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Neuroscience

ラットにおける胸部脊髄半切除手術とオープンフィールドロコ運動評価

Published: June 26, 2019
doi:
10.3791/59738
,
1Department of Neurosciences, Faculté de Médecine,Université de Montréal, 2Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal, 3Groupe de Recherche sur le Système Nerveux Central (GRSNC),Université de Montréal

Summary

ラット胸部脊髄ヘミセクションは、一方的な脊髄損傷の貴重で再現可能なモデルであり、運動回収および治療効果の神経機構を調べる。この記事には、ヘミセクション手順を実行し、オープンフィールドアリーナでのローコモーターの性能を評価するための詳細なステップバイステップガイドが含まれています。

Abstract

脊髄損傷(SCI)は、病変のレベル以下の運動、感覚、自律神経機能の障害を引き起こす。実験動物モデルは、SCI後の運動回収に関与する神経機構を理解し、臨床集団の治療法を設計するための貴重なツールです。多種多様な種で使用されている挫傷、圧縮、および切除損傷を含むいくつかの実験的なSCIモデルがあります。片分断は脊髄の一方的な切除を伴い、片側のみ上降区域をすべて破壊する。脊髄ヘミセクションは、機能回復に関連するスペアドおよび損傷経路の神経可塑性を調べるのに有用である挫傷または圧縮技術と比較して、非常に選択的で再現可能な損傷を生み出す。ラットのT8椎体レベルで胸部半生切除を行うための詳細なステップバイステッププロトコルを提示し、その結果、病変側の後肢の初期麻痺を引き起こす。週間。また、オープンフィールドでの機能回復を評価するためのローコモータスコアリングプロトコルも提供しています。ローコモーター評価は線形回収プロファイルを提供し、より専門的な行動テストを行う適切な時間ポイントのために動物を正確にスクリーニングするために、傷害の早期および後に繰り返し行うことができます。提示されたヘミセクション技術は、他の切除モデルおよび種に容易に適合することができ、およびlocomotor評価は、ロコ運動機能をスコア付けするために、様々なSCIおよび他の傷害モデルで使用することができる。

Introduction

脊髄損傷(SCI)は、運動、感覚、および自律機能の重度の障害に関連しています。SCIの実験動物モデルは、SCI病理学に関わる解剖学的および生理学的事象を理解し、修復および回復における神経機構を調査し、潜在的な治療の有効性と安全性をスクリーニングするための貴重なツールである。介入。ラットはSCI研究1で最も一般的に使用される種です。ラットモデルは低コストで再現が容易で、機能的な結果を評価するために行動テストの大きなバッテリーが利用可能です2.管の位置のいくつかの違いにもかかわらず、ラット脊髄は霊長類3、4を含むより大きな哺乳類と全体的に類似した感覚運動機能を共有する。ラットはまた、人間5に関連するSCIに類似した生理学的および行動的結果を共有する。非ヒト霊長類および大型動物モデルは、ヒトSCI6の近似を提供することができ、人間の実験前に治療の安全性と有効性を証明するために不可欠であるが、倫理的および動物の福祉のためにあまり一般的に使用されていない考慮事項、経費、および規制要件7.

ラットトランセクションSCIモデルは、解剖ナイフまたは線減少切除術後の切除術ハサミを用いて選択的病変を伴う脊髄の標的中断によって行われる。完全な切除と比較して、ラットの部分切除は、より少ない重症傷害、より容易な術後動物ケア、自発的な運動回収、および部分的なスペアリングで主に不完全であるヒトのSCIをより密接にモデル化する結果となる。脊髄と上脊髄構造を結ぶ組織8.一方的な片道は、片側のみのすべての上昇および下降区域を破壊し、定量化可能で再現性の高い運動障害を生み出し、基礎となる生物学的メカニズムの探索を強化する。半切除の最も顕著な機能的結果は、数週間にわたってローコ運動機能の等級付き自発的回復を伴う病変のレベルと同じ側の初期四肢麻痺である 9,10,11歳,12.ヘミセクションモデルは、機能回復9、11、12に関連する損傷および残留路および回路の神経可塑性を調べるために特に有用である。13,14,15,16,17,18.具体的には、胸部レベルで行われるヘミセクション、すなわち、後肢移動を制御する脊髄回路の上に、特に運動制御の変化を調べるための有用である。SCI19後の病変重症度とローコモータリカバリーとの間に非線形関係が存在するので、機能的結果を評価するための適切な行動試験が実験モデルにおいて最も重要である。

ラット2、20の機能的な運動回収の特定の側面を評価するために行動テストの包括的な電池が利用できる。多くのローコモーターテストは、ラットが体重を支えるためにあまりにも無効になっているので、SCIの後の早期に信頼性の高い対策を提供しません。怪我の後の早期の赤字に敏感で、術前の訓練や特殊な装置を必要としない自発的な運動性能の尺度は、適切な時間ポイントのロコモータの回復を監視するために有益である。特殊な行動テストを補完します。マルティネスオープンフィールド評価スコア10は、もともとラットの頸部SCI後のロコ運動性能を評価するために開発されたもので、自発的な地上移動中のグローバルなローコ運動性能を評価する20点のオーディショナルスコアです。オープンフィールド。得点は、関節四肢の動き、体重サポート、数字位置、ステッピング能力、前肢後肢の調整、尾を含む一連のロコモーター測定の特定のパラメータを評価するルーブリックを使用して、各四肢に対して別々に行われます。位置。評価スコアは、胸部挫傷21後のロコ運動性能を評価するように設計されたバッソ、ビーティーおよびブレスナハン(BBB)オープンフィールド評価尺度から導き出されます。それは正確かつ確実に前肢および後肢の運動運動機能を評価するために合わせ、BBBの階層的な得点と受け入れられなかった異なった採点変数の独立した査定を可能にし、線形回復を提供するプロファイル10.さらに、BBBと比較して、評価スコアは、より重度の傷害モデル10、11、20、22において敏感で信頼性が高い。評価スコアは、頸部10、12および胸部9 SCI単独および外傷性脳損傷23との組み合わせでラットのlocomotor障害を評価するために使用されている。

ここでは、雌のロングエバンスラットのT8椎体レベルで胸部半分化SCIを行い、オープンフィールドでの後肢運動回収を評価するための詳細なステップバイステッププロトコルを示す。

Protocol

この記事に記載されている実験は、カナダ動物ケア評議会のガイドラインに従って行われ、モントリオール大学の倫理委員会によって承認されました。 1. 胸部血行切除手術 手術のための無菌環境を維持するために、適切な保護具(手袋、マスク、ガウン)を着用してください。アルコールワイプで外科領域をきれいにし、外科分野の上に生殖不能の外科ドレープを?…

Representative Results

高い一貫性を持つ再現可能な病変は、ヘミセクション技術で生成することができる。実験グループ間の病変サイズを評価および比較するために、脊髄の全断面のパーセンテージとしての病変の最大領域は、脊髄セクションの組織学的染色によって容易に計算することができる。図1は、左ヘミコードの代表的な病変と、断面帯面積の平均病変サイズ47.3%±4.0%を持つラット?…

Discussion

ヘミセクション技術の主な強みは、動物25間の組織学的および行動的現象の変動性の低下につながる病変の選択性および再現性である。適切な脊椎レベルで一方的な病変を確保するためには、適切な椎体セグメントと脊髄中線の両方を正確に同定することが重要です。ヘミセクション手順中に脊髄が切断の方向に回転する傾向があるので、手順の間に両側に置かれた細かい?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この研究は、カナダ保健研究所(CIHR;)MOP-142288)からM.M.M.へのフォンド・デ・レヒャーチェ・ケベック・サンテ(FRQS)からの給与賞によってサポートされ、A.R.BはFRQSからのフェローシップによってサポートされました。

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
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Brown, A. R., Martinez, M. Thoracic Spinal Cord Hemisection Surgery and Open-Field Locomotor Assessment in the Rat. J. Vis. Exp. (148), e59738, doi:10.3791/59738 (2019).
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