Легкие камеры дорсальной кожной складки, напечатанные на 3D-принтере из полиэфирэфиркетона (PEEK), уменьшают стресс животных, связанных с помещением

Камера дорсальной кожной складки является основной моделью для частого исследования сосудистых изменений и воспаления. Однако дорсальная кожная складка вызывает у подопытных животных значительный стресс. Поэтому модель подвергается критике не только со стороны организаций по защите животных. Эта критика понятна, уже опубликовано много улучшенных моделей, но в основном используется классический титановый патронник17,23,24,27,28,29. Для создания пластиковых камер в больших масштабах, с одной стороны, не хватало простого протокола изготовления, а с другой стороны, доказательств превосходства в уменьшении сужения.

Здесь мы представляем простую 3D-печатную модель из PEEK. Мы демонстрируем, что камера PEEK снижает стресс и продлевает максимальное время наблюдения.

Хирургические требования и качество интраорбитальной микроскопии эквивалентны в камерах из PEEK и титана. При имплантации камеры из PEEK можно не прокалывать кожу винтами из-за легкого веса камеры. В титановых камерах винты наносят проникающие отверстия в основании кожной складки, которые связаны с наклоном камеры. Камеру PEEK фиксировали прочными швами, которые подопытное животное не могло повторно открыть (FibreWire, Arthrex, Мюнхен, Германия). Эти резьбы вызывают меньше травм, чем ранее использовавшиеся винты. После имплантации камеры эксперименты проводятся без изменений в титановых камерах. В частности, нет различий в качестве повторной интраорбитальной микроскопии.

Наиболее частым осложнением экспериментов с камерой дорсальной кожной складки является боковой наклон камеры в течение второй недели.17. К третьей неделе 50% титановых камер имеют тенденцию располагаться более чем на 90°, что приводит к замиранию животного. Во всех камерах PEEK наклон сохранялся ниже 90° в течение трех недель. Единственная камера PEEK, наклоненная на 50° на второй неделе, оставалась стабильной на следующей неделе. Очевидно, это связано с малым весом. Напротив, титановые камеры со временем продолжали наклоняться. Следовательно, стабильный режим камер PEEK может увеличить максимальную продолжительность будущих экспериментов до четырех или пяти недель.

Помимо уменьшения наклона на 3-й неделе, использование камер PEEK также снижало стресс у экспериментальных животных в послеоперационном периоде. Послеоперационная потеря веса значительно выше у титановых камерных животных и не возвращается к исходным значениям в течение трех недель. С другой стороны, в камерах из PEEK подопытные животные достигают своего первоначального веса уже на второй неделе. В соответствии с нашими данными, предыдущие исследования показали послеоперационную потерю веса до 15% для титановых камер и меньшую потерю веса по сравнению с неметаллическими камерами дорсальной кожной складки.30,31,32.

Эта разница в стрессе была подтверждена с помощью FCM, неинвазивного измерения активности коры надпочечников.33. FCM значительно увеличились после имплантации титановой камеры, в то время как в камерах из PEEK наблюдалось лишь небольшое увеличение FCM. Следовательно, послеоперационный стресс в основном был связан с титановой камерой, а не с самой операцией. В средней и поздней фазе ФКМ возвращались к исходным значениям в обеих группах. При планировании будущих испытаний титановой камеры следует учитывать повышенный послеоперационный стресс как потенциальное отклонение.34.

В отличие от ФКМ и изменений массы тела, мыши обеих групп не различались ни по скрывающей активности, ни по степени дистресса. После операции степень дистресса оставалась на низком уровне. Послеоперационное увеличение шкалы дистресса на 7/66 баллов было статистически значимым. Однако значения остались в нижнем диапазоне.

Насколько нам известно, это исследование является первым, в котором исследуется дистресс лабораторных животных с дорсальными отделами кожи. Несмотря на отсутствие данных о дистрессе животных, несколько улучшений в помещении уже реализованы. Предполагалось, что эти улучшения уменьшат стресс у животных и позволят использовать МРТ. Незначительная эволюция – титановая рама меньшего размера с таким же большим смотровым окном.29. Эти мини-камеры из титана продаются в США (набор мини-рюкзаков SM100, APJ Trading Co., Вентура, Калифорния, США). Шрайтер и др.. Опишите преимущества небольшой титановой камеры собственной разработки: после операции не требовался восстановительный период, можно было использовать более молодых животных, предполагалось снижение их стресса1. Однако титановые камеры несовместимы с МРТ, и необходима фиксация винтами. Кроме того, титан сложен в обработке и не может производиться на предприятиях медико-биологической промышленности.

Инновационными разработками являются камеры из пластика, которые уже много лет используются в Японии и США. Первая пластиковая камера из дюракона была описана в 2003 г. Ушиямой и др..17. Стойка показала уменьшенный наклон и предполагаемую узость благодаря легкому материалу Duracon. Однако количественная оценка наклона и интенсивности не проводилась. Кроме того, в этих ранних пластиковых патронниках продолжали использовать винтовой монтаж.17,35. Эти винты протыкают кожу и вызывают большие порезы в основании камеры.

Дальнейшее снижение веса было достигнуто за счет использования термопласта PEEK. PEEK имеет более высокий модуль изгиба (3738 МПа) и прочность на растяжение (100 МПа) по сравнению с Duracon (2500 МПа, 87 МПа) и акриловым стеклом (3210 МПа, 75 МПа).36. Таким образом, взгляд может противостоять укусу грызуна. Кроме того, PEEK можно производить с помощью процессов аддитивного производства, что дает другие преимущества, такие как высокая степень инженерной свободы, низкие производственные затраты и гибкость в отношении уникального или индивидуального производства.37.

Первые легкие камеры из PEEK были представлены Gaustad et al.. Синхив и др..23,28. Вес камеры из PEEK составлял всего 1 г и 1,1 г соответственно. Камеры фиксируют швами (Gaustad) или маленькими винтами (Seyhaeve). Крысы с камерами показали полную подвижность, лазали и набирали вес так же, как крысы с камерами. Мы наблюдали аналогичные положительные эффекты для камер PEEK (масса тела, лазание, подвижность). Кроме того, мы проверили уменьшение дистресса с помощью стандартизированного протокола. Мы неоднократно измеряли наклон камеры и обнаружили, что камеры из PEEK значительно уменьшают наклон на третьей неделе эксперимента. Легкие камеры с малым боковым наклоном позволяют увеличить время наблюдения до одного месяца.27. Это особенно важно для исследований биоматериалов и онкологии: время наблюдения дорсальной кожной складки от трех до пяти недель может позволить изучить долгосрочную целостность биоматериала (фиброз, образование гигантских клеток, трансплантированные кровеносные сосуды).38. В онкологии более длительные периоды наблюдения могут значительно улучшить модель, поскольку рост раковых клеток уже занимает большую часть текущего максимального времени наблюдения.39.

Уменьшение наклона было значительным, хотя у метода измерения есть ограничения, поскольку положение камеры зависит от положения объекта. Измерение проводили на анестезированных животных в вертикальном положении со всеми ступнями на земле. Однако при размещении животных возникали небольшие отклонения по углам.

Еще одно ограничение исследования заключается в том, что стандартная оценка дистресса не фокусируется на замораживании подопытных животных. Однако ограничение свободы передвижения из-за наклона и веса помещения, вероятно, является основным ограничением экспериментальных животных. Электронная запись движения животных с помощью систем слежения или запись времени, проведенного в клетке, может повысить эффективность анализа стресса. Однако использование стандартных показателей дистресса позволяет проводить сравнения с предыдущими экспериментами.

Еще одним ограничением исследования можно считать малое количество (n = 6) подопытных животных. Тем не менее, камера PEEK значительно превосходила основные результаты, такие как наклон и потеря веса. Поэтому дополнительных экспериментальных животных не включали. Еще одно ограничение, касающееся дизайна исследования, заключается в том, что камеры из PEEK и титана имеют разные размеры. Таким образом, все выводы касаются дизайна (высота и вес), а не материала (пик против титана). Более низкие и легкие титановые камеры также могут уменьшить степень стресса у животных по сравнению с более крупными стандартными титановыми камерами. Однако мы считаем PEEK более подходящим материалом, поскольку он увеличивает доступность, позволяет получать изображения и снижает затраты. Эти ключевые преимущества делают легкую титановую группу устаревшей.

вывод

В опытах с камерами дорсальной кожной складки животных подвергали стрессу именно классическими титановыми камерами. Этот параметр следует пересмотреть в контексте 3R. Несмотря на разработку более мелких и легких камер, в большинстве экспериментов с камерами дорсальной кожной складки в последние годы по-прежнему использовались титановые камеры. Мы показали, что более легкие камеры могут значительно уменьшить страдания животных и даже увеличить максимальную продолжительность эксперимента. Камеры из PEEK особенно хорошо подходят для этой цели: их можно автоклавировать паром под давлением, они достаточно стабильны, чтобы противостоять грызунам, недороги и широко доступны благодаря 3D-печати.

Leave a Comment