Mätning av nerv överledning är ett användbart verktyg för att bedöma musmodeller av neurodegeneration men det är ofta endast tillämpas för att stimulera ischiasnerven i bakbenen. Här, beskriver vi en teknik för att mäta sammansatta muskel aktionspotential (CMAP) i vivo i mus forelimb musklerna innerveras av plexus brachialis.
Bedömningen av funktionaliteten hos nerv axon ger detaljerad information om förloppet av neuromuskulära sjukdomar. Elektrofysiologiska inspelningar ger en känslig metod för att mäta nerv överledning i människa och gnagare modeller. För att bredda de tekniska möjligheterna för Elektromyografi hos möss, beskrivs mätning av sammansatta muskel handlingspänningar (CMAPs) från plexus brachialis nerven i forelimb använder visarelektroderna här. CMAP inspelningar efter stimulerande ischiasnerven i bakbenen har beskrivits tidigare. Den nyinförda metoden möjliggör här utvärdering av nerv ledningsförmåga på ytterligare en plats, och därmed ger en mer djupgående översikt neuromuskulära funktioner. Tekniken ger information om både det relativa antalet funktionella axoner och myelinisering nivå. Därmed, kan denna metod tillämpas för att bedöma såväl axonal sjukdomar som demyeliniserande villkor. Minimalt invasiva metoden kräver inte utvinning av nerv och det är därför lämplig för upprepade mätningar för longitudinella uppföljning på samma djur. I kliniska inställningar att betona translationell relevansen av metoden utförs liknande inspelningar.
Elektrofysiologi används som ett diagnostiskt verktyg i neuromuskulära sjukdomar såsom motorneuronen störningar, plexopathies, neuropatier, neuromuskulära förbindelsen störningar och myopatier. I amyotrofisk lateralskleros (ALS), då främst de motoriska nervcellerna påverkas, avspeglas axonal skada och muskel förlamning1 i minskad CMAP amplituder på nerv överledning studier (NCS). Charcot-Marie-Tooth sjukdom (CMT) kan såväl axonal degeneration som demyelinisering uppskattas i perifera nerver med NCS2. Denna teknik kan användas för att bekräfta diagnosen samt för att utvärdera den sjukdomsprogression3,4. NCS aktivera uppskattning av axonal patologi, som härleds från omfattningen av den potentiella åtgärder amplitud5, och omfattningen av demyelinisering – vilket resulterar i minskad överledning hastighet, långvarig distala latenser, eller ledningshinder 6.
CMAP mätning är en snabb och känslig metod för att utvärdera nerv överledning både hos människor och möss. Medan hos NCS utförs rutinmässigt på olika platser för att spela in olika nerver och muskler, i möss, görs CMAP mätningarna vanligtvis endast för ischiasnerven att bedöma nerv funktionalitet i bakbenen. Dock i vissa djurstudier vore det fördelaktigt att posten CMAP både fore- och bakbenen, till exempel att följa differentiell sjukdomsprogression mellan fram- och bakbenen i ALS musmodeller.
Här, införa vi en metod för inspelning CMAPs från frambenen av möss med nål elektroder. Dessutom ger vi en metod för att mäta CMAPs från bakbenen, jämväl med visarelektroderna. Mätning av CMAPs från bakbenen med ring elektroder har presenterats tidigare7,8. Inspelningen av CMAPs använder visarelektroderna är en snabb mätmetod, det kräver inte rakning av päls och förfarandet för mätning av både hind- och frambenen tar bara 10 min per djur för en erfaren forskare. Dessutom är detta minimalinvasiv tillvägagångssätt genomförbart för upprepade mätningar att tillåta longitudinell uppföljning av flera nerver i djur.
Känsliga inspelning metoder är avgörande för bedömningen av sjukdomsförloppet och särskilt effekten av en behandling i djurmodeller av neuronala sjukdomar. Bestämma CMAPs är en minimalt invasiv Elektrofysiologisk teknik, som rutinmässigt används på kliniker och i experimentella uppställningar för att bedöma nerv överledning i neuromuskulära och neuropatisk störningar3,18. Här beskriver vi ett nytt program för CMAP inspelning i möss för att mäta nerv överledning i plexus brachialis nerven av forelimb. Denna metod möjliggör en mer mångsidig och detaljerad längsgående bedömning av nervcellernas funktion i mus modeller av neurodegeneration.
Visarelektroderna är något mer invasiv än ringen elektroder och särskilt i longitudinella studier vård måste vidtas för att minimera vävnadsskada. En möjlig nackdel med metoden är skada från piercing en nerv eller muskel. Dock efter noggrann subkutan placering av elektroderna, kan av skador och störningar i muskler och nerver förhindras. I motsats till metoden med ring elektroder, kräver metoden presenteras här inte rakning av päls från stora delar av kroppen. Följaktligen finns det ingen obehag eller effekt på termoreglering för djuret.
Placering av elektroderna är avgörande för korrekt och konsekvent inspelningen av CMAP amplituder och latenser. Det är lämpligt att placera elektroderna och utföra två till tre mätningar vid varje plats för att bekräfta att maximal stimulering och svaren uppnås. Rätt inspelningar bör producera bifasisk kurvor som visas i figur 2. För att standardisera metoden, är icke-transgena möss utan nervskada de bästa modellerna att etablera korrekt och konsekvent elektroden positionering för optimal stimulering. Återanvändbara visarelektroderna lämpar sig för upprepad användning om de är regelbundet steriliserade, e.g. med glutaraldehyd 20 minuter mellan djur och inspekterade för skärpa.
I friska vuxna möss är CMAP amplituderna inspelade med denna metod typiskt 80-100 mV efter stimulerande ischiasnerven och plexus brachialis. Detta är särskilt större än Svaren mätt med ring elektroder, eftersom det finns en högre impedans som orsakas av huden för ring elektroderna som ger resultat på 20-40 mV8,19,20. I ALS musmodeller minska CMAP amplituderna efter stimulerande ischiasnerven eller plexus brachialis i förlamade lemmar till 10-30 mV. Omfattningen av CMAP amplituden är mindre i unga djur eftersom CMAP amplituden ökar under utveckling21.
Den metod som vi beskriver här är särskilt användbart i musmodeller av ALS, som denervering, och efterföljande motor underskott, förekommer tidigare i bakbenen än i frambenen13. Förutom denervering, kunde metoden identifiera reinnervation som bestäms som förhindrade eller utvecklingsstörda nedgång i CMAP amplituden. Den dramatiska minskningen i CMAP amplituden i musklerna i bakbenen redan på åldern av symtomdebut försvårar uppföljning av ytterligare sjukdomsprogression; som CMAP amplituderna nå mycket låga värden i tidigt skede av sjukdomen, minskar de inte ytterligare under sjukdomsprocessen. Däremot axonal förlust fortskrider långsammare i plexus brachialis nerven av frambenen och presenterar ett känsligare alternativ för att mäta sjukdomsprogression över en längre varaktighet av sjukdomen. Dessutom kan mindre degenererade frambenen ge en mer potent webbplats för utvärdering av behandlingsmetoder som syftar till att förbättra axonal funktion.
Det är tydligt att presenteras tekniken ger nya möjligheter för karakterisering av mus modeller av neuromuskulära sjukdomar. CMAP inspelningar med visarelektroderna från ischiasnerven och plexus brachialis är en snabb och reproducerbar metod att bedöma axonal förlust och demyelinisering i hind-såväl som i frambenen. Känsligheten för metoden möjliggör detektering av axonal underskott även innan anmärkningsvärda motor underskott kan registreras, och därmed tillåter tidig kvantifiering av dessa defekter. Dessutom möjligheten att upprepad testning minskar antalet djur som krävs och ger en detaljerad översikt av utvecklingen av neuromuskulära och neuropatisk sjukdomar på olika platser i ett enskilt djur.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning har stötts av KU Leuven (‘Öppna framtiden’ och C1), fonden för vetenskaplig forskning Flandern (CVE-Vlaanderen), Stiftelsen Thierry Latran, Association Belge contre les Maladies neuro-Musculaires (ABMM), muskeldystrofi Association (MDA), den och ALS Association och ALS Liga (Belgien). PVD innehar en ledande investigatorship CVE-Vlaanderen. RP stöddes av bidrag från Irlands centrala avhjälpande klinik (CRC) och stöds för närvarande nationella universitetet i Irland (NUI) och FWO.
Resuable subdermal needle electrode, Pl/Ir | Technomed | TE/S61-434 | The Needle is 13 mm (0.51") in length, 0.4 mm (27G) in diameter |
Natus electrodiagnostic system | Natus Neurology | UltraPro S100 | EMG device |
Synergy | Natus Neurology | version 20.1.0.100 | EMG software for UltraPro S100 |
Physitem Controller | Rothacher-Medical GmbH | TCAT-2LV | Heating pad |
combi-vet Base Anesthesia System Digital Flowmeter with TEC 3 Vaporize | Rothacher & Partner | CV 30-301-D | Isoflurane Vaporizer and flowmeter |
Iso-Vet 1000 mg/g | Piramal Healthcare UK Limited | AP/DRUGS/220/96 | Isoflurane |
SOD1-G93A mice | The Jackson Laboratory | #002726 | ALS tg and non-tg control littermates, only females |
PrP-hFUS-WT3 mice | The Jackson Laboratory | #017916 | ALS tg and non-tg control littermates, all groups balanced for males and females |
C57BL/6Jax mice | The Jackson Laboratory | #000664 | Non-tg mice for axotomy, male and female |
C61-PMP22 mice | Mouse line was generously donated by Prof. M. Sereda (The Max Planck Institute of Experimental Medicine, Göttingen, Germany). | CMT tg and non-tg control littermates, all groups balanced for males and females |