Facial Nerve Surgery in the Rat Model to Study Axonal Inhibition and Regeneration

Summary

Dit protocol beschrijft een reproduceerbare benadering van gezichtszenuwchirurgie in het rattenmodel, inclusief beschrijvingen van verschillende induceerbare patronen van letsel.

Abstract

Dit protocol beschrijft consistente en reproduceerbare methoden om axonale regeneratie en remming te bestuderen in een rat gezichtszenuwletsel model. De gezichtszenuw kan over de gehele lengte worden gemanipuleerd, van zijn intracraniale segment tot zijn extratemporere koers. Er zijn drie primaire soorten zenuwletsel gebruikt voor de experimentele studie van regeneratieve eigenschappen: zenuwverplettering, transsectie, en zenuwkloof. Het bereik van mogelijke interventies is enorm, met inbegrip van chirurgische manipulatie van de zenuw, levering van neuroactieve reagentia of cellen, en ofwel centrale of eind-orgaan manipulaties. Voordelen van dit model voor het bestuderen van zenuwregeneratie zijn eenvoud, reproduceerbaarheid, interspecies consistentie, betrouwbare overlevingskansen van de rat, en een verhoogde anatomische grootte ten opzichte van murine modellen. De beperkingen omvatten een meer beperkte genetische manipulatie ten opzichte van het muismodel en het superieure regeneratieve vermogen van de rat, zodanig dat de gezichtszenuwwetenschapper zorgvuldig tijdspunten voor herstel moet beoordelen en of de resultaten moeten worden vertaald naar hogere dieren en menselijke studies. Het ratmodel voor letsel aan het gezicht zenuw kan functionele, elektrofysiologische, en histomorfometrische parameters voor de interpretatie en vergelijking van zenuwregeneratie. Het biedt daardoor een enorm potentieel in de richting van het bevorderen van het begrip en de behandeling van de verwoestende gevolgen van gezichtszenuw letsel bij menselijke patiënten.

Introduction

Craniale zenuwletsel in het hoofd- en nekgebied kan ondergeschikt zijn aan aangeboren, infectieuze, idiopathische, iatroggeene, traumatische, neurologische, oncologische of systemische etiologieën¹. Craniale zenuw VII, of de gezichtszenuw, wordt vaak beïnvloed. De incidentie van gezichtszenuw disfunctie kan aanzienlijk zijn, omdat het 20 tot 30 per 100.000 mensen per jaar²beïnvloedt. De belangrijkste motorische takken van de gezichtszenuw zijn de temporele, zygomatische, buccale, marginale mandibulaire en cervicale takken; afhankelijk van de betrokken tak, kunnen de gevolgen bestaan uit orale incompetentie of kwijlen, hoornvliesdroogheid, visuele veldobstructie secundair aan ptose, dysartrie of gezichtsasymmetrie^2,3. Langdurige morbiditeit omvat het fenomeen van synkinese, of onwillekeurige beweging van een gezichtsspiergroep, met poging tot vrijwillige samentrekking van een afzonderlijke gezichtsspiergroep. Oculair-orale synkinese is de meest voorkomende van de afwijkende regeneratie als een sequela van gezichtszenuw letsel en veroorzaakt functionele stoornissen, verlegenheid, verminderd gevoel van eigenwaarde, en slechte kwaliteit van leven³. Letsel aan individuele takken dicteert de functies die selectief worden aangetast.

De klinische behandeling van letsel aan de gezichtszenuw is niet goed gestandaardiseerd en heeft behoefte aan verder onderzoek om de resultaten te verbeteren. Steroïden kunnen verlichten acute zwelling van de gezichtszenuw, terwijl Botox is nuttig voor het temporizing synkinetische bewegingen; maar, de primaire reconstructieve opties in het bewapeningvan de beoefenaar arium te betrekken chirurgische interventie door middel van zenuwreparatie, substitutie, of reanimatie^3,4,5,6. Afhankelijk van het type van gezichtszenuw letsel opgelopen, de gezichtszenuw chirurg kan gebruik maken van een aantal opties. Voor eenvoudige transsectie, zenuw reanastomose is nuttig, terwijl kabel-graft reparatie is beter geschikt voor een zenuwdefect; voor een herstel van de functie kan de chirurg kiezen voor statische of dynamische reanimatieprocedures voor het gezicht. In veel gevallen van gezichtszenuwletsel en daaropvolgende reparatie, zelfs in de handen van ervaren gezichtszenuwchirurgen, resulteert het beste resultaat nog steeds in aanhoudende gezichtsasymmetrie en functioneel compromis⁷.

Deze suboptimale resultaten hebben aangespoord uitgebreid onderzoek naar gezichtszenuw regeneratie. Brede onderwerpen van belang zijn het perfectioneren en innoveren van zenuwreparatietechnieken, het bepalen van het effect van verschillende zenuwregeneratiefactoren en het beoordelen van het potentieel van specifieke neurale remmers om de langetermijnuitkomst van synkinese^8,9,10^,11te helpen bestrijden.¹¹ Terwijl in vitro modellen kunnen worden gebruikt om bepaalde kenmerken van pro-groei of remmende factoren te beoordelen, kan echt translationeel onderzoek over dit onderwerp het best worden uitgevoerd via vertaalbare diermodellen.

De beslissing van welk dier model te gebruiken kan een uitdaging zijn, als onderzoekers hebben gebruik gemaakt van zowel grote dieren, zoals schapen en kleine dier modellen, zoals muizen^12,13. Terwijl de grote dierlijke modellen ideale anatomische visualisatie aanbieden, vereist het gebruik ervan gespecialiseerde apparatuur en personeel niet gemakkelijk of gemakkelijk beschikbaar. Bovendien kan het aandrijven van een studie om effect aan te tonen zeer kostenonbetaalbaar zijn en mogelijk niet binnen het haalbare bereik van veel wetenschappelijke centra vallen. Zo wordt het kleine diermodel het meest gebruikt. De muis model kan worden gebruikt voor de beoordeling van een aantal resultaten in verband met gezichtszenuwchirurgie; echter, de beperkte lengte van de zenuw kan beperken van de wetenschapper het vermogen om bepaalde patronen te modelleren, zoals large-gap letsel¹⁴.

Zo is de rat murine prototype is ontstaan als het werkpaard model waardoor de wetenschapper kan innovatieve chirurgische ingrepen uit te voeren of gebruik maken van remmende of pro-groei factoren en beoordelen effect over een breed scala van uitkomst parameters. De rat gezichtszenuw anatomie is voorspelbaar en gemakkelijk benaderd in een reproduceerbare manier. De grotere schaal, in vergelijking met het muismodel, maakt het mogelijk om een breed scala aan chirurgische defecten te modelleren, variërend van eenvoudige transsectie tot 5 mm hiaten^15,16. Dit maakt het verder mogelijk om complexe interventies op de plaats van het defect toe te voeren, met inbegrip van de actuele plaatsing van factor, intraneurale injecties van factor, en de plaatsing van isografts of bruggen^{17,18,19,20,21,22,23}.

De volgzame aard van de rat, de betrouwbare anatomie, en de neiging tot effectieve zenuwregeneratie maakt het mogelijk voor het verzamelen van vele uitkomst maatregelen in reactie op de bovengenoemde chirurgische patronen van letsel²⁴. Via het ratmodel is de gezichtszenuwwetenschapper in staat om elektrofysiologische reacties op letsel-, zenuw- en spierhistologische uitkomsten te beoordelen via immunohistochemie, functionele uitkomsten via het volgen van beweging van het vibrissale pad en het beoordelen van oogsluiting, en micro- en macroscopische veranderingen via onder andere^{11,22,23,25,26,27,28,29}. Zo zal het volgende protocol een chirurgische benadering van de rattengezichtszenuw en de letselpatronen schetsen die kunnen worden geïnduceerd.

Protocol

Alle interventies werden uitgevoerd in strikte overeenstemming met de National Institutes of Health (NIH) richtlijnen. Het experimentele protocol werd goedgekeurd door de University of Michigan’s Institutional Animal Care & Use Committee (IACUC) voorafgaand aan de uitvoering. Tien weken oude volwassen vrouwelijke Sprague-Dawley ratten werden gebruikt. 1. Zorg voor een geschikte voorraad van gesteriliseerde chirurgische instrumenten, pijnstillende medicijnen, verdovingsmedicatie en zu…

Representative Results

Na de eerste chirurgische ingreep zijn er twee belangrijke soorten uitkomstmetingen: seriële metingen in het levende dier en metingen die het offeren van het dier vereisen. Voorbeelden van seriële metingen zijn elektrofysiologische tests, zoals een samengestelde spierwerkingspotentieelmeting30, beoordelingen van gezichtsspierbewegingen via laser-assisted of videografie betekent9, of zelfs repetitieve live beeldvorming van hergroei van de g…

Discussion

Het model van de zenuwletsel van de rattengezichtsweg is naar voren gekomen als het meest veelzijdige systeem voor de evaluatie van neurotrofe factoren vanwege de chirurgische toegankelijkheid, het vertakkingspatroon en de fysiologische betekenis^{27,29,33,34,35,36}. De combinatie van videodemonstratie en toepassing van transgen…

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