Gesichtsnervenchirurgie im Rattenmodell zur Untersuchung der axonalen Hemmung und Regeneration

Summary

Dieses Protokoll beschreibt einen reproduzierbaren Ansatz zur Gesichtsnervenchirurgie im Rattenmodell, einschließlich Beschreibungen verschiedener induzierbarer Verletzungsmuster.

Abstract

Dieses Protokoll beschreibt konsistente und reproduzierbare Methoden zur Untersuchung der axonalen Regeneration und Hemmung in einem Modell für Die Nervenverletzungen der Ratte. Der Gesichtsnerv kann über seine gesamte Länge, vom intrakraniellen Segment bis zu seinem extratemporalen Verlauf, manipuliert werden. Es gibt drei primäre Arten von Nervenverletzungen, die für die experimentelle Untersuchung von regenerativen Eigenschaften verwendet werden: Nervenzerkleinerung, Transektion und Nervenspalt. Die Bandbreite der möglichen Interventionen ist riesig, einschließlich chirurgischer Manipulation des Nervs, Lieferung von neuroaktiven Reagenzien oder Zellen, und entweder zentrale oder Endorgan-Manipulationen. Zu den Vorteilen dieses Modells für die Untersuchung der Nervenregeneration gehören Einfachheit, Reproduzierbarkeit, Konsistenz zwischen Denspezies, zuverlässige Überlebensraten der Ratte und eine erhöhte anatomische Größe im Vergleich zu murinen Modellen. Seine Einschränkungen beinhalten eine begrenztere genetische Manipulation im Vergleich zum Mausmodell und die regenerationsliche Fähigkeit der Ratte, so dass der Gesichtsnervenforscher die Zeitpunkte für die Genesung sorgfältig bewerten muss und ob Ergebnisse in höhere Tiere und Studien am Menschen übersetzt werden sollen. Das Rattenmodell für Gesichtsnervenverletzungen ermöglicht funktionelle, elektrophysiologische und histomorphometrische Parameter für die Interpretation und den Vergleich der Nervenregeneration. Damit bietet es ein enormes Potenzial, das Verständnis und die Behandlung der verheerenden Folgen von Gesichtsnervenverletzungen bei menschlichen Patienten zu fördern.

Introduction

Cranial-Nervenverletzungen im Kopf- und Nackenbereich können sekundär zu angeborenen, infektiösen, idiopathischen, iatrogenen, traumatischen, neurologischen, onkologischen oder systemischen Ätiologien¹sein. Der Hirnnerv VII, oder der Gesichtsnerv, ist häufig betroffen. Die Inzidenz von Gesichtsnerven dysfunktion kann signifikant sein, da es betrifft 20 bis 30 pro 100.000 Menschen jedes Jahr². Die wichtigsten motorischen Zweige des Gesichtsnervs sind die zeitlichen, zygomatischen, bukkalen, marginalen Unterkiefer- und Zervixzweige; Je nach beteiligtem Zweig können die Folgen orale Inkompetenz oder Trunkenheit, Hornhauttrockenheit, Gesichtsfeldverstopfung sekundär zu Ptosis, Dysarthrie oder Gesichtsasymmetrie^2,,³. Langfristige Morbidität umfasst das Phänomen der Synkinese, oder unfreiwillige Bewegung einer Gesichtsmuskelgruppe, mit versuchter freiwilliger Kontraktion einer ausgeprägten Gesichtsmuskelgruppe. Okulare-orale Synkinese ist die häufigste der aberranten Regeneration als Fortsetzung der Gesichtsnervenverletzung und verursacht funktionelle Beeinträchtigung, Peinlichkeit, vermindertes Selbstwertgefühl und schlechte Lebensqualität³. Die Verletzung einzelner Zweige bestimmt die Funktionen, die selektiv kompromittiert werden.

Die klinische Behandlung von Gesichtsnervenverletzungen ist nicht gut standardisiert und bedarf weiterer Forschung, um die Ergebnisse zu verbessern. Steroide können akute Schwellung des Gesichtsnervs lindern, während Botox für die befristeung synkinetischer Bewegungen nützlich ist; aber, die primären rekonstruktiven Optionen in der Bewaffnung des Praktikers beinhalten chirurgische Intervention durch Nervenreparatur, Substitution oder Reanimation^3,4,5,6. Je nach Art der erlittenen Gesichtsnervenverletzung kann der Gesichtsnervenchirurg eine Reihe von Optionen nutzen. Für eine einfache Transektion ist Nervenreanastomose nützlich, während die Reparatur von Kabeltransplantaten besser für einen Nervendefekt geeignet ist; für eine Wiederherstellung der Funktion kann der Chirurg entweder statische oder dynamische Gesichtsreanimationsverfahren wählen. In vielen Fällen von Gesichtsnervenverletzungen und anschließender Reparatur, auch in den Händen erfahrener Gesichtsnervenchirurgen, führt das beste Ergebnis immer noch zu anhaltender Gesichtsasymmetrie und funktionellem Kompromiss⁷.

Diese suboptimalen Ergebnisse haben umfangreiche Forschung über die Regeneration der Gesichtsnerven angespornt. Zu den allgemeinen Themen von Interesse gehören die Perfektionierung und Innovierung von Nervenreparaturtechniken, die Bestimmung der Wirkung verschiedener Nervenregenerationsfaktoren und die Bewertung des Potenzials spezifischer neuronaler Inhibitoren zur Bekämpfung des langfristigen Ergebnisses der Synkinese^8,9,10,11. Während In-vitro-Modelle verwendet werden können, um einige Merkmale von Wachstums- oder Hemmfaktoren zu bewerten, lässt sich eine echte translationale Forschung zu diesem Thema am besten über übersetzbare Tiermodelle ablesen.

Die Entscheidung, welches Tiermodell verwendet werden soll, kann eine Herausforderung sein, da Forscher sowohl große Tiere wie Schafe als auch Kleintiermodelle wie Mäuse^12,13verwendet haben. Während große Tiermodelle eine ideale anatomische Visualisierung bieten, erfordert ihre Verwendung spezielle Ausrüstung und Personal, das nicht leicht oder leicht verfügbar ist. Darüber hinaus könnte die Durchführung einer Studie zum Nachweis der Wirkung sehr kostenprohibitiv sein und möglicherweise nicht im Durchführbarkeitsbereich vieler wissenschaftlicher Zentren liegen. So wird das Kleintiermodell am häufigsten genutzt. Das Mausmodell kann für die Bewertung einer Reihe von Ergebnissen im Zusammenhang mit Gesichtsnervenchirurgie verwendet werden; Die begrenzte Länge des Nervs kann jedoch die Fähigkeit des Wissenschaftlers einschränken, bestimmte Muster zu modellieren, wie z. B. eine Verletzung mit großen Lücken¹⁴.

So hat sich der Ratte murin Prototyp als Arbeitspferd-Modell, durch das der Wissenschaftler innovative chirurgische Verfahren durchführen oder hemmende oder wachstumsfördernde Faktoren nutzen und die Wirkung über eine breite Palette von Ergebnisparametern bewerten kann. Die Anatomie der Ratte im Gesichtsnerv wird vorhersehbar und leicht reproduzierbar angegangen. Seine größere Skala, im Vergleich zum Mausmodell, ermöglicht die Modellierung einer breiten Palette von chirurgischen Defekten, von einfachen Transektion bis 5 mm Lücken^15,16. Dies ermöglicht ferner die Anwendung komplexer Eingriffe an der Defektstelle, einschließlich der topischen Platzierung von Faktor, intraneuralen Injektionen des Faktors und der Platzierung von Isograften oder Brücken^{17,18,19,20,21,22,23}.

Die gefügige Natur der Ratte, ihre zuverlässige Anatomie und ihre Neigung zur effektiven Nervenregeneration ermöglicht die Sammlung vieler Ergebnismaßnahmen als Reaktion auf die oben genannten chirurgischen Muster der Verletzung²⁴. Über das Rattenmodell ist der Gesichtsnervenforscher in der Lage, elektrophysiologische Reaktionen auf Verletzungen, Nerven- und Muskelhistologische Ergebnisse über Immunhistochemie, funktionelle Ergebnisse über die Verfolgung des Vibrissalpads und die Beurteilung des Augenverschlusses sowie mikro- und makroskopische Veränderungen mittels fluoreszierender oder konfokaler Mikroskopie, unter anderem^{11,22,23,25,26,27,28,29}, zu bewerten. So wird das folgende Protokoll einen chirurgischen Ansatz für den Gesichtsnerv der Ratte und die Verletzungsmuster skizzieren, die induziert werden können.

Protocol

Alle Interventionen wurden in strikter Übereinstimmung mit den Richtlinien der National Institutes of Health (NIH) durchgeführt. Das experimentelle Protokoll wurde vor der Umsetzung vom Institutional Animal Care & Use Committee (IACUC) der University of Michigan genehmigt. Zehn Wochen alte erwachsene weibliche Sprague-Dawley Ratten wurden verwendet. 1. Vor dem operativen Tag Stellen Sie vor dem Operationstag einen angemessenen Vorrat an sterilisierten chirurgischen Instrumenten, sc…

Representative Results

Nach dem ersten chirurgischen Eingriff gibt es zwei Haupttypen von Ergebnismessungen: serielle Messungen im lebenden Tier und Messungen, die ein Opfer des Tieres erfordern. Beispiele für serielle Messungen sind elektrophysiologische Assays, wie eine zusammengesetzte Muskelwirkungspotentialmessung30, Bewertungen der Gesichtsmuskelbewegung mittels laserunterstützter oder Videografie bedeutet9, oder sogar repetitive Live-Bildgebung des Nachwa…

Discussion

Das Modell der Gesichtsnervenverletzung der Ratte hat sich aufgrund seiner chirurgischen Zugänglichkeit, seines Verzweigungsmusters und seiner physiologischen Bedeutung^{27,29,33,34,35,36}als das vielseitigste System für die Bewertung neurotropher Faktoren herauskristallisiert. Die Kombination von Videodemonstration und Anwend…

Materials

1.8% isoflurane	VetOne	13985-030-40
11-0 nylon microsutures	AROSuture	TK-117038
4-0 monocryl suture	VWR	75982-084
Buprenorphine SR	ZooPharm	MIF 900-006
Carprofen	Sigma-Aldrich	MFCD00079028
Chlorhexidine	VWR	IC19135805
Jeweler forceps	VWR	21909-458
Micro Weitlaner retractor	VWR	82030-146
Micro-scissors	VWR	100492-348
Mini tenotomy scissors	VWR	89023-522
Number 15 scalpel blade	VWR	102097-834
Operating microscope	Leica
Petrolatum eye gel	Pharmaderm	B002LUWBEK
Sterile water	VWR	89125-834
Tissue adhesive	Vetbond, 3M	NC9259532
Water conductor pad	Aqua Relief System	ARS2000B