This article describes a method for generating a reproducible spinal cord compression injury (SCI) in the neonatal mouse. The model provides an advantageous platform for studying mechanisms of adaptive plasticity that underlie spontaneous functional recovery.
إصابة الحبل الشوكي (النخاع الشوكي) وعادة ما يسبب العجز العصبية المدمرة، لا سيما من خلال الأضرار التي لحقت الألياف تنازلي من الدماغ إلى الحبل الشوكي. وتركز المساحة الحالية الرئيسية للبحث في آليات المرونة التكيفية التي تكمن وراء الانتعاش وظيفية عفوية أو بفعل التالية اصابات النخاع الشوكي. وتفيد التقارير الانتعاش وظيفية عفوية أن يكون أكبر في وقت مبكر من الحياة، مما يثير تساؤلات مثيرة للاهتمام حول كيفية تأثير التغيرات اللدونة التكيف مع تطور الحبل الشوكي. لتسهيل التحقيق في هذه الدينامية، وقد وضعنا نموذجا اصابات النخاع الشوكي في الماوس حديثي الولادة. نموذج له أهمية للأطفال اصابات النخاع الشوكي، التي تدرس القليل جدا. بسبب اللدونة العصبية في البالغين تتضمن بعض الآليات نفسها كما اللدونة العصبية في وقت مبكر من الحياة 1، وهذا النموذج من المحتمل أن يكون بعض الأهمية أيضا لتعليم الكبار اصابات النخاع الشوكي. نحن هنا وصف الإجراء بأكمله لتوليد اصابة في استنساخه انضغاط الحبل الشوكي (SCC) في الماوس حديثي الولادةفي وقت مبكر بعد الولادة (P) اليوم يتحقق 1. SCC عن طريق إجراء الثقب على مستوى العمود الفقري معين (هو موضح هنا في مستويات الصدرية 9-11) ثم استخدام تعديل Yasargil تمدد الأوعية الدموية المصغرة كليب لضغط بسرعة وضغط على الحبل الشوكي . كما هو موضح سابقا، والفئران حديثي الولادة المصابين يمكن اختبار لعجز السلوكية أو التضحية لخارج الجسم الحي تحليل الفسيولوجي للاتصال متشابك باستخدام تقنيات التسجيل البصري الكهربية والإنتاجية العالية 1. وقد أظهرت في وقت سابق والمستمرة الدراسات باستخدام تقييم السلوكية والنفسية لذلك، انخفاض دراماتيكي حاد في الحركة hindlimb يتبعه انتعاش وظيفي كامل في غضون 2 أسابيع، وأول دليل على التغيرات في الدوائر الوظيفية على مستوى حددت تنازلي الاتصالات المشبكية 1.
During the last decade, increasing evidence obtained from different spinal cord injury (SCI) models has shown that spinal networks can reorganize spontaneously to contribute to functional recovery1-9. Adaptive plasticity has as a consequence become an important topic in SCI research. It has been shown that plasticity encompasses regrowth of spared axons, sprouting of new axon collaterals and the formation of novel synaptic connections. Much of this knowledge has been obtained from behavioral or anatomical studies in adult animals. An important limitation of adult spinal cord studies is the difficulty of performing high-throughput physiological assessment, which is easier in neonatal preparations1. One major difference is that wholemount ex vivo preparations of the adult brainstem and spinal cord have low viability. Another is that adult spinal tissue is more opaque to light because it is thicker and myelinated. Although recent advances in in vivo imaging (see for example, 10-12) may partially overcome these problems, the possibility of performing high throughput imaging at any desired dorsoventral depth at multiple sites along a given brainstem-spinal cord preparation is currently only feasible in neonates. The immature state of axon myelination in the neonatal spinal cord facilitates high-throughput ex vivo optical recording, thus permitting a dynamic assessment of functional synaptic connections13-17. Combined with genetically encoded calcium reporters and optogenetic stimulation and pharmacology tools, optical approaches can contribute to a deeper understanding of the mechanisms underlying adaptive plasticity.
It is estimated that between 1-10% of all spinal cord injuries affect infants and children18-22. In contrast to adult SCI the pathogenesis and potential for spontaneous recovery in pediatric SCI is less studied. Using a neonatal SCI model can therefore provide more insight into pediatric SCI and contribute to a better understanding of the pathogenetic and recovery mechanisms involved. Moreover, post-SCI plasticity supporting functional recovery in the adult spinal cord is believed to involve at least in part the same mechanisms that govern the development of the central nervous system such as axon growth, branching and formation of new synapses23-26. Thus, using a neonatal SCI model could provide important insights into mechanisms that are also operative in the adult spinal cord, or that could potentially be reinstated in the adult spinal cord (for example by implantation of fetal cells or tissue or of tissue constructed de novo from pluripotent stem cells) to facilitate recovery.
The neonatal mouse thus provides a platform for an integrative, multi-methodological approach to investigating adaptive plasticity following spinal cord injury, in which a combination of behavioral, physiological, anatomical, molecular and genetic methods can be readily employed. Establishing standardized neonatal injury models is an important step in implementing such studies.
في هذه المقالة وصفت إجراءات لإصابة SCC ولدت في مقطع P1 الفئران. ويمكن أيضا أن يتم تنفيذ نفس الإجراءات في مراحل لاحقة. أجريت الإصابات ضغط بنجاح في P5، P7، P9 و P12 (Züchner، وآخرون، مخطوطة في الإعداد). في جميع مراحل ما بعد الولادة، ويتم الحصول على التخدير العام مع isoflurane تبخيرها في الأكسجين النقي، ولكن النتيجة التخدير يعتمد إلى حد كبير على العمر. في المحاولات الأولية لP1-P4، قبل عرضه التخدير الموضعي في البروتوكول، كان من الصعب الحصول على تخدير عميق وممتد بسبب نافذة جرعة تأثير ضيق بين عدم كفاية تخدير وجرعة زائدة. وبالإضافة إلى ذلك، فقد أثيرت المخاوف المتعلقة أثر أعصاب من الأيزوفلورين في الحيوانات حديثة الولادة 27-30. مزيج من الأيزوفلورين ونتائج مخدر بوبيفاكايين المحلية في التخدير أعمق وأكثر استقرارا في حين تسمح تخفيض جرعة الأيزوفلورين بعامل 2-3. أنواع مختلفة من anestheوقد وصفت سيا للقوارض حديثي الولادة، بما في ذلك تخدير بالبرد 31،32، ولكن واحدة إزعاج محتمل للتخدير بالبرد هو تأثيره الأعصاب (التي استعرضتها 33،34)، والتي يمكن أن تعقد الجيل اصابة فعالة وقابلة للتكرار. يعتبر التخدير القائم على الباربيتورات أن يكون أقل كفاءة في الفئران حديثي الولادة بسبب انخفاض مستويات الزلال في الدم والدهون في الجسم من البالغين 35،36.
على الرغم من الغازية تماما وصدمة، مرة واحدة يتم تأسيس إجراء معدل الوفيات أثناء الجراحة منخفضة. ومع ذلك، هناك خطوات حاسمة أثناء العملية التي تتطلب اهتماما خاصا لتحسين الانتعاش وبقاء الفئران تشغيلها. قضية واحدة مهمة هي لتحديد الجراء التي سيكون لها أفضل فرصة البقاء على قيد الحياة لعملية جراحية. عندما القمامة كبيرة في الحالة التغذوية للالجراء الفردية تختلف. بالإضافة إلى نزيف لا مفر منه أن يحدث أثناء الجراحة، الجراء تعمل تنفق ساعةق بعيدا عن الأم، وغالبا ما لا تشرب الحليب قبل صباح اليوم التالي. ومن ثم ميزة لتحديد الجراء التي لديها بالفعل كمية معينة من الحليب في المعدة. هذا هو مرئية بسهولة من خلال الجلد في منطقة البطن من P0 إلى P7.
خلال الليلة الأولى الجرو تعمل في خطر كبير من أن نهبها من قبل الأم. خلال التطوير الأولي من هذا النموذج أكثر من نصف الفئران تعمل في عداد المفقودين في صباح اليوم التالي، مع وجود علامات واضحة من الدم في القفص. وقد تم دراسة Necrophagy، أكل لحوم البشر وقتل الأطفال في القوارض لعقود 37-40. في هذه الدراسة، تم شهد أكل لحوم البشر مرة واحدة فقط، ولكن كان يعتبر تفسيرا أكثر عرضة من necrophagy لأن الجراء التي أعيدت إلى القفص كانت عادة في مثل هذا الشكل الجيد أن الموت لأسباب طبيعية أثناء الليل يبدو غير محتمل. وهذا ما دفع فكرة استخدام وكيل الدوائية عكسها مثل الديازيبام للحد من القلق والعدوانية طن الأم (التي استعرضتها 41). حقن داخل الصفاق من الديازيبام إلى تحسن كبير في الوضع، واسقاط وفيات خلال الليلة الأولى من أكثر من 60٪ إلى أقل من 20٪.
تقليل حجم القمامة التي كتبها اعدام وتعكير القمامة أقل قدر ممكن بعد عودة بعد العملية الجراحية عناصر الإضافية التي يمكن أن تستفيد منها الحيوانات تشغيلها. ومع ذلك، وترك الجراء فقط تعمل مع الأم ليست مفيدة. قد تختلف أفضل توازن من تشغيلها / الجراء unoperated وفقا للخط، ولكن لمجلس النواب وSCID-مجلس النواب الفئران ترك 4-5 الجراء تعمل (الإصابة أو صورية) جنبا إلى جنب مع 3-4 الجراء unoperated أعطى أفضل النتائج.
في الشعور العام، والقيد الرئيسي من هذا النموذج اصابات النخاع الشوكي حديثي الولادة هو أن الحبل الشوكي حديثي الولادة يختلف في كثير من النواحي من الحبل الشوكي الكبار، وبالتالي قد لا توفر النتائج التجريبية التي هي مماثلة لتلك التي تم الحصول عليها من نماذج اصابات النخاع الشوكي الكبار. وتشمل هذه الخلافات الحجم الكلي و حجم النخاع الشوكي، عدد الخلايا، في تمثيل أنواع معينة من الخلايا مثل الخلايا قليلة التغصن، الاستجابات المناعية غير ناضجة ودوائر العصبية غير ناضجة. ولذلك يجب أن الاستنتاجات المستخلصة من التجارب في هذا النموذج أن تدرس بعناية. من ناحية أخرى، وهذا النموذج هو ذات الصلة لسيناريو أقل التحقيق نسبيا من الأطفال اصابات النخاع الشوكي. وعلاوة على ذلك، فإن ضعف واضح فيما يتعلق نماذج اصابات النخاع الشوكي الكبار هو أيضا قوة محتملة لأنها قد تؤدي إلى توضيح آليات اللدونة أنه على الرغم موجودة بشكل ضئيل في الحبل الشوكي الكبار، يمكن أن تمثل الركيزة العلاجية إذا رد إليه اعتباره. فمن المتصور أن إعادة الأوضاع حديثي الولادة أو حتى الجنينية يمكن أن تنفذ من خلال زرع خلايا الأقل نموا أو الأنسجة أو عن طريق العلاج مع الكواشف التي تولد أنسجة البالغين مع الخصائص النمائية السابقة. باستخدام أنزيمات للقضاء على شبكات محيط بالعصبون مثال على هذا النهج الأخير 42،43.
<p class="jove_content"> وثمة مسألة رئيسية عند إنشاء نموذج حيواني لاصابات النخاع الشوكي هو الحصول على إصابة موحدة. هذا هو جانب هام التي تم تناولها في نماذج اصابات النخاع الشوكي متعددة، على سبيل المثال، transection، تنصيف، الرواطم، ضغط البالون، وسحق الملقط، ثابت ضغط الوزن، وما إلى ذلك وفيما يتعلق تؤثر على أجهزة الهاتف، وأسفرت الجهود المبذولة في هذا الاتجاه في نماذج اصابات النخاع الشوكي في القوارض الكبار حيث يمكن التلاعب بها معلمات متعددة من تأثير مثل السرعة والقوة والمدة (التي استعرضتها 44). وثمة نهج آخر، تنطوي على أقل من المعدات، ويعمل على تعديل كير Lougheed تمدد الأوعية الدموية كليب 45،46. هذه المقاربات 2 متكاملان كما المسبار يقلد لإصابة كدمة في حين أن يقلد كليب اصابة في ضغط مع درجة معينة من نقص التروية المتزامنة. بسبب القيود حجم كبير وتزيد من ضعف الفئران حديثي الولادة، وارتفاع معدل الوفيات المرتبطة العمليات الجراحية أطول فضلا عن تكاليف جمعةoping المعدات على نطاق أصغر، وقد اختير لتطوير ضغط ولدت كليب بدلا من نهج كدمة ولدت المسبار. وقد تحقق ذلك من خلال تكييف متوفر تجاريا تمدد الأوعية الدموية المصغرة كليب لاستيعاب حجم العمود الفقري من الفئران حديثي الولادة 1. إضافة سدادة يضمن عرض ضغط موحد، وطالما أن التوتر من مقطع يضغط على الحد من سدادة، يجب أن قوة ضغط خلال المرحلة ثابتة في الحد الأدنى من العرض تختلف قليلا. ما ليست موحدة وسرعة ضغط خلال المرحلة الديناميكية، لأن هذا سوف تختلف مع تغير كليب التوتر خلال فترة المشروع. كمرحلة ثابتة للضغط تدوم أطول بكثير من مرحلة ديناميكية، وهناك دلائل تشير إلى أن نسيج الحبل الشوكي تبذل الكثير من المضادة ضد ريش مصغرة كليب، فمن المرجح أن شدة الإصابة الأكثر اعتمادا على مرحلة ثابتة. هذا، ومع ذلك، لا يزال لفحصها. جرحومن المرجح أن تعتمد على عوامل متعددة، بما في ذلك قوة ثابتة ضغط والمدة، وسرعة ضغط وإزالة الضغط، موقف ميني كليب، وعدد من الضغط على تنفيذها في نفس الموقع شدة. وهكذا، يمكن الاختلاف اندماجي في هذه المعايير يؤدي إلى توليد مجموعة من بالقسوة إصابة من ضعيف إلى حادة. وعلى الرغم من احتمال تقلب، لدينا في الدراسة التي نشرت سابقا 1 حصلنا على نتائج متسقة في النسيجية، ومستويات الفسيولوجية والسلوكية، لذلك هناك دلائل تشير إلى أن توحيد مقبول من الصعب تحقيقه. ونلاحظ أن في هذه الدراسة استخدمنا أساليب متعددة من التحقق من صحة في كل مستوى، بما في ذلك الاختبارات السلوكية مثل الهواء التنقل كما هو مبين في الشكل (5).في هذا النموذج اصابات النخاع الشوكي الوليدي إصابة قطع الغيار نسبة معينة من المحاور، وبالتالي يوفر الوضع مواتية لانتزاع اللدونة التكيف من خلال إعادة modelin-ز الاتصالات يدخر وتشكيل دوائر جديدة. وعلاوة على ذلك، منذ الماوس حديثي الولادة هي مناسبة تماما للتحقيق من قبل العديد من الطرق التجريبية، فإنه من الممكن استخدام هذا النموذج لدراسة الانتعاش وظيفية واللدونة التكيف مع نهج تكاملي، بما في ذلك الاختبارات السلوكية، إلى الوراء وتقدمي تتبع محور عصبي، المناعية، الكهربية وعالية -throughput تسجيل البصرية 1. وكمثال على ذلك، أننا قد استفادت من هذا النهج التكاملي لإثبات شبكة إعادة النمذجة على مستوى المدخلات الهابطة محددة باستخدام عالية الإنتاجية التصوير الكالسيوم في الجسم الحي السابقين الاستعدادات wholemount من جذع الدماغ والحبل الشوكي المصاب 1. هذا ويمكن زيادة دفع عن طريق استخدام أدوات علم البصريات الوراثي العصبية والصيدلة علم البصريات الوراثي لتقييم إعادة عرض من الاتصالات المشبكية بين القطعان محددة من الخلايا العصبية في العمود الفقري.
The authors have nothing to disclose.
This work has been supported by grants from the South-Eastern Norway Regional Health Authority (JLB, 2014119; JCG, project numbers 2015045 and 2012065), by the Norwegian Research Council (JCG, project number 23 00 00) and the University of Oslo.
Plastic seringe (30 or 50 mL) | |||
Plastic petri dish (150x25mm) | |||
Fortec isoflurane vaporizer | Cyprane | We use and old device out of production, check the link for newer device | |
Yasargil temporary aneurysm mini-clip | Æsculap | FE681K | |
Fine -Bore Polyethylene tubing ID 0.58mm, OD 0.96mm | Smiths Medical | 800/100/200 | |
Isoflurane (Forene) | Abbott GmbH & Co. KG | ||
Marcain (Bupivacain) | AstraZeneca | ||
Insuline seringe 0.3ml 30Gx8mm | VWR | 80086-442 | |
Ultra Fine Micro Knife 5mm cutting edge | Fine Science Tools | 10315-12 | |
Extra Fine Graefe Forceps – 0.5mm Tip | Fine Science Tools | 1153-10 | Not really necessary, often the teeth are too large |
Forceps SuperGrip Straight | Fine Science Tools | 00632-11 | Two forceps are necessary |
Spongostan Special 70 x 50 x 1 mm | Ferrosan | ||
Vannas Spring Scissors – 2mm Blades Straight | Fine Science Tools | 15000-03 | |
Vario Clip Applying Forceps | Aesculap | FE502T | |
Vicryl 6–0 (Ethicon) | Johnson and Johnson | J105G | |
Diethrich micro needle holder | 11-510-20 | ||
Temgesic (buprenorphine) | Schering-Plough | ||
Stesolid (diazepam) | Actavis | Also known as Valium | |
Pedamix | Fresenius Kabi | ||
Klorhexidinsprit (chlorhexidine gluconate) | Fresenius Kabi | D08A C02 |