من جانب واحد قطع السبيل الهرمي للالقشري المسالك في الجرذان لتقييم العلاج الذي يحفز المرونة العصبية
Summary
الجهاز القشري، واحدة من مساحات الحسية الكبرى، يمكن lesioned من جانب واحد في الدماغ القوارض من أجل اختبار علاجات الذي يحفز المرونة العصبية للجهاز العصبي المركزي. يتم وصف هذا الإجراء الجراحي ("قطع السبيل الهرمي") والتقييمات بعد العملية الجراحية في هذا البروتوكول.
Abstract
الجهاز القشري (CST) يمكن قطعت تماما من جانب واحد في الأهرامات النخاعية من الدماغ القوارض. جنة العلم والتكنولوجيا هو الجهاز الحركية التي لها أهمية كبيرة للسيطرة على العضلات البعيدة في البشر، وإلى حد أقل، في القوارض. وهناك قطع من جانب واحد واحد النتائج هرم في فقدان تعصيب CST من الحبل الشوكي بشكل رئيسي على الجانب المقابل من الحبل الشوكي مما يؤدي إلى عابرة الإعاقة الحركية في الأطراف الأمامية ويستمر فقدان البراعة. توقعات المماثل من الجهاز القشري طفيفة. لقد المكرر أسلوبنا الجراحي لزيادة فرص الآفة اكتمالها. وصفنا الرعاية بعد الجراحة. تم الكشف عن العجز في الاختبار مونتويا الدرج بيليه الوصول واختبار سلم أفقي هو موضح هنا ما يصل إلى 8 أسابيع postinjury. تم الكشف عن العجز في اختبار اسطوانة تربية فقط عابر. ولذلك، فإن اختبار اسطوانة قد يكون فقط مناسبة للكشف عن التعافي على المدى القصير. وتبين لنا كيف، electrophysiologicallyوتشريحيا، يمكن للمرء أن تقييم الآفات والتغييرات البلاستيك. وصفنا أيضا كيفية تحليل الألياف من CST يصب بأذى تنتشر في جميع أنحاء خط الوسط في المناطق المحرومة. ومن الصعب الحصول على آفات كاملة> 90٪ باستمرار نظرا لقربها من الشريان القاعدي في النخاع المستطيل ومعدلات البقاء على قيد الحياة يمكن أن تكون منخفضة. يتم وصف النهج الجراحية البديلة والاختبار السلوكي في هذا البروتوكول. نموذج قطع السبيل الهرمي هو وسيلة جيدة لتقييم العلاج الذي يحفز المرونة العصبية، مما يزيد تنتشر من الألياف سليمة بعد الاصابة.
Introduction
الجهاز القشري (CST) هو واحد المسالك المحرك الرئيسي في الحبل الشوكي البشري. الأضرار التي لحقت هذا الجهاز بعد النتائج إصابة الحبل الشوكي في خسائر كبيرة من البراعة. وCST المهم وخاصة بالنسبة للحركة الحركية الدقيقة عند الإنسان، مثل حركة أرقام والسيطرة على العضلات البعيدة. كما أنها وجدت في القوارض على الرغم من أن موقع تشريحي لها داخل الحبل الشوكي يختلف عن البشر والضرر CST أقل تعطيل 1-4.
واحد في الجسم الحي نموذج للإصابة CST ينطوي على قطع السبيل الهرمي من جانب واحد، حيث يتم قطع هرم واحد في الدماغ بطني منقاري إلى التصالب (الشكل 1). الأهرامات هي سمة تشريحية واضحة على الجانب البطني من النخاع المستطيل من خلالها يدير CST قبل أن decussates. في الفئران، والغالبية العظمى من الألياف (حوالي 95٪) متقاطع في نهاية الذيلية من النخاع وجدت بعد ذلك في الجزء الظهري وسطي من الحبل الشوكي. ومع ذلك، approximatاعل 10٪ من الألياف decussated تعمل في الأعمدة الظهرية الوحشية. ما تبقى من ~ 5٪ من الألياف البقاء امتصالب على الجانب المماثل والسفر في الجزء الأنسي بطني 5،6. بعد قطع السبيل الهرمي يفقد الحبل الشوكي مدخلاتها مباشر من CST المقابل (الشكل 1).
نموذج قطع السبيل الهرمي هو جيد وخاصة لاختبار ردود الألياف سليمة من CST unlesioned إلى العلاج. انها تسمح تقييم اللدونة وتنتشر من الألياف سليمة عبر خط الوسط في الحبل الشوكي، وهي عصب المناطق مزالة العصب. وقد لوحظ أن السبيل القشري النخاعي لتنبت بشكل كبير في نماذج إصابة في العمود الفقري ويتوسط forelimb خاصة الانتعاش 7-10. قد تهدف علاج لتعزيز هذا الانتعاش forelimb. فعالية من العلاج يمكن اختبارها مع التقييمات السلوكية، وتقنيات تتبع تشريحية من الجهاز unlesioned والتجارب الكهربية محطة 3،11،12. </ P>
ميزة بالمقارنة مع معظم النماذج قبل السريرية الأخرى من إصابات في العمود الفقري هو أنه يؤثر على وجه التحديد المسالك واحد مقارنة مع إصابات العمود الفقري الأخرى التي تؤثر في كثير من الأحيان مساحات متعددة. وlesioned المسالك واحد فقط في واضحة، والموقع التشريحي سطحية. ميزة أخرى هي أن السبيل الهرمي هو نموذج اصابة استنساخه. إنها مناسبة في الموارد الحية للباحثين لاختبار تأثير العلاجات يحفز المرونة العصبية المحتملة، التي تهدف إلى استعادة وظيفة السيارات بعد وقوع إصابات أو الاضطرابات التي تؤثر على الجهاز الحركي 13،14.
Protocol
Representative Results
Discussion
وصفناها نموذج إصابة قطع السبيل الهرمي. يتم قطع السبيل القشري النخاعي على مستوى الدماغ. من جهة النظر الفنية هذه الجراحة يتطلب الكثير من الحذر والدقة. الدماغ يستوعب مراكز التنفس ومراكز القلب والأوعية الدموية في نوى متعددة مثل نواة غامضة والانفرادية جزءا لا يتجزأ في تشكيل شبكي تحت الأهرامات. إذا تم إجراء خفض عميق جدا وهذا يمكن أن يؤدي إلى صعوبات في التنفس المفاجئ، والتي قد تكون قاتلة. نعطي Dopram فقط قبل قطع لزيادة النشاط التنفس لمنع وقف التنفس المفاجئ. إذا توقف التنفس ومن الجدير التهوية الحيوان تتعلق بما يلي خمس دقائق مع الأكسجين لأنه قد يتعافى. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي على الاطلاق أن تجنب أي ضرر يلحق الشريان القاعدي. مضاعفات خلال أول أيام قليلة postinjury هي: نزيف آخر في الدماغ تؤثر على الوظائف الحيوية، وفقدان الوزن كبيرة، والتنفس الحاد difficulties بسبب التهجير القصبة الهوائية والتوجيه والتوازن مشاكل حادة للحيوان بسبب الاصابة واسعة بما في ذلك الزيتون فقط الجانبية لالأهرامات. ويمكن علاج هذه المضاعفات كما نهاية نقاط والحيوانات قد يكون قتل إنسانية. الرصد الدقيق خلال الأسبوع الأول بعد الجراحة أمر ضروري. يمكن إعطاء الأغذية التكميلية من أجل موازنة فقدان الوزن. التهاب الشعب الهوائية (التنفس خشن) يحل عادة في غضون 1-2 أيام. عموما، الحيوانات الأصغر سنا هي أسهل للعمل على النحو رقابهم أقل عميقة. وعلاوة على ذلك، فهي أكثر مرونة وأقل مضاعفات لديهم التنفس.
فهو يتطلب بعض الممارسة لتحقيق الآفة كاملة من CST مع قطع السبيل الهرمي. وبالمثل، التي نشرت في دراستين من قبل ستيوارد وآخرون 16، التي تحدد لتكرار تجربة السابقة التي Benowitz وآخرون. 28 معدلات وفيات عالية في البداية وأن بعض الآفات التي كانت غير مكتملة. السلوكيسوف يكون العجز متغير أيضا. ونحن نوصي بأن الطبيب الجراح جديد يقوم العديد من العمليات الجراحية ممارسة قطع السبيل الهرمي قبل إجراء أي تجربة كاملة لاختبار العلاج مرشح. طرق لمنع الآفات غير مكتملة ويتراجع خفض بإبرة تحت الجلد والتأكد من قطع ألياف القشري قريبة من الشريان القاعدي كما هو موضح في هذا البروتوكول. هناك خيارات أخرى وهي نضح موقع الآفة مع يميل الزجاج شفط ماصة كما هو موضح في زهو وآخرون 2003 (29). ويمكن أيضا سلك التنغستن غرامة استخدامها لقطع الجهاز 22. بديل لقطع السبيل الهرمي هو لقطع عنق الرحم C3 الظهرية CST من جانب واحد ومن ثم إلى قطع مع نهج البطني في الجزء البطني C2 ipsilesional من CST 18. ومع ذلك يمكن القول، آفة كاملة ليست ضرورية إذا كان الهدف هو دراسة تنتشر من CST contralesional. إذا تم lesioned غالبية الهرم وحدوث استجابة تنتشر من الجانب unlesioned هذا يمكن أن يكون كافيا.
هدف واحد من طراز قطع السبيل الهرمي الآفة هو يجتذ جانب واحد من المسالك القشرية واستخدام العلاجات يحفز المرونة العصبية لتحفيز اللدونة وتنتشر من الألياف سليمة غير المصابين. لاختبار العلاجات العصبية واقية هذا النموذج غير مناسب ونماذج إصابة أخرى مثل الإصابات كدمة ينبغي أن تستخدم. ويتم تقييم نتائج pyramidotomies غالبا مع الاختبار السلوكي وعلم التشريح. اختبار سلم أفقي، واختبار اسطوانة تربية ومونتويا اختبار الدرج هي التقييمات السلوكية الأكثر شيوعا. اختبارات أخرى وصفها في المؤلفات هي بيليه الوصول الاختبار، اختبار حبل التسلق، وتحليل المشية وشريط لاصق اختبار 3،17-19. ومع ذلك، غالبا ما يتم رصد نتائج معظم الاختبار السلوكي فقط بحد أقصى 42 يوما postlesion 3،4،11،17،18،20-22. من التجارب السابقة والقوارض استعادة معظم وظيفة في نقاط زمنية لاحقة دون أي تدخل العلاج. لقد أظهرنا ثار الاختبار سلم الأفقي واختبار الوصول مونتويا الدرج بيليه كشف عن الإعاقة تصل إلى نقطة زمنية لاحقة. أنها يمكن أن تستخدم لقياس الانتعاش وظيفية بسبب العلاج. يتم الحكم على اكتمال الآفة التي كتبها بي كي سي جاما تلطيخ (التي تصف الألياف CST في الأعمدة الظهرية) من الحبل الشوكي في مستوى عنق الرحم منقاري أو eriochrome تلطيخ cyanine من المقاطع العرضية للموقع الآفة. ويمكن حقن أمين ديكستران المعقدة البيروكسيديز في القشرة contralesional لتقييم تنتشر من الألياف سليمة عبر خط الوسط في منطقة النخاع الشوكي مزالة العصب.
وفي الختام، فإن النموذج الهرمي هو جيد لتقييم قدراتهم في إحداث المرونة العصبية من دواء لعلاج إصابات الجهاز العصبي المركزي إذا أتقنت عملية جراحية بنجاح. ويقيم اللدونة من الألياف سليمة. ان الخطوة التالية ستكون استخدام نموذج أكثر ذات الصلة سريريا مثل الإصابات كدمة لتقييم قدرة الدواء على التغلب على injuri أكبروفاق تؤثر على مساحات متعددة.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل الدولي العمود الفقري بحوث الثقة والثقة Rosetrees.
Materials
| Carprofen | Norbrook | Vm No; 02000/4229 | give 5mg/kg twice daily |
| Homeothermic Blanket System | Harvard Instruments | 507222F | |
| Isoflurane | Abbott | B506 | |
| Fine Scissors- Tough Cut | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11019-12 | |
| Long-toothed Alm retractors | Fine Science Tools | 17009-07 | |
| cautery system kit | Harvard Instruments | 726067 | |
| fine Dumont forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Carbon Steel burrs | Fine Science Tools | 19007-07 | |
| Dopram V-drops | Pfizer | apply 1 drop to tongue | |
| Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
| gelfoam | Equimedical | EQU705001 | |
| 3-0 Vicryl sutures | Ethicon | ||
| operating microscope | Zeiss | ||
| Compact Anaesthesia System Isoflurane K/F Single Gas | VetTech Solutions | ||
| Scales | Ohaus | NVT3201 | |
| Carbon Steel Scalpel blades No. 10 | Swann-Morton | 201 | |
| 25g needles | Terumo | NN-2525R | |
| syringes (1ml and 5ml) | Terumo | SS+01T1 / SS*05SE1 | |
| Saline (Sodium Chloride 0.9%) | Fresenius Kabi | Pl 08828/0178 | |
| cotton buds | Johnson and Johnson | 5000207582502 | sterilize before use |
References
- Lemon, R. N. Descending pathways in motor control. Annual review of neuroscience. 31, 195-218 (2008).
- Lemon, R. N., Griffiths, J. Comparing the function of the corticospinal system in different species: organizational differences for motor specialization. Muscle & nerve. 32, 261-279 (2005).
- Starkey, M. L., et al. Assessing behavioural function following a pyramidotomy lesion of the corticospinal tract in adult mice. Experimental neurology. 195, 524-539 (2005).
- Starkey, M. L., Bartus, K., Barritt, A. W., Bradbury, E. J. Chondroitinase ABC promotes compensatory sprouting of the intact corticospinal tract and recovery of forelimb function following unilateral pyramidotomy in adult mice. Eur J Neurosci. 36, 3665-3678 (2012).
- Brosamle, C., Schwab, M. E. Cells of origin, course, and termination patterns of the ventral, uncrossed component of the mature rat corticospinal tract. The Journal of comparative neurology. 386, 293-303 (1997).
- Brosamle, C., Schwab, M. E. Ipsilateral, ventral corticospinal tract of the adult rat: ultrastructure, myelination and synaptic connections. Journal of neuroctology. 29, 499-507 (2000).
- Bareyre, F. M., et al. The injured spinal cord spontaneously forms a new intraspinal circuit in adult rats. Nat Neurosci. 7, 269-277 (2004).
- Chen, Q., Smith, G. M., Shine, H. D. Immune activation is required for NT-3-induced axonal plasticity in chronic spinal cord injury. Exp Neurol. 209, 497-509 (2008).
- Z’Graggen, W. J., et al. Compensatory sprouting and impulse rerouting after unilateral pyramidal tract lesion in neonatal rats. J Neurosci. 20, 6561-6569 (2000).
- Rosenzweig, E. S., et al. Extensive spontaneous plasticity of corticospinal projections after primate spinal cord injury. Nat Neurosci. 13, 1505-1510 (2010).
- Z’Graggen, W. J., Metz, G. A., Kartje, G. L., Thallmair, M., Schwab, M. E. Functional recovery and enhanced corticofugal plasticity after unilateral pyramidal tract lesion and blockade of myelin-associated neurite growth inhibitors in adult rats. J Neurosci. 18, 4744-4757 (1998).
- Kartje-Tillotson, G., O’Donoghue, D. L., Dauzvardis, M. F., Castro, A. J. Pyramidotomy abolishes the abnormal movements evoked by intracortical microstimulation in adult rats that sustained neonatal cortical lesions. Brain Res. 415, 172-177 (1987).
- Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature Neuroscience. 1, 124-131 (1998).
- Akbik, F. V., Bhagat, S. M., Patel, P. R., Cafferty, W. B., Strittmatter, S. M. Anatomical plasticity of adult brain is titrated by Nogo Receptor 1. Neuron. 77, 859-866 (2013).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacol. 39, 777-787 (2000).
- Steward, O., Sharp, K., Yee, K. M. A re-assessment of the effects of intracortical delivery of inosine on transmidline growth of corticospinal tract axons after unilateral lesions of the medullary pyramid. Experimental neurology. 233, 662-673 (2012).
- Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature neuroscience. 1, 124-131 (1998).
- Weidner, N., Ner, A., Salimi, N., Tuszynski, M. H. Spontaneous corticospinal axonal plasticity and functional recovery after adult central nervous system injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 3513-3518 (2001).
- Schnell, L., Schneider, R., Kolbeck, R., Barde, Y. A., Schwab, M. E. Neurotrophin-3 enhances sprouting of corticospinal tract during development and after adult spinal cord lesion. Nature. 367, 170-173 (1994).
- Starkey, M. L., Bleul, C., Maier, I. C., Schwab, M. E. Rehabilitative training following unilateral pyramidotomy in adult rats improves forelimb function in a non-task-specific way. Experimental neurology. 232, 81-89 (2011).
- Ueno, M., Hayano, Y., Nakagawa, H., Yamashita, T. Intraspinal rewiring of the corticospinal tract requires target-derived brain-derived neurotrophic factor and compensates lost function after brain injury. Brain : a journal of neurology. 135, 1253-1267 (2012).
- Maier, I. C., et al. Constraint-induced movement therapy in the adult rat after unilateral corticospinal tract injury. J Neurosci. 28, 9386-9403 (2008).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 39, 777-787 (2000).
- Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., Dunnett, S. B. The "staircase test": a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. Journal of neuroscience methods. 36, 219-228 (1991).
- Soblosky, J. S., Song, J. H., Dinh, D. H. Graded unilateral cervical spinal cord injury in the rat: evaluation of forelimb recovery and histological effects. Behavioural brain research. 119, 1-13 (2001).
- Soleman, S., Yip, P., Leasure, J. L., Moon, L. Sustained sensorimotor impairments after endothelin-1 induced focal cerebral ischemia (stroke) in aged rats. Experimental neurology. 222, 13-24 (2010).
- Paxinos, G. . The Rat Nervous System. , (1995).
- Benowitz, L. I., Goldberg, D. E., Madsen, J. R., Soni, D., Irwin, N. Inosine stimulates extensive axon collateral growth in the rat corticospinal tract after injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 13486-13490 (1999).
- Zhou, L., Baumgartner, B. J., Hill-Felberg, S. J., McGowen, L. R., Shine, H. D. Neurotrophin-3 expressed in situ induces axonal plasticity in the adult injured spinal cord. J Neurosci. 23, 1424-1431 (2003).
