Infusione sottocutanea di neurotrofina 4 usando le pompe osmotiche o l'iniezione muscolare diretta migliora i muscoli del laringe del ratto di invecchiamento
Summary
Qui presentiamo un protocollo per descrivere sistemicamente e direttamente l'uso della neurotrofina 4 (NTF4) per rimodellare i muscoli laringei dell'invecchiamento del ratto.
Abstract
La disfunzione della laringe negli anziani è una delle principali cause di disabilità, dai disturbi vocali alla disfagia e dalla perdita di riflessi protettivi delle vie aeree. Pochi, se esistono, esistono terapie che mirano a disfunzione muscolare laringea legata all'età. Le neurotrofine sono coinvolte nell'innervazione muscolare e nella differenziazione delle giunzioni neuromuscolari (NMJs). Si pensa che le neurotrofine aumentino la trasmissione neuromuscolare aumentando il rilascio del neurotrasmettitore. Le giunzioni neuromuscolari (NMJ) diventano più piccole e meno abbondanti nei muscoli laringei del ratto di invecchiamento, con prove di denervazione funzionale. Abbiamo esplorato gli effetti di NTF4 per l'uso clinico futuro come terapeutico per migliorare la funzione nei muscoli laringei umani di invecchiamento. Qui forniamo il protocollo dettagliato per l'applicazione sistemica e l'iniezione diretta di NTF4 per esaminare la capacità del muscolo laringeo ratto di invecchiare di rimodellare in risposta all'applicazione NTF4. In questo metodo, i ratti ricevevano NTF4 sistematicamente via oPompa smotica o mediante iniezione diretta attraverso le pieghe vocali. I muscoli della laringe furono poi disseccati e utilizzati per l'esame istologico della morfologia e della denervazione legata all'età.
Introduction
I muscoli laringei contratti rapidamente e costantemente e sono vulnerabili agli effetti negativi dell'invecchiamento. Questa attività costante è pensata per contribuire a problemi vocali o disfagia osservati in persone di età superiore ai 65 anni 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 . Molti meccanismi molecolari e patofisiologici contribuiscono a questa disfunzione legata all'età. Questi meccanismi possono includere il rimodellamento della mucosa laringea, l'atrofia muscolare o la perdita, la mancanza di rigenerazione delle fibre muscolari o atrofia che provoca l'arricciamento delle pieghe vocali e l'incapacità della chiusura glottica 8 , 9 , 10 , 11 . Non esiste una sperimentata terapia medica in questo momento che può comPrevenire completamente o riabilitare questi cambiamenti legati all'età in questi muscoli.
La modulazione dell'efficacia della trasmissione neuromuscolare può influenzare notevolmente la prestazione neuromotoria. La famiglia delle neurotrofine comprende il fattore di crescita del nervo (NGF), il fattore di crescita del nervo derivato dal cervello (BDNF), la neurotrofina 3 (NTF3) e la NTF4 12 , 13 . Le neurotrofine hanno dimostrato di modulare l'efficacia sinaptica 1 , 4 . Il fattore di crescita dell'epatocyte, il fattore di crescita trasformante beta e il fattore di crescita dei fibroblasti sono stati recentemente impiegati negli esseri umani per il trattamento delle cicatrici vocali 15 – 17 . NTF4 regola anche l'efficacia della NMJ; I topi che mancano di NTF4 mostrano NMJ disassemblati 11 , 18 , 19 . Questi studi portano ad effetti promettenti dei trattamentiT dei disturbi muscolari linfatici e denervazione con fattori di crescita.
Le terapie di iniezione diretta ai tessuti delle pieghe vocali non sono senza precedenti negli esseri umani. Ad esempio, le iniezioni locali della tossina botulinica sono attualmente utilizzate come un trattamento efficace per i disturbi neurologici che influenzano i muscoli della laringa, come la disfonia spasmodica e la paralisi nervosa laringe ricorrente bilaterale 20 , 21 . L'idrogel acido ialuronico è un altro iniettabile, usato per trattare la scocciatura vocale e l'insufficienza glottale 22 , 23 . La laringoscopia d'iniezione può essere usata per trattare una serie di disturbi della comunicazione 24 . Questi metodi di iniezione diretta sono promettenti per migliorare la funzione vocale e deglutire nelle popolazioni che invecchiano.
Protocol
Representative Results
Discussion
I muscoli della laringe sono vulnerabili agli effetti sfavorevoli dell'invecchiamento. Studi precedenti hanno dimostrato variazioni nei muscoli linfari che prevedono cambiamenti nella dimensione della fibra, nel numero totale di fibre, nella capacità rigenerativa, nella dimensione e nella modifica della quantità di NMJ, oltre alle variazioni della funzione contrattile e dei cambi di isoenzima di miosina 4 , 11 , 27 ,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dell'Istituto Nazionale sulla Sordità e altri disturbi della comunicazione (R21DC010806 per CAM e JCS e R01DC011285 a CAM).
Materials
| Neurotrophin 4 | Pepro Tech | 450-04 | 200ng in 50μl |
| Alzet Osmotic Pump | DURECT Corporation | 2001D | |
| 30° endoscope | Stoltz | 61029D | |
| 50mm 30 gauge 100-μl syringe | Hamilton | 84850 and 201812 | |
| saline (sodium chloride solution) | Sigma-Aldrich | S8776 | |
| ketamine hydrochloride | Henry Schein | 56344 | |
| xylazine hydrochloride | Henry Schein | 33198 | |
| 25 G 5/8 needle | Becton-Dickinson | 305901 | |
| 1 ml syringe | Becton-Dickinson | 309659 | |
| ophthalmic ointment | Henry Schein | 8897 | |
| clippers | Oster | 44-018 | |
| ethanol | Decon | 2716 | |
| iodine (Betadine) | Purdue Pharma L.P. | 606404 | |
| heating pad | Sunbeam | 731-5 | |
| 5-0 nylon suture thread | AD Surgical | PMN-518R6 | |
| crile hemostat | Fine Science Tools | 13005-14 | |
| delicate suture tying forceps | Fine Science Tools | 11063-07 | |
| meloxicam | Henry Schein | 49756 | |
| carprofen | Merritt Veterinary Supplies | 148700 | |
| antibiotic ointment | Henry Schein | 57110 | |
| acepromizine Aceproject | Henry Schein | 3845 | |
| isoflurane Isothesia | Henry Schein | 50033 | |
| induction box (anesthetizing box) | Harvard Apparatus | 50-0116 | |
| oxygen compressed tank | Scott Gross | UN1072 | |
| plexiglas platform | Small Parts Inc (Amazon) | ||
| rubber tipped forceps | Fine science tools rubber | 11075-00 | |
| liquid rubber for forceps above | Lowe's | 42518 | |
| plastic spectula (BD syringe cut to length) | Becton-Dickinson | 309659 | |
| halogen light source rhino-laryngeal stroboscope | Kay-Pentax | RLS 9100 B | |
| video recorder | Kay-Pentax | ||
| sucrose | Sigma-Aldrich | S0389-500G | |
| phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P4417-100TAB | |
| cryostat Mictotom HM525 | Thermo Scientific | HM 525 | |
| Gill 1 hematoxylin | VWR | 10143-142 | |
| Shandon eosin-Y alcoholic | Thermo Fisher Scientific | 6766007 | |
| anti-sodium channel Nav1.5 antibody produced in rabbit | Sigma-Aldrich | S0819 | |
| Texas red-X phalloidin | Sigma-Aldrich | T7471 | |
| alpha- bungarotoxin alexa fluor 488 conjugate | Thermo Fisher Scientific | B-13422 | |
| Small animal anaesthesia machine | Smiths Medical | CDS 9000 |
References
- Trupe, E. H., et al. Correlates and consequences of eating dependency in institutionalized elderly. J. Am. Geriatrics Society. 34 (3), 192-198 (1986).
- Ward, P. H., Colton, R., McConnell, F., Malmgren, L., Kashima, H., Woodson, G. Aging of the voice and swallowing. Otolaryngol. Head Neck Surg. 100 (4), 283-286 (1989).
- Gay, E. G., Kronenfeld, J. J., Dettmann, F. G. A comparison on the effect of regulation on health care for the older American: a tale of two states. Gerontologist. 34 (6), 787-796 (1994).
- Hagen, P., Lyons, G. D., Nuss, D. W. Dysphonia in the elderly:diagnosis and management of age-related voice changes. South. Med. J. 89 (2), 204-207 (1996).
- Broniatowski, M., et al. Current evaluation and treatment of patients with swallowing disorders. Otolaryngol. Head Neck Surgery. 120 (4), 464-473 (1999).
- Lundy, D. S., et al. Aspiration: cause and implications. Otolaryngol. Head Neck Surg. 120 (4), 474-478 (1999).
- Schindler, J. S., Kelly, J. H. Swallowing disorders in the elderly. Laryngoscope. 112 (4), 589-602 (2002).
- Gambino, D. R., Malmgren, L. T., Gacek, R. R. Age-related changes in the neuromuscular junctions in the human posterior cricoarytenoid muscles: a quantitative study. Laryngoscope. 100 (3), 262-268 (1990).
- Sinard, R. J. The aging voice: how to differentiate disease from normal changes. Geriatrics. 53 (7), 76-79 (1998).
- Baker, K. K., Olson-Raming, L., Sapir, S., Luschei, E. S., Smith, M. E. Control of vocal loudness in young and old adults. J. Speech Lang. Hear Res. 44 (2), 297-305 (2001).
- McMullen, C. A., Andrade, F. H. Functional and morphological evidence of age-related denervation in rat laryngeal muscles. J. Gerontol. A. Biol. Sci. Med. Sci. 64 (4), 435-442 (2009).
- Lai, K., Ip, N. Y. Postsynaptic signaling of new players at the neuromuscular junction. J. Neurocytol. 32 (5-8), 727-741 (2003).
- Huang, E. J., Reichardt, L. F. Neurotrophins: roles in neuronal development and function. Annu. Rev. Neurosci. 24 (1), 677-736 (2012).
- Gonzalez, M., et al. Disruption of Trkb mediated signaling induces disassembly of postsynaptic receptor clusters at neuromuscular junctions. Neuron. 24 (3), 567-583 (1999).
- Hirano, S., Kishimoto, Y., Suehiro, A., Kanemaru, S., Ito, J. Regeneration of aged vocal folds: first human case treated with fibroblast growth factor. Laryngoscope. 118 (12), 2254-2259 (2008).
- Branski, R. C., et al. Effects of transforming growth factor-beta 1 on human vocal fold fibroblasts. Ann. Oto. Rhinol. Laryngol. 118 (3), 218-226 (2009).
- Kishimoto, Y., et al. Effects of exogenous hepatocyte growth factor on vocal fold fibroblasts. Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 118 (8), 606-611 (2009).
- Belluardo, N., et al. Neuromuscular junction disassembly and muscle fatigue in mice lacking neurotrophin-4. Mol. Cell. Neurosci. 18 (1), 56-57 (2001).
- Johnson, A. M., Ciucci, M. R., Connor, N. P. Vocal training mitigates age-related changes within the vocal mechanisms in the old rat. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 68 (12), 1458-1468 (2013).
- Roscow, D. E., Parikh, P., Vivero, R. J., Casiano, R. R., Lundy, D. S. Considerations for initial dosing of botulinum toxin in treatment of adductor spasmodic dysphonia. Oto. HeadNeck Surg. 148 (6), 1003-1006 (2013).
- Benninger, M. S., Hanick, A., Hicks, D. M. Cricothyroid muscle botulinum toxin injection to improve airway for bilateral recurrent laryngeal nerve paralysis, A case series. J. Voice. 30 (1), 96-99 (2016).
- Coppoolse, J. M. S., et al. An in vivo study of composite microgels based on hyaluronic acid and gelatin for the reconstruction of surgically injured rat vocal folds. J. Speech Lang Hear Res. 57 (2), S658-S673 (2014).
- Hertegård, S., et al. Cross-linked hyaluronan used as augmentation substance for treatment of glottal insufficiency: Safety aspects and vocal fold function. Laryngoscope. 112 (12), 2211-2219 (2002).
- Walker, W. F., Homberger, D. G. . Anatomy and dissection of the rat. , (1997).
- Ohno, T., Hirano, S., Rousseau, B. Age-associated changes in the expression and deposition of vocal fold collagen and hyaluronan. Ann. Oto. Rhinol. Laryngol. 25 (1), 192-197 (2009).
- Stemple, J. C., et al. Enhancement of aging rat laryngeal muscles with endogenous growth factor treatment. Physiol. Rep. 4 (10), e12798 (2016).
- McMullen, C. A., Andrade, F. H. Contractile dysfunction and altered metabolic profile of the aging rat thyroarytenoid muscle. J. Appl. Phys. 100 (2), 602-608 (2006).
- Engle, W. K., Cunningham, G. C. Rapid examination of muscle tissue. An improved trichrome method for fresh-frozen biopsy section. Neurology. (13), 919-923 (1963).
- Sheehan, D. C., Hrapchack, B. B. Theory and practice of histotechnology. Battelle. , (1980).
- Kulakowski, S. A., Parker, S. D., Personius, K. E. Reduced TrkB expression results in precocious age-like changes in neuromuscular structure, neurotransmission, and muscle function. J. Appl. Phys. 111 (3), 844-852 (2011).
- Nishida, N., et al. Age-related change in rat intrinsic laryngeal muscles: analysis of muscle fibers, muscle fiber proteins and subneural apparatuses. Eur Arch Otorhinolaryngol. 270 (3), 975-984 (2013).
