We present a surgical protocol detailing how to perform a cut or crush axotomy on the facial nerve in the mouse. The facial nerve axotomy can be employed to study the physiological response to nerve injury and test therapeutic techniques.
Målet med detta kirurgiska protokollet är att exponera ansiktsnerven, vilket innerverar ansiktsmuskulaturen, vid sitt utträde ur stylomastoid foramen och antingen skära eller krossa det att inducera perifer nervskada. Fördelar med denna operation är dess enkelhet, hög reproducerbarhet, och bristen på effekt på vitala funktioner eller mobilitet från den efterföljande ansiktsförlamning, vilket resulterar i en relativt mild kirurgiska resultatet jämfört med andra modeller nervskada. En stor fördel med att använda en kranial nervskada modell är att de motoneuroner bor i en relativt homogen population för ansiktsmotor kärnan i hjärnbryggan, förenkla studien av motoneuron cellkroppar. På grund av den symmetriska karaktär ansiktsnerven innervation och bristen på överhörning mellan ansiktsmotor kärnor, kan operationen utföras ensidigt med unaxotomized sidan fungerar som en parad intern kontroll. En mängd olika analyser kan utföras postoperativt till åsnorär den fysiologiska respons, enligt vad som är utanför ramen för denna artikel. Exempelvis kan återhämtning av muskelfunktion tjäna som en beteende markör för reinnervation, eller de motoneuroner kan kvantifieras för att mäta cellöverlevnad. Dessutom kan de motoneurons noggrant tagits med laser microdissection för molekylär analys. Eftersom ansiktsnerven axotomy är minimalt invasiva och tolereras väl, kan den utnyttjas på ett brett utbud av genetiskt modifierade möss. Dessutom kan denna operation modellen användas för att analysera effektiviteten av perifer nervskada behandlingar. Ansiktsnervskada ger ett medel för att undersöka inte bara motoneurons, utan även svaren från centrala och perifera gliaceller mikromiljö, immunförsvar, och målet muskulatur. Den ansiktsnervskada modell är ett allmänt accept perifer nervskada modell som fungerar som ett kraftfullt verktyg för att studera nervskada och regenerering.
Många perifer nervskada modeller finns, men en som utmärker sig för att studera motoneurons är ansiktsnerven axotomy modell. Ansiktsnerven, även känd som kranialnerven VII, har sitt ursprung i pons och innerverar musklerna i ansiktsuttryck 1,2. I detta kirurgiska protokoll, är ansiktsnerven exponeras vid sitt utträde ur stylomastoid foramen och antingen skära eller krossas. Svårighetsgraden av nervskada kan klassificeras efter de Sunderland 3 klassifikationer, som särskiljer den skada grundas på intactness av axoner, endoneurium, perineurium och epineurium, som är bindvävsskikt som sekventiellt lindas runt axonet buntar. I krosskada (axonotmesis), är axoner avhuggna, men perineurium och epineurium bevaras. Komplett funktionell återhämtning från ansiktsnerven krossa sker i cirka 11 dagar eftersom den intakta nerv skidan fungerar som en kanal inom vilken axoner återföds ständigt 4,5. Påandra sidan, i den skurna skada (neurotmesis) är de axoner och alla tre bindvävsskikten avskiljes, och hela den distala nerven måste regrow att återställa muskulatur innervation. Kirurgisk återanslutning av epineurium utförs ofta i mänskliga patienter med nervtransection skador, men återvinningsresultaten är sällan optimala. Ytterligare studier krävs för att förstå varför nerven inte återföds ständigt till sitt mål och vilka behandlingar kan användas för att förbättra och påskynda regenerativ process.
Det finns många fördelar med att studera nervskada med hjälp av ansiktsnerven axotomy modell. För det första är det ansiktsnerven axotomy förfarande snabbt, enkelt, och mycket reproducerbar; och den resulterande förlamning av ansiktsmusklerna inte påverkar vitala funktioner och tolereras väl av djuret. Eftersom detta är ett hjärnnervskada modell, studera motoneuron cellkroppar är förenklad eftersom motoneurons bor i en relativt homogen befolkning i the ansiktsmotorkärnan i pons. Befolkningen skiljer baseras på subnuclear mönster inom ansiktsmotorkärnan, eftersom det finns sju subnuclei varje specifik för innervating en specifik grupp av muskler, så subnukleära skillnader i svar på axotomy kan påverka resultaten 2,6,7.
En stor fördel med den ansiktsnervskada modell är att den unaxotomized sidan kan tjäna som en parad intern kontroll eftersom nerv innervation är mycket symmetrisk och det finns ingen överhörning mellan ansiktsmotorkärnorna 8. En annan fördel med att använda denna kirurgiska metod är avsaknaden av direkt trauma till CNS eller nedbrytning av blodhjärnbarriären 9. Komplikationer såsom kraftig blödning och infektion är sällsynta med detta förfarande.
En mängd olika analyser kan utföras för att bedöma den fysiologiska respons på nervskada. Återhämtningen i ögat blinkreflexen och morrhår aktivitet kan användas som ett beteendemått på funktionell återhämtning 10,11. Videoinspelning av vibrissae aktivitet är för närvarande den mest kraftfulla metod för att detektera återvinning av ansiktsnerven innervation 12,13. Efter dödshjälp, kan utföras histologisk analys av hjärnstammen på motoneuron cellkroppar i ansiktet motorkärnan. Den ansiktsmotor kärnan är indelad i sju subnuclei, varje specifik för vissa ansiktsmuskler, vilket möjliggör differentiell undersökning av svaren på skada 2,6. Facial motoneuroner kan räknas att kvantifiera cellöverlevnad, eller immunohistokemi kan användas för att identifiera biomarkörer och specifika cellpopulationer 14. Den ansiktsMotor kärnan exakt kan microdissected använder laser capture för molekylär analys av den cellulära svar på nervskada 15,16. Effekter av ansiktsnerven axotomy kan analyseras i motoriska cortex 17,18. Dessutom kan nerven dissekeras att studera Wallerian degeneration 19 ellerAxon förnyelse 20, och musklerna kan tas bort för att studera neuromuskulära korsningar 21. Den ansiktsnerven axotomy kan också användas för att studera de medföljande centrala och perifera gliaceller 22, rikta muskulatur 21, och immunsystemet 23. Även om mycket har åstadkommits i att studera ansiktsnerven axotomy modell 24, är ytterligare studier av perifer nervskada krävs eftersom nervskada är ett stort problem för patienter och aktuella behandlingar inte att ge optimala resultat. Denna modell är ett kraftfullt verktyg för att undersöka den fysiologiska respons på nervskada och analysera effektiviteten av nervregenereringsbehandlingar.
The critical step for this protocol is positioning the mouse properly before surgery is begun. If the mouse is not lying flat on its side, the ear is not taped at the correct angle, or the incision is made in an incorrect location, then finding the facial nerve becomes much more difficult. When this technique is mastered, surgeries will take only minutes per mouse.
Either sutures, glue, or wound clips can be used to close the wound. Wound clips are preferred because of the small size of incis…
The authors have nothing to disclose.
This work is funded by NIH RO1 NS 40433 (K.J.J.).
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Stereo Microscope | Leica | M60 | |
Labeling tape | Fisher Scientific | 15-952 | |
Vannas-Tübingen Spring Scissors – Straight/Sharp/8.5cm/5mm cutting edge | Fine Science Tools | 15003-08 | Sterilize before use |
Dumont #5/45 Forceps – Standard tips/Angled 45°/Dumoxel/11cm | Fine Science Tools | 11251-35 | Sterilize before use |
Michel Suture Clips – 7.5mm x 1.75 mm | Fine Science Tools | 12040-01 | Described as "wound clip" in protocol, sterilize before use |
Hagenbarth Cross Action Wound Clip Applier 5" | George Tiemann & Co | 160-910 | Used to apply wound clip, sterilize before use |
Michel Suture Clip Applicator & Remover – For 7.5 mm Clips | Fine Science Tools | 12029-12 | Used to remove wound clip |
0.9% Sodium Chloride Injection, USP | Hospira | 0409-4888-10 | |
Betadine, 16 oz, with dispenser | Fisher Scientific | 19-027132 | |
70% Ethanol | |||
Glass Bead Sterilizer |