우리는 생쥐의 척추 전 경로를 통해 양측 상완신경총 신경의 직접 문합 프로토콜을 확립하기 위해 임상 수술을 시뮬레이션하여 중추 및 말초 신경계 손상 후 교차 신경 전달 시 재활의 기초가 되는 신경 메커니즘 연구에 기여했습니다.
교차 신경 이식 수술은 상완신경총 경련 손상 환자의 손상된 상지를 복구하기 위한 강력한 접근 방식입니다. 최근 이 수술은 뇌 손상의 임상 치료에 창의적으로 적용되어 마비된 팔의 실질적인 재활을 달성했습니다. 수술 후 이러한 기능적 회복은 말초 감각 운동 중재가 뇌 손상 후 기능 손실을 보상하기 위해 심오한 신경 가소성을 유도한다는 것을 시사합니다. 그러나 근본적인 신경 메커니즘은 잘 이해되지 않습니다. 따라서 응급 임상 동물 모델이 필요합니다. 여기에서 우리는 생쥐의 척추 전 경로를 통해 양측 상완신경총 신경의 직접 문합 프로토콜을 확립하기 위해 임상 수술을 시뮬레이션했습니다. 신경 해부학적, 전기 생리학적, 행동 실험은 이 쥐의 전달된 신경이 손상된 앞다리를 성공적으로 재신경 자극하고 뇌 손상 후 운동 회복을 가속화하는 데 기여한다는 것을 확인하는 데 도움이 되었습니다. 따라서 마우스 모델은 중추 및 말초 신경계 손상 후 교차 신경 전달 시 재활의 기초가 되는 신경 메커니즘을 밝혔습니다.
상완신경총(BP)은 팔, 손, 손가락의 감각과 움직임을 담당하는 서로 다른 척추 분절(C5-T1)을 가진 5개의 신경으로 구성되어 있습니다. 이 5개의 BP 신경이 척수에서 빠져나간 후, 이들은 합쳐져 3개의 신경 줄기를 형성합니다: 상부(C5와 C6의 병합에 의해 형성됨), 내측(C7에서), 하부(C8과 T1의 가지). 특히 교통사고로 인한 심각한 부상은 종종 혈압 신경근의 경련으로 이어지며, 이러한 기능 장애는 환자에게 치명적인 영향을 미친다1. 강력한 임상적 접근법으로, 교차 신경 이식 수술은 손상된 신경 말단을 BP의 건강한 쪽에 다시 연결하여 BP의 경련 손상을 복구하기 위해 수행되었습니다 2,3. 이 수술은 다친 손의 기능적 개선과 환자의 양쪽 반구에 있는 감각운동 피질의 직접적인 재편성을 가져온다4. 동물 실험에 따르면 대뇌 피질 회로의 급격한 재편성은 신경 전달을 통과한 후 유도되었다5. 말초 감각 운동 변형은 성숙한 뇌의 휴면 가소성을 재활성화할 수 있기 때문에 교차 신경 전달 수술은 뇌 손상을 복구하는 데 큰 잠재력을 가지고 있다6.
최근에는 중추신경계 문제에 대한 새로운 말초신경 변화 전략으로 교차 신경 전달의 창의적 활용 가능성을 확인했습니다. 교차 신경 전달 수술의 일종인 반대측 경추 제7 신경 이식술(CC7)은 뇌손상 후 환자의 C7 신경을 마비되지 않은 쪽에서 마비된 쪽으로 전달하여 마비된 팔의 상당한 기능적 회복을 달성하기 위해 적용되었다7. 이 외과 수술의 독특한 특징은 마비된 상지의 감각 및 운동 신호가 “좌우 교차” 전위된 신경을 통해 반대 반구로 전달된다는 것입니다. 특히, CC7 수술에 의한 기능적 회복은 C7 신경 자체에 의해 신경 분포된 기능에 국한되지 않는다8. 또한 CC7 수술은 뇌성마비 소아 치료뿐만 아니라 중장년 뇌졸중 환자의 재활에도 사용할 수 있습니다. 따라서 교차 신경 전달이 신경 가소성을 자극하여 말초 감각 운동 시스템을 조절하여 뇌 손상으로부터 운동 회복을 가속화할 수 있다고 믿을 수 있는 충분한 이유가 있습니다.
교차 신경 이식 수술은 상완신경총 손상(BPI)과 뇌 손상의 임상 치료에서 상당한 재활을 달성했지만 이 수술의 기저에 있는 신경 메커니즘은 여전히 잘 이해되지 않고 있습니다. 임상적 특징을 특징으로 하는 적절한 동물 모델이 없기 때문에 내부 메커니즘에 대한 연구가 제한되었습니다. 전통적으로 클리닉에서는 병변 반대쪽의 C7 신경근이 신경 이식편(예: 척골 신경, 구럴 신경 또는 복재정)을 통해 손상된 쪽으로 전달되고 영향을 받은 상완신경총(예: 정중 신경, C7 뿌리 또는 하부 몸통)과 연결됩니다2,3,9. 이 수술의 비교적 새로운 변형은 영향을 받지 않은 C7 뿌리를 아무런 틈 없이 척추 전 경로를 통해 영향을 받은 C7 신경으로 직접 전달하는 것으로, 최적의 해결책7을 제안한다. 현재 마우스는 세포 유형 특이성 및 유전적 균주 다양성에서 이점을 나타내며 신경 생리학적 메커니즘을 연구하는 데 더 적합합니다. 따라서 생쥐의 척추 전 경로를 통한 양측 C7 신경근의 직접 문합을 위한 프로토콜을 확립하고 교차 신경 전달 시 재활의 기초가 되는 신경 메커니즘 연구에 기여하기 위해 임상 수술을 시뮬레이션했습니다.
클리닉에서 교차 신경 전달 수술은 상완 신경총 경련 손상 및 뇌졸중 및 TBI와 같은 뇌 손상 후 환자를 치료하는 데 사용되었습니다 7,9,12. 특히 뇌 손상은 간질, 뇌 탈장, 감염 등 여러 합병증을 유발할 수 있는 심각한 신경학적 상태이다13. 편측성 뇌 손상이 있는 모든 환자가 CC7 수술에 적합한 것은 아닙니다. 일반적으로 CC7 수술은 뇌부종의 영향을 최대한 피하기 위해 만성기(손상 후 6개월)의 중추성 편마비 환자에게 시행됩니다. 뇌손상 후 인지장애 및 사지마비 환자는 CC7 수술 치료에서 제외됩니다.
대부분의 연구에서는 반대쪽 C7 신경근을 이식하기 위해 피하 접근법과 귀 또는 척골 신경 이식편 문합술을 사용한다고 보고했습니다14,15. 그러나 이러한 방법으로 신경 재생을 위해서는 6개월이 걸리기 때문에 운동 회복 과정을 방해할 수 있으며 뇌 가소성에도 영향을 미칠 수 있다14. 이전 연구에서는 쥐에서 반대측 C7 전달을 수행했으며 양측 C7 신경은 4개의 가닥 가닥의 interpositional autografted sural nerve를 통해 사용되었습니다. 그러나 생쥐에서 척추 전 경로를 통한 C7 신경 전달에 대한 보고는 없었습니다. 생쥐를 대상으로 변형된 척추 전 경로의 CC7 수술을 시행하고 C7 신경 전달 후 기능 회복 속도를 검증했다. 이 연구에서 척추 전 경로를 통한 반대측 C7 신경 전달은 수술 후 1개월 후 마비된 사지 기능을 개선했으며, 이는 신경 이식 동물 모델의 회복 시간이 짧았음을 반영합니다. 따라서 이 모델은 임상 상황을 정확하게 시뮬레이션하고 추가 실험을 위한 토대를 마련할 수 있습니다.
신경근을 절개하고 위험을 줄이는 방법은 C7 이식에 필수적인 문제입니다. 인간과 달리 쥐의 상완신경총은 쇄골 5,16 아래의 가슴에 있습니다. 그러므로, 접근 전략은 C7 신경과 척추17의 근근을 관찰할 수 있도록 변경되어야 했다. 흉골 절개술은 안전하고 효과적인 수술 방법이며 흉부 수술의 마우스 실험에 일반적으로 적용됩니다18,19. C6 lamina ventrali는 또한 신경 전달에 장애물입니다. 따라서 C7 신경근을 절개하고 C6 라미나 복부를 절단하여 이송 거리를 단축하기 위해 흉골 절개술을 시행했습니다.
척추 전 경로는 신경 이식 수술의 직접 문합 성공률을 크게 높일 수 있지만 모든 마우스를 직접 문합할 수 있는 것은 아닙니다. 이것은 주로 이 쥐의 해부학적 차이 때문입니다. 중간 몸통(C7 신경)은 추간공에 매우 가까운 위치에서 위쪽 또는 아래쪽 몸통과 합쳐집니다. 따라서 채취에 사용할 수 있는 C7 신경의 길이가 충분하지 않습니다. 현재 유일한 접근법은 신경 이식 또는 쥐 교체입니다. 이 모델은 일반적으로 8주 된 마우스(20-25g)에 사용되는데, 이는 마우스가 성숙하고 C7 신경이 다루기에 적절한 크기이기 때문입니다. 이 수술 프로토콜은 어린 마우스에도 적용할 수 있지만, 어린 마우스에서는 수술의 난이도가 크게 증가합니다.
TBI + CC7 그룹의 마우스의 앞다리 운동 기능은 1개월 및 2개월에 유의하게 증가했으며, 이는 전달된 C7 신경이 손상된 앞다리의 회복에 기여했음을 시사합니다. 재수초화는 기능적 신경 회복에 매우 중요합니다. 이전 연구에서는 손상된 신경의 미엘린 수초가 한 달 후에 재생되는 것으로 나타났으며, 이는 이러한 결과와 일치한다20. 여기서 전이된 신경이 점차 성숙해졌고, 이는 행동 검사와 일치했다. 신경 전달 후 기능 회복 속도를 추가로 테스트하기 위해 근전도 검사를 사용했습니다. 그 결과 수술 후 4주 후에 전달된 신경이 영향을 받은 근육을 신경 자극하는 것으로 나타났습니다. 특히, 이 연구는 교차 신경 이식 수술 후 직접 문합으로 신경 재형성 시점을 결정한 최초의 연구입니다.
요약하면, 우리는 생쥐에서 척수전 경로를 통해 양측 상완신경총 신경의 직접 문합을 위한 프로토콜을 확립하기 위해 임상 수술을 시뮬레이션하고 변위된 신경의 기능을 확인했습니다. 생쥐 모델은 중추 및 말초 신경계 손상 후 교차 신경 전달시 재활의 기초가되는 신경 메커니즘을 설명하는 데 기여했습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 연구는 중국 국립 자연 과학 재단 (82071406, 81902296, 81873766)의 지원을 받았습니다.
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 |