En Murint Model of Cervical Spinal Cord Injury å studere Post-lesional Respiratory Neuroplasticity

Summary

Respirasjonssvikt er den ledende dødsårsaken etter en cervical ryggmargsskade. Å ha en reproduserbar, kvantifiserbar, og pålitelig pre-kliniske dyremodell av respiratorisk svikt forårsaket av en delvis cervical skade vil hjelpe til å forstå den etterfølgende luftveiene og ikke-respiratoriske neuroplasticity og tillater å teste mulige reparasjons strategier.

Abstract

En cervical ryggmargsskade induserer permanent lammelse, og ofte fører til åndenød. Til dags dato har ingen effektive behandlingsformer er utviklet for å forbedre / forbedre den respirasjonssvikt følgende høy cervical ryggmargsskade (SCI). Her foreslår vi en murine pre-klinisk modell av høy SCI ved livmorhals 2 (K2) minimal metamerisme nivå for å studere diverse post-lesional åndedretts nevroplastisitet. Teknikken består av en kirurgisk delvis skade på C2-nivå, noe som vil fremkalle en hemiparalysis av membranen på grunn av en deafferentation av phrenic motoneurons fra luft sentre lokalisert i hjernestammen. Den kontralaterale side av skaden forblir intakt og tillater dyret utvinning. I motsetning til andre SCIS som påvirker bevegelsesfunksjonen (på thorax og lumbale nivå), vil ikke lungefunksjon krever ikke dyr motivasjon og kvantifisering av underskuddet / utvinning kan lett utføres (diafragma og phrenic nerve opptaks, hele kroppen ventilasjon). Denne pre-klinisk C2 SCI-modellen er en kraftig, nyttig og pålitelig pre-klinisk modell for å studere ulike luftveis og ikke-respiratoriske Neuroplasticity hendelser på ulike nivåer (molekylære til fysiologi) og å teste ulike antatte terapeutiske strategier som kan forbedre åndedrett i SCI pasienter.

Introduction

Ryggmargstraumer er en vanlig skade observeres i den menneskelige populasjonen med dramatiske forekomst, slik som permanent lammelse. Imidlertid, alvorligheten av skaden er avhengig av nivået og omfanget av den opprinnelige traumer. Respirasjonssvikt er den ledende årsaken til dødelighet følgende øvre cervical ryggmargsskade (SCI) ^en. For tiden, er den eneste terapeutiske behandlingen for å plassere pasienten i henhold til ventilasjonshjelp. Etter noen få pasienter kan avvent av ventilasjonshjelp ^2, på grunn av spontan gjenvinning som oppstår med post-lesional forsinkelse, er det behov for å utvikle nye, innovative ikke-invasive terapeutika presser ^3. Å ha en god standardisert preklinisk modell for å undersøke effekten av en cervikal SCI på respiratorisk insuffisiens, og derfor, for å studere anvendelsen av antatte terapeutiske strategier, er viktig.

I denne tekniske artikkelen beskriver vi en bestemt pre-klinisk murine modell of respiratorisk svekkelse forårsaket av en delvis cervical SCI på C2-nivå. Denne modellen er i dag brukt av flere laboratorier rundt om i verden (for anmeldelser: ^4-13). Imidlertid kan observeres små forskjeller i den kirurgiske prosedyren mellom de forskjellige undersøkere for å generere denne spesielle cervical skade murine modellen. Effekten av en C2 SCI på luftutgangs ble først beskrevet i 1895 av Porter ^14. En cervical hemisection induserer en deafferentation av phrenic motoneurons fra sin sentrale stasjonen (ligger i rVRG i hjernestammen, figur 1A) på ipsilaterale side av skade, som fører til en stille phrenic nerve aktivitet og den påfølgende membran lammelser. Den kontralaterale side forblir intakt og tillater dyret å overleve. I motsetning til forskjellige SCI plassert i en nedre rygg segment (for eksempel en contusive skade på C4 nivå ^15), blir integriteten av phrenic motoneuron kjernen på begge sider bevart. Etter en cervical C2 skade, kan noen spontan aktivitet observeres på ipsilaterale side (phrenic og membran) på grunn av en aktivering av kontralaterale tause synaptiske trasé som krysset rygglinjen på segmentnivå C3-C6 (Crossed phrenic trasé, CPP, figur 1B) . Aktiveringen av CPP, som er, per definisjon, en C2 hemisection kombinert med en kontralateral phrenicotomy som induserer en ipsilaterale delvis phrenic nerve utvinning, kan oppstå fra timer til uker etter skade ^16-18. Den virkelige fordelaktige effekten av dette CPP pathway på luft utvinning er begrenset ¹⁹ og videre undersøkelser, og behandlingen bør bli utviklet for å forbedre graden av spontan restaurering ^3..

Denne protokollen gir en kraftig type pre-klinisk murine modell for å studere luftpost lesional plastisitet på ulike nivåer (åndedretts fysiologi fra før og phrenic motoneurons, interneurons, molekylær og mobilnettetr, bevegelse av den fremre ekstremiteten for eksempel), så vel som en modell for å teste invasive og ikke-invasive terapeutiske strategier rettet for å forbedre luftveis og lokomotorisk restitusjon etter C2 partialt cervical ryggmargsskade.

Protocol

Denne protokollen ble godkjent av Etisk komité av RBUCE-UP stol of Excellence (University of Paris Sud, tilskuddsavtalen nr. 246556) og Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. En. Utarbeidelse av Sterilisert kirurgiske instrumenter Rengjør kirurgiske instrumenter med laboratorie vaskemiddel. Autoklav instrumentene før operasjonen. I en kirurgisk sesjon, sterilisere de verktøy ved å plassere spissene i en varm kule sterilisator i 10 min ved 180…

Representative Results

Skadene Suksessen og reproduserbarheten av denne bestemt eksperimentell modell, er avhengig av erfaringen til hver manipulator / kirurg. Den påfølgende mengde av respiratorisk utvinning (phrenic nerve-aktivitet og membranaktivitet) etter en C2 skade er korrelert med den gjenværende ventrolateral spart hvit substans 21.. Siden skaden er "håndlaget» og krever litt øvelse fra kirurgen, har omfanget av hver skade for å bli kontrollert av histologiske tekni…

Discussion

Tekniske problemer med å gjøre C2 Injury Model

C2 skade murine modellen er et interessant verktøy for å studere luftpost lesional nevroplastisitet. Imidlertid er fremgangsmåten for å produsere en reproduserbar og pålitelig modell er mange og hver av dem vil kunne påvirke resultatet av undersøkelsen. For eksempel under intubasjon prosessen, er ekstrem forsiktighet for å bli tatt ettersom orotracheal røret kan produsere en betennelse i luftrøret, noe som kan føre …

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