Ansikts nerve kirurgi i rottemodellen for å studere aksonal hemming og regenerering

Summary

Denne protokollen beskriver en reproduserbar tilnærming til ansiktsnervekirurgi i rottemodellen, inkludert beskrivelser av ulike udukbare skademønstre.

Abstract

Denne protokollen beskriver konsekvente og reproduserbare metoder for å studere aksonal regenerering og hemming i en rotte ansiktsnerveskademodell. Ansiktsnerven kan manipuleres langs hele lengden, fra det intrakranielle segmentet til sitt ekstratemporale kurs. Det finnes tre primære typer nerveskade som brukes til eksperimentell studie av regenerative egenskaper: nerveforelskelse, transseksjon og nervegap. Utvalget av mulige intervensjoner er stort, inkludert kirurgisk manipulering av nerven, levering av nevroaktive reagenser eller celler, og enten sentrale eller end-organmanipulasjoner. Fordelene med denne modellen for å studere nerveregenerering inkluderer enkelhet, reproduserbarhet, interspecies konsistens, pålitelig overlevelse av rotten, og økt anatomisk størrelse i forhold til murine modeller. Dens begrensninger innebærer en mer begrenset genetisk manipulasjon versus musemodellen og den superlative regenerative evnen til rotten, slik at ansiktsnerveforskeren må nøye vurdere tidspunkter for utvinning og om å oversette resultater til høyere dyr og menneskelige studier. Rottemodellen for ansiktsnerveskade gir mulighet for funksjonelle, elektrofysiologiske og histomorfometriske parametere for tolkning og sammenligning av nerveregenerering. Det har dermed enormt potensial mot å fremme forståelse og behandling av de ødeleggende konsekvensene av ansiktsnerveskade hos menneskelige pasienter.

Introduction

Kranial nerveskade i hode- og nakkeområdet kan være sekundært til medfødte, smittsomme, idiopatiske, iatrogene, traumatiske, nevrologiske, onkologiske eller systemiske etiologier¹. Kranial nerve VII, eller ansiktsnerven, påvirkes ofte. Forekomsten av ansikts nerve dysfunksjon kan være betydelig, da det påvirker 20 til 30 per 100.000 mennesker hvert år². De viktigste motorgrenene av ansiktsnerven er de temporale, zygomatiske, buccal, marginale mandibulære og cervical grener; avhengig av grenen involvert, kan konsekvensene omfatte oral inkompetanse eller siklende, hornhinnetørrhet, visuell feltobstruksjon sekundært til ptose, dysartri eller ansiktsasymmetri^2,3. Langsiktig sykelighet inkluderer fenomenet synkinesis, eller ufrivillig bevegelse av en ansikts muskelgruppe, med forsøk på frivillig sammentrekning av en distinkt ansiktsmuskelgruppe. Okulær-oral synkinesis er den vanligste av avvikende regenerering som en oppfølger av ansikts nerveskade og forårsaker funksjonell svekkelse, forlegenhet, redusert selvtillit og dårlig livskvalitet³. Skade på individuelle grener dikterer funksjonene som er selektivt kompromittert.

Den kliniske behandlingen av ansiktsnerveskade er ikke godt standardisert og har behov for videre forskning for å forbedre resultatene. Steroider kan lindre akutt ansikts nerve hevelse, mens Botox er nyttig for å temporizing synkinetiske bevegelser; men de primære rekonstruktive alternativene i utøverens armamentarium involverer kirurgisk inngrep gjennom nervereparasjon, substitusjon, eller reanimation^3,4,5,6. Avhengig av hvilken type ansiktsnerveskade som er påført, kan ansiktsnervekirurgen bruke en rekke alternativer. For enkel transseksjon er nervereanastomose nyttig, mens kabel-graft reparasjon er bedre egnet for en nervedefekt; for en restaurering av funksjonen, kirurgen kan velge enten statisk eller dynamisk ansikts reanimation prosedyrer. I mange tilfeller av ansikts nerveskade og påfølgende reparasjon, selv i hendene på erfarne ansiktsnervekirurger, resulterer det beste resultatet fortsatt i vedvarende ansiktsasymmetri og funksjonskompromiss⁷.

Disse suboptimale resultatene har ansporet omfattende forskning på ansikts nerve regenerering. Brede emner av interesse inkluderer perfeksjonering og innovasjon nerve reparasjon teknikker, bestemme effekten av ulike nerve regenerering faktorer, og vurdere potensialet i spesifikke nevrale hemmere for å bekjempe det langsiktige utfallet av synkinesis^8,9,10,11. Mens in vitro modeller kan brukes til å vurdere noen egenskaper av pro-vekst eller hemmende faktorer, sann translasjonell forskning på dette emnet er best oppnådd via oversettelige dyremodeller.

Beslutningen om hvilken dyremodell som skal brukes kan være utfordrende, da forskere har benyttet både store dyr, som sauer og små dyremodeller, som mus^12,13. Mens store dyremodeller tilbyr ideell anatomisk visualisering, krever deres bruk spesialisert utstyr og personell som ikke er lett tilgjengelig eller lett tilgjengelig. Videre kan det å drive en studie for å demonstrere effekt være svært kostnadseffektiv og potensielt ikke innenfor det mulige omfanget av mange vitenskapelige sentre. Dermed er den lille dyremodellen oftest utnyttet. Musemodellen kan brukes til å vurdere en rekke utfall knyttet til ansiktsnervekirurgi; Imidlertid kan den begrensede lengden på nerven begrense forskerens evne til å modellere visse mønstre, for eksempel storgapskade¹⁴.

Dermed har rottemurine prototypen dukket opp som arbeidshest modellen der forskeren kan utføre innovative kirurgiske prosedyrer eller utnytte hemmende eller pro-vekst faktorer og vurdere effekt på tvers av et bredt spekter av utfallparametere. Rotte ansikts nerve anatomi er forutsigbart og lett nærmet på en reproduserbar måte. Dens større skala, i forhold til musemodellen, gjør det mulig å modellere et bredt spekter av kirurgiske defekter, alt fra enkle transseksjon til 5 mm hull^15,16. Dette gir videre mulighet for bruk av komplekse intervensjoner på defektstedet, inkludert aktuell plassering av faktor, intraneurale injeksjoner av faktor, og plassering av isografts eller broer^{17,18,19,20,21,22,23}.

Den føyelige naturen til rotten, dens pålitelige anatomi, og dens tilbøyelighet til effektiv nerveregenerering gir mulighet for innsamling av mange utfallstiltak som svar på de nevnte kirurgiske mønstrene for skade²⁴. Via rottemodellen er ansiktsnerveforskeren i stand til å vurdere elektrofysiologiske reaksjoner på skade, nerve- og muskelhistologiske utfall via immunohistokjemi, funksjonelle resultater via sporingsbevegelse av vibrissalputen og vurdering av øyelukking, og mikro- og makroskopi skeninger via fluorescerende eller konfokal mikroskopi, blant annet^11,22, 23^,,25,^{26,,27,2828,29}. Dermed vil følgende protokoll skissere en kirurgisk tilnærming til rotte ansiktsnerven og skademønstrene som kan induseres.

Protocol

Alle tiltak ble utført i henhold til Nasjonale institutter for helse (NIH) retningslinjer. Den eksperimentelle protokollen ble godkjent av University of Michigan’s Institutional Animal Care & Use Committee (IACUC) før implementering. Ti uker gamle voksne kvinnelige Sprague-Dawley rotter ble brukt. 1. Før den operative dagen Sikre et passende lager av steriliserte kirurgiske instrumenter, smertestillende medisiner, bedøvelsemedisiner og oksygen før virkedagen. Se Material…

Representative Results

Etter den første kirurgiske prosedyren er det to hovedtyper av utfallstiltak: seriemålinger i det levende dyret og målinger som krever å ofre dyret. Eksempler på seriemålinger inkluderer elektrofysiologiske analyser, for eksempel en sammensatt muskelvirkningspotensialmåling30, vurderinger av ansiktsmuskelbevegelse via laserassistert eller videgrafi betyr9, eller til og med repeterende levende avbildning av gjenvekst av ansiktsnerven i…

Discussion

Rotte ansikts nerve skade modellen har dukket opp som den mest allsidige system for evaluering av nevrotrofiske faktorer på grunn av sin kirurgisktilgjengelighet, forgrening mønster, og fysiologisk betydning^{27,29,33,34,35,36}. Kombinasjonen av videodemonstrasjon og anvendelse av transgene dyredata åpner nye muligheter for d…

Materials

1.8% isoflurane	VetOne	13985-030-40
11-0 nylon microsutures	AROSuture	TK-117038
4-0 monocryl suture	VWR	75982-084
Buprenorphine SR	ZooPharm	MIF 900-006
Carprofen	Sigma-Aldrich	MFCD00079028
Chlorhexidine	VWR	IC19135805
Jeweler forceps	VWR	21909-458
Micro Weitlaner retractor	VWR	82030-146
Micro-scissors	VWR	100492-348
Mini tenotomy scissors	VWR	89023-522
Number 15 scalpel blade	VWR	102097-834
Operating microscope	Leica
Petrolatum eye gel	Pharmaderm	B002LUWBEK
Sterile water	VWR	89125-834
Tissue adhesive	Vetbond, 3M	NC9259532
Water conductor pad	Aqua Relief System	ARS2000B