Хирургическая техника ганглионэктомии верхнего шейного отдела позвоночника на мышиной модели
Summary
Настоящий протокол описывает мышиную модель абляции адренергической иннервации путем идентификации и резекции верхнего шейного ганглия.
Abstract
Все больше данных свидетельствуют о том, что симпатическая нервная система играет важную роль в прогрессировании рака. Адренергическая иннервация регулирует секрецию слюнных желез, циркадный ритм, дегенерацию желтого пятна, иммунную функцию и физиологию сердца. Мышиная хирургическая симпатэктомия – это метод изучения эффектов адренергической иннервации, позволяющий проводить полную, одностороннюю адренергическую абляцию, избегая при этом необходимости повторного фармакологического вмешательства и связанных с ним побочных эффектов. Тем не менее, хирургическая симпатэктомия у мышей технически сложна из-за небольшого размера верхнего шейного ганглия. В этом исследовании описывается хирургическая техника для надежной идентификации и резекции верхнего шейного ганглия для абляции симпатической нервной системы. Успешная идентификация и удаление ганглия подтверждаются визуализацией флуоресцентных симпатических ганглиев с использованием трансгенной мыши, выявлением пострезекционного синдрома Горнера, окрашиванием на адренергические маркеры в резецированных ганглиях и наблюдением сниженной адренергической иммунофлюоресценции в органах-мишенях после симпатэктомии. Эта модель позволяет в будущем изучать прогрессирование рака, а также другие физиологические процессы, регулируемые симпатической нервной системой.
Introduction
Многочисленные исследования показали, что нервы в микроокружении опухоли играют активную роль в поддержке прогрессирования опухоли. Было показано, что абляция адренергических симпатических нервов нарушает развитие и диссеминацию опухоли при раке предстательной железы и желудка in vivo 1,2,3, в то время как фармакологическая блокада адренергических рецепторов ингибирует рост опухоли при раке головы и шеи4. Вовлечение симпатической нервной системы также было описано при прогрессировании карциномы поджелудочной, шейной и базальноклеточной карциномы 5,6,7.
В симпатической нервной системе верхний шейный ганглий (SCG) является единственным ганглием симпатического ствола, который иннервирует голову. SCG регулирует различные физиологические функции, такие как секреция слюны и циркадный ритм, и непосредственно иннервирует шейные лимфатические узлы 8,9,10. SCG также участвует в патологических процессах, таких как дегенерация желтого пятна11 и прогрессирование расслоения аорты12. Кроме того, сообщалось, что резекция SCG усугубляет острое повреждение почек, вызванное ишемической реперфузией13, а также изменяет микробиоту кишечника у крыс14.
Полная абляция SCG на мышиной модели представляет собой ценный экспериментальный метод для исследования рака и вегетативной нервной системы. В то время как во многих исследованиях использовалась фармакологическая блокада адренергических рецепторовв качестве адренергической абляции 15,16,17,18,19,20, хирургическая резекция позволяет провести полную, одностороннюю адренергическую абляцию, избегая при этом необходимости повторного фармакологического вмешательства и связанных с ним побочных эффектов 21,22,23.
Хирургическая резекция SCG была описана у крыс24, и в большинстве отчетов, изучающих эффект верхней шейной ганглионэктомии (SCGx), использовалась модель крыс. По сравнению с моделью на крысах, SCGx технически более сложен для мышей из-за небольшого размера SCG. Тем не менее, с мышами сравнительно легче обращаться, они более экономичны и более поддаются генетическим манипуляциям. Garcia et al. были одними из первых, кто сообщил о SCGx у мышей, и было обнаружено, что он влияет на высвобождение инсулина25. Совсем недавно Ziegler et al. описали SCGx у мышей на основе опубликованной методики, описанной на крысах24,26. В этой и других статьях описывается метод, при котором сначала идентифицируется и рассекается общая сонная артерия (КЦА), а затем удаляется СКГ из бифуркации ССА 21,22,27,28. В данной статье описана менее инвазивная и более безопасная методика на мышах, которая позволяет избежать рассечения КЦА, тем самым минимизируя самое серьезное осложнение этой процедуры – кровотечение из травмы КЦА.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол описывает мышиную модель для хирургической односторонней абляции входа SCG. Эта методика позволяет изучать эффекты адренергической иннервации в различных условиях. Кроме того, резецированный симпатический ганглий также может быть выращен в 3D-культуре матригеля для эксп?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Q. W. был поддержан NIH T32CA009685. R. J. W. был поддержан NIH R01CA219534. Основные объекты Мемориального онкологического центра имени Слоуна-Кеттеринга были поддержаны Национальным институтом здравоохранения 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).
