Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)TiHo eLib

Das isoliert perfundierte Schafbein als Ex-vivo-Modell für pharmakologische Untersuchungen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung eines Ex‑vivo‑Modells des isoliert perfundierten Schafbeins unter Erhebung verschiedener Parameter zur Überprüfung der Vitalität. An dem Modell wurden magnetische nanoporöse Silica-Nanopartikel (MNPSNPs) mit einer antimikrobiellen Funktionalisierung getestet. Die MNPSNPs wurden auf ihre Verwendbarkeit in Magnetic Drug Targeting (MDT)-Systemen hin untersucht, mit deren Hilfe eine neue Form der Therapie von Implantatinfektionen ermöglicht werden soll. Für die Etablierung des Modells wurden die Vordergliedmaßen von euthanasierten Schafen verwendet. Diese wurden im Ellbogengelenk abgesetzt und mit einer oxygenierten Tyrodelösung in einem offenen System perfundiert. Zur Bestimmung einer ausreichenden peripheren Gewebeperfusion fand eine stündliche Messung der Hautoberflächentemperatur statt. Zur Überprüfung der Vitalität wurden der Glucoseverbrauch, die Lactatproduktion, die Freisetzung von intrazellulärer Lactatdehydrogenase und die mitochondriale Umsetzung des Farbstoffs Thiazolylblau-Tetrazoliumbromid (MTT‑Test) zweistündlich bestimmt. Die Gewichtsveränderung der Vorderbeine wurde als Maß für die Ödematisierung des Gewebes herangezogen und betrug im Durchschnitt 13,9 ± 6,78 %. Der MTT‑Test stellte sich als eine valide Methode zur Bestimmung der Vitalität dar. Unter Verwendung der Mikrodialysetechnik wurde in dem Modell das Verteilungs- und Freisetzungsverhalten der mit Enrofloxacin-funktionalisierten MNPSNPs untersucht. Die Injektion der MNPSNPs erfolgte sowohl subkutan als auch intra-arteriell. Es zeigte sich, dass je nach Applikationsform die MNPSNPs innerhalb der ersten Stunde 76 % (subkutan) bzw. 53 % (intra-arteriell) der maximal nachgewiesenen EFX Konzentration abgaben. Somit stellte die Etablierung dieses Ex-vivo-Modells eine nützliche und tierversuchsfreie Methode zur Erfüllung des 3R-Prinzips dar, um pharmakologische Substanzen in einem komplexen Organmodell auf deren Verteilungs- und Freisetzungsverhalten hin zu untersuchen.

The object of this study was to establish an ex vivo model of the isolated perfused ovine forelimb. With this model, magnetic nanoporous silica nanoparticles (MNPSNPs) with an antimicrobial functionalization were tested for their pharmacological behavior and suitability in magnetic drug targeting systems to investigate a new concept of implant infection therapy. Forelimbs from euthanized sheep were cut-off at the elbow joint and perfused with Tyrode solution over a period of 6 hours in an open perfusion system. To confirm tissue viability, Glucose consumption, lactate production and lactate dehydrogenase activity were measured every 2 hours in the perfusate, a tetrazolium salt assay (MTT) was conducted with the muscle samples and the skin surface temperature was evaluated hourly. The change in weight of the forelimbs was monitored to assess tissue edema. The perfusion led to an increase in weight of 13.9 ± 6.78 %. The MTT-assay proved to be a valid method for determining viability. Microdialysis was used to investigate drug release of enrofloxacin (EFX)‑loaded MNPSNPs. Injection of MNPSNPs was performed subcutaneously and intra-arterial. Depending on the mode of application, the MNPSNPs released 76 % (subcutaneous) or 53 % (intra-arterial) of the maximum detected EFX concentration within the first hour. Upon subcutaneous injection, a percentage of 3.99 % of the total amount of EFX injected and bound to the MNPSNPs could be recovered. After intra-arterial administration, the total amount of EFX recovered was only 0.11 %. In conclusion, the establishment of this ex vivo model provided a useful testing method for the investigation of the characteristics of pharmacological compounds in a complex organ model, without the necessity to use living animals to fulfill the 3Rs principle. The model developed here may also provide the opportunity to establish further assays to test for cell metabolism, like enzyme-linked immuno sorbent assays or real-time quantitative polymerase chain reaction.

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