Farelerde Omurilik Yaralanma Modeli Olarak Odak iskemisi Fototromboz kaynaklı
Summary
Photothrombosis is a minimally invasive and highly reproducible procedure to induce focal ischemia in the spinal cord and serves as a model of spinal cord injury in mice.
Abstract
Spinal cord injury (SCI) is a devastating clinical condition causing permanent changes in sensorimotor and autonomic functions of the spinal cord (SC) below the site of injury. The secondary ischemia that develops following the initial mechanical insult is a serious complication of the SCI and severely impairs the function and viability of surviving neuronal and non-neuronal cells in the SC. In addition, ischemia is also responsible for the growth of lesion during chronic phase of injury and interferes with the cellular repair and healing processes. Thus there is a need to develop a spinal cord ischemia model for studying the mechanisms of ischemia-induced pathology. Focal ischemia induced by photothrombosis (PT) is a minimally invasive and very well established procedure used to investigate the pathology of ischemia-induced cell death in the brain. Here, we describe the use of PT to induce an ischemic lesion in the spinal cord of mice. Following retro-orbital sinus injection of Rose Bengal, the posterior spinal vein and other capillaries on the dorsal surface of SC were irradiated with a green light resulting in the formation of a thrombus and thus ischemia in the affected region. Results from histology and immunochemistry studies show that PT-induced ischemia caused spinal cord infarction, loss of neurons and reactive gliosis. Using this technique a highly reproducible and relatively easy model of SCI in mice can be achieved that would serve the purpose of scientific investigations into the mechanisms of ischemia induced cell death as well as the efficacy of neuroprotective drugs. This model will also allow exploration of the pathological changes that occur following SCI in live mice like axonal degeneration and regeneration, neuronal and astrocytic Ca2+ signaling using two-photon microscopy.
Introduction
Travmatik omurilik yaralanması (SKY) SC sensörimotor ve otonomik fonksiyonları etkileyen yıkıcı bir klinik durumdur. SCI kalan hastalar sıklıkla önemli ölçüde günlük aktivitelerini ve yaşam kalitesini etkiler 1 parapleji zayıflatıcı ile bırakılır. Deneysel SCI modelleri SCI patofizyoloji ve ilgili nöral tamir süreçlerini anlamak için bilimsel araştırmaların vazgeçilmez bir araç olmuştur. Bu modeller aynı zamanda fonksiyonel iyileşme amaçlayan çeşitli deneysel nöroprotektif müdahalelerin klinik öncesi etkinliğini test etmek için kullanılmıştır. Şu anda uygulamada SCI modellerinin çoğunluğu mekanik bozabilir ve SC zarar fiziksel künt kuvvet kullanımını istihdam. Bu yöntemler SC 2 kontüzyon, sıkıştırma, çıkık ve transekte bulunmaktadır. Bu önerilmiştir birincil mekanik hasara yaralı SC iskemi setleri formunda ikinci bir yaralanma sonrası 3,4. İkincil iskemi etyolojisi doku ödemi 5-7 kan damarlarının tıkanması bazen geniş doku dejenerasyonu, parankimal kanama ve kapsar. SC bütünlüğü daha da etkilenir sekonder yaralanmanın bir sonucu olarak, nöron ve glial hücreler ciddi fonksiyonu ve canlılığı bozulmaktadır ve iskemik penumbra, aşağıdaki inme büyüme benzer yaralanma, kronik evrede büyüme infarkt yol açar, apoptozi altına 8,9. Eksitotoksisite, serbest kök üretimi ve enflamasyon gibi çeşitli mekanizmalar SCI 10,11, aşağıdaki iskemik hücre ölümünden sorumlu olduğu bildirilmiştir. Buna ek olarak, SC iskemi sıklıkla hastalar 12,13 parapleji yol torako-abdominal aort anevrizma tamiri ameliyatları ciddi bir komplikasyonudur. Böyle yüksek klinik etkilerine rağmen yüksek tekrarlanabilirlik ile spinal kord iskemi çok az sayıda modelleri mevcut.
nt "> Fototromboz (PT) tekniği yüksek oranda çoğaltılabilir oldukça non-invazif. beyinde 14-20 fokal iskemi indüksiyonu için yaygın olarak kullanılan bir yöntem olup, beyin 17 açıktaki alanına kesin bir fokal iskemi lezyon üretir -21. Bu Rose Bengal (RB) 16-20,22 ya eritrosin B gibi fotoaktif boyaların sistemli uygulanması ile elde edilir, uygun bir ışık kaynağı ile birlikte, kan damarlarının lokal ışınlama ve ardından 23. boyanın Foto-aktifleştirme serbest radikallerin üretilmesini neden olur pürüzsüz vasküler endotel bütünlüğünü bozabilir ve trombositler daha sonra geminin 24 tarafından sağlanan bölgede infarkt trombüs sonuçları. kan akışının tıkanıklık trombüs oluşturan, birikmesine neden olur. ötürü kontrolden kolaylığı yoğunluğu ve ışınlama süresi bu işlem oldukça düzgün ve çoğaltılabilir bir enfarktüs verir. Bundan başka, bu yöntem, bir infarktüsü uyarılması için kullanılabilecektiriskemi etkisi uzaysal (örneğin, vs beyaz cevher gri madde) aydınlatılmasını sağlayan çeşitli anatomik yerlerinde t.Bu çalışmanın amacı, farelerde SC iskemi kolay ve yüksek tekrarlanabilir bir model geliştirmektir. Biz farelerde SC iskemi PT modeli prosedürü tarif. Histoloji ve immün sonuçları PT etkili bir SC enfarktüs, nöron kaybı ve reaktif gliozis uyarabilir gösterdi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada, biz SC iskemi bir Fototrombotik modelini tarif. Nedeniyle gelişmelere genetik mühendisliğinde mümkün SC iskemik patofizyolojisinde rol oynayan spesifik genlerin etkilerini incelemek için yapmıştır piyasada mevcut transgenik farelerin bir dalgalanma olmuştur. Bu çalışmanın amacı, omurilik iskemisi tekrarlanabilir bir fare modeli geliştirmek olmuştur. Burada farelerde SCI ikna etmek için bir kortikal PT modeli uyarladı. Cerrahisi T11 torakal vertebra seviyesinde fareler…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüleri [Grant no tarafından desteklenmiştir. R01NS069726] ve Yardımlaşma Grant Amerikan Kalp Derneği Grant [Hibe no. 13GRNT17020004] SD.
Materials
| Rose Bengal | Sigma-Aldrich | 330000 | 20 mg/ml in sterile saline |
| C57Bl6/J | Jackson lab | 664 | 22-25g |
| Ketamine | VEDCO | NDC-50989-996-06 | 100 mg/ml |
| Xylazine | VEDCO | NDC-50989-234-11 | 100 mg/ml |
| Betadine solution | Purdue | NDC-67618-150-01 | 10% povidone iodine topical solution |
| Normal saline | Abott Laboratories | 04930-04-10 | For diluting RB, anaesthesia and for preventing tissue from drying |
| Artificial tears ointment | Rugby | NDC-0536-6550-91 | 83% white petrolatum |
| Ethanol | Decon labs.Inc | 2716 | 70% ethanol for disinfection |
| Metal halide lamp | EXFO, Canada | X-Cite 120 PC | Set power at 12% |
| Spring scissors | Fine Science Tool | 15000-10 | for minor dissection |
| Scissors (angled to side) | Fine Science Tool | 14063-011 | No. 3 handle |
| Standard scalpel | Fine Science Tool | 10003-12 | for removing muscle |
| Scalpel blade | Feather | 2976 | No. 10 |
| Forceps (curved) | Fine Science Tool | 11150-10 | for holding tissue |
| Forceps (straight) | Fine Science Tool | 11151-10 | for holding tissue |
| Needle holder | Fine Science Tool | 12002-12 | for suturing |
| Tissue adhesive glue | 3M Vetbond | 1469SB | to adhere to edges of the cut skin |
| Monofilament polypropylene | USSC Sutures | VP-521 | Size = 4-0 (for fascia) |
| Perma-hand silk | Ethicon | 683G | Size = 4-0 (for skin) |
| Micro drill | Roboz Surgical Instrument Co. Inc. | RS-6300 | with bone polishing drill bit |
| Laser doppler flowmeter | Moor Instruments | moorVMS-LDF1 | for monitoring change in blood flow |
| Heating pad | Fine Science Tool | 21052-00 | to prevent hypothermia |
| Lab-Jack | Fisher scientific | 14-673-50 | 4×4 in plate to adjust the height of the animal |
| X-Y gliding stage | Amscope | GT100 | for positioning the animal under microscope |
Referencias
- Cadotte, D. W., Fehlings, M. G. Spinal cord injury: a systematic review of current treatment options. Clin Orthop Relat Res. 469 (3), 732-741 (2011).
- Cheriyan, T., et al. Spinal cord injury models: a review. Spinal Cord. 52 (8), 588-595 (2014).
- Young, W. Secondary injury mechanisms in acute spinal cord injury. J Emerg Med. 11, 13-22 (1993).
- Crowe, M. J., Bresnahan, J. C., Shuman, S. L., Masters, J. N., Beattie, M. S. Apoptosis and delayed degeneration after spinal cord injury in rats and monkeys. Nat Med. 3 (1), 73-76 (1997).
- Soubeyrand, M., et al. Effect of norepinephrine on spinal cord blood flow and parenchymal hemorrhage size in acute-phase experimental spinal cord injury. Eur Spine J. 23 (3), 658-665 (2014).
- Soubeyrand, M., et al. Real-time and spatial quantification using contrast-enhanced ultrasonography of spinal cord perfusion during experimental spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 37 (22), E1376-E1382 (2012).
- Mautes, A. E., Weinzierl, M. R., Donovan, F., Noble, L. J. Vascular events after spinal cord injury: contribution to secondary pathogenesis). Phys Ther. 80 (7), 673-687 (2000).
- Liu, X. Z., et al. Neuronal and glial apoptosis after traumatic spinal cord injury. J Neurosci. 17 (14), 5395-5406 (1997).
- Liu, L., et al. An experimental study of cell apoptosis and correlative gene expression after tractive spinal cord injury in rats. Zhonghua Wai Ke Za Zhi. 42 (23), 1434-1437 (2004).
- Hirose, K., et al. Activated protein C reduces the ischemia/reperfusion-induced spinal cord injury in rats by inhibiting neutrophil activation. Ann Surg. 232 (2), 272-280 (2000).
- Oyinbo, C. A. Secondary injury mechanisms in traumatic spinal cord injury: a nugget of this multiply cascade. Acta Neurobiol Exp (Wars). 71 (2), 281-299 (2011).
- Guerit, J. M., Dion, R. A. State-of-the-art of neuromonitoring for prevention of immediate and delayed paraplegia in thoracic and thoracoabdominal aorta surgery). Ann Thorac Surg. 74 (5), S1867-S1869 (2002).
- Schepens, M. A., Heijmen, R. H., Ranschaert, W., Sonker, U., Morshuis, W. J. Thoracoabdominal aortic aneurysm repair: results of conventional open surgery. Eur J Vasc Endovasc Surg. 37 (6), 640-645 (2009).
- Braeuninger, S., Kleinschnitz, C. Rodent models of focal cerebral ischemia: procedural pitfalls and translational problems. Exp Transl Stroke Med. 1, 8 (2009).
- Carmichael, S. T. Rodent models of focal stroke: size, mechanism, and purpose. NeuroRx. 2 (3), 396-409 (2005).
- Dietrich, W. D., Ginsberg, M. D., Busto, R., Watson, B. D. Photochemically induced cortical infarction in the rat. 1. Time course of hemodynamic consequences. J Cereb Blood Flow Metab. 6 (2), 184-194 (1986).
- Zhang, W., et al. Neuronal protective role of PBEF in a mouse model of cerebral ischemia. J Cereb Blood Flow Metab. 30 (12), 1962-1971 (2010).
- Li, H., Zhang, N., Sun, G., Ding, S. Inhibition of the group I mGluRs reduces acute brain damage and improves long-term histological outcomes after photothrombosis-induced ischaemia. ASN Neuro. 5 (3), 195-207 (2013).
- Li, H., et al. Histological, cellular and behavioral assessments of stroke outcomes after photothrombosis-induced ischemia in adult mice. BMC Neurosci. 15, 58 (2014).
- Wang, T., Cui, W., Xie, Y., Zhang, W., Ding, S. Controlling the Volume of the Focal Cerebral Ischemic Lesion through Photothrombosis. American Journal of Biomedical Sciences. 2 (1), 33-42 (2010).
- Schroeter, M., Jander, S., Stoll, G. Non-invasive induction of focal cerebral ischemia in mice by photothrombosis of cortical microvessels: characterization of inflammatory responses. J Neurosci Methods. 117 (1), 43-49 (2002).
- Boquillon, M., Boquillon, J. P., Bralet, J. Photochemically induced, graded cerebral infarction in the mouse by laser irradiation evolution of brain edema. J Pharmacol Toxicol Methods. 27 (1), 1-6 (1992).
- Kim, G. W., Lewen, A., Copin, J., Watson, B. D., Chan, P. H. The cytosolic antioxidant, copper/zinc superoxide dismutase, attenuates blood-brain barrier disruption and oxidative cellular injury after photothrombotic cortical ischemia in mice. Neurociencias. 105 (4), 1007-1018 (2001).
- Schmidt, A., et al. Photochemically induced ischemic stroke in rats. Exp Transl Stroke Med. 4 (1), 13 (2012).
- Lang-Lazdunski, L., et al. Spinal cord ischemia. Development of a model in the mouse. Stroke. 31 (1), 208-213 (2000).
- Wang, Z., et al. Development of a simplified spinal cord ischemia model in mice. J Neurosci Methods. 189 (2), 246-251 (2010).
- Labat-gest, V., Tomasi, S. Photothrombotic ischemia: a minimally invasive and reproducible photochemical cortical lesion model for mouse stroke studies. J Vis Exp. (76), (2013).
- Lu, H., et al. Induction and imaging of photothrombotic stroke in conscious and freely moving rats. J Biomed Opt. 19 (9), 96013 (2014).
- Seto, A., et al. Induction of ischemic stroke in awake freely moving mice reveals that isoflurane anesthesia can mask the benefits of a neuroprotection therapy. Front Neuroenergetics. 6 (1), (2014).
- Bell, M. T., et al. Toll-like receptor 4-dependent microglial activation mediates spinal cord ischemia-reperfusion injury. Circulation. 128 (11 Suppl 1), S152-S156 (2013).
- Smith, P. D., et al. The evolution of chemokine release supports a bimodal mechanism of spinal cord ischemia and reperfusion injury. Circulation. 126 (11 Suppl 1), S110-S117 (2012).
- Jia, Z., et al. Oxidative stress in spinal cord injury and antioxidant-based intervention. Spinal Cord. 50 (4), 264-274 (2012).
