Мышиной модели шейки травмы спинного мозга по изучению пост-поврежденной органов дыхания Нейропластичность
Summary
Дыхательная недостаточность является основной причиной смерти после рака шейки травмы спинного мозга. Имея воспроизводимое, количественные и надежную доклинические животную модель дыхательной недостаточности, вызванной частичным травмы шейного поможет понять последующее дыхания и не дыхательные нейропластичность и позволяют тестирования предполагаемых стратегий ремонт.
Abstract
Шейки травмы спинного мозга вызывает постоянный паралич, и часто приводит к дыхательной недостаточности. На сегодняшний день нет эффективных терапевтических средств не были разработаны, чтобы улучшить / улучшить дыхательную недостаточность следующее высокой шейки травмы спинного мозга (SCI). Здесь мы предлагаем мышиный доклинические модель высокой ТСМ в шейном 2 (С2) метамерной уровне изучения разнообразный пост-поврежденной дыхания нейропластичность. Методика состоит из хирургической травмы частичной на уровне C2, который будет индуцировать hemiparalysis диафрагмы из-за деафферентации диафрагмальных мотонейронов из дыхательных центров, расположенных в стволе мозга. Контралатеральной стороне травмы остается неизменным и позволяет извлекать животных. В отличие от других ГЦБИ, которые влияют на функцию опорно-двигательного (на грудной и поясничном уровне), функция дыхания не требует мотивации животных и количественное определение дефицита / восстановления можно легко выполнить (диафрагма и запись диафрагмального нервас, вся вентиляция тела). Это доклинические модель С2 SCI является мощным, полезным и надежным доклинические модель для изучения различных респираторных и не респираторных событий Нейропластичность на различных уровнях (молекулярных физиологии) и протестировать различные предполагаемые терапевтические стратегии, которые могли бы улучшить дыхание в пациенты SCI.
Introduction
Травмы спинного мозга является распространенная травма наблюдается в человеческой популяции с драматическими инцидентов, таких как постоянному параличу. Тем не менее, тяжесть травмы зависит от уровня и степени первоначальной травмы. Дыхательная недостаточность является основной причиной смертности следующей верхних шейных травм спинного мозга (SCI) 1. В настоящее время единственным терапевтическое лечение является размещение пациента при содействии вентиляционной. Поскольку немногие пациенты могут быть отлучить от вентиляционную помощь 2, за счет спонтанного восстановления, которое происходит с пост-поврежденной задержки, необходимость в разработке новых инновационных неинвазивных терапевтических срочно 3. Имея хороший стандартизированный доклинические модель для изучения влияния шейного ТСМ на дыхательной недостаточности и, следовательно, для изучения применения предполагаемых терапевтических стратегий, имеет важное значение.
В этом техническом статье мы опишем конкретный доклинические мышиной модели Oе дыхательной недостаточностью, индуцированный частичной шейки ТСМ на уровне С2. Эта модель в настоящее время используется несколько лабораторий по всему миру (по отзывам: 4-13). Тем не менее, небольшие различия в хирургической процедуры может наблюдаться между различными исследователями для создания этого особое шейки травмы мышиной модели. Эффект С2 ТСМ на дыхательную выход был впервые описан в 1895 году Портер 14. Шейный гемисекция индуцирует деафферентация из диафрагмальных мотонейронов от их центральным приводом (находится в rVRG в стволе мозга, фиг.1А) на ипсилатеральной стороне травмы, что приводит к тихого диафрагмального нерва активности и последующего паралича диафрагмы. Противоположной стороне остается неизменным и позволяет животным выживать. В отличие от другой ТСМ, расположенный в нижней сегмента позвоночника (например contusive травмы на C4 уровне 15), целостность диафрагмального двигательных нейронов ядра на обеих сторонах сохраняется. После CERVческих травмы С2, некоторые спонтанная активность можно наблюдать на той же стороне (диафрагмального и диафрагмы) в связи с активизацией контралатеральных молчаливых синаптических путей, которые пересекли спинной средней линии на уровне сегментная С3-С6 (Скрещенные диафрагмального путей, CPP, рисунке 1b) . Активация CPP, который является, по определению, С2 гемисекция в сочетании с противоположной phrenicotomy которые индуцировать ипсилатеральную частичное диафрагмального восстановление нерва, может произойти от часов до нескольких недель после повреждения 16-18. Реальный положительный эффект этого CPP пути на восстановление дыхания ограничивается 19 и дальнейшего обследования и лечения должны быть разработаны, чтобы улучшить величину спонтанного восстановления 3.
Этот протокол обеспечивает мощный тип доклинических мышиной модели для изучения дыхания после поврежденной пластичность на различных уровнях (дыхательная физиология из предварительно и диафрагмальных мотонейронов, интернейронов, молекулярная и CELLULAг, передвижение передней конечности, например), а также образцом для тестирования инвазивных и неинвазивных терапевтических стратегий, направленных на улучшение дыхания и восстановление движений следующий С2 частичной шейки травмы спинного мозга.
Protocol
Representative Results
Discussion
Технические Трудности Создание C2 травмы Модель
С2 травмы мышиной модели является интересным инструментом для изучения дыхания после поврежденной нейропластичность. Тем не менее, шаги, необходимые для получения воспроизводимых и надежную модель многочисленн?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа поддерживается финансирование из рамочного Евросоюз Седьмой Программы (FP7/2007-2013) по договору грант № 246556 (европейский проект RBUCE-UP), HandiMedEx выделено французским государственных инвестиций Совета. Марсель Bonay была поддержана Chancellerie де университеты де Пари (Ноги Poix), фондах де дотация Recherche ан Санте Respiratoire и Центра d'помощи Respiratoire местожительство d'Иль де Франс (Кардиф)
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 | |
Referências
- 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).
