Anestesia in corso di tomografia ad emissione di positroni (PET) in primati non umani come modello sperimentale della malattia di Parkinson

There are still many problems to solve in understanding the pathogenesis of Parkinson's disease, in the attempt to achieve a therapeutic approach that could be adequate and satisfactory as much as possible. To this end, researches making use of nonhuman primates as experimental models of Parkinson's disease are now considered crucial towards the development of new therapies. The focus of this study, which is part of a broader research on the effectiveness of stem cell transplantation in nonhuman primates after the induction of Parkinson's disease, is to evaluate the possible differences in response to anesthesia, using the same protocol inside the same group of non-human primates, from healthy, after induction of Parkinson's disease and, finally, after neural xenotransplantation. A fundamental task of the veterinarian in charge of the animal experimentation is in fact to prevent the animal as much as possible any situation of suffering, pain, stress and distress; for this purpose, it’s indispensable the study of an anesthesia protocol that allows the implementation of diagnostic and surgical procedures, provided for an experimentation context of the greatest possible respect for the animal welfare. The nonhuman primates that were used in this study were submitted to the association of ketamine and xylazine anesthesia, to permit a proper execution of the diagnostic method (positron emission tomography -PET) in evaluating the development of the neurodegenerative changes in brain: from healthy, after intoxication with MPTP and, finally, after neural xenotransplantation. During the execution of the entire diagnostic procedure, to maintain an optimal level of sedation, we supervised as closely as possible any changes in the cardiovascular and respiratory systems of any individual subjects, which related parameters were carefully monitored. Overall, the protocol used in our experiment satisfied both demands: first, a plan to guarantee a continuous and adequate anesthesia in performing the diagnostic process, furthermore the need to protect the animal’s welfare, highlighting some important changes in anesthetic responses of the subjects undergoing the various stages of testing. In the course of our study we observed that, similarly to what happens in the human patients with Parkinson's disease, after poisoning with MPTP some animals developed a clinical hyperkinetic form, dominated mainly by the tremor; in these subjects, the anesthesia protocol we used, despite the administration of some supplementary doses, has not been able to control these involuntary movements. After poisoning, all subjects have been reports about an increased heart rate and a decreasing level in both systolic and diastolic blood pressure; the decreased blood pressure in the intoxicated animals stresses the importance on the need to support the circulatory function, using fluids during the whole anesthesia protocol. The data collected during our study show with certainty that the subjects after the intoxication significantly reduced their breathing rate and, as reported in the literature about human patients with Parkinson's disease, they require special attention in relation to their respiratory function. Although statistically insignificant, as the only three animals reported be subjected to neural xenotransplantation at the time of writing this work, the animals’ data obtained after the surgery 5 still proved to be very interesting, particularly in highlighting a significant recovery of the motor function and probably also above the compensatory respiratory control and capacity of these subject.

Restano ancora molti problemi da risolvere nella comprensione della patogenesi della malattia di Parkinson, per consentirne un approccio terapeutico adeguato ed il più possibile soddisfacente. A questo scopo, le ricerche che si avvalgono dei primati non umani come modello sperimentale della malattia di Parkinson sono attualmente ritenute cruciali per lo sviluppo di nuove terapie. Questo studio, che fa parte di una più ampia ricerca sull’efficacia del trapianto di cellule staminali in primati non umani dopo l’induzione della malattia di Parkinson, si propone di valutare le possibili differenze nella risposta anestesiologica utilizzando il medesimo protocollo in uno stesso gruppo di primati non umani prima da sani, dopo induzione della malattia di Parkinson ed infine in seguito a xenotrapianto neuronale. Compito fondamentale del medico veterinario che si occupa della sperimentazione animale è infatti quello di evitare all’animale quanto più possibile ogni situazione di sofferenza, dolore, stress e distress; indispensabile, a questo scopo, è lo studio di un protocollo anestesiologico che consenta l’esecuzione delle procedure diagnostiche e chirurgiche previste dalla sperimentazione nel contesto del rispetto quanto maggiore possibile del benessere animale. I primati non umani utilizzati in questo studio vengono sottoposti all’associazione anestesiologica di ketamina e xylazina per permettere l’esecuzione della metodica diagnostica, la tomografia ad emissione di positroni (PET), necessaria per valutarne l’evoluzione dei cambiamenti neurodegenerativi cerebrali: da sani, dopo intossicazione con MPTP e, infine, dopo lo xenotrapianto neuronale. Durante l’esecuzione di tutta la procedura diagnostica, per mantenere un livello di sedazione ottimale e garantire un controllo quanto più possibile attento ad eventuali alterazioni degli apparati cardiovascolare e respiratorio dei singoli soggetti, sono stati monitorati accuratamente i relativi parametri. Nel complesso, il protocollo utilizzato nella nostra sperimentazione ha soddisfatto sia le esigenze di garanzia per un piano anestesiologico costante ed 3 adeguato nello svolgimento della procedura diagnostica, sia quelle relative alle necessità di tutela del benessere degli animali, evidenziando alcune importanti variazioni nelle risposte anestesiologiche dei soggetti sottoposti alle diverse fasi della sperimentazione. Durante lo svolgimento del nostro studio abbiamo potuto osservare che, similmente a quanto accade nel paziente umano con malattia di Parkinson, dopo l’intossicazione alcuni soggetti hanno sviluppato una forma clinica ipercinetica, dominata in prevalenza dal tremore; in questi soggetti il protocollo anestesiologico utilizzato, nonostante la somministrazione di dosi suppletive, non è stato in grado di controllare questi movimenti involontari. Tutti i soggetti dopo intossicazione hanno presentato un aumento della frequenza cardiaca e una diminuzione sia della pressione arteriosa sistolica che diastolica; la diminuzione della pressione arteriosa negli animali intossicati sottolinea l’importanza nel dover fornire un sostegno alla funzione circolatoria mediante l’utilizzo di fluidoterapia durante l’intero svolgimento del protocollo anestesiologico. I dati raccolti nel corso del nostro studio evidenziano con certezza che i soggetti dopo intossicazione riducono significativamente la loro frequenza respiratoria e, così come riportato in bibliografia a riguardo dei pazienti umani con malattia di Parkinson, necessitano di particolari attenzioni per quanto concerne la funzionalità respiratoria. Per quanto statisticamente poco significativi, poiché riferiti a tre primati che al momento della stesura del presente lavoro erano stati sottoposti a xenotrapianto neuronale, i dati ottenuti dopo il trattamento chirurgico sono risultati dimostrarsi comunque interessanti, in particolar modo nell’evidenziare un significativo recupero della funzionalità motoria e, probabilmente, anche del controllo della capacità respiratoria compensatoria dei soggetti.