マウスの脊髄前経路を介した両側腕神経叢神経の直接吻合プロトコルを確立するための臨床手術のシミュレーションを行い、中枢神経系および末梢神経系損傷後の交差神経伝達時のリハビリテーションの根底にある神経メカニズムの研究に貢献しました。
交差神経移植手術は、腕神経叢剥離損傷患者の損傷上肢を修復するための強力なアプローチです。最近では、この手術が脳損傷の臨床治療に独創的に応用され、麻痺した腕の実質的なリハビリテーションを達成しました。手術後のこの機能回復は、末梢感覚運動介入が脳損傷後の機能喪失を補うために深部神経可塑性を誘発することを示唆しています。しかし、その根底にある神経機構はよくわかっていません。したがって、創発的な臨床動物モデルが必要です。ここでは、マウスの脊髄前経路を介した両側腕神経叢神経の直接吻合のプロトコルを確立するために、臨床手術をシミュレートしました。神経解剖学的、電気生理学的、および行動学的実験により、これらのマウスの移植された神経が障害された前肢を正常に再神経支配し、脳損傷後の運動回復の促進に寄与することが確認されました。そこで、マウスモデルにより、中枢神経系および末梢神経系損傷後の交差神経伝達時のリハビリテーションの神経機構を明らかにしました。
腕神経叢(BP)は、腕、手、指の感覚と動きをつかさどる異なる脊椎セグメント(C5-T1)を持つ5つの神経で構成されています。これら5つのBP神経が脊髄から出た後、それらは合流して3つの神経幹を形成します:上(C5とC6の合流によって形成される)、内側(C7から)、および下(C8とT1の枝)。特に交通事故による重傷は、BP神経根の剥離につながることが多く、そのような機能障害は患者に壊滅的な影響を及ぼします1。強力な臨床的アプローチとして、交差神経移植手術は、損傷した神経末端をBPの健康な側に再接続することにより、BPへの剥離損傷を修復するために行われてきました2,3。この手術により、負傷した手の機能が改善され、患者の両半球の感覚運動皮質が直接再編成されます4。動物実験では、交差神経伝達後に皮質回路の劇的な再編成が誘導されることが明らかになっています5。末梢感覚運動の修飾は、成熟した脳の休眠中の可塑性を再活性化することができるため、交差神経移植手術は、脳損傷の修復にも大きな可能性を秘めています6。
最近では、中枢神経系の問題に対する新しい末梢神経変化戦略として、交差神経伝達の独創的な利用の可能性を確認しました。交差神経移植手術の一種である対側頸部第7神経移植術(CC7)は、脳損傷後の患者の非麻痺側から麻痺側にC7神経を移すことにより、麻痺した腕の有意な機能回復を達成するために適用されました7。この外科手術のユニークな特徴は、麻痺した上肢の感覚信号と運動信号が、「左右交差」の変位神経を介して対病変半球に伝達されたことです。注目すべきことに、CC7手術によって引き起こされる機能回復は、C7神経自体によって神経支配される機能に限定されない8。また、CC7手術は、脳性麻痺の小児の治療だけでなく、中高年の脳卒中患者のリハビリテーションにも活用できます。したがって、交差神経伝達が神経可塑性を刺激し、末梢感覚運動系を調節することにより、脳損傷からの運動回復を加速できると信じる十分な理由があります。
交差神経移植手術は、腕神経叢損傷(BPI)と脳損傷の両方の臨床治療において実質的なリハビリテーションを達成していますが、この手術の根底にある神経メカニズムは十分に理解されていません。臨床的特徴を特徴とする適切な動物モデルの欠如は、内部メカニズムの研究を制限してきました。従来、診療所では、病変の反対側にあるC7神経根を神経移植片(尺骨神経、腓腹神経、伏在神経など)を介して損傷側に移植し、患部の腕神経叢(正中神経、C7根、下体幹など)と接続していました2,3,9。この手術の比較的新しい修正では、罹患していないC7根が脊髄前ルートを介して罹患したC7神経に隙間なく直接移動することが含まれ、最適な解決策が提案されています7。現在、マウスは細胞型の特異性と遺伝的系統の多様性において優位性を示しており、神経生理学的メカニズムの研究に適しています。そこで、マウスの脊髄前ルートを介した両側C7神経根の直接吻合のプロトコルを確立するために臨床手術をシミュレートし、交差神経伝達時のリハビリテーションの根底にある神経メカニズムの研究に貢献しました。
クリニックでは、交差神経移植手術が、腕神経叢剥離損傷の患者や、脳卒中やTBIなどの脳損傷後の患者の治療に使用されています7,9,12。特に、脳の損傷は、てんかん、脳ヘルニア、感染症など、いくつかの合併症を引き起こす可能性のある重篤な神経学的状態です13。片側性脳損傷のすべての患者がCC7手術に適しているわけではありません。一般に、CC7手術は、慢性期(受傷後6ヶ月)の中枢性片麻痺の患者さんに対して、脳浮腫の影響を極力避けるために行われてきました。脳損傷後の認知障害および四肢麻痺の患者は、CC7手術の治療から除外されます。
ほとんどの研究は、皮下アプローチと腓腹または尺骨神経移植片吻合を使用して、対側のC7神経根を移植することを報告しています14,15。しかし、このような方法による神経再生には6か月を要するため、運動回復プロセスが妨げられ、脳の可塑性に影響を与える可能性さえあります14。以前の研究では、対側C7転移がラットで行われ、両側C7神経は介在自家移植された腓腹神経の4本の鎖を介して使用されました。しかし、マウスの脊髄前経路を介したC7神経伝達の報告はありません。マウスに修正された脊髄前ルートのCC7手術を行い、C7神経移植後の機能回復速度を検証しました。この研究では、脊髄前ルートを介した対側C7神経移植は、神経移植動物モデルの回復期間の短縮を反映して、術後1か月で麻痺した四肢機能を改善しました。したがって、このモデルは臨床状況を正確にシミュレートし、さらなる実験の基礎を築くことができます。
神経根を解剖し、リスクを軽減する方法は、C7移植にとって不可欠な問題です。ヒトとは異なり、マウスの腕神経叢は鎖骨の下の胸部に位置しています5,16。したがって、C7神経および脊椎17の根根の観察を可能にするために、アクセス戦略を変更する必要があった。胸骨切開術は安全で効果的な手術アプローチであり、心臓胸部手術のマウス実験で一般的に適用されています18,19。C6腹側椎弓も神経移動の障害です。そこで、胸骨切開手術を行い、C7神経根を解剖し、C6腹側椎弓を切断して移動距離を短縮した。
脊髄前ルートは、神経移植手術の直接吻合の成功率を有意に高めることができるが、すべてのマウスが直接吻合できるわけではない。これは主に、これらのマウスの解剖学的な違いによるものです。中体幹(C7神経)は、椎間孔に非常に近い場所で上体幹または下体幹と合流します。したがって、採取に利用できるC7神経の長さは不十分です。現在、唯一のアプローチは神経移植またはマウスの置換です。このモデルは、通常、8週齢のマウス(20〜25 g)で採用されますが、これはマウスが成熟しており、C7神経が処理に十分なサイズであるためです。この手術プロトコルは若いマウスにも適用できますが、若いマウスでは手術の難易度が大幅に増加します。
TBI+CC7群のマウスの前肢運動機能は、1ヶ月と2ヶ月で有意に増加しており、転移したC7神経が障害前肢の回復に寄与していることが示唆された。再髄鞘形成は、機能的な神経回復に不可欠です。以前の研究では、損傷した神経のミエリン鞘が1か月後に再生することが示されており、これらの結果と一致しています20。ここで、転移した神経は徐々に成熟し、行動テストと一致しました。筋電図検査は、神経伝達後の機能回復率をさらにテストするために使用されました。その結果、移植された神経は手術後4週間で患部の筋肉を神経支配することが実証されました。特に、この研究は、交差神経移植手術後の直接吻合による再神経支配の時点を決定した最初の研究です。
要約すると、マウスの脊髄前経路を介した両側腕神経叢神経の直接吻合のプロトコルを確立するための臨床手術をシミュレートし、変位した神経の機能を確認しました。このマウスモデルは、中枢神経系および末梢神経系損傷後の交差神経伝達時のリハビリテーションの神経機構の解明に貢献しました。
The authors have nothing to disclose.
この研究は、中国国家自然科学基金会(82071406、81902296、81873766)の支援を受けました。
1 mL syringe | KDL | K-20200808 | |
12-0 nylon sutures | Chenghe | 20082 | |
5-0 silk braided | MERSILK,ETHICON | QK312 | |
75% ethanol | GENERAL-REAGENT | P1762077 | |
Acupuncture needle | Chengzhen | 190420 | Use for making retractors |
Automatic clipper | Codos | CHC-332 | |
C57BL/6N mice | SLAC laboratory (Shanghai) | C57BL/6Slac | |
Electrocautery | Gutta Cutter | SD-GG01 | |
Erythromycin ointment | Baiyunshan | H1007 | |
Iodophor disinfection solution | Lionser | 20190220 | |
Medical tape | Transpore,3M | 1527C-0 | |
Micro needle holder | Chenghe | X006-202003 | |
Micro-forceps | Chenghe | B001-201908 | |
Micro-scissors | 66VT | 1911-2S276 | |
Operating microscope | OLYMPUS | SZX7 | |
Ophthalmic scissor | Chenghe | X041D1251 | |
Pentobarbital sodium | Sigma | 20170608 | |
Plastic infusion tube | KDL | C-20191225 | |
Sterile normal saline | KL | L121021109 | |
Vascular forceps | Jinzhong | J31020 | |
Warming pad | RWD | 69027 |