Den kortikospinala kanalen, en av de större sensomotoriska skrifter, kan lesioned ensidigt i gnagare hjärnstammen för att testa neuroplasticity framkallande terapier för det centrala nervsystemet. Denna kirurgiska ingrepp ("pyramidotomy") och postoperativa bedömningar beskrivs i detta protokoll.
Den kortikospinala vägarna (CST) kan helt avskiljas ensidigt i märg pyramiderna i gnagare hjärnstammen. CST är en motor-tarmkanalen som har stor betydelse för den distala muskelkontroll hos människa och, i mindre utsträckning, i gnagare. En ensidig sänkning med en pyramid resulterar i förlust av CST innervation av ryggmärgen främst på kontralaterala sidan av ryggmärgen som leder till övergående motor handikapp i frambenen och ihållande förlust av fingerfärdighet. Ipsilaterala projektioner av kortikospinala vägarna är små. Vi har förfinat vårt kirurgisk metod för att öka chanserna att skada fullständighet. Vi beskriver postkirurgisk vård. Underskott på Montoya trappan pellets når test och den horisontella stege testet visas här upptäcks upp till 8 veckor postinjury. Underskott på cylindern uppfödning testet endast upptäcks gående. Därför kan cylinderprovningen endast vara lämpliga för detektion av korttids återhämtning. Vi visar hur, elektrofysiologisktoch anatomiskt, man kan bedöma skador och förändringar i plast. Vi beskriver också hur man analyserar fibrer från oskadade CST gro över mittlinjen i eftersatta områden. Det är en utmaning att få> 90% färdigt lesioner konsekvent på grund av närheten till basilar artär i förlängda märgen och överlevnad kan vara låg. Alternativa kirurgiska metoder och beteendetester beskrivs i detta protokoll. Den pyramidotomy modellen är ett bra verktyg för att bedöma neuroplasticity framkallande behandlingar som ökar groning av intakta fibrer efter skada.
Den kortikospinala vägarna (CST) är en viktig motor tarmkanalen i den mänskliga ryggmärgen. Skador på den här kanalen efter ryggmärgsskada medför betydande förlust av fingerfärdighet. CST är särskilt viktigt för finmotorik hos människor, såsom siffran rörelse och distal muskelkontroll. Det finns också i gnagare även om dess anatomiska läge inom ryggmärgen är annorlunda än människor och CST skador är mindre handikappande 1-4.
En in vivo modell av CST skada i involverar ensidig pyramidotomy, där en pyramid i ventrala hjärnstammen rostralt om decussation (Figur 1). Pyramiderna är en klar anatomiska egenskapen på den ventrala sidan av den förlängda märgen genom vilken CST löper innan den decussates. Hos råttor, är majoriteten av fibrer (omkring 95%) decussate vid den kaudala änden av märgen och därefter funnit i dorsal mediala delen av ryggmärgen. Emellertid approximately 10% av de decussated fibrerna löper i dorsolaterala kolumner. Resterande ~ 5% av fibrer stannar uncrossed på ipsilaterala sidan och resor i ventrala mediala delen 5,6. Efter pyramidotomy ryggmärgen förlorar sin direkt input från den kontra CST (Figur 1).
Den pyramidotomy Modellen är särskilt bra för att testa svaren från de intakta fibrerna i unlesioned CST till en behandling. Den tillåter bedömning av plasticitet och groning av de intakta fibrerna över mittlinjen i ryggmärgen, vilket innerverar denerverade områdena. Den kortikospinala vägarna har observerats att gro avsevärt under spinal skademodeller och förmedlar särskilt forelimb återhämtning 7-10. En behandling kan syfta till att förstärka denna forelimb återhämtning. Effekten av en behandling kan testas med beteende bedömningar, anatomiska spårning tekniker för unlesioned vägarna och terminalelektrofysiologiska experiment 3,11,12. </ P>
Fördelen jämfört med de flesta andra prekliniska modeller av ryggmärgsskador är att det specifikt påverkar en tarmkanalen jämfört med andra ryggradsskador ofta drabbar flera områden. Endast en tarmkanalen på ett tydligt, ytlig anatomiska läge är skadade. En annan fördel är att pyramidotomy är en reproducerbar skada modell. Det är en lämplig in vivo resurs för forskare att testa effekten av potentiella neuroplasticity framkallande terapier, som syftar till återhämtning av motorik efter skador eller störningar i motorsystemet 13,14.
Vi har beskrivit pyramidotomy skademodellen. Den kortikospinala kanalen skärs vid nivån av hjärnstammen. Ur teknisk synvinkel denna operation kräver mycket försiktighet och noggrannhet. Hjärnstammen rymmer andningscentra och de kardiovaskulära centra i flera kärnor som kärnan tvetydig och solitarii inbäddade i retikulära formation under pyramiderna. Om snittet görs för djupt detta kan leda till plötsliga andningssvårigheter, som kan vara dödlig. Vi ger Dopram strax innan snittet att öka andningsaktiviteten för att förhindra ett plötsligt andnings upphörande. Om andningen stannar det är värt att ventilera djuret för följande fem minuter med syre som den kan återhämta sig. Dessutom bör eventuella skador på basilar artären absolut undvikas. Komplikationer under första dagarna postinjury är: annan blödning i hjärnstammen påverkar vitala funktioner, stor viktminskning, svåra andnings difficulties pga luftstrupen förskjutning och allvarliga orienterings- och balansproblem av djuret på grund av omfattande skador inklusive oliverna precis sidled till pyramiderna. Dessa komplikationer kan behandlas som slutpunkter och djur kan avlivas. Noggrann övervakning under den första veckan efter operationen är nödvändig. Kompletterande mat kan ges för att uppväga viktminskning. Luftvägsinflammation (raspiga andning) beslutar normalt inom en till två dagar. Generellt yngre djur är lättare att arbeta på som sin hals är mindre djup. Dessutom är de mer motståndskraftiga och har färre andningskomplikationer.
Det kräver lite övning för att uppnå en total lesion av CST med en pyramidotomy. Även i två studier med et al. Steward 16, vilket anges att replikera en tidigare experiment av et al. Benowitz 28, rapporterade initialt hög dödlighet och att vissa av deras skador var ofullständiga. Beteendeunderskotten kommer också att vara rörlig. Vi rekommenderar att en ny kirurg utför många praxis pyramidotomy operationer innan någon fullständig experiment för att testa en kandidat terapi utförs. Sätt att förebygga ofullständiga lesioner retracing snittet med en injektionsnål och se till att kortikospinala fibrerna nära basilar artären är avskurna som beskrivs i detta protokoll. Andra alternativ är att aspirera lesionsstället med en lutad glas sug pipett som beskrivs i Zhou et al. 2003 29. En fin volfram tråd kan också användas för att skära vägarna 22. Ett alternativ till pyramidotomy är att skära hals C3 rygg CST ensidigt och sedan skära med en ventral synsätt ipsilesional C2 ventrala delen av CST 18. Men utan tvekan, är en komplett skada inte nödvändigt om målet är att studera groning av contralesional CST; om majoriteten av pyramiden är lesioned och en spirande svar från unlesioned sidan sker detta kan vara tillräckligt.
Ett syfte med pyramidotomy lesionen modellen är att avlägsna den ena sidan av kortikospinala vägarna och använda neuroplasticity framkallande terapier för att stimulera plasticitet och groning av de intakta icke skadade fibrer. För att testa neuroskyddande behandlingar här modellen är olämpligt och andra modeller skade såsom kontusion skador bör användas. Resultat av pyramidotomies bedöms oftast med beteendetester och anatomi. Den horisontella stege testet, cylinder uppfödning testet och Montoya trappa testet är de vanligaste beteende bedömningar. Andra tester som beskrivs i litteraturen är pelleten når testet, repklättring test, gånganalys och tejp testet 3,17-19. Men resultaten av de beteendetestet ofta bara övervakas upp till maximalt 42 dagar postlesion 3,4,11,17,18,20-22. Från tidigare erfarenheter, gnagare återvinna mest funktion vid senare tidpunkter utan någon behandling ingripande. Vi har visat that den horisontella stege testet och Montoya trappan pellets nådde testet upptäcker funktionshinder upp till en senare tidpunkt. De kan användas för att mäta den funktionella återhämtning på grund av en behandling. Lesionen fullständighet bedöms av PKC gammafärgning (vilka etiketter CST fibrer i de dorsala kolonnerna) av ryggmärgen vid rostralt cervikal nivå eller Eriochrom cyanin färgning av tvärgående sektioner av lesionsstället. Biotinylerad dextran amin kan injiceras i contralesional cortex att bedöma groning av de intakta fibrerna över mittlinjen i denerverade ryggmärgen området.
Sammanfattningsvis är pyramidotomy modellen bra för bedömning neuroplasticity framkallande förmåga hos en behandlings läkemedel för centrala nervsystemet skador om operationen lyckas behärskar. Den bedömer plasticitet av intakta fibrer. Nästa steg skulle vara att använda en mer kliniskt relevant modell som kontusion skador att bedöma läkemedlets förmåga att övervinna större injuries påverkar flera områden.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av Internationella Spinal Research Trust och Rosetrees Trust.
Carprofen | Norbrook | Vm No; 02000/4229 | give 5mg/kg twice daily |
Homeothermic Blanket System | Harvard Instruments | 507222F | |
Isoflurane | Abbott | B506 | |
Fine Scissors- Tough Cut | Fine Science Tools | 14058-09 | |
Forceps | Fine Science Tools | 11019-12 | |
Long-toothed Alm retractors | Fine Science Tools | 17009-07 | |
cautery system kit | Harvard Instruments | 726067 | |
fine Dumont forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
Carbon Steel burrs | Fine Science Tools | 19007-07 | |
Dopram V-drops | Pfizer | apply 1 drop to tongue | |
Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
gelfoam | Equimedical | EQU705001 | |
3-0 Vicryl sutures | Ethicon | ||
operating microscope | Zeiss | ||
Compact Anaesthesia System Isoflurane K/F Single Gas | VetTech Solutions | ||
Scales | Ohaus | NVT3201 | |
Carbon Steel Scalpel blades No. 10 | Swann-Morton | 201 | |
25g needles | Terumo | NN-2525R | |
syringes (1ml and 5ml) | Terumo | SS+01T1 / SS*05SE1 | |
Saline (Sodium Chloride 0.9%) | Fresenius Kabi | Pl 08828/0178 | |
cotton buds | Johnson and Johnson | 5000207582502 | sterilize before use |