ポスト病変呼吸神経可塑性を研究するための子宮頸脊髄損傷のマウスモデル
Summary
呼吸不全は、子宮頸部脊髄損傷後の死亡の主要な原因である。部分的な頚椎損傷によって誘発される呼吸不全の、再現性の定量化、および信頼性の前臨床動物モデルを持つことは、その後の呼吸器および非呼吸神経可塑性を理解するのに役立つと推定される補修戦略をテストすることができます。
Abstract
子宮頸部脊髄損傷は永久的な麻痺を誘導し、しばしば呼吸困難をもたらす。現在まで、効率的な治療薬は、高子宮頸部脊髄損傷（SCI）は、次の呼吸不全を改善/向上させるために開発されていない。ここでは、多様なポスト病変呼吸神経可塑性を研究するために、子宮頸部2（C2）メタメリックレベルの高い、SCIのマウス前臨床モデルを提案する。技術は、脳幹に位置して呼吸中枢からの横隔運動ニューロンの求心路遮断にダイヤフラムのhemiparalysisを誘発するC2レベルの外科部分の損傷、から構成されています。損傷の反対側はそのまま残り、動物の回復を可能にする。 （胸部と腰部のレベルで）運動機能に影響を与える他のSCIと異なり、呼吸機能は、動物のモチベーションを必要とせず、欠陥/回復の定量化が容易に（横隔膜と横隔膜神経記録を行うことができますS、全身換気）。この前臨床C2のSCIモデル（生理学、分子）の異なるレベルでの様々な呼吸器および非呼吸神経可塑性の事象を研究し、中に呼吸が向上する可能性があり、多様な推定の治療戦略をテストするために、強力で便利、そして信頼性の前臨床モデルであるSCI患者。
Introduction
脊髄損傷は、永久的な麻痺などの劇的な発生率とのヒト集団において観察された一般的な傷害である。しかし、損傷の重症度は、最初の外傷の程度と範囲に依存します。呼吸不全は、上部頸椎脊髄損傷（SCI）1以下の死亡率の主な原因である。現在、唯一の治療的処置は、換気補助の下に患者を配置することです。少数の患者は、後の病変の遅延で発生する自然回復による換気支援2をオフに離乳することができるので、新しい革新的な非侵襲的な治療薬を開発する必要性が緊急3である。 、推定治療戦略の適用を研究し、そのため呼吸不全に対する子宮頸SCIの効果を調査してもいい標準化された前臨床モデルを持つことは不可欠です。
この技術的な記事では、特定の前臨床マウスモデルOを記述C2レベルでの部分的な子宮頸SCIによって誘導されたF呼吸障害。このモデルは、現在、（：4月13日のレビューのために）、世界中のいくつかの研究室で使用されます。しかし、外科的処置のわずかな差は、この特定の子宮頸部損傷のマウスモデルを生成する別の研究者の間で観察することができる。呼吸器の出力にC2 SCIの効果は、第ポーター14によって1895年に記載された。子宮頸片側切断サイレント横隔神経活動とその後のダイヤフラムの麻痺につながる、損傷の同側（脳幹にrVRGにあり、 図1（a））、その中央のドライブから横隔運動ニューロンの求心路遮断を誘導する。反対側はそのまま残り、動物が生き残ることができます。下脊髄分節（C4レベル15で例えば挫傷の傷害）に位置する異なるSCIとは異なり、両方の側で横隔運動ニューロン核の完全性が維持されます。 CERVの後iCalのC2の損傷、いくつかの自発的な活動は、分節レベルC3〜C6（クロス横隔経路、CPP、 図1B）で、脊髄正中線を越えて反対側のサイレントシナプス経路の活性化を（横隔膜と横隔膜）同側で観測することができます。定義上、あるCPPの活性化、同側の部分横隔膜神経の回復を誘導対側横隔神経切断術と組み合わせたC2片側切断は、時間から数週間の損傷後16〜18を発生することがあります。呼吸の回復でこのCPP経路の本当の有益な効果は19制限されており、さらなる調査と治療は、自発的な回復3の大きさを改善するために開発されるべきである。
このプロトコルは、（前と横隔運動ニューロン、介在ニューロン、分子·蜂巣から呼吸生理学、様々なレベルでの呼吸ポスト病変可塑性を研究するための前臨床マウスモデルの強力なタイプが用意されていますR、例えば前肢）の運動だけでなく、C2は、部分的頸髄損傷後の呼吸器および運動回復を改善することを目的とした侵襲的·非侵襲的な治療戦略をテストするためのモデル。
Protocol
Representative Results
Discussion
C2は傷害モデルを作る技術的な問題
C2の損傷のマウスモデルでは、呼吸器、ポスト病変神経可塑性を研究するための興味深いツールです。しかし、再現性と信頼性の高いモデルを作成するために必要な手順が多数あり、それぞれが研究の結果に影響を与える可能性がある。たとえば、挿管過程で細心の注意を経口気管内チューブが怪我自体に起因する初期の…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、フランスの公共投資委員会によって割り当てられたグラント契約番号246556（欧州プロジェクトRBUCE-UP）、HandiMedExの下で、欧州連合（EU）セブンス·フレームワーク·プログラム（FP7/2007-2013）からの資金によってサポートされています。マルセルBonayはサンテRespiratoire、およびセンター – 援助Respiratoireà法人住所D'イル=ド=フランス（CARDIF）JPフォン·ド·寄託金ルシェルシュ、Chancellerie DESUniversités·ド·パリ（脚POIX）によってサポートされていました
Materials
| Animal | |||
| Male Sprague Dawley Rat | Janvier | 225-250g | |
| Surgical Instruments | |||
| Student Dumont #5 forceps | Fine Science Tool | 91150-20 | |
| Student Standard Pattern Forceps | Fine Science Tool | 91100-12 | |
| Mayo-Stille Scissors | Fine Science Tool | 14013-15 | Curved |
| Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tool | 91500-09 | Straight |
| Spring Scissors – 8 mm Blades | Fine Science Tool | 15025-10 | Straight Blunt/Blunt |
| Friedman Pearson Rongeur | Fine Science Tool | 16121-14 | Curved |
| Dissecting Knife – Fine Tip | Fine Science Tool | 10055-12 | Straight |
| Olsen-Hegar Needle Holder | Fine Science Tool | 12002-14 | Serrated |
| Weitlaner-Locktite Retractor | Fine Science Tool | 17012-11 | 2×3 Blunt |
| Absorbable surgical sutures | Centravet | BYO001 | |
| Equipment | |||
| Hot Bead Steriliser | Fine Science Tool | 18000-45 | |
| Catheter | Centravet | CAT188 | 16 gauge |
| Laryngoscope | |||
| Guide wire | |||
| Laryngeal mirror | Centravet | MIR011 | |
| Lactated Ringers | Centravet | RIN020 | |
| Syringe | Centravet | ||
| Needle | Centravet | ||
| O2 | Air Liquid | I1001M20R2A001 | |
| 683 RodentT Ventilator 115/230V | Havard Apparatus | 55-0000 | |
| Stand-Alone Vaporizer | WPI | EZ-155 | |
| Thin line heated bed | WPI | EZ-211 | |
| Air canister | WPI | EZ-258 | |
| Drugs | |||
| Carprofen | Centravet | ||
| Rimadyl | Centravet | RIM011 | |
| Buprenorphine | Centravet | BUP001 | |
| Baytril | Centravet | BAY001 | |
| Dexmedetomidine | Centravet | DEX010 | |
| Atipamezole | Centravet | ANT201 | |
| Betadine Solution | Centravet | VET002 | |
| Isoflurane | Centravet | VET066 | |
Referencias
- Frankel, H. L., et al. Long-term survival in spinal cord injury: a fifty year investigation. Spinal Cord. 36, 266-274 (1998).
- Ramer, M. S., Harper, G. P., Bradbury, E. J. Progress in spinal cord research – a refined strategy for the International Spinal Research Trust. Spinal Cord. 38, 449-472 (2000).
- Zimmer, M. B., Nantwi, K., Goshgarian, H. G. Effect of spinal cord injury on the respiratory system: basic research and current clinical treatment options. J Spinal Cord Med. 30, 319-330 (2007).
- Mantilla, C. B., Sieck, G. C. Neuromuscular adaptations to respiratory muscle inactivity. Respir Physiol Neurobiol. 169, 133-140 (2009).
- Goshgarian, H. G. The crossed phrenic phenomenon and recovery of function following spinal cord injury. Respir Physiol Neurobiol. 169, 85-93 (2009).
- Nantwi, K. D. Recovery of respiratory activity after C2 hemisection (C2HS): involvement of adenosinergic mechanisms. Respir Physiol Neurobiol. 169, 102-114 (2009).
- Sandhu, M. S., et al. Respiratory recovery following high cervical hemisection. Respir Physiol Neurobiol. 169, 94-101 (2009).
- Lane, M. A., Lee, K. Z., Fuller, D. D., Reier, P. J. Spinal circuitry and respiratory recovery following spinal cord injury. Respir Physiol Neurobiol. 169, 123-132 (2009).
- Seeds, N. W., Akison, L., Minor, K. Role of plasminogen activator in spinal cord remodeling after spinal cord injury. Respir Physiol Neurobiol. 169, 141-149 (2009).
- Alilain, W. J., Horn, K. P., Hu, H., Dick, T. E., Silver, J. Functional regeneration of respiratory pathways after spinal cord injury. Nature. 475, 196-200 (2011).
- Vinit, S. Cervical spinal cord injuries and respiratory insufficiency: a revolutionary treatment. Med Sci (Paris. 28, 33-36 (2012).
- Kastner, A., Gauthier, P. Are rodents an appropriate pre-clinical model for treating spinal cord injury? Examples from the respiratory system). Exp Neurol. 213, 249-256 (2008).
- Vinit, S., Lovett-Barr, M. R., Mitchell, G. S. Intermittent hypoxia induces functional recovery following cervical spinal injury. Physiol Neurobiol. 169, 210-217 (2009).
- Porter, W. T. The Path of the Respiratory Impulse from the Bulb to the Phrenic Nuclei. J Physiol. 17, 455-485 .
- Nicaise, C., et al. Phrenic motor neuron degeneration compromises phrenic axonal circuitry and diaphragm activity in a unilateral cervical contusion model of spinal cord injury. Exp Neurol. 235, 539-552 (2012).
- Goshgarian, H. G. The crossed phrenic phenomenon: a model for plasticity in the respiratory pathways following spinal cord injury. J Appl Physiol. 94, 795-810 (2003).
- Vinit, S., Gauthier, P., Stamegna, J. C., Kastner, A. High cervical lateral spinal cord injury results in long-term ipsilateral hemidiaphragm paralysis. J Neurotrauma. 23, 1137-1146 (2006).
- Fuller, D. D., Johnson, S. M., Johnson, R. A., Mitchell, G. S. Chronic cervical spinal sensory denervation reveals ineffective spinal pathways to phrenic motoneurons in the rat. Neurosci Lett. 323, 25-28 (2002).
- Dougherty, B. J., Lee, K. Z., Lane, M. A., Reier, P. J., Fuller, D. D. Contribution of the spontaneous crossed-phrenic phenomenon to inspiratory tidal volume in spontaneously breathing rats. J Appl Physiol. 112, 96-105 (2012).
- Jou, I. M., et al. Simplified rat intubation using a new oropharyngeal intubation wedge. J Appl Physiol. 89, 1766-1770 (2000).
- Fuller, D. D., et al. Graded unilateral cervical spinal cord injury and respiratory motor recovery. Respir Physiol Neurobiol. 165, 245-253 (2009).
- Vinit, S., Windelborn, J. A., Mitchell, G. S. Lipopolysaccharide attenuates phrenic long-term facilitation following acute intermittent hypoxia. Respir Physiol Neurobiol. 176, 130-135 (2011).
- Ahmad, F., Wang, M. Y., Levi, A. D. Hypothermia for Acute Spinal Cord Injury-A Review. World Neurosurg. , (2013).
- Lovett-Barr, M. R., et al. Repetitive intermittent hypoxia induces respiratory and somatic motor recovery after chronic cervical spinal injury. J Neurosci. 32, 3591-3600 (2012).
- Minor, K. H., Akison, L. K., Goshgarian, H. G., Seeds, N. W. Spinal cord injury-induced plasticity in the mouse–the crossed phrenic phenomenon. Exp Neurol. 200, 486-495 (2006).
- Baussart, B., Stamegna, J. C., Polentes, J., Tadie, M., Gauthier, P. A new model of upper cervical spinal contusion inducing a persistent unilateral diaphragmatic deficit in the adult rat. Neurobiol Dis. 22, 562-574 (2006).
- Golder, F. J., et al. Breathing patterns after mid-cervical spinal contusion in rats. Exp Neurol. 231, 97-103 (2011).
- Lane, M. A., et al. Respiratory function following bilateral mid-cervical contusion injury in the adult rat. Exp Neurol. 235, 197-210 (2012).
- Vinit, S., et al. Axotomized bulbospinal neurons express c-Jun after cervical spinal cord injury. Neuroreport. 16, 1535-1539 (2005).
- Guenther, C. H., Windelborn, J. A., Tubon, T. C., Yin, J. C., Mitchell, G. S. Increased atypical PKC expression and activity in the phrenic motor nucleus following cervical spinal injury. Exp Neurol. 234, 513-520 (2012).
- Mantilla, C. B., Gransee, H. M., Zhan, W. Z., Sieck, G. C. Motoneuron BDNF/TrkB signaling enhances functional recovery after cervical spinal cord injury. Exp Neurol. 247, 101-109 (2013).
- Vinit, S., Darlot, F., Aoulaiche, H., Boulenguez, P., Kastner, A. Distinct expression of c-Jun and HSP27 in axotomized and spared bulbospinal neurons after cervical spinal cord injury. J Mol Neurosci. 45, 119-133 (2011).
- Windelborn, J. A., Mitchell, G. S. Glial activation in the spinal ventral horn caudal to cervical injury. Respir Physiol Neurobiol. 180, 61-68 (2012).
- Vinit, S., Stamegna, J. C., Boulenguez, P., Gauthier, P., Kastner, A. Restorative respiratory pathways after partial cervical spinal cord injury: role of ipsilateral phrenic afferents. Eur J Neurosci. 25, 3551-3560 (2007).
- Dougherty, B. J., et al. Recovery of inspiratory intercostal muscle activity following high cervical hemisection. Respir Physiol Neurobiol. 183, 186-192 (2012).
