent Scientific Corporation | SCL 4000 | Used to measure body weight of rat. |
Ansell ENCORE Perry Style 42 PF Surgical Gloves | Ansell | ASTM D3577 | Sterilie glove, it is used at the time of surgery by a surgeon. |
Artificial Tears Ointment 3.5g | Pivetal | NDC 46066-753-55 | Used in eyses to prevent excessive dryness of eyes. |
Baby-Myxter Hemostat | Fine Science Tools | 13013-14 | Used to stop bleeding in case of emergency. Also used to bend the 25 G x 5/8" in needle. |
BD Intramedic PE Tubing | Becton, Dickinson and Company | 14-170-12A | Used in the injection set up system to connect with Hamilton needle and NanoFil Needles. It also holds the injection mixture. |
BD Precison Glide Needle, 25 G x 5/8" | Becton, Dickinson and Company | REF#305122 | Used to inject saline in rat, and to make a curved needle. |
BD Precison Glide Needle, 27 G x ½" | Becton, Dickinson and Company | REF#301629 | Used to fill sterile saline into the BD Intradermic tubing. |
Benchmark Accuris ”NextPette” Variable Volume Pipette Micro Starter Setincludes 4 pipettes: 10/20/200/1000 μL, plus stand | MilliporeSigma | BMSP7700S1 | Used to pippette sterile solution. |
Betadine, Povidine Iodine 10% | Honestmed | 67618015017 | Used to disinfect the surgical area. |
Carprofen Injectable solution 50 mg/mL | Supplied by Covtrus (6451506845) | SKU 591149 | In our case, we used diluted carprofen at the dose rate of 5 mg/kg provided by the Animal Resource Center of University of Texas Southwestern Medical Center. |
Curved needle (custom made) | Becton, Dickinson and Company | REF#305122 | BD PrecisionGlide 25 G x 5/8" in needle is curved to 90 degrees with the help of a hemostat. The tip of the needle is made blunt. It needs to be sterilized before use. It is used to hook the vagus nerve and hold it at the time of separation and injection. |
Dissecting microscope | Motic | SMZ-171-BLED (Binocular with Lights) | Used to magnify the crifical anatomical area at the time of vagus nerve separation, injeciton, and to check injection leakage. |
Drape sheet | Dynarex | Reorder#8122 | Used as drape after sterilization. |
Dukal Cotton Tip Applicators, Non-Sterile | Dukal | Item 9003 | Used to blunt separation of tissue, needs to sterilize before use. |
Dumont #7 - Fine Forceps | Fine Science Tools | 11274-20 | Used to separate the left vagus nerve from common carotid artery. It is curved so easy to use. |
Ethicon PDS II Undyed Monofilament Suture - SUTURE, 4/0 18 PDS II CLR MONO PS | Ethicon | VA - Z682G | Used in suturing the wound. |
Ethilon Nylon Suture Black Monofilament | Ethicon | 1856G | Used in suturing the wound if non-absorbale suture is used. Also used to hook the rat tooth to fix nose inside the nose cone. |
Fine Forceps - Mirror Finish | Fine Science Tools | 11412-11 | Used at the time of vagus nerve separation from the common carotid artery. This is straight. |
Fine Scissors - Sharp | Fine Science Tools | 14060-09 | Ued to cut tissue. |
Hamilton cleaning solution | Hamilton | HT18311 | Used to clean the Hamilton after use. |
Hamilton Needle, 27G, Small Hub RN Needle, 2”, PT3, 6/PK | Hamilton | 7762-01 | Used to connect BD Intramedic™ PE Tubing. |
Hamilton Syringe , 710RN | Hamilton | 7638-01 | Used to hold drug at the time of vagus nerve injection. |
Insulin Syringe | EXEL INT, Comfort point | REF 26027 | Used to inject carprofen and local anesthetics. |
Lidocaine 2% Injection | Covetrus | Reorder#002468 | Used to mix with Bupivacaine and inject at the site of incision. |
Luxol Fast Blue MBSN | Acros Organics | 212170250 | Dye visible within the nerve, used to mix with drug so that injection mixture is visible. |
Micro Bead Sterilizer with Glass Beads | Fine Science Tools | Item No. 18090-46 | Used to sterilize surgical tools in between the rat surgery. |
NanoFil Needles-NF35BV-2 | World Precision Instrument | NC9708956 | Used to inject drug - dye mixture inside the vagus nerve. |
Olsen-Hegar Needle Holders with Suture Cutters | Fine Science Tools | 12002-12 | Used in wound suturing. |
Parafilm M Laboratory Wrapping Film, 4 Inches x 125 Feet, 1 Roll per Box, 12 Count | Honestmed | PM#996 | Used to hold the aliquoted 5 uL of drug-dye mixture so that loading of drug-dye mixture into the BDTM intradermic tubing is accurate. |
PDI Alcohol Prep Pads | Honestmed | NDC 10819-3914-2 | Used to disinfect the surgical area. |
Premium Care Sterile Type VII Gauze Sponges, 8-Ply, 2" x 2" | Dukal | Item C5119 | Used as cushon under the neck of rat at the time of surgery. |
Press’n Seal Cling Film | Glad | Used to cover a rat at the time of surgery like a drape. | |
Rat Retractor Set | Kent Scientific Corporation | Surgi 5002 | Used to keep the incision open so that it is easy to separate the vagus nerve from the carotid artery. |
RightTemp Jr. | Kent Scientific Corporation | 20.3 cm W x 25.4 cm L (8 in W x 10 in L), used to keep rat warm. | |
S&T Forceps - SuperGrip Tips | Fine Science Tools | 00632-11 | Used at the time of suturing to hold tissue without damage. |
S&T Suture Tying Forceps | Fine Science Tools | 00272-13 | Used to tight the suture. |
Scalpel blade #15 | Fine Science Tools | 10015-00 | Used to make an incision in the skin at the ventral side of neck. |
Scalpel Handle-#7 | Fine Science Tools | 10007-12 | Used to hold the scalpel blade. |
Syringe Pump | KD Scientific | 78-81-8052GL | Serial #D107034, Model#LEGATO-180, is a programmable pump that can pump small volume of mixture under a program. |
TipOne Filter Tip Refill Starter Systems | USA Scientific | Item #1120-3510 | Used to pipette the drug and dye mixture. |
Vaporizer for Isoflurane, Funnel Filled | Kent Scientific Corporation | Vetflow 1231 | Used to anesthetize rats. |
Vetbond Tissue Adhesives | 3M Science Applied to Life | ID B00016067 | Used to seal tissue at the site of cut wound if suturing is not perfect. |
Wahl BravMini+ Professional Cordless Clipper Kit | Kent Scientific Corporation | CL7300-Kit | Used to cut hair of rat. |
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