Facial Nerve axotomie in Muizen: een model om motoneuron Response to Injury Study
Summary
We present a surgical protocol detailing how to perform a cut or crush axotomy on the facial nerve in the mouse. The facial nerve axotomy can be employed to study the physiological response to nerve injury and test therapeutic techniques.
Abstract
Het doel van deze chirurgische protocol is om de gezichtszenuw, die de gezichtsmusculatuur innervates, naar eigen afslag bloot uit de stylomastoid foramen en ofwel snijden of pletten aan perifere zenuwbeschadiging veroorzaken. Voordelen van deze operatie zijn de eenvoud, hoge reproduceerbaarheid, en het gebrek aan effect op de vitale functies of mobiliteit van de daaropvolgende gezichtsverlamming, resulterend in een relatief milde chirurgische ook vergeleken met andere zenuwbeschadiging modellen. Een belangrijk voordeel van een craniale zenuw letsel model is dat de motoneuronen verblijft in een relatief homogene populatie in het gezicht motor nucleus in de pons, vereenvoudiging van de studie van de motoneuron cellichamen. Door de symmetrische aard van de gezichtszenuw innervatie en het ontbreken van overspraak tussen het gezicht motor kernen, kan de werking eenzijdig worden uitgevoerd met de unaxotomized kant dient als gepaarde interne controle. Een verscheidenheid van analyses kunnen worden uitgevoerd om postoperatief ezelss de fysiologische respons, waarvan de details vallen buiten het bestek van dit artikel. Bijvoorbeeld, kan herstel van spierfunctie dienen als marker voor gedrags reinnervation of de motoneuronen te kwantificeren celoverleving meten. Daarnaast kan de motoneuronen nauwkeurig worden vastgelegd met behulp van lasermicrodissectie voor moleculaire analyse. Omdat het gezicht axotomie is minimaal invasief en goed verdragen kan worden toegepast op een grote verscheidenheid van genetisch gemodificeerde muizen. Ook kan deze ingreep model worden gebruikt om de effectiviteit van perifere zenuwbeschadiging behandelingen analyseren. Gezichtszenuw letsel verschaft een middel voor het onderzoeken van niet alleen motoneuronen, maar ook reacties van het centrale en perifere gliale micro, immuunsysteem en doel spiermassa. De gezichtsbehandeling zenuwletsel model is een algemeen aanvaarde perifere zenuwletsel model dat dient als een krachtige tool voor het bestuderen van zenuwbeschadiging en regeneratie.
Introduction
Veel perifere zenuwbeschadiging modellen bestaan, maar wel een die opvalt voor de studie van motoneuronen is de gezichtszenuw axotomy model. De gezichtszenuw, ook wel bekend als hersenzenuw VII, zijn oorsprong in de pons en innerveert de spieren van gezichtsuitdrukking 1,2. In deze chirurgische protocol, wordt de gezichtszenuw blootgesteld aan zijn vertrek uit de stylomastoid foramen en ofwel gesneden of geplet. De ernst van het zenuwletsel kan worden ingedeeld naar aanleiding van de Sunderland 3 classificaties, die de schade op basis van de intactheid van de axonen, endoneurium, perineurium en epineurium onderscheidt, die bindweefsel lagen die sequentieel wikkel rond het axon bundels zijn. In de crush (axonotmesis), worden de axonen doorgesneden, maar de perineurium en epineurium worden bewaard. Volledig functionele herstel van gezichtszenuw verpletteren komt voor bij ongeveer 11 dagen, omdat de intacte zenuwschede functioneert als kanaal waarbinnen de axonen teruggroeien 4,5. Op deandere kant, in de cut letsel (neurotmesis), de axonen en alle 3 bindweefsel lagen worden gescheiden, en de gehele distale zenuw moet teruggroeien naar musculatuur innervatie herstellen. Chirurgische heraansluiting van de epineurium wordt vaak uitgevoerd in menselijke patiënten met een zenuw doorsnijding blessures, maar het herstel uitkomsten zijn zelden optimaal. Nader onderzoek is nodig om te begrijpen waarom de zenuw niet teruggroeien naar zijn doel en welke therapieën kunnen worden gebruikt om te verbeteren en versnellen van de regeneratieve proces.
Er zijn veel voordelen aan het bestuderen van zenuwletsel met behulp van de gezichtszenuw axotomy model. Ten eerste, de gezichtszenuw axotomy procedure is snel, eenvoudig en zeer reproduceerbaar; en het resulterende verlamming van de gezichtsspieren geen vitale functies beïnvloeden en wordt goed verdragen door het dier. Want dit is een hersenzenuw letsel model, het bestuderen van de motoneuron cellichamen wordt vereenvoudigd omdat de motorische zenuwcellen in een relatief homogene bevolking in th wonene gezichtsbehandeling motor kern in de pons. De bevolking verschilt op basis van de subnucleaire patroon binnen het gezicht motor kern, want er zijn zeven subnuclei elk specifiek zijn voor een specifieke groep van spieren innerveren, dus subnucleaire verschillen in reactie op axotomy kan beïnvloeden resultaten 2,6,7.
Een groot voordeel van de gezichtszenuw letsel model is dat de unaxotomized kant kan dienen als een gekoppelde interne controle, omdat de zenuw innervatie is zeer symmetrisch en er is geen overspraak tussen de gezichtsbehandeling motorische kernen 8. Een ander voordeel van deze chirurgische werkwijze is het gebrek aan directe trauma aan het CNS of verstoring van de bloed-hersenbarrière 9. Complicaties zoals overmatig bloeden en infecties zijn zeldzaam met deze procedure.
Een verscheidenheid van analyses kunnen worden uitgevoerd om de fysiologische respons op zenuwletsel beoordelen. Het herstel van het oog knipperreflex en whisker activiteit kan worden gebruikt als een gedragsmaatregel van functioneel herstel 10,11. Video-opname van vibrissae activiteit is momenteel de meest krachtige methode voor het opsporen van het herstel van de gezichtszenuw innervatie 12,13. Na euthanasie kunnen histologische analyse van de hersenstam worden uitgevoerd op het motoneuron cellichamen in het gezicht motor nucleus. De gezichtsbehandeling motor nucleus is onderverdeeld in zeven subnuclei, elk specifiek voor bepaalde gezichtsspieren, waardoor voor differentiële onderzoek van reacties op letsel 2,6. Facial motoneuronen worden gerekend celoverleving kwantificeren of immunohistochemie kan worden gebruikt om biomarkers en specifieke celpopulaties 14 identificeren. De gezichtsbehandeling motor nucleus kan nauwkeurig worden gemicrodissecteerde met behulp van laser capture voor moleculaire analyse van de cellulaire respons op zenuwletsel 15,16. Effecten van de gezichtszenuw axotomy kan worden geanalyseerd in de motorische cortex 17,18. Ook kan de zenuw worden ontleed om Wallerian degeneratie studeren 19 ofaxon regeneratie 20 en de spieren worden verwijderd neuromusculaire verbindingen 21 te bestuderen. Het gezicht axotomie kan ook worden gebruikt om de bijbehorende centrale en perifere gliacellen 22 bestuderen richten spieren 21 en het immuunsysteem 23. Hoewel er veel is bereikt in het bestuderen van de gezichtszenuw axotomy model 24, is verder onderzoek van perifeer zenuwletsel nodig omdat zenuwbeschadiging is een groot probleem voor de patiënten en de huidige behandelingen niet om optimale resultaten te produceren. Dit model is een krachtig hulpmiddel voor de behandeling van de fysiologische reactie op zenuwbeschadiging en de doeltreffendheid van het zenuwregeneratie therapieën.
Protocol
Representative Results
Discussion
The critical step for this protocol is positioning the mouse properly before surgery is begun. If the mouse is not lying flat on its side, the ear is not taped at the correct angle, or the incision is made in an incorrect location, then finding the facial nerve becomes much more difficult. When this technique is mastered, surgeries will take only minutes per mouse.
Either sutures, glue, or wound clips can be used to close the wound. Wound clips are preferred because of the small size of incis…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is funded by NIH RO1 NS 40433 (K.J.J.).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Stereo Microscope | Leica | M60 | |
| Labeling tape | Fisher Scientific | 15-952 | |
| Vannas-Tübingen Spring Scissors – Straight/Sharp/8.5cm/5mm cutting edge | Fine Science Tools | 15003-08 | Sterilize before use |
| Dumont #5/45 Forceps – Standard tips/Angled 45°/Dumoxel/11cm | Fine Science Tools | 11251-35 | Sterilize before use |
| Michel Suture Clips – 7.5mm x 1.75 mm | Fine Science Tools | 12040-01 | Described as "wound clip" in protocol, sterilize before use |
| Hagenbarth Cross Action Wound Clip Applier 5" | George Tiemann & Co | 160-910 | Used to apply wound clip, sterilize before use |
| Michel Suture Clip Applicator & Remover – For 7.5 mm Clips | Fine Science Tools | 12029-12 | Used to remove wound clip |
| 0.9% Sodium Chloride Injection, USP | Hospira | 0409-4888-10 | |
| Betadine, 16 oz, with dispenser | Fisher Scientific | 19-027132 | |
| 70% Ethanol | |||
| Glass Bead Sterilizer |
References
- Kaufman, M., Bard, J. . The Anatomical Basis of Mouse Development. , (1999).
- Ashwell, K. The adult mouse facial nerve nucleus: morphology and musculotopic organization. Journal of Anatomy. 135, 531-538 (1982).
- Sunderland, S. A classification of peripheral nerve injuries producing loss of function. Brain : A Journal Of Neurology. 74, 491-516 (1951).
- Beahrs, T., Tanzer, L., Sanders, V. M., Jones, K. J. Functional recovery and facial motoneuron survival are influenced by immunodeficiency in crush-axotomized mice. Experimental Neurology. 221, 225-230 (2010).
- Mesnard, N. A., Haulcomb, M. M., Tanzer, L., Sanders, V., Jones, K. J. Delayed functional recovery in presymptomatic mSOD1G93A mice following facial nerve crush axotomy. Journal of Neurodegeneration & Regeneration. 4, 21-25 (2013).
- Komiyama, M., Shibata, H., Suzuki, T. Somatotopic representation of facial muscles within the facial nucleus of the mouse. A study using the retrograde horseradish peroxidase and cell degeneration techniques. Brain Behav Evol. 24, 144-151 (1984).
- Canh, M. Y., Serpe, C. J., Sanders, V., Jones, K. J. CD4(+) T cell-mediated facial motoneuron survival after injury: Distribution pattern of cell death and rescue throughout the extent of the facial motor nucleus. Journal of Neuroimmunology. 181, 93-99 (2006).
- Isokawa-Akesson, M., Komisaruk, B. Difference in projections to the lateral and medial facial nucleus: anatomically separate pathways for rhythmical vibrissa movement in rats. Exp Brain Res. 65, 385-398 (1987).
- Streit, W., Kreutzberg, G. Response of endogenous glial cells to motor neuron degeneration induced by toxic ricin. The Journal of Comparative Neurology. 268, 248-263 (1988).
- Serpe, C. J., Tetzlaff, J. E., Coers, S., Sanders, V., Jones, K. J. Functional recovery after facial nerve crush is delayed in severe combined immunodeficient mice. Brain, Behavior, And Immunity. 16, 808-812 (2002).
- Lal, D., et al. Electrical stimulation facilitates rat facial nerve recovery from a crush injury. Otolaryngology–Head And Neck Surgery. Official Journal Of American Academy Of Otolaryngology-Head And Neck Surgery. 139, 68-73 (2008).
- Tomov, T., et al. An Example of Neural Plasticity Evoked by Putative Behavioral Demand and Early Use of Vibrissal Hairs after Facial Nerve Transection. Experimental Neurology. 178, 207-218 (2002).
- Skouras, E., Angelov, D. N. Experimental studies on post-transectional facial nerve regrowth and functional recovery of paralyzed muscles of the face in rats and mice. Anatomy (International Journal of Experimental and Clinical Anatomy). 4, 1-27 (2010).
- Xin, J., et al. IL-10 within the CNS is necessary for CD4+ T cells to mediate neuroprotection). Brain, Behavior, And Immunity. 25, 820-829 (2011).
- Mesnard, N. A., Sanders, V. M., Jones, K. J. Differential gene expression in the axotomized facial motor nucleus of presymptomatic SOD1 mice. The Journal of Comparative Neurology. 519, 3488-3506 (2011).
- Mesnard, N. A., Alexander, T. D., Sanders, V. M., Jones, K. J. Use of laser microdissection in the investigation of facial motoneuron and neuropil molecular phenotypes after peripheral axotomy. Experimental Neurology. 225, 94-103 (2010).
- Franchi, G. Changes in motor representation related to facial nerve damage and regeneration in adult rats. Experimental Brain Research. 135, 53-65 (2000).
- Munera, A., Cuestas, D. M., Troncoso, J. Peripheral facial nerve lesions induce changes in the firing properties of primary motor cortex layer 5 pyramidal cells. Neuroscience. 223, 140-151 (2012).
- Liu, L., et al. Hereditary absence of complement C5 in adult mice influences Wallerian degeneration, but not retrograde responses, following injury to peripheral nerve. Journal of the Peripheral Nervous System. 4, 123-133 (1999).
- Ferri, C., Moore, F., Bisby, M. Effects of facial nerve injury on mouse motoneurons lacking the p75 low-affinity neurotrophin receptor. Journal of Neurobiology. 34, 1-9 (1997).
- Zhou, R. Y., Xu, J., Chi, F. L., Chen, L. H., Li, S. T. Differences in sensitivity to rocuronium among orbicularis oris muscles innervated by normal or damaged facial nerves and gastrocnemius muscle innervated by somatic nerve in rats: combined morphological and functional analyses. The Laryngoscope. 122, 1831-1837 (2012).
- Jinno, S., Yamada, J. Using comparative anatomy in the axotomy model to identify distinct roles for microglia and astrocytes in synaptic stripping. Neuron Glia Biology. 7, 55-66 (2011).
- Jones, K. J., Serpe, C. J., Byram, S. C., Deboy, C. A., Sanders, V. M. Role of the immune system in the maintenance of mouse facial motoneuron viability after nerve injury. Brain, Behavior, And Immunity. 19, 12-19 (2005).
- Moran, L. B., Graeber, M. B. The facial nerve axotomy model. Brain research. Brain research. 44, 154-178 (2004).
- Council, N. R. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: Eighth Edition. , (2011).
- Serpe, C. J., Kohm, A. P., Huppenbauer, C. B., Sanders, V., Jones, K. J. Exacerbation of Facial Motoneuron Loss after facial nerve transection in severe combined immunodeficient (scid) mice. Neuroscience. 19, (1999).
- Mesnard-Hoaglin, N. A., et al. SOD1(G93A) transgenic mouse CD4(+) T cells mediate neuroprotection after facial nerve axotomy when removed from a suppressive peripheral microenvironment. Brain, Behavior, And Immunity. 40, 55-60 (2014).
- Wang, H., et al. Establishment and assessment of the perinatal mouse facial nerve axotomy model via a subauricular incision approach. Experimental Biology And Medicine. 237, 1249-1255 (2012).
- Sharma, N., Moeller, C. W., Marzo, S. J., Jones, K. J., Foecking, E. M. Combinatorial treatments enhance recovery following facial nerve crush. The Laryngoscope. 120, 1523-1530 (2010).
- Lieberman, D. M., Jan, T. A., Ahmad, S. O., Most, S. P. Effects of corticosteroids on functional recovery and neuron survival after facial nerve injury in mice. Archives of Facial Plastic Surgery. 13, 117-124 (2011).
- Serpe, C. J., Coers, S., Sanders, V. M., Jones, K. J. CD4+ T, but not CD8+ or B, lymphocytes mediate facial motoneuron survival after facial nerve transection. Brain, Behavior, And Immunity. 17, 393-402 (2003).
- Haulcomb, M. M., et al. Axotomy-induced target disconnection promotes an additional death mechanism involved in motoneuron degeneration in ALS transgenic mice. The Journal of Comparative Neurology. , (2014).
- Bauder, A. R., Ferguson, T. A. Reproducible mouse sciatic nerve crush and subsequent assessment of regeneration by whole mount muscle analysis. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (60), (2012).
- Richner, M., Bjerrum, O. J., Nykjaer, A., Vaegter, C. B. The spared nerve injury (SNI) model of induced mechanical allodynia in mice. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (54), (2011).
