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.
Spinal kord yaralanması (SKY), tipik olarak, özellikle omurilik beyinden inen liflerin zarar yoluyla, yıkıcı nörolojik defisit neden olur. Araştırmanın önemli bir akım alan SKY aşağıdaki spontan veya uyarılmış fonksiyonel iyileşmeyi altında yatan adaptif plastisite mekanizmaları üzerine odaklanmıştır. Spontan fonksiyonel iyileşme omurilik geliştikçe nasıl adaptif plastisite değişiklikleri ile ilgili ilginç sorular yükselterek, hayatta daha erken olduğu bildirilmiştir. Bu dinamiğin soruşturma kolaylaştırmak için, yenidoğan fare bir SCI modeli geliştirdik. Model çok az çalışılan pediatrik SCI için önemi vardır. Yetişkin nöral plastisite yaşamın erken 1 nöral plastisite ile aynı mekanizmaların bazıları içerir çünkü bu model potansiyel yetişkin SCI için de bazı alaka olabilir. Burada yenidoğan fare tekrarlanabilir omurilik basısı (SCC) yaralanma üretmek için tüm prosedürü tariferken doğum sonrası (P) gün olarak 1. SCC verilen omurga düzeyde bir laminektomi yapılarak elde edilir hızla sıkıştırmak ve omurilik genişletmek için bir modifiye Yaşargil anevrizma mini klip kullanarak ve sonra (burada göğüs düzeylerde 9-11 açıklanan) . Daha önce açıklandığı gibi, yaralı yenidoğan fareler davranışsal açıkları için test ya da elektrofizyolojik ve yüksek verimli optik kayıt teknikleri 1 kullanılarak sinaptik bağlantı ex vivo fizyolojik analiz için feda edilebilir. Davranışsal ve fizyolojik değerlendirme kullanarak erken ve sürekli çalışmalar 2 hafta içinde tam bir fonksiyonel iyileşme ardından hindlimb motilite dramatik, akut bozulma ve sinaptik bağlantıları 1 inerek belirlenen düzeyinde işlevsel devresi değişikliklerin ilk kanıtları ortaya koymuştur.
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.
Bu yazıda P1 farelerde bir klip oluşturulan SCC yaralanma prosedürleri tarif edilmektedir. Aynı prosedürler, daha sonraki aşamalarda gerçekleştirilebilir. Sıkıştırma yaralanması P5, P7, P9 ve P12 (Züchner, et al., Hazırlama yazısı) başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Tüm doğum sonrası aşamalarında, genel anestezi saf oksijen buharlaşmış izofluran ile elde edilir, ancak anestezi sonuç yaş büyük ölçüde bağlıdır. Lokal anestezi protokolü girmiştir önce P1-P4 başlangıç girişimleri, yetersiz sedasyon ve aşırı doz arasındaki dar doz-etki penceresine derin ve uzun süreli sedasyon elde etmek zordu. Buna ek olarak, yeni doğmuş hayvanlarda izofluran bir nörotoksik etkisi ile ilgili endişeler 27-30 ortaya atılmıştır. izofluran bir arada ve daha derin ve daha istikrarlı anestezi lokal anestezik Bupivakain sonuçları 2-3 faktöründe bir izofluran doz azaltılması izin verirken. anestezi Farklı türlerisia 31,32 cryoanesthesia dahil olmak üzere, yeni doğan kemirgenler için tarif edilmiştir, ama cryoanesthesia potansiyel bir rahatsızlık etkili ve yeniden üretilebilir bir yaralanma nesil karmaşık hale getirebilir (33,34 tarafından incelenmiştir) kendi nöro-koruyucu bir etkisi vardır. Barbiturat bazlı anestezi sayesinde yetişkin 35,36 göre serum albümin ve vücut yağının düşük seviyelere neonatal farelerde daha düşük verim sahip olduğu kabul edilir.
Oldukça invaziv ve travmatik olsa prosedür ameliyat sırasında ölüm oranını kurulduktan sonra, düşüktür. Ancak, ameliyat farelerin kurtarma ve hayatta kalma geliştirmek için özellikle dikkat gerektiren işlem sırasında kritik adımlar vardır. Bir önemli konu ameliyatı hayatta kalmak için en iyi şansına sahip olacak yavrular seçmektir. çöp büyük olduğunda bireysel yavruların beslenme durumu değişir. Ameliyat sırasında meydana kaçınılmaz kanama ek olarak, ameliyat yavrular saat harcamakuzak anneden s ve genellikle ertesi sabah önce süt içmeyin. Nedenle daha önce, mide süt belirli bir miktarda yavrular seçmek için bir avantajdır. Bu P0 dan P7 karın deri yoluyla kolayca görülebilir.
ilk gece boyunca çalışan yavru anne tarafından cannibalized olma büyük bir risk altındadır. daha ameliyat farelerin yarısından bu modelin ilk gelişimi sırasında kafes içinde kan açık işaretleri ile, ertesi sabah eksik. Kemirgenlerde Necrophagy, yamyamlık ve infanticide yıllardır 37-40 için çalışılmıştır. Bu çalışmada, yamyamlık sadece bir kez tanık oldu, ama kafes iade edildi yavrular gece boyunca doğal nedenlerle ölüm imkansız gibi görünen böyle iyi durumda genellikle çünkü necrophagy daha muhtemel bir açıklama olarak kabul edildi. Bu kaygı ve saldırganlık i azaltmak için böyle Diazepam gibi geri dönüşümlü farmakolojik ajan kullanma fikrini istenirn (41 tarafından gözden) annesi. Diazepam intraperitoneal ölçüde daha az% 20 fazla% 60 ilk gece boyunca mortalite bırakarak, durumu düzeldi.
Ameliyat sonrası geri dönüş aşağıdaki itlaf ve mümkün olduğunca çöp kadar az bozarak çöp boyutunu küçültme ameliyat hayvanlar yararlanabilir ek unsurlardır. Ancak, anne ile sadece çalışan yavrular bırakarak yararlı değildir. / Çalıştırılan ameliyat edilmemiş yavruların en iyi denge hattına göre değişir, ama 3-4 ameliyat edilmemiş yavrular ile birlikte 4-5 çalıştırılan yavrular (yaralanma veya sahte) bırakarak ICR ve SCID-ICR farelerinde için en iyi sonuçları verdi olabilir.
Genel anlamda, bu yenidoğan SCI modelinin ana sınırlama yenidoğan omurilik yetişkin SCI modellerden elde edilen karşılaştırılabilir deney sonuçlarını temin edemeyebilir ve böylece yetişkin omurilikten birçok açıdan farklıdır ve olmasıdır. Bu farklılıklar genel boyutunu içerir veomurilik hacmi, hücre sayısı, az temsil gibi oligodendrositler olgunlaşmamış bağışıklık tepkilerinin ve olgun olmayan nöronal devreler gibi özel hücre tiplerinin. Bu modelde deneylerden elde edilen sonuçları dikkatlice düşünülmelidir. Öte yandan, model, pediyatrik MSY nispeten daha az araştırılmıştır senaryo için de geçerlidir. Ayrıca, yetişkin SCI modellerle ilgili belirgin zayıflığı yeniden eğer yetişkin omurilik minimal kaybolmamış olsa, terapötik alt tabakayı temsil edebilecek, plastisite mekanizmalarının aydınlatılmasını izin verebileceği potansiyel gücü de. Yenidoğan ya da embriyonik koşullarının eski haline az gelişmiş hücre veya doku implantasyon yoluyla veya daha önceki gelişim özellikleri erişkin doku doğurmak tepkin maddeler ile muamele ile uygulanabilir olduğu düşünülebilir. Perinöronal ağları ortadan kaldırmak için enzimler kullanarak ikinci bir yaklaşım 42,43 örneğidir.
<p class="Jove_content"> SCI için bir hayvan modeli oluşturmak önemli bir konu standardize yaralanma elde etmektir. Bu, birden çok SCI modellerinde ele alınmıştır, örneğin, transseksiyon, hemiseksiyona, Kırıcılar, cihazları etkileyen açısından vs balon sıkıştırma, forseps ezmek, statik ağırlık sıkıştırma, bu yönde çabalar SCI modellerinde sonuçlandı önemli bir yönüdür (44 tarafından gözden) hız, kuvvet ve süre gibi darbe birden fazla parametre manipüle edilebilir yetişkin kemirgenler. Başka bir yaklaşım, daha az ekipman içeren, Kerr-Lougheed anevrizma klibi 45,46 bir değişiklik kullanır. çarpma klip taklit eşzamanlı iskemi bazı derecesine sahip bir sıkıştırma yaralanma oysa bir kafa travması taklit Bunlar 2 yaklaşımlar tamamlayıcı niteliktedir. Çünkü önemli boyutu kısıtlamaları ve yenidoğan farelerin daha açığına, yüksek mortalite uzun ameliyatlar yanı sıra devel maliyetleri ile ilişkilidaha küçük ölçekli ekipman oping, bir çarpma oluşturulan çürük yaklaşımı yerine bir klip oluşturulan sıkıştırma geliştirmek için seçildi. Bu yenidoğan farelerin 1 vertebral kolonun boyutuna uyması için piyasada mevcut olan anevrizma mini klip uyarlayarak gerçekleştirildi. Bir stoper ekleme standart sıkıştırma genişliği sağlar ve sürece klibin gerginlik stoper sınırına kadar sıkıştırır olarak, asgari genişliği statik aşamasında sıkıştırma kuvveti biraz farklı olmalıdır. Bu kullanım ömrü boyunca klip Gerilim değişimleri değişir çünkü ne standart değil, dinamik aşamasında sıkıştırma hızıdır. sıkıştırma statik faz dinamik faz daha uzun sürer ve omurilik dokusu mini klip bıçağa karşı bir karşı çok uygular önermek için orada küçük olduğu için yaralanmanın şiddeti en fazla bağımlı olması muhtemeldir statik faz. Bununla birlikte, bu test edilmesi gerekmektedir. hasarşiddeti statik sıkıştırma kuvveti ve süresi, sıkıştırma ve dekompresyon hızı, mini klip pozisyon ve aynı sitede yapılan kompresyon sayısı dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır muhtemeldir. Bu nedenle, bu parametreleri kombinasyon varyasyonu zayıftan ciddi yaralanma şiddeti bir spektrum oluşumu gerçekleşebilir. Değişkenliği potansiyeline rağmen, bizim daha önce yayınlanmış bir çalışmada 1 biz histolojik, fizyolojik ve davranışsal düzeyde tutarlı sonuçlar elde yüzden kabul edilebilir standardizasyon elde etmek zor olduğunu önermek az şey vardır. Biz çalışmamızda Şekil 5'te gösterildiği gibi hava-adımlama gibi davranışsal testler de dahil olmak üzere, her düzeyde doğrulama birden fazla yöntem kullanılır unutmayın.Bu yenidoğan SCI modelinde yaralanma akson belli bir oranda yedek parça ve böylece yeniden modelin yoluyla adaptif plastisite ortaya çıkarmak için elverişli bir durum sağlarbağışladı bağlantıların g ve yeni devrelerin oluşumu. yenidoğan fare de birçok deneysel yöntemlerle soruşturma için uygundur Üstelik, davranış testleri, retrograd ve anterograd aksonal izleme, immünhistokimya, elektrofizyoloji ve yüksek olmak üzere entegre bir yaklaşımla fonksiyonel iyileşmeyi ve adaptif plastisite, incelemek için bu modeli kullanmak mümkündür -throughput optik kayıt 1. Bir örnek olarak, biz ex vivo Wholemount beyin sapı hazırlıkları ve yaralı omurilik 1 yüksek verimli kalsiyum görüntüleme kullanarak belirli inen girişlerinin seviyesinde ağ yeniden modelleme göstermek için bu bütünleştirici yaklaşımın yararlandı. Bu spinal nöronlar belirli alt popülasyonlar arasında sinaptik bağlantıların biçimlenme değerlendirmek için nöro-optogenetic ve optogenetic farmakoloji araçlarını kullanarak daha itilebilir.
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 |