grundläggande och translationell urologi

experimentell modell av mänsklig corpus cavernosum glattmuskelavslappning

Rommel P. RegadasI; Maria E. A. MoraesII; Francisco J. C. MesquitaI; Joao B. G. CerqueiraI; Lucio F. Gonzaga-SilvaI

IDepartment of Surgery, School of Medicine, Federal University of Ceara, Fortaleza, Ceara, Brasilien
IIDEPARTMENT of Pharmacology, School of Medicine, Federal University of Ceara, Fortaleza, Ceara, Brasilien

korrespondens

Abstrakt

syfte: Att beskriva en teknik för en bloc skörd av corpus cavernosum, cavernös artär och urinrör från transplantationsorgandonatorer och sammandragningsavslappningsexperiment med corpus cavernosum glattmuskel.
Material och metoder: corpus cavernosum dissekerades till fästpunkten med crus-penis. Ett segment på 3 cm (corpus cavernosum och urinrör) isolerades och placerades i iskall steril transportbuffert. Under förstoring dissekerades den cavernösa artären. Således erhölls 2 cm fragment av cavernös artär och corpus cavernosum. Remsor som mäter 3 x 3 x 8 mm3 monterades sedan vertikalt i en isolerad organbadanordning. Sammandragningar mättes isometriskt med en Narco-Biosystems kraftförskjutningsgivare (Modell F-60, Narco-Biosystems, Houston, TX, USA) och spelades in på en 4-kanals Narco-Biosystems skrivbordsmodell polygraph.
resultat: fenylefrin (1 kg) användes för att inducera toniska sammandragningar i corpus cavernosum (3 – 5 g spänning) och cavernös artär (0,5 – 1 g spänning) tills den nådde en platå. Efter precontraction användes glatta muskelavslappnande medel för att producera avslappningsresponskurvor (10-12m till 10-4 M). Natriumnitroprussid användes som avslappningskontroll.
slutsats: skördetekniken och den glatta muskelkontraktion-avslappningsmodellen som beskrivs i denna studie visade sig vara användbara instrument i sökandet efter nya läkemedel för behandling av erektil dysfunktion hos människor.

nyckelord: penis; cavernös artär; penis erektion; experimentell; erektil dysfunktion

introduktion

erektil dysfunktion (ED) påverkar cirka 150 miljoner människor över hela världen. Förekomsten av ED i Brasilien är hög: mer än 40% av brasilianska män mellan 40 och 70 år lider av ED och mer än en miljon nya fall registreras årligen 1,2.

även om fosfodiesteras typ-5 (PDE-5) – hämmare har revolutionerat behandlingen av erektil dysfunktion, har många patienter, mestadels de med endoteldysfunktion (56% av fallen), inte nytta av denna form av terapi 3.för närvarande utförs många studier med användning av kväveoxidgivare (NO), guanylylcyklasaktivatorer (både lösliga intracellulära och membranbundna isoformer), jonkanalagonister och RhoA-kinashämmare för att formulera nya läkemedel med olika verkningsmekanismer för att behandla denna patientpopulation 4,5.

de allra flesta av dessa studier använder råtta och kanin corpus cavernosum på grund av svårigheten att erhålla prover av mänsklig vävnad 5-7. Men på vår Urologitjänst har experimentella studier på ED pågått sedan 2004 med mänsklig corpus cavernosumvävnad från organdonatorer.

syftet med denna studie var att ge en detaljerad beskrivning av den teknik som används för en bloc-skörd av corpus cavernosum, cavernös artär och urinrör hos transplantationsorgandonatorer och de metoder som används i sammandragningsrelaxationsexperiment med corpus cavernosum glattmuskel.

Material och metoder

alla studieprotokoll har tidigare godkänts av Human Subjects Research Ethics Committee vid Federal University of Cear Asia och av National Research Ethics Committee vid det brasilianska hälsoministeriet.

Efter godkännande från familjen erhölls humant corpus cavernosum från kadaverdonatorer (< 40 år) under operation för organtransplantation.

Efter avlägsnande av hjärta, lever och njurar och genom samma snitt (xiphoid pubic) var corpus cavernosum belägen ovanför pubic symphysis genom digital hypodermisk tillvägagångssätt. Corpus cavernosum dissekerades till fästpunkten med ischiopubic ramus (crus penis) (Figur-1).

ett segment på 3 cm inklusive corpus cavernosum och urinrör isolerades en block (Figur-2). Inget ytterligare yttre snitt gjordes i slutet av proceduren. Därefter placerades vävnaderna i iskall steril transportbuffert (Collins-lösning) och bearbetades inom 1 timme efter insamling.

proverna behandlades under stereoskopisk förstoring. Hela cavernös artär i mitten av corpus cavernosum dissekerades och isolerades från de omgivande cavernösa vävnaderna (Figur-3). Därefter separerades cavernösa vävnader från bindväv och tunica albuginea. Således erhölls 2 cm fragment av varje cavernös artär och corpus cavernosum.

corpus cavernosum-fragmenten skars i remsor som mäter ungefär 3 x 3 x 8 mm3 och monterades vertikalt under 1 g vilospänning. Den cavernösa artären skars i 5 mm ringar och monterades horisontellt under 0,2 g vilospänning. Vävnaderna bibehölls i 5 mL organkammare innehållande Krebs-Henseleit-medium bestående av 114,6 mM NaCl, 4,96 mM KCl, 1,3 mM MgSO4, 2,0 mM CaCl2, 1,23 mM NaH2PO4, 25 mM NaHCO3 och 3,6 mM glukos, berikad med 10 cubm guanetidin och 10 cubm indometacin (pH 7,4, 37 CUBC, gasad med 5% CO2 och 95% O2).

vävnaderna tilläts jämvikta i 90 minuter med tvätt med 15 min intervall. Spänningen mättes med en isometrisk givare (F-60 Narco-Biosystems ansluten till en 4-kanals skrivbordsmodell polygraph) (Figur-4).

en mikromolfenylefrin tillsattes till baden för att erhålla 60-70% submaximal glatt muskelkontraktion. Därefter planerades koncentrationssvarskurvor (10-8m till 10-2 M) till glattmuskelavslappnande medel eller natriumnitroprussid (SNP), en kväveoxidgivare, för att kontrollera endotelfunktionell integritet.

resultat

fenylefrin (1 kg) användes för att inducera toniska sammandragningar i corpus cavernosum (3 – 5g spänning) och cavernös artär (0,5 – 1g spänning) tills den nådde en platå. Efter precontraction användes glatta muskelavslappnande medel för att producera avslappningsresponskurvor (10-12m till 10-4 M). SNP användes som en avkopplingskontroll.

ett antal kemiska ämnen har använts i vårt laboratorium för att inducera glatt muskelavslappning, inklusive RuC13, en kväveoxidgivare. Det slappnar helt av den mänskliga corpus cavernosum och cavernös artär som uppnår en Emax på 100% och en EC50 på 6,4 0,14 (Figur-5).

med hjälp av preparat av corpus cavernosum med intakt endotel från humana givare under 40 år utan historia av erektil dysfunktion eller kardiovaskulära riskfaktorer (t.ex. diabetes, hypertoni och dyslipidemier) visade sig denna fysio-farmakologiska modell vara ett attraktivt instrument i sökandet efter nya läkemedel för behandling av mänsklig erektil dysfunktion.

PDE-5-hämmare har revolutionerat behandlingen av erektil dysfunktion. Men många patienter med ED lider också av endoteldysfunktion (56%) och svarar därför inte på denna klass av läkemedel 3.

endoteldysfunktion observeras ofta hos patienter med comorbiditeter såsom arteriell hypertoni och diabetes mellitus. Det kännetecknas av en brist i den endogena produktionen av nr 8.

i sann ED tenderar diabetes, hypertoni och dyslipidemi (komponenter i det metaboliska syndromet) att vara associerade med endoteldysfunktion. ED har också rapporterats vara en markör för kardiovaskulär artärsjukdom 9.

sökandet efter nya läkemedel som kan öka tillgängligheten av endogen NO har varit en stor utmaning. Flera experimentella modeller har använts under de senaste decennierna baserat på råtta, kanin och mänsklig corpus cavernosum 6,7,10,11.

använda corpus cavernosum in vivo och andra vävnader (t.ex. blodplättar) från arter som råttor, kaniner och människor, Peng Wang et al. 12 drog slutsatsen att, trots liknande kinetik och enzymatiska egenskaper, olika PDE har olika känslighet för hämmare. Detta bör beaktas vid arbete med experimentella modeller av denna typ.

vår experimentella modell använde friska Corpus cavernosumvävnader från unga kadaverdonatorer dödade av trauma eller stroke för att minimera oro för snedvridning av resultat orsakade av provvävnader med dåligt tillstånd.

i en studie med en liknande human corpus cavernosum-modell för utvärdering av effekten av sildenafil på enzymatisk PDE-hämning och därmed glatt muskelavslappning erhölls prover från patienter med ED under operation för implantation av penisprotes, så det verkar troligt att i detta fall presenterade de flesta försökspersonerna endotelskada till viss del 6.

ett annat problem inom detta forskningsområde är tillgången på vävnader för att utföra experimenten. I Cear Jacobi utförs åtta organtransplantationer varje månad, vilket gör det möjligt att slutföra studier utan större avbrott.

Seidler et al. 4 arbetade på en liknande modell med hjälp av corpus cavernosum donerat av patienter som genomgår könsfördelningskirurgi som behandling för transsexualism och Könsidentitetsstörning. Trots vävnadens goda skick begränsar det lilla antalet män som underkastar sig denna typ av procedur möjligheten att samla tillräcklig vävnad för experimentellt arbete.

föreliggande papper presenterar en omfattande modell för skörd av mänskliga corpus cavernosumvävnader och för utförande av glatta muskelavslappningsexperiment in vivo. Friska mänskliga corpus cavernosum avlägsnas från kadaverdonorer och utsätts för experiment i isolerade bad. Tekniken gör det möjligt att dissekera och isolera corpus cavernosum, cavernös artär och urinrör.vikten av tekniken ligger i att det gör det möjligt att testa en rad nya läkemedel, inklusive stabila inga givare, guanylylcyklasaktivatorer och RhoA-kinashämmare, på glatt muskulatur corpus cavernosum, penisarterier och urinrör 7,12-15.

slutsats

denna experimentella modell involverar dissektion, skörd, isolering och bevarande av den mänskliga corpus cavernosum, cavernös artär och urinrör under idealiska förhållanden tillsammans med de medföljande fysio-farmakologiska studierna. Modellens genomförbarhet och reproducerbarhet gör det till ett attraktivt instrument i sökandet efter nya läkemedel för behandling av mänsklig erektil dysfunktion.

intressekonflikt

ingen deklarerad.

1. Moreira ED Jr, Bestane WJ, Bartolo EB, Fittipaldi JA: prevalens och determinanter för erektil dysfunktion i Santos, sydöstra Brasilien. Sao Paulo Med J. 2002; 120: 49-54.

2. Moreira ED Jr, Lisboa l Acibbo CF, Villa M, Nicolosi A, Glasser DB: prevalens och korrelationer av erektil dysfunktion i Salvador, nordöstra Brasilien: en befolkningsbaserad studie. Int J Impot Res. 2002; 14 (Suppl 2): S3-9.

3. Feldman HA, Goldstein I, Hatzichristou GD, Krane RJ, McKinlay JB: impotens och dess medicinska och psykosociala korrelerar: resultat från Massachusetts Male Aging Study. J Urol. 1994; 151: 54-61.

4. Seidler M, Uckert S, Waldkirch E, Stief CG, Oelke M, Tsikas D, et al.: In vitro effekter av en ny klass av kväveoxid (NO) som donerar föreningar på isolerad mänsklig erektil vävnad. Eur Urol. 2002; 42: 523-8.

5. Lopes LFG, Wieraszko AY, El-Sherif, Clarke MJ: D-trans-labilisering av kväveoxid i Ru-II-komplex av C-bundna imidazoler. Inorg-Chim Acta 2001; 312: 15-22.

6. Ballard SA, Gingell CJ, Tang K, Turner LA, Price ME, Naylor AM: effekter av sildenafil på avslappning av human corpus cavernosum vävnad in vitro och på aktiviteterna av cykliska nukleotidfosfodiesterasisozymer. J Urol. 1998; 159: 2164-71.

7. Prieto D, Rivera L, Recio P, Rubio JL, Hern Ubigndez M, Garc Ubiga-Sakrist Ubign A: kväveoxidens roll i den avslappning som framkallas av sildenafil i penisresistensartärer. J Urol. 2006; 175: 1164-70.

8. Rendell MS, Rajfer J, Wicker PA, Smith MD: Sildenafil för behandling av erektil dysfunktion hos män med diabetes: En randomiserad kontrollerad studie. Sildenafil Diabetes Studiegrupp. JAMA. 1999; 281: 421-6.

9. Palumbo PJ: metaboliska riskfaktorer, endoteldysfunktion och erektil dysfunktion hos män med diabetes. Är J Med Sci. 2007; 334: 466-80.

10. Han är en av de mest kända i världen.: Effekten av sildenafil på corpus cavernosal glattmuskelavslappning och cyklisk GMP-bildning i diabetisk kanin. Eur J Pharmacol. 2001; 425: 57-64.

11. Jag är en av de mest kända.: Motivering för kombinationen av PGE (1) och s-nitroso-glutation för att inducera avslappning av glatt muskel i mänsklig penis. J Pharmacol Exp Ther. 2000; 295: 586-93.

12. Wang P, Wu P, Myers JG, Stamford A, Egan RW, Billah MM: karaktärisering av humana, hund-och kaninkorpus cavernosum typ 5 fosfodiesteraser. Life Sci. 2001; 68: 1977-87.

13. Martinez AC, Garc Asacrist Asacrist a, Rivera L, Benedito S: bifasiskt svar på histamin i kaninpenil dorsalartär. J Cardiovasc Pharmacol. 2000; 36: 737-43.

14. Matsumoto A, Morita T, Kondo S: alfa-adrenoceptormedierad penil erektion hos hundar: in vivo och in vitro observationer. J Glatt Muskulatur Res. 2000; 36: 169-79.

15. Andersson KE, Gratzke C: farmakologi av alfa1-adrenoceptorantagonister i nedre urinvägarna och centrala nervsystemet. Nat Clin Pract Urol. 2007; 4: 368-78.

korrespondens till
dr. Rommel Prata Regadas
dr. Ratisbona, 208, Fatima
Fortaleza, Cear, 60411-220, Brasilien
Fax: + 55 85 3366-8064
E-post: [email protected]

accepterad efter revision: 20 januari 2010

redaktionell kommentar

penile erektion är en komplex neurovaskulär händelse som bygger på vasodilatation av erektila vävnader på grund av neuronal och endotel härledd kväveoxid (NO) frigjord genom aktivering av parasympatiska nerver på sexuell stimulering av det cavernösa endotelfodret 1.

denna sexuella stimulans medför blodflöde i corpus cavernosum och den därmed följande penisstyvheten upprätthålls med hjälp av en veno-ocklusiv mekanism.

detta aktiveras av corpus cavernosums speciella mikroarkitektur, som samtycker till ett sofistikerat hemodynamiskt system.

annars spelar tunica albuginea en nyckelroll i erektilfunktionen.

eftersom den är rik på elastiska fibrer kan den motstå översträckning av corpus vid förhöjda nivåer av intrakavernöst tryck, komprimera de trans-albugineala utflödesvenerna, såväl som att ge en oupplöslig skyddande struktur till arteriolen och till de intrakavernösa nerverna.

denna funktion är möjlig på grund av dess struktur gjord av kollagenfibrer kopplade av elastiska fiberbroar 2,3

därför är det mycket viktigt att behålla sin integritet för att behålla sin grundläggande roll i erektilmekanismen.

närvaron av strukturella störningar som en överdriven kollagenavsättning ger upphov till bildandet av en plack, fibrotisk först och sedan förkalkad, vilket kan hittas i Peyronies sjukdom.

dessutom finns det en signifikant minskning av elastisk fiberkoncentration också hos dessa patienter som påverkas av induration penis plastica 4.

liknande förändringar hittades hos patienter som genomgick radikal prostatektomi, där de trabekulära elastiska fibrerna och glattmuskelfibrerna minskade och kollagenhalten ökade signifikant 5.

När åldern fortskrider de gonadala steroidhormonerna, och i synnerhet minskar testosteronproduktionen 6, nervledningen saktar ner och effektiviteten i penisens vaskulära mikrocirkulation reduceras.

androgener är väsentliga för utveckling, tillväxt och mognad av erektila vävnader, som verkar på hemostatis i corpora cavernosum, som reglerar tillväxten av glatt muskulatur och proteinsyntes av bindväven.därför kan en minskning av deras produktion ge upphov till övergången från elastiska fibrer till kollagenfibrer, vilket är grunden för cavernosal fibros 7,8.

nya studier har visat att testosteron också reglerar uttrycket av fosfodiesteras typ 5 (PDE5) 9.

det är känt att erektil dysfunktion (ED) påverkar 150 miljoner människor över hela världen.

fram till för några år sedan trodde man att 90% av ED hade en psykogenetisk etiologi.dessutom har ytterligare neurofysiologiska, hemodynamiska och farmakologiska studier hjälpt oss att bättre förstå den komplexa biokemiska och mikroanatomiska mekanismen för erektilfunktionen, vilket visar oss att 50% av ED har en organisk etiologi 10.

å andra sidan kan även psykogenetisk ED vara konsekvensen av en ökning av adrenerg stimulering och ha sig ett organiskt ursprung 11.

de senaste 20 åren har bevittnat anmärkningsvärda förändringar i behandlingen av ED.framväxten och framgången för PDE5-hämmare som effektiv behandling för erektil dysfunktion är anmärkningsvärd med tanke på avsikten bakom utvecklingen av den ursprungliga föreningen: ursprungligen utformad som ett antianginalmedel blev det snabbt uppenbart att den första PDE5-hämmaren på marknaden, sildenafil, visade erektogenes som en bieffekt, och läkemedlet erkändes snart som en potentiell revolutionerande behandling för ED.dessutom har sildenafil visat sig förhindra progression av fibros av corpus cavernosum hos prostatektomiserade patienter. Dess effektivitet verkar bero på en anti-proliferativ effekt som utövas på fibroblaster 12.

det är känt att PDE-5-hämmare har revolutionerat behandlingen av erektil dysfunktion och förändrat livet för miljoner människor över hela världen.

men det finns fortfarande en hög andel patienter med ED som också påverkas av endoteldysfunktion (56%) och därefter svarar de inte på denna klass av läkemedel 13.

även om det redan studerats i stor utsträckning fortsätter inga givare att vara ett viktigt ämne när det gäller ED.

många studier har genomförts för att hitta nya inga givare eller nya guanylylcyklas aktivatorer för att försöka hitta nya läkemedel för att behandla dessa patienter som inte svarar på PDE-5-hämmare 14.

det nuvarande arbetet visar oss en modell för att skörda mänskliga corpus cavernosumvävnader och för att göra glatta muskelavslappningsexperiment in vivo.

det friska corpus cavernosum som tas från unga kadaverdonatorer dödade av trauma eller stroke erbjuder vävnader i gott skick.

i litteraturen har vi inte hittat ett liknande tillvägagångssätt på grund av svårigheten att få prover av mänskliga vävnader.

Med denna teknik är det möjligt att testa nya läkemedel, som inga givare, guanylylcyklas aktivatorer och RohA-kinashämmare på humana glatta muskelvävnader in vivo snarare än att använda corpus cavernosum in vivo från djur som råttor eller kaniner som det har utförts av Pen Wang et al. 15.slutligen kan denna Skördeteknik och glatt muskelkontraktion-avslappningsmodell vara ett mycket användbart instrument för att hjälpa oss att hitta nya läkemedel för att behandla ED.

1. Andersson KE, Wagner G: fysiologi av penis erektion. Physiol Rev. 1995; 75: 191-236.

2. Iacono F, Barra S, De Rosa G, Boscaino A, Lotti T: Mikrostrukturella störningar i tunica albuginea hos patienter som drabbats av impotens. Eur Urol. 1994; 26: 233-9.

3. Iacono F, Barra S, Lotti T: elastisk fiberkoncentration i tunica albuginea av corpora cavernosa och nattlig tumescensövervakning. Int J Impot Res. 1995; 7: 63-70.

4. Iacono F, Barra S, De Rosa G, Boscaino A, Lotti T: Mikrostrukturella störningar i tunica albuginea hos patienter som drabbats av Peyronies sjukdom med eller utan erektil dysfunktion. J Urol. 1993; 150: 1806-9.

5. Iacono F, Giannella R, Somma P, Manno G, Fusco F, Mirone V: histologiska förändringar i cavernös vävnad efter radikal prostatektomi. J Urol. 2005; 173: 1673-6.

6. Traish a, Kim N: androgenernas fysiologiska roll i penis erektion: reglering av corpus cavernosum struktur och funktion. J Sex Med. 2005; 2: 759-70.

7. Traish AM, Guay AT: är androgener kritiska för penis erektioner hos människor? Undersökning av kliniska och prekliniska bevis. J Sex Med. 2006; 3: 382-404; diskussion 404-7.

8. Park K, Seo JJ, kang HK, Ryu SB, Kim HJ, Jeong GW: en ny potential för syresättningsnivå beroende av blod (fet) funktionell MR för utvärdering av cerebrala centra av penis erektion. Int J Impot Res. 2001; 13: 73-81.

9. Morelli A, Filippi S, Mancina R, Luconi M, Vignozzi L, Marini M, et al.: Androgener reglerar fosfodiesteras typ 5-uttryck och funktionell aktivitet i corpora cavernosa. Endokrinologi. 2004; 145: 2253-63. Erratum i: endokrinologi. 2004; 145: 3152.

10. Kaiser FE: erektil dysfunktion hos den åldrande mannen. Med Clin Norr Am. 1999; 83: 1267-78.

11. Iacono F, Barra s, Lotti T: utvärdering av penis djupa artärer i psykogen impotens med hjälp av duplex ultraljud. J Urol. 1993; 149: 1262-4.

12. Iacono F, Prezioso D, Somma P, Chierchia S, Galasso R, Micheli P: Histopatologiskt bevisat förebyggande av post-prostatektomi cavernosal fibros med sildenafil. Urol Int. 2008; 80: 249-52.

13. Feldman HA, Goldstein I, Hatzichristou GD, Krane RJ, McKinlay JB: impotens och dess medicinska och psykosociala korrelationer: resultat från Massachusetts Male Aging Study. J Urol. 1994; 151: 54-61.

14. Seidler M, Uckert S, Waldkirch E, Stief CG, Oelke M, Tsikas D, et al.: In vitro effekter av en ny klass av kväveoxid (NO) som donerar föreningar på isolerad mänsklig erektil vävnad. Eur Urol. 2002; 42: 523-8.

15. Wang P, Wu P, Myers JG, Stamford A, Egan RW, Billah MM: karaktärisering av humana, hund-och kaninkorpus cavernosum typ 5 fosfodiesteraser. Life Sci. 2001; 68: 1977-87.