Thorax rygmarv Hemisection kirurgi og åben-felt Locomotor vurdering hos rotter

Summary

Rotte thorax spinal hemisektion er en værdifuld og reproducerbar model af ensidig rygmarvsskade til at undersøge neurale mekanismer af bevægeapparatet opsving og behandling effektivitet. Denne artikel indeholder en detaljeret trin-for-trin guide til at udføre hemisektion procedure og til at vurdere bevægeapparatet ydeevne i en Open-felt Arena.

Abstract

Rygmarvsskade (SCI) forårsager forstyrrelser i motoriske, sensoriske og autonome funktion under læsions niveau. Eksperimentelle dyremodeller er værdifulde værktøjer til at forstå de neurale mekanismer, der er involveret i bevægeapparatet opsving efter SCI og at designe terapier for kliniske populationer. Der er flere eksperimentelle SCI modeller herunder kontusion, kompression, og transection skader, der anvendes i en bred vifte af arter. En hemisektion involverer den ensidige transektion af rygmarven og forstyrrer alle stigende og faldende skrifter på den ene side kun. Spinal hemisektion producerer en meget selektiv og reproducerbar skade i forhold til kontusion eller kompressions teknikker, der er nyttige til at undersøge neurale plasticitet i skårede og beskadigede veje forbundet med funktionel genopretning. Vi præsenterer en detaljeret trin-for-trin protokol for at udføre en thorax hemisektion på T8 vertebrale niveau i rotter, der resulterer i en indledende lammelse af bagdel på siden af læsionen med gradueret spontan helbredelse af bevægeapparatet funktion over flere Uger. Vi tilbyder også en bevægeapparatet scoring protokol til at vurdere funktionelle opsving i det åbne felt. Den bevægeapparatet vurdering giver en lineær opsving profil og kan udføres både tidligt og gentagne gange efter skade for præcist at screene dyr for passende tidspunkter til at foretage mere specialiseret adfærdsmæssige test. Den hemisektion teknik præsenteret kan let tilpasses andre transektions modeller og arter, og bevægeapparatet vurdering kan anvendes i en række sci og andre skade modeller til at score bevægeapparatet funktion.

Introduction

Rygmarvsskade (SCI) er forbundet med alvorlige forstyrrelser i motoriske, sensoriske og autonome funktion. Eksperimentelle animalske modeller af SCI er værdifulde værktøjer til at forstå de anatomiske og fysiologiske begivenheder involveret i SCI patologi, at undersøge neurale mekanismer i reparation og nyttiggørelse, og at screene for virkning og sikkerhed af potentielle terapeutiske Interventioner. Rotten er de hyppigst anvendte arter i SCI Research¹. Rotte modeller er lave omkostninger, let at reproducere, og et stort batteri af adfærdsmæssige tests er tilgængelige til at vurdere funktionelle resultater². På trods af visse forskelle i tarmkanalen, deler rotte rygmarven samlet set lignende sensorimotoriske funktioner med større pattedyr, herunder primater^3,4. Rotter også dele analoge fysiologiske og adfærdsmæssige konsekvenser til SCI, der relaterer til mennesker⁵. Ikke-menneskelige primat og store dyremodeller kan give en tættere tilnærmelse af human SCI⁶ og er afgørende for at bevise behandlingens sikkerhed og effektivitet forud for humane eksperimenter, men er mindre almindeligt anvendt på grund af etiske og dyrevelfærd overvejelser, udgifter og lovmæssige krav⁷.

Rotte transektion sci modeller udføres ved den målrettede afbrydelse af rygmarven med en selektiv læsion ved hjælp af en dissektion kniv eller af saks efter en laminektomi. Sammenlignet med en komplet transekel, delvis transektion i rotter resulterer i en mindre alvorlig skade, lettere postoperative dyrs pleje, spontan bevægeapparatet opsving, og mere tæt modeller sci hos mennesker, som er overvejende ufuldstændig med delvis besparende af væv, som forbinder rygmarven og liga konstruktioner⁸. En ensidig hemisektion forstyrrer alle stigende og faldende skrifter på den ene side og producerer kvantificerbare og meget reproducerbare underskud, hvilket forbedrer udforskning af de underliggende biologiske mekanismer. Den mest fremtrædende funktionelle konsekvens af hemisektion er en indledende lemmer lammelse på samme side og under niveauet af læsion med gradueret spontan helbredelse af bevægeapparatet funktion over flere uger^{9,10, 11 , 12}. hemisektion modellen er især nyttig til at undersøge neurale plasticitet af beskadigede og resterende skrifter og kredsløb forbundet med funktionel nyttiggørelse^{9,11,12, 13},^{14,15,16,17,18}. Specifikt, hemisektion udføres på thorax niveau, dvs over rygmarvs kredsløb, der styrer baglemmer bevægelse, er især nyttig til at undersøge ændringer i bevægeapparatet kontrol. Som en ikke-lineær forhold eksisterer mellem læsion sværhedsgrad og bevægeapparatet opsving efter sci¹⁹, passende adfærdsmæssige test til at vurdere funktionelle resultater er altafgørende i eksperimentelle modeller.

En omfattende batteri af adfærdsmæssige tests er tilgængelige til at vurdere specifikke aspekter af funktionelle bevægeapparatet opsving i rotte^2,20. Mange bevægeapparatet tests giver ikke pålidelige foranstaltninger tidligt efter sci som rotter er for handicappede til at støtte deres kropsvægt. Et mål for spontan bevægelsesevne, der er følsom over for underskud tidligt efter skaden, og ikke kræver præoperativ uddannelse eller specialiseret udstyr, er gavnlig for at overvåge bevægeapparatet opsving for passende tidspunkter, hvor at supplere specialiserede adfærdsmæssige test. Martinez Open-felt Assessment score¹⁰, oprindeligt udviklet til at evaluere bevægeapparatet præstation efter cervikal sci i rotten, er en 20-punkts ordenstal vurdering af global bevægeapparatet præstation under spontan Overground bevægelse i en åbent felt. Scoring udføres separat for hver lemmer ved hjælp af en rubrik, der evaluerer specifikke parametre for en række bevægeapparatet foranstaltninger, herunder artikulær lemmer bevægelse, vægt støtte, ciffer position, stepping evner, forbimb-hindlemmer koordination, og hale Position. Assessment score er afledt af Basso, Beattie og bres, (BBB) Open-felt rating Scale designet til at evaluere bevægeapparatet ydeevne efter thorax kontusion²¹. Det er tilpasset til nøjagtigt og pålideligt evaluere både forbimb og baglemmer bevægeapparatet funktion, giver mulighed for uafhængig vurdering af de forskellige scoring parametre, der ikke er modtagelig med den hierarkiske scoring af BBB, og giver en lineær genopretning profil¹⁰. Desuden, i forhold til BBB, vurderingen score er følsom og pålidelig i mere alvorlige skade modeller^10,11,20,22. Vurderings scoren er blevet anvendt til at vurdere bevægelseshæmning hos rotter efter cervikal^10,12 og thorax⁹ sci alene og i kombination med traumatisk hjerneskade²³.

Vi præsenterer her en detaljeret trin-for-trin protokol for at udføre en thorax hemisektion sci på T8 vertebrale niveau i den kvindelige lang-Evans rotte, og for at vurdere baglemmer bevægeapparatet opsving i det åbne felt.

Protocol

De eksperimenter, der er beskrevet i denne artikel, blev udført i overensstemmelse med retningslinjerne fra det canadiske råd om dyrepleje og blev godkendt af den etiske komité på Université de Montréal. 1. Thoracic hemisektion kirurgi Bær passende beskyttelsesudstyr (handsker, maske og kjole) for at opretholde et aseptisk miljø for kirurgi. Rengør operationsområdet med spritservietter, og Placer sterile kirurgiske gardiner over operationsområdet. Steriliser kirurgiske væ…

Representative Results

Reproducerbare læsioner med en høj grad af konsistens kan genereres med hemisektion teknik. For at vurdere og sammenligne læsioner størrelser mellem eksperimentelle grupper, det maksimale område af læsion som en procentdel af den samlede tværsnit af rygmarven kan let beregnes med histologisk farvning af rygmarvs sektioner. Figur 1 viser en repræsentativ læsion af den venstre hemicord og en overlejring af den andel af det maksimale læsionsområde, der deles mellem rotter med en genn…

Discussion

En stor styrke af hemisektion teknik er selektivitet og reproducerbarhed af læsion, som fører til reduceret variabilitet i histologiske og adfærdsmæssige fænotyper mellem dyr²⁵. For at sikre en ensidig læsion på et passende spinal niveau er nøjagtig identifikation af både det korrekte vertebrale segment og rygmarvs midterlinjen kritisk. Da der kan være en tendens til rygmarven til at rotere i retning af snittet under hemisektion procedure, det kan være gavnligt at stabilisere ledningen …

Materials

Baytril	CDMV	11242
Blunt dissection scissors	World Precision Instruments	503669
Buprenorphine hydrochoride	CDMV
Camera lens	Pentax	C31204TH	12.5-75mm, f1.8, 2/3" format, C-mount
CMOS video camera	Basler	acA2000-165uc	2/3" format, 2048 x 1088 pixels, up to 165 fps, C-mount, USB3
Compressed oxygen gas	Praxair
Cotton tipped applicators	CDMV	108703
Delicate bone trimmers	Fine Science Tools	16109-14
Dissecting knife	Fine Science Tools	10055-12
Dumont fine forceps (#5)	Fine Science Tools	11254-20
Ethicon Vicryl 4/0 Violet Braided FS-2  suture (J392H)	CDMV	111689
Feedback-controlled heating pad	Harvard Apparatus	55-7020
Female Long-Evans rats	Charles River Laboratories	Strain code: 006	225-250g
Gelfoam	CDMV	102348
Curved hemostat forceps	Fine Science Tools	13003-10
Hot bead sterilizer	Fine Science Tools	18000-45
Hydrogel	70-01-5022	Clear H20
Isofluorane	CDMV	118740
Lactated Ringer's solution	CDMV	116373
Lidocaine (2%)	CDMV	123684
Needle 30 ga	CDMV	4799
Open-field area	Custom		Circular Plexiglas arena 96 cm diameter, 40 cm wall height
Opthalmic ointment	CDMV	110704
Personal computer			With USB3 connectivity to record video with the listed camera
Physiological saline	CDMV	1399
Proviodine	CDMV	4568
Rodent Liquid Diet	Bioserv	F1268
Scalpal blade #11	CDMV	6671
Self-retaining retractor	World Precision Instruments	14240
Vannas iridectomy spring scissors	Fine Science Tools	15002-08
Veterinary Anesthesia Machine and isofluarane vaporizer	Dispomed	975-0510-000
VLC media player	VideoLAN		videolan.org/vlc