Chirurgische techniek voor superieure cervicale ganglionectomie in een muizenmodel
Summary
Het huidige protocol beschrijft een muismodel van de ablatie van adrenerge innervatie door het superieure cervicale ganglion te identificeren en te reseceren.
Abstract
Groeiend bewijs suggereert dat het sympathische zenuwstelsel een belangrijke rol speelt bij de progressie van kanker. Adrenerge innervatie reguleert de speekselkliersecretie, circadiaans ritme, maculaire degeneratie, immuunfunctie en hartfysiologie. Murine chirurgische sympathectomie is een methode voor het bestuderen van de effecten van adrenerge innervatie door volledige, unilaterale adrenerge ablatie mogelijk te maken, terwijl de noodzaak van herhaalde farmacologische interventie en de bijbehorende bijwerkingen wordt vermeden. Chirurgische sympathectomie bij muizen is echter technisch uitdagend vanwege de kleine omvang van het superieure cervicale ganglion. Deze studie beschrijft een chirurgische techniek voor het betrouwbaar identificeren en reseceren van het superieure cervicale ganglion om het sympathische zenuwstelsel te aborteren. De succesvolle identificatie en verwijdering van het ganglion worden gevalideerd door de fluorescerende sympathische ganglia in beeld te brengen met behulp van een transgene muis, het syndroom van Horner na resectie te identificeren, kleuring voor adrenerge markers in de gereseceerde ganglia en waargenomen verminderde adrenerge immunofluorescentie in de doelorganen na sympathectomie. Dit model maakt toekomstige studies van kankerprogressie mogelijk, evenals andere fysiologische processen die worden gereguleerd door het sympathische zenuwstelsel.
Introduction
Meerdere studies hebben gemeld dat de zenuwen in de micro-omgeving van de tumor een actieve rol spelen bij het ondersteunen van tumorprogressie. Van de ablatie van adrenerge sympathische zenuwen is aangetoond dat het de ontwikkeling en verspreiding van tumoren bij prostaat- en maagkanker in vivo 1,2,3 schaadt, terwijl de farmacologische blokkade van adrenerge receptoren de tumorgroei bij hoofd-halskanker remt4. Sympathische neurale betrokkenheid is ook beschreven in pancreas-, cervicale en basale celcarcinoomprogressie 5,6,7.
Binnen het sympathische zenuwstelsel is het superieure cervicale ganglion (SCG) het enige ganglion van de sympathische romp dat het hoofd innerveert. De SCG reguleert verschillende fysiologische functies, zoals speekselsecretie en circadiaans ritme, en innerveert direct de cervicale lymfeklieren 8,9,10. De SCG is ook betrokken bij pathologische processen zoals maculaire degeneratie11 en de progressie van aortadissectie12. Bovendien is gemeld dat resectie van de SCG ischemie reperfusie-geïnduceerde acute nierschadeverergert 13 en ook de darmmicrobiota bij rattenverandert 14.
De volledige ablatie van de SCG in een muismodel zou een waardevolle experimentele techniek zijn om onderzoek naar kanker en het autonome zenuwstelsel mogelijk te maken. Hoewel veel studies farmacologische adrenerge receptorblokkade hebben gebruikt als een adrenerge ablatie 15,16,17,18,19,20, zorgt chirurgische resectie voor volledige, unilaterale adrenerge ablatie terwijl de noodzaak van herhaalde farmacologische interventie en de bijbehorende bijwerkingen wordt vermeden 21,22,23.
Chirurgische resectie van de SCG is beschreven bij ratten24, en de meeste rapporten die het effect van superieure cervicale ganglionectomie (SCGx) bestuderen, hebben het rattenmodel gebruikt. In vergelijking met het rattenmodel is SCGx technisch uitdagender bij muizen vanwege de kleine omvang van de SCG. Muizen zijn echter relatief gemakkelijker te hanteren, kosteneffectiever en vatbaarder voor genetische manipulatie. Garcia et al. waren een van de eersten die SCGx bij muizen rapporteerden en het bleek de insulineafgifte te beïnvloeden25. Meer recent beschreven Ziegler et al. SCGx bij muizen op basis van de gepubliceerde techniek beschreven voor ratten24,26. Deze en andere artikelen beschrijven een methode waarbij de gemeenschappelijke halsslagader (CCA) eerst wordt geïdentificeerd en ontleed, en de SCG vervolgens wordt verwijderd uit de bifurcatie van de CCA21,22,27,28. In dit artikel wordt een minder invasieve en veiligere techniek beschreven bij muizen die de dissectie van de CCA vermijdt, waardoor de ernstigste complicatie van deze procedure – bloeden door een verwonding aan de CCA – wordt geminimaliseerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit protocol beschrijft een muismodel voor de chirurgische unilaterale ablatie van SCG-input. Deze techniek maakt het mogelijk om de effecten van adrenerge innervatie in verschillende omgevingen te bestuderen. Daarnaast kan het gereseceerde sympathische ganglion ook in 3D-matrigelcultuur worden gekweekt voor in vitro experimenten30.
Studies met SCGx zijn meestal uitgevoerd bij ratten, omdat hun grotere anatomie gemakkelijker anatomische visualisatie en dissecti…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
V.W. werd ondersteund door NIH T32CA009685. R.J.W. werd gesteund door NIH R01CA219534. De Memorial Sloan Kettering Cancer Center Core Facilities werden ondersteund door NIH P30CA008748.
Materials
| Anti-Tyrosine Hydroxylase Antibody | EMD Millipore | AB152 | |
| Artificial Tears Lubricant Ophthalmic Ointment | Akorn | 59399-162-35 | |
| Curity 2 x 2 Inch Gauze Sponge 8 Ply, Sterile | Covidien | 1806 | |
| Derf Needle Holder | Thomas Scientific | 1177K00 | |
| Dissecting Microscope | |||
| Dumont #5/45 Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | |
| Dumont #7b Forceps | Fine Science Tools | 11270-20 | |
| ETHILON Nylon Suture | Ethicon | 698H | |
| Fine Scissors – ToughCut | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Hypoallergenic Surgical Tape | 3M Blenderm | 70200419342 | |
| Induction Chamber, 2 Liter | VetEquip | 941444 | |
| Isoflurane | Baxter | 1001936060 | |
| Nair | Church & Dwight Co., Inc | 40002957 | chemical hair removing agent |
| NORADRENALINE RESEARCH ELISA | Labor Diagnostika Nord (Rocky Mountain Diagnostics) | BA E-5200 | |
| NSG Mouse | Jackson Laboratory | JAX:005557 | |
| Povidone-Iodine Swabstick | PDI | S41350 | |
| Webcol Alcohol Preps | Covidien | 5110 |
References
- Magnon, C., et al. Autonomic nerve development contributes to prostate cancer progression. Science. 341 (6142), 1236361 (2013).
- Zhao, C. M., et al. Denervation suppresses gastric tumorigenesis. Science Translational Medicine. 6 (250), 115 (2014).
- Zahalka, A. H., et al. Adrenergic nerves activate an angio-metabolic switch in prostate cancer. Science. 358 (6361), 321-326 (2017).
- Amit, M., et al. Loss of p53 drives neuron reprogramming in head and neck cancer. Nature. 578 (7795), 449-454 (2020).
- Renz, B. W., et al. Cholinergic signaling via muscarinic receptors directly and indirectly suppresses pancreatic tumorigenesis and cancer stemness. Cancer Discovery. 8 (11), 1458-1473 (2018).
- Lucido, C. T., et al. Innervation of cervical carcinoma is mediated by cancer-derived exosomes. Gynecologic Oncology. 154 (1), 228-235 (2019).
- Peterson, S. C., et al. Basal cell carcinoma preferentially arises from stem cells within hair follicle and mechanosensory niches. Cell Stem Cell. 16 (4), 400-412 (2015).
- Maronde, E., Stehle, J. H. The mammalian pineal gland: Known facts, unknown facets. Trends in Endocrinology & Metabolism. 18 (4), 142-149 (2007).
- Yamazaki, S., et al. Ontogeny of circadian organization in the rat. Journal of Biological Rhythms. 24 (1), 55-63 (2009).
- Huang, J., et al. S100+ cells: A new neuro-immune cross-talkers in lymph organs. Scientific Reports. 3 (1), 1114 (2013).
- Dieguez, H. H., et al. Melatonin protects the retina from experimental nonexudative age-related macular degeneration in mice. Journal of Pineal Research. 68 (4), 12643 (2020).
- Liu, H., et al. Bilateral superior cervical ganglionectomy attenuates the progression of β-aminopropionitrile-induced aortic dissection in rats. Life Sciences. 193, 200-206 (2018).
- Zhang, W., et al. The role of the superior cervical sympathetic ganglion in ischemia reperfusion-induced acute kidney injury in rats. Frontiers in Medicine. 9, 792000 (2022).
- Zhang, W., et al. Superior cervical ganglionectomy alters gut microbiota in rats. American Journal of Translational Research. 14 (3), 2037-2050 (2022).
- Wang, X., et al. β-Adrenergic signaling induces Notch-mediated salivary gland progenitor cell control. Stem Cell Reports. 16 (11), 2813-2824 (2021).
- Boyd, A., Aragon, I. V., Abou Saleh, L., Southers, D., Richter, W. The cAMP-phosphodiesterase 4 (PDE4) controls β-adrenoceptor- and CFTR-dependent saliva secretion in mice. Biochemical Journal. 478 (10), 1891-1906 (2021).
- Smith, B., Butler, M. The effects of long-term propranolol on the salivary glands and intestinal serosa of the mouse. The Journal of Pathology. 124 (4), 185-187 (1978).
- Sucharov, C. C., et al. β-Adrenergic receptor antagonism in mice: A model for pediatric heart disease. Journal of Applied Physiology. 115 (7), 979-987 (2013).
- Ding, C., Walcott, B., Keyser, K. T. The alpha1- and beta1-adrenergic modulation of lacrimal gland function in the mouse. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (4), 1504-1510 (2007).
- Grisanti, L. A., et al. Prior β-blocker treatment decreases leukocyte responsiveness to injury. JCI Insight. 5 (9), 99485 (2019).
- Alito, A. E., et al. Autonomic nervous system regulation of murine immune responses as assessed by local surgical sympathetic and parasympathetic denervation. Acta Physiologica, Pharmacologica et Therapeutica Latinoamericana. 37 (3), 305-319 (1987).
- Yun, H., Lathrop, K. L., Hendricks, R. L. A central role for sympathetic nerves in herpes stromal keratitis in mice. Ophthalmology & Visual Science. 57 (4), 1749-1756 (2016).
- Haug, S. R., Heyeraas, K. J. Effects of sympathectomy on experimentally induced pulpal inflammation and periapical lesions in rats. 신경과학. 120 (3), 827-836 (2003).
- Savastano, L. E., et al. A standardized surgical technique for rat superior cervical ganglionectomy. Journal of Neuroscience Methods. 192 (1), 22-33 (2010).
- Garcia, J. B., Romeo, H. E., Basabe, J. C., Cardinali, D. P. Effect of superior cervical ganglionectomy on insulin release by murine pancreas slices. Journal of the Autonomic Nervous System. 22 (2), 159-165 (1988).
- Ziegler, K. A., et al. Local sympathetic denervation attenuates myocardial inflammation and improves cardiac function after myocardial infarction in mice. Cardiovascular Research. 114 (2), 291-299 (2017).
- Getsy, P. M., Coffee, G. A., Hsieh, Y. H., Lewis, S. J. The superior cervical ganglia modulate ventilatory responses to hypoxia independently of preganglionic drive from the cervical sympathetic chain. Journal of Applied Physiology. 131 (2), 836-857 (2021).
- Dieguez, H. H., et al. Superior cervical gangliectomy induces non-exudative age-related macular degeneration in mice. Disease Models & Mechanisms. 11 (2), 031641 (2018).
- Zhang, B., et al. Hyperactivation of sympathetic nerves drives depletion of melanocyte stem cells. Nature. 577 (7792), 676-681 (2020).
- Pirzgalska, R. M., et al. Sympathetic neuron-associated macrophages contribute to obesity by importing and metabolizing norepinephrine. Nature Medicine. 23 (11), 1309-1318 (2017).
- Kajimura, D., Paone, R., Mann, J. J., Karsenty, G. Foxo1 regulates Dbh expression and the activity of the sympathetic nervous system in vivo. Molecular Metabolism. 3 (7), 770-777 (2014).
