חיתוך רוחב עצב הטיביאלי - מודל סטנדרטי לניוון שרירים שלד מושרה denervation בעכברים
Summary
מודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי הוא מודל נסבל היטב, אימות, ושחזור של ניוון שרירים שלד. הפרוטוקול כירורגית המודל מתואר והפגין בC57Black6 עכברים.
Abstract
מודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי הוא מודל נסבל היטב, אימות, ושחזור של ניוון שרירים שלד מושרה denervation במכרסמים. למרות שפותח במקור ושימוש נרחב בעכברים בגלל הגודל שלה, העצב הטיביאלי בעכברים הוא גדול מספיק שניתן לטפל בו בקלות עם או למעוך או חיתוך רוחב, והשאיר את ענפי עצב peroneal וsural של העצב השת ללא פגע וכך לשמר שרירי היעד שלהם. לכן, מודל זה מציע את היתרונות של גרימת פחות תחלואה ומניעה של ambulation מאשר דגם חיתוך רוחב העצב השת וגם מאפשר לחוקרים ללמוד את המנגנונים פיסיולוגיים הביולוגיים, תאיים ומולקולריים המסדירים את התהליך של ניוון שרירים בעכברים מהונדסים גנטי. העצב הטיביאלי מספק את הגסטרוקנמיוס, soleus והשרירים plantaris, כך חיתוך רוחב שלה מאפשר הלימוד של שריר שלד denervated המורכב של סיבים מהירים עווית סוג II ו / או סוג עווית איטי אניסיבים. כאן אנו מדגימים את מודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי בעכבר C57Black6. אנו מעריכים את הניוון של שריר הגסטרוקנמיוס, כמו שריר מייצג, בבית 1, 2, ו 4 שבועות לאחר denervation על ידי מדידת משקולות שרירים ושטח חתך מסוים סיבי סוג ב-פרפין מוטבע סעיפים היסטולוגית immunostained לשרירן עווית מהיר.
Introduction
denervation שלד שריר, עקב פציעה טראומטית עצבים היקפיים, מחלה או התערבות פרמקולוגית, תוצאות באובדן המיידי של פונקצית התכווצות שרירים מרצון. שריר במקביל מתחיל להתנוון וניוון זה הוא הפיך אם עצבוב בזמן, באיכות טובה מתרחש 1,2. בהיעדר העצבוב, ניוון myofiber מתקדם, ושינויים ביולוגיים בלתי הפיכים בשריר להתרחש עם סיסטיק שריר ומות myofiber. כאן אנו מדגימים את מודל השוקה עצב חיתוך רוחב, דגם של denervation-Induced ניוון שרירים השלד וסיסטיק, בעכברים. מודל זה מאפשר למדענים לחקור את המנגנונים הביולוגיים פיסיולוגיים, תאיים ומולקולריים העומדים בבסיס ניוון שרירים in vivo בשרירי הגסטרוקנמיוס וSoleus. תוך שימוש היסטורי בעיקר בחולדות, יישום חדש יותר של הדגם הזה לקווי עכבר מהונדסים במיוחד נוקאאוט ו, מאפשר לחוקרים להעריך את התפקיד שלהםחלבון מסוים (ים) של עניין באינדוקציה, פיתוח ותחזוקה, או לחלופין רזולוציה של, ניוון שרירים וסיסטיק in vivo.
העצב הטיביאלי הוא עצב מוטורי היקפי חושי מעורב בhindlimb המכרסם, והוא אחד משלושת הענפים הטרמינל של העצב השת. חיתוך רוחב של העצב הטיביאלי denervates את הגסטרוקנמיוס, soleus והשרירים plantaris (והשלושה השרירים המכופפים העמוקים הקטנים של כף הרגל, כולל tibialis האחורי, longus מכופף digitorum longus hallicus ומכופף), וגם הוא מודל סטנדרטי תוקף בחולדות 3,4 . יכולים להיות גזורים שרירי הגסטרוקנמיוס וSoleus בקלות בנקודות זמן סדרתיים לפרסם חיתוך רוחב עצב הטיביאלי, קבוע ומעובד להערכת היסטולוגיה השריר ושריר הסיבים morphometrics, או הבזק הוקפא למיצוי של RNA וחלבונים שריר לצורך הלימודים, למשל, הרשתות הסלולריות האיתות מסדירות ניוון שרירים. Gaשריר strocnemius הוא שריר סוג סיבים מעורב (סוג I וסוג II, למרות שהסוג השני בעיקר) ושריר Soleus מורכב מחלק גדול של סיבים מסוג I, ובכך לספק גם עווית שריר מהיר ואיטי להערכה 5,6. מודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי מתאים ללימוד התהליך של denervation-Induced ניוון שרירים הן בטווח ארוך לטווח הקצר (ימים) ו7 (שבועות עד חודשים) 4,8.
בניגוד למודל חיתוך רוחב העצב השת (מודל שני של denervation-Induced ניוון שרירים נפוצים במכרסמים), חיתוך רוחב עצב הטיביאלי גורם פחות תחלואה בבעלי החיים, מה שהופך אותה למודל אטרקטיבי יותר. חיתוך רוחב של העצב השת denervates כל שרירי הרגל (מתחת לברך) והרגל, פוגע ביכולתו של בעל החיים לambulate 2, ואילו חיתוך רוחב של העצב הטיביאלי משאיר את ענפי עצב peroneal וsural של העצב השת ללא פגע, ובכך לשמר אתשרירי היעד שלהם וטריטוריות סנסוריים. העכבר אינו יכול להגמיש plantar או להפוך את הרגל, אבל הוא מסוגל ambulate בקלות ובמשקל נושא במידה שווה על שני הגפיים אחוריות, ובכך מצמצם את התחלואה של המודל באופן משמעותי. מחקרי ניתוח הליכה הערכת דפוסי הליכה בוצעו בחולדות בעקבות פציעות עצב הטיביאלי והשיתו ולהוכיח כי נושאת טביעת רגל ומשקל נשמרה טוב יותר עם פציעת השוקה 9,10. בנוסף, במודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי, ניתן לגייס את עצב peroneal בשלב מאוחר יותר והועבר כמקור עצבוב מתעכב, אם תכנון המחקר דורש 3. לעומת זאת, עצבוב מתעכב במודל חיתוך רוחב העצב השת מחייב שימוש בשתל עצב לגירעון העצב השת, מאוד להגדיל באופן משמעותי את הקושי הטכני של הדגם ולהגביל את השימוש בו למנתחים מיומנים.
בעוד מודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי Requires היכרות של המפעיל עם טכניקה ניתוחית סטרילי בניתוח בעלי חיים, גם העצב הטיביאלי ושרירי השוקיים זה innervates הנגיש בקלות והניתנת לזיהוי למניפולציה, כך שאנשים שאינם מנתחים, או בעל ניסיון רב בניתוח בעלי חיים, בקלות יכולים לשלוט מודל זה .
Protocol
Representative Results
Discussion
מודל חיתוך רוחב העצב הטיביאלי של ניוון שרירים שלד מושרה denervation הוא מודל מועסק בדרך כלל ותוקף גם בחולדות. יש לנו להתאים את המודל הזה לשימוש בעכברים, המאפשר לחוקר לנצל את קיומם של עכברים מהונדסים גנטי וללמוד את התהליך של ניוון השרירים in vivo בהיעדר חלבונים חיוניים לר…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מCIHR Neuromuscular מחקר השותפות (תל"י – 90,959; לJAEB).
Materials
| Reagents and Materials | |||
| 10-0 Nylon suture | Ethicon | 2850G | |
| 5-0 Vicryl suture | Ethicon | J553G | |
| Equipment | |||
| Spring microdissecting scissors | Fine Surgical Tools | 15021-15 | |
| Ultra fine forceps | Fine Surgical Tools | 11370-40 | |
| Non locking micro needle holder (driver) | Fine Surgical Tools | 12076-12 | |
| Spring retractor | Fine Surgical Tools | 17000-02 |
References
- Fu, S. Y., Gordon, T. Contributing factors to poor functional recovery after delayed nerve repair: prolonged denervation. J. Neurosci. 15, 3886-3895 (1995).
- Kobayashi, J., Mackinnon, S. E., Watanabe, O., Ball, D. J., Gu, X. M., Hunter, D. A., Kuzon, W. M. The effect of duration of muscle denervation on functional recovery in the rat model. Muscle Nerve. 20, 858-866 (1997).
- Bain, J. R., Veltri, K. L., Chamberlain, D., Fahnestock, M. Improved functional recovery of denervated skeletal muscle after temporary sensory nerve innervation. Neuroscience. , 103-503 (2001).
- Batt, J., Bain, J., Goncalves, J., Michalski, B., Plant, P., Fahnestock, M., Woodgett, J. Differential gene expression profiling of short and long term denervated muscle. FASEB J. 20, 115-117 (2006).
- Sher, J., Cardasis, C. Skeletal muscle fiber types in the adult mouse. Acta Neurol. Scand. 54, 45-56 (1976).
- Agbulut, O., Noirez, P., Beaumont, F., Butler-Browne, G. Myosin heavy chain isoforms in postnatal muscle development of mice. Biol. Cell. 95, 399-406 (2003).
- Nagpal, P., Plant, P. J., Correa, J., Bain, A., Takeda, M., Kawabe, H., Rotin, D., Bain, J. R., Batt, J. A. The ubiquitin ligase nedd4-1 participates in denervation-induced skeletal muscle atrophy in mice. PLoS ONE. 7, e46427 (2012).
- Plant, P. J., Bain, J. R., Correa, J. E., Woo, M., Batt, J. Absence of caspase-3 protects against denervation-induced skeletal muscle atrophy. J. Appl. Physiol. 107, 224-234 (2009).
- Varejao, A. S., Meek, M. F., Ferreira, A. J., Patricio, J. A., Cabrita, A. M. Functional evaluation of peripheral nerve regeneration in the rat: walking track analysis. J. Neurosci. Methods. 108, 1-9 (2001).
- Willand, M. P., Holmes, M., Bain, J., Fahnestock, M., de Bruin, H. Electrical muscle stimulation after immediate nerve repair reduces muscle atrophy without affecting reinnervation. Muscle Nerve. 48, 219-225 (2013).
- Sterne, G. D., Coulton, G. R., Brown, R. A., Green, C. J., Terenghi, G. Neurotrophin-3-enhanced nerve regeneration selectively improves recovery of muscle fibers expressing myosin heavy chains 2b. J. Cell Biol. 139, 709-715 (1997).
- Plant, P. J., North, M. L., Ward, A., Ward, M., Khanna, N., Correa, J., Scott, J. A., Batt, J. Hypertrophic airway smooth muscle mass correlates with increased airway responsiveness in a murine model of asthma. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 46, 532-540 (2012).
- Bain, J. R., Mackinnon, S. E., Hunter, D. A. Functional evaluation of complete sciatic, peroneal, and posterior tibial nerve lesions in the rat. Plast. Reconstr. Surg. 83, 129-138 (1989).
- Hare, G. M., Evans, P. J., Mackinnon, S. E., Best, T. J., Midha, R., Szalai, J. P., Hunter, D. A. Walking track analysis: utilization of individual footprint parameters. Ann. Plast. Surg. 30, 147-153 (1993).
- McLean, J., Batt, J., Doering, L. C., Rotin, D., Bain, J. R. Enhanced rate of nerve regeneration and directional errors after sciatic nerve injury in receptor protein tyrosine phosphatase sigma knock-out mice. J. Neurosci. 22, 5481-5491 (2002).
- Richner, M., Bjerrum, O. J., Nykjaer, A., Vaegter, C. B. The spared nerve injury (SNI) model of induced mechanical allodynia in mice. J. Vis. Exp. (54), e3092 (2011).
- Rogoz, K., Lagerstrom, M. C., Dufour, S., Kullander, K. VGLUT2-dependent glutamatergic transmission in primary afferents is required for intact nociception in both acute and persistent pain modalities. Pain. 153, 1525-1536 (2012).
- Thornell, L. E. Sarcopenic obesity: satellite cells in the aging muscle. Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. 14, 22-27 (2011).
