Post-lezyonlu Solunum nöroplastisite Eğitim için Servikal Spinal Kord Yaralanması bir fare modeli
Summary
Solunum yetmezliği servikal omurilik yaralanması sonucu ölüm önde gelen nedenidir. Kısmi servikal yaralanma tarafından uyarılan solunum yetmezliği, tekrarlanabilir ölçülebilir ve güvenilir klinik öncesi hayvan modeli olan müteakip solunum ve non-solunum nöroplastisiteyi anlamak için yardımcı ve varsayılan onarım stratejilerini test sağlayacaktır.
Abstract
Servikal spinal kord yaralanması kalıcı felç neden olur, ve genellikle solunum sıkıntısı yol açar. Bugüne kadar, hiçbir verimli terapötiklerin yüksek servikal spinal kord yaralanması (SKY) sonrası solunum yetmezliği iyileştirmek / geliştirmek için geliştirilmiştir. Burada çeşitli lezyon sonrası solunum nöroplastisiteyi çalışma servikal 2 (C2) metamerik düzeyde yüksek SCI bir kemirgen pre-klinik modeli öneriyoruz. Bu teknik nedeniyle beyin bulunan solunum merkezlerinden frenik motor nöronlar bir deaferentasyon üzere diyaframa bir hemipleji neden olacak C2 düzeyinde bir cerrahi kısmi yaralanma oluşur. Yaralanma karşı taraf bozulmadan kalır ve hayvan iyileşme sağlar. (Torakal ve lomber düzeyde) lokomotor fonksiyonunu etkileyen diğer omurilik aksine, solunum fonksiyon hayvan motivasyon gerektirmez ve açığı / kurtarma miktar kolayca (diyafram ve frenik sinir kayıt yapılabilirs, tüm vücut havalandırma). Bu klinik öncesi C2 SCI modeli farklı seviyelerde (fizyoloji, moleküler) çeşitli solunum ve non-solunum nöroplastisite olayları incelemek ve solunum geliştirmek olabilir çeşitli farazi tedavi stratejileri test etmek için güçlü, kullanışlı ve güvenilir klinik öncesi modeli SCI hastalar.
Introduction
Spinal kord travması gibi kalıcı felç gibi dramatik olaylar ile insan nüfusunun gözlenen yaygın bir yaralanma olduğunu. Bununla birlikte, yaralanma şiddetine başlangıç travma seviyesi ile boyutuna bağlıdır. Solunum yetmezliği üst servikal spinal kord yaralanması (SKY) 1 Aşağıdaki mortalitenin önde gelen nedenidir. Şu anda, tek terapötik tedavi ventilasyon yardımı altında hasta yerleştirmektir. Birkaç hastada lezyon sonrası gecikme oluşur spontan iyileşme, solunum yardımı 2 kapalı sütten olabilir bu yana, yenilikçi non-invaziv ilaçlar geliştirebilmek için ihtiyaç acil 3'tür. Farazi tedavi stratejilerinin uygulanmasını incelemek için, bu nedenle solunum yetmezliği üzerinde servikal SCI etkisini araştırmak ve iyi bir standart klinik öncesi modeli olması esastır.
Bu teknik makalede, biz belirli bir klinik öncesi fare modeli o tariff solunum bozukluğu C2 seviyesinde kısmi servikal SCI tarafından uyarılan. Bu model şu anda (: 4-13 değerlendirmeleri için) dünyanın çeşitli laboratuvarlar tarafından kullanılır. Ancak, cerrahi prosedür hafif farklılıklar bu özel servikal yaralanma fare modeli oluşturmak için farklı araştırmacılar arasında görülebilir. Solunum çıkışında C2 SCI etkisi ilk Porter 14 tarafından 1895 yılında tarif edilmiştir. Servikal hemiseksiyona sessiz frenik sinir aktivitesi ve sonraki diyafram felç yol açan, yaralanma aynı taraftaki (beyin sapı, Şekil 1A rVRG bulunan), merkez sürücüden frenik motor nöronlar bir deaferentasyon neden olur. Karşı taraf bozulmadan kalır ve hayvan hayatta kalmak için izin verir. Bir düşük değerli spinal kesimi (C4 düzeyinde 15, örneğin bir çürük hasarı) bulunan farklı SCI farklı olarak, her iki tarafta frenik motonöron çekirdeğin bütünlüğü korunur. Bir červ sonraical C2 yaralanması, bazı spontan aktivite nedeniyle segmental seviyesi C3-C6 (Çapraz Frenik yolları, CPP, Şekil 1B) spinal orta hat geçti taraf sessiz sinaptik yolların bir aktivasyonuna (frenik ve diyafram), ipsilateral tarafta görülebilir . Olan CPP, aktivasyonu, tanımı gereği, bir taraf kısmi frenik sinir kurtarma neden bir kontralateral phrenicotomy ile birlikte bir C2 hemiseksiyona, saat hafta sonrası yaralanma 16-18 oluşabilir. Solunum kurtarma bu CPP yolun gerçek yararlı etkisi 19 sınırlıdır ve daha fazla araştırma ve tedavi spontan restorasyonu 3 büyüklüğünü artırmak için geliştirilmelidir.
Bu protokol (öncesi ve frenik motor nöronlar, internöronlar, moleküler ve cellula solunum fizyolojisi çeşitli düzeylerde solunum lezyon sonrası plastisiteyi incelemek için klinik öncesi fare modelinde güçlü bir türü sağlarr, örneğin, ön bacak) lokomosyon yanı sıra C2 kısmi servikal omurilik yaralanmasının ardından solunum ve lokomotor kurtarma geliştirmek amaçlanmıştır invaziv ve non-invaziv tedavi stratejileri test etmek için bir model.
Protocol
Representative Results
Discussion
C2 Yaralanma Modeli Yapımı Teknik Sorunlar
C2 yaralanma fare modeli solunum lezyon sonrası nöroplastisiteyi incelemek için ilginç bir araçtır. Ancak, tekrar üretilebilir ve güvenilir bir modeli üretmek için gerekli adımlar çok sayıda ve her biri çalışmanın sonuçları etkileyebilecek. Örneğin, entübasyon işlemi sırasında, aşırı bakım orotrakeal tüp gibi yaralanma nedeniyle kendisine başlangıç solunum yetersizliği yanında obstrüktif s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma hibe sözleşmesi No 246556 (Avrupa projesi RBUCE-UP) kapsamında Avrupa Birliği Yedinci Çerçeve Programı (FP7/2007-2013) fon tarafından desteklenen, HandiMedEx Fransız Kamu Yatırım Kurulu tarafından tahsis. Marcel Bonay Chancellerie des Üniversiteler de Paris (Bacaklar Poix), Sante Respiratoire tr Fonds de Dotation Recherche ve Centre d'Yardımlaşma Respiratoire bir ikametgah d'Île de France (Cardif) tarafından desteklenen
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 | |
References
- 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).
