JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
신경과학

Односторонний пирамидотомия из кортикоспинальных тракта у крыс для оценки нейропластики вызывающие Терапии

Published: December 15, 2014
doi:
10.3791/51843
, , , , ,
1Neurorestoration, Wolfson Centre for Age-Related Diseases,King’s College London, 2Department of Neuroscience,Baylor College of Medicine

Summary

Кортикоспинальных тракта, одним из основных путей сенсомоторных, может быть поражений в одностороннем мозга грызунов с целью проверки Нейропластичность индуцирующего терапии для центральной нервной системы. Эта хирургическая процедура ("пирамидотомия") и послеоперационные оценки описаны в данном протоколе.

Abstract

Кортикоспинальных путей (КНТ), может быть полностью разорваны в одностороннем порядке в мозговой пирамид ствола мозга грызунов. КНТ двигателя тракта, который имеет большое значение для дистального мышечного контроля в организме человека и, в меньшей степени, у грызунов. Одностороннее сокращение одного результатов пирамиды к потере КНТ иннервации спинного мозга, главным образом, на противоположной стороне спинного мозга, ведущей к переходным двигательные нарушения в передних и понес ущерб ловкости. ОДНОСТОРОННЯЯ проекции корково-кишечного тракта являются незначительными. Мы усовершенствовали наш хирургический метод, чтобы повысить вероятность поражения полноты. Мы описываем послеоперационный уход. Дефицит на тесте Монтойя лестница гранул достигает и лестницы теста горизонтальной, показанные здесь, было обнаружено до 8 недель postinjury. Дефицит по испытанию цилиндра выращивания выявляются только временно. Таким образом, тест цилиндр может быть только подходит для обнаружения короткого срока восстановления. Мы покажем, как электрофизиологическии анатомически, можно оценить повреждения и пластиковые изменения. Мы также описывается, как анализировать волокна из неповрежденную КНТ прорастания через срединную линию в неблагополучных районах. Это является сложной задачей, чтобы получить> 90% полных поражений последовательно из-за близости к основной артерии в мозге и выживаемость может быть низкой. Альтернативные хирургические подходы и поведенческие испытания описаны в данном протоколе. Пирамидотомия модель является хорошим инструментом для оценки Нейропластичность вызывающие процедуры, которые увеличивают прорастания неповрежденных волокон после травмы.

Introduction

Кортикоспинальных путей (CST) является одним из основных путей двигателя в спинном мозге человека. Повреждения тракта после спинного мозга приводит травматизма в значительной потери ловкости. CST особенно важно для тонкой движения двигателя в людях, таких, как значный движения и дистальной мышечного контроля. Он также находится на грызунах, хотя его анатомической локализации в спинном мозге отличается от людей и CST ущерб менее отключение 1-4.

Один из естественных модель CST травмы включает в одностороннем порядке пирамидотомия, где пирамида в брюшной мозга режется ростральная в перекрест (рисунок 1). Пирамиды ясно анатомическая особенность на брюшной стороне продолговатого мозга, через которые CST работает, прежде чем он decussates. У крыс, большинство волокон (около 95%) decussate на хвостовом конце продолговатого мозга и после этого найти в спинной медиальной части спинного мозга. Тем не менее, approximatЭли 10% decussated волокна идут в дорсолатеральных столбцов. Оставшиеся ~ 5% волокон остаться зачеркнутым на той же стороне и отдых в брюшной медиальной части 5,6. После пирамидотомия спинного мозга теряет Прямой ввод с противоположной CST (рис 1).

Пирамидотомия модель особенно хороша для тестирования ответов интактной волокон непораженный КНТ лечения. Это позволяет оценить пластичность и прорастание интактных волокон по всей средней линии в спинном мозге, которые иннервируют денервированных области. Кортикоспинальных тракта наблюдается значительно прорастают в спинной моделей травматизма и посредником особенно передних конечностей восстановления 7-10. Лечение может стремиться к улучшению данного восстановления передних конечностей. Эффективность терапии могут быть проверены с оценки поведения, анатомические методы Розыск непораженный путей и терминальных электрофизиологических экспериментов 3,11,12. </ P>

Преимущество по сравнению с большинством других доклинических моделях спинномозговых травм является то, что он специально поражает одну тракт по сравнению с другими повреждениями спинного мозга часто затрагивающих несколько трактов. Только один тракт в ясной, поверхностный анатомического расположения является поражением,. Еще одним преимуществом является то, что пирамидотомия является воспроизводимой модели травмы. Это подходит в естественных условиях ресурса для исследователей для проверки эффекта потенциальных Нейропластичность вызывающие лечения, которые направлены на восстановление двигательной функции после травм или расстройств, влияющих на систему 13,14 двигателя.

Protocol

Заявление по этике: Все процедуры проводились в соответствии с руководящими указаниями внутренних дел Великобритании и животных (научные процедуры) Закон 1986 года. 1. хирургии и травмы Примечание: Использование крысы тяжелее 220 г может помочь с послеоперационного восстановления, если хирург считает, животные часто теряют больше, чем 10% от их предоперационной массы тела. Перед операцией, проверить животных для их предпочтения передней лапы с тестом цилиндра выращивания 15 или Монтойя staicase теста 24. Предпочтительно, вырезать пирамида / CST соответствующие доминирующей передней лапой. ПРИМЕЧАНИЕ: В течение двух дней до операции, поместите следующие элементы в клетках, так что крысы ознакомиться с продуктов питания, которые будут полезны в период выздоровления после операции: гидрогеля пакетов, мокрый пюре, и высокая калорийность пищевых добавок. Стерильные версии этих пищевых добавок доступны из различных поставщиков. Обезболить женский LИстр с капюшоном крыс (весом от 200 до 250 г) с ИФ (5% индукции и от 1 до 2% для технического обслуживания) в кислороде (расхода: 1,5 л / мин). ПРИМЕЧАНИЕ: Выбор анестезии важно. Вдыхание анестетика позволяет быстрее регулирования глубины анестезии кетамином, чем, который также широко используется. Isoflurane позволяет лучше контролировать частоты дыхания и глубины. Выбор анестетика является изофлуран. Примечание: Использование крысы тяжелее 220 г может помочь с послеоперационного восстановления, если хирург считает, животные часто теряют больше, чем 10% от их предоперационной массы тела. Администрирование Carprofen подкожно в качестве анальгетика, когда животные анестезировали для уменьшения воспаления и обеспечить обезболивание. Примечание: Carprofen сделано в течение пирамидотомия хирургии в нашей лаборатории по совету нашего ветеринара. Опиаты могут вызвать дальнейшее угнетение дыхания во время операции. Поддержание животных при 37 ° С во время операции с использованием домothermic система одеяло и ректальной температуры зонда. Подтвердите полная анестезия путем проверки лапы щепотка вывода рефлекс и рефлекс моргания. Примечание: Дополнительно: Для борьбы с дыхательными проблемами во время операции, интубации и вентиляции могут быть возможным. Однако, имейте в виду, что нужно трахеи смещаться во время операции. После того, как под наркозом, поместите крысы в ​​положении лежа на спине, бриться брюшной шею и стерилизовать с 1% хлоргексидина салфетки и / или спиртовыми салфетками. Наложите стерильную хирургическую одеяло над животным и сохранить место в стерильной во все времена. После того, как под наркозом, поместите крысы в ​​положении лежа на спине, бриться брюшной шею и стерилизовать с 1% хлоргексидина и спиртовыми салфетками. Наложите стерильную хирургическую одеяло над животным и сохранить место в стерильной во все времена. ПРИМЕЧАНИЕ: При необходимости, голова крысы могут быть установлены в стереотаксической рамы в положении лежа на спине во время операции, чтобы отключить мобильность головы, т.е.затылочная кость. Сделайте долгий от 2 до 3 см срединный разрез от подбородка до почти ростральной конце грудины с использованием стерильного скальпеля (# 10). При желании, нанести небольшие бульдог зажимы, чтобы убрать кожу. Блант рассекать верхние слои ткани, такие как желез (например, подчелюстной железы и околоушной железы) и мышц, покрывающих трахеи с использованием обратного действия с притупленными ножниц и зубчатых щипцов. Всегда оставаться на линии. Ткани должны легко отделить. После того, как трахея подвергается, сворачивайте его в сторону. По средней линии видно под ней два белых жировых отложений, маркировка срединной линии на ростральной конца. Спинка с белыми жировых отложений, тупая рассекают ткани до вентральной поверхности черепа (затылочной кости кость) будет достигнута. Вставьте давно зубчатые ретракторы (длина зуба 5,5 мм или 16 мм), чтобы сохранить трахею смещается в одну сторону (максимум 1 см) и выставить основание черепа. Смещение трахеи может Обьструктура дыхание. ПРИМЕЧАНИЕ: Для некоторых животных, ослабьте втягивающие на несколько раз во время операции, чтобы снять напряжение на трахее, например, каждые 10 мин в течение 2 мин. Крюк ретракторы может быть использован вместо длинных зубьями ретракторов чтобы уменьшить напряжение смещения. Тщательно прижечь мелкие видны кровеносные сосуды в ростральной конце пошло на гортани, чтобы избежать кровотечения. ПРИМЕЧАНИЕ: Для того, чтобы предотвратить прижигание Возвратный гортанный нерв кровеносные сосуды тщательно оторвался от ткани стены, прежде чем они прижигали. Настройте микроскоп для остальной части операции. Удалить надкостницу, покрывающую основание черепа с тонким пинцетом. Отрегулируйте преднатяжителями для достижения наилучшего представления для бурения. Почувствуйте неровную поверхность в затылочной кости кости с тонким пинцетом, отметив, возвышение на средней линии, которая охватывает основной артерии. Рострально, череп становится поднят небольшой выпуклости. В зависимости от того, какой стороной желании поражение, просверлить отверстие около 1 мм латеральнее средней линии в медиолатеральной движений. ПРИМЕЧАНИЕ: Помните, что крыса в положении лежа на спине, а его левая сторона может быть на следователей правой стороны! После того, как отверстие сделано, увеличить к средней линии с небольшими вертикальными вверх и сверху донизу движений со сверлом до базилярной артерии не станет четким и увеличить боков, по крайней мере, 2 мм. Убедитесь в том, базилярная артерия четко виден. Пирамида может быть идентифицирован по его слегка выпуклые формы (рис 2) и граничащих кровеносные сосуды. Удалите все оставшиеся фрагменты костей с тонким пинцетом. Нанесите один каплю Доксапрам гидрохлорид, дыхательной стимулятор, на языке. Откройте твердую мозговую оболочку в продольном направлении с 26 иглы и тонкие щипцы сбоку от основной артерии. Окунитесь в спинномозговой жидкости (ликвора) и любое кровотечение с ватными палочками. Как избежать injuры в основной артерии, сделать разрез шириной около 1,5 мм, охватывающей ширину пирамиды и 0,5 мм в глубину с Vännäs Весна Ножницы перпендикулярно к основной артерии (рис 2), чтобы прервать волокон CST. ПРИМЕЧАНИЕ: Отметьте microscissors заранее на 0,5 мм от самых кончиков. После того, как твердая мозговая оболочка открывается базилярной артерии могут быть перемещены немного сбоку позволяет более широкий доступ к пирамиде. Повторите разрез, используя конец 26 иглы, чтобы обеспечить поражение включает в себя волокна, близкие к основной артерии. Остановить кровотечение с легким нажимом, применяемой ватные палочки. Необязательно, разрез может быть покрыта Gelfoam. Снимите преднатяжителями, заменить ткани и шов только кожу 3-0 викрил швов. После операции, не держать животное в инкубаторе при 32 ° С до полностью проснулся и управлять 5 мл физиологического раствора подкожно, если это необходимо. Не оставляйте животное без присмотра. Дайте Carporfen подкожнокак противовоспалительное, и как болеутоляющее при послеоперационной боли в один прекрасный день послеоперационные. Монитор животных тесно в течение одной недели после операции и по крайней мере один раз в неделю после этого. В соответствии с требованиями после операции, гель пакеты место гидратации, протертые детского питания, мокрый пюре и сухого чау на полу клетки. Обеспечить бутылки с водой с длинными носиками (не имеющих шарикоподшипник клапаны).

Representative Results

Выживаемость. В представленном исследовании, проведенном нами, мы имели выживаемость 16 из 20 женщин с капюшоном крыс Lister (200 г до 250 г). Наиболее частым осложнением является затрудненное дыхание из-за трахеи смещения или повреждения дыхательных центров в стволе головного мозга просто спинной к пирамидам (ядро solitarii, неоднозначных и parabrachilis). Похожие результаты были получены в литературе 16. Поведенческие результаты. Диапазон поведенческих тестов были использованы для оценки сенсомоторной результат после пирамидотомия грызунов: тест по горизонтали лестнице, одной гранулы достижения тест, тест цилиндр Воспитание и лестница тест Монтойя наиболее часто используемые оценки поведения. Другие тесты, описанные в литературе, осадок достижения тест, тест лазания по канату, анализ походки и тест клейкая лента3,17-19. Большинство из них показывают функциональный дефицит двигателя 1 неделю после травмы. В настоящее время, большинство исследований, описанные в литературе выполнять только поведенческие тестирование до 42 дней 4,11,13,20,21 или в течение более короткого времени 3,18,22. Мы провели поведенческие испытания в течение длительного периода времени и обнаружили, по существу, полное восстановление двигательной функции 8 недель после пирамидотомия для некоторых из поведенческих тестах, за исключением того, лестница теста Монтойя и испытанию на горизонтальной лестнице. Это, вероятно, по нескольким причинам. Во-первых, ранены CST ростральнее поражения могут образовывать синапсы на нейронах в стволе головного мозга, которые действуют в качестве косвенных реле для моторных нейронов в спинном мозге. Во-вторых, неповрежденной (контралатеральной) CST может прорастать и формы синапсы на нейронах в стволе головного мозга или спинного мозга, которые действуют как реле для двигательных нейронов. В-третьих, другие обошло двигателя массивы, такие как ретикулоспинальных, вестибулоспинальных или rubrospinal путей может взять на себя некоторые функции. Таким образом, прочного тreatment эффект трудно обнаружить с помощью многих поведенческих тестов в модели пирамидотомия. Некоторые поведенческие испытания в этой модели, однако может указывать на ускорение процесса восстановления в ранние сроки после травмы, которая связана с лечением. Разведение цилиндр тест 3,4,23 На основании теста цилиндра выращивания CST, соответствующий доминирующего передней лапой был ранен. Крыс помещали в цилиндр из плексигласа и выращивание поведение наблюдается в течение 3 мин. Preinjury было небольшое предпочтение для использования одной передней лапы, доминирующей передней лапой, при вертикальном разведки (рис 3А). Травмы влияет на доминирующей стороной и использование contralesional лапы снизилась до 28% на 1 неделю postinjury (повторных измерений ANOVA р <0,05; после специального анализа выявленных животные страдают от значительного дефицита в будние 1, 2 и 3, P <0,05, LSD Фишера). 4 недели postinjury животные восстановленыд использованы пораженный переднюю конечность 45% тыловых, и после 6 недель это было 57% (N = 16, среднее ± стандартная ошибка показана). Кроме того, Старки и др. (4) оценили мышей с помощью баллона, до 42 дней после пирамидотомия и сообщили о значительном снижении в использовании пораженной лапой в течение всего периода тестирования. Монтойя Лестница тест 24 Крысы требуют pretraining для этого теста, чтобы акклиматизироваться до травмы. Для повышения мотивации во время тестирования сессии животных продуктов питания ограничивается 15 г пищи на крысу накануне вечером. Пищевые лишены крыс помещают в лестнице Montoya в течение 15 мин. С каждой стороны есть лестница 7 ступеней с колодцев, каждая из которых содержит 3 гранулы. Общее количество полученных гранул на каждой стороне записываются. Извлеченных гранул номер с contralesional / пострадавших лапы значительно снизилась с 61% preinjury в3% 3 дней postinjury (фиг.3В). Возможность получения гранул еще значительно хуже, в течение 4 недель postinjury с 20% гранул, получаемых. Крысы показать значительный дефицит до 8-й недели и только 29% гранул едят в этот момент времени (повторных измерений ANOVA р <0,05, постфактум анализ показал, животные имеют значительный дефицит на contralesional стороны на всех недель, р <0,05, Фишера LSD). Ipsilesional лапка влияет до 1 недели postinjury; Однако это восстанавливает на второй неделе (повторных измерений ANOVA р <0,05, постфактум анализ показал, животные имеют значительный дефицит на 3-й день и на неделю 1 на ipsilesional лапы, р <0,05, ЛСД Фишера). Начальные дефицитов ipsilesional передней лапой может быть объяснено lesioning ипсилатерального части корково-кишечного тракта, проходящей через разреза пирамиды, с последующим прорастания и восстановления. ГоризонтальныйЛестница тест 25 Крысы требуют pretraining для этого теста. Крысы ходить три раза в течение 1 м длинной лестнице с нерегулярным Расстояние между перекладинами. Видео проанализированы ниже в замедленном темпе и общего количества стопы скользит и промахов на каждой лапе количественно. График на рисунке 3C представляет собой общее количество промахов и промахи в пострадавшем и менее пораженной стороне (передней лапы + задняя лапа) в процентах к общему числу принятых мер. Крысы имеют значительно возросшее число ошибок 1 неделя postinjury с 10% или 11% на пораженной стороне и менее пораженной стороне соответственно. Этот дефицит постоянно находящийся на contralesional / пораженной стороне до 8-й недели с 10% ошибок, допущенных, однако, решает на ipsilesional / меньше пораженной стороне от 2 недель (с повторными измерениями ANOVA, постфактум анализ показал, животные имеют значительный дефицит во всех недель contralesional сторона и значительные дефициты на Неделе 1 и 3 на ipsilesionalсторона, р <0,05, ЛСД Фишера). Электрофизиологические тестирования В терминале электрофизиологического наладки животного анестезировали внутрибрюшинно уретана. В течение этой процедуры, она хранилась при температуре 37 ° C ± 1 ° C. Его вентральный области шеи, ее передние конечности и грудь область брили и дезинфицировали йодом скраба. Пирамиды были разоблачены как описано выше, и лучевой нерв был выставлен в плечо посредством брюшной подхода рассечением кожи и большой грудной. Дистальный конец лучевого нерва разрезали и нерв был положен на двух серебристо-проволочный крючок-электродов в минеральном масле бане. Либо пирамида стимулировали концентрических биполярных электродов на разных глубинах с 5 импульсов на 300 Гц и увеличением амплитуды стимуляции. Записи были всегда от радиального нерва инвалидов руки (рис 4). Неповрежденной анимALS был сильный ответ на задержки от 12 до 20 мс в лучевого нерва при противоположной пирамида была стимулировали (4В). Ипсилатеральная стимуляция приводит только к случайным активации (рис 4C). Животные, которые получали pyramidotomies, на противоположной стороне к записи рычага не показывают реакцию в радиальном нерва, когда поражений тракта стимулируется над поражением (фиг.4В '). Тем не менее, стимуляция волокон CST в пирамидах ОДНОСТОРОННЯЯ к записи электроды в результате сильной активации в лучевого нерва по сравнению с неповрежденной животных в течение 12 недель postinjury (рис 4C »). Анатомические результаты. Животные были умерщвлены 10 недель послеоперационные в соответствии с Законом 1986 года две недели назад Приложении 1 к животным (Научно процедуры), пострадал CST была прослежена биотинилированнымидекстран амин (BDA) инъекции в моторной коре 26 ипсилатерального инвалидов руке (рисунок 1). Это позволяет количественно оценить неповрежденных волокон, которые пересекают среднюю линию и поставляют contralesional спинного мозга (рис 5C, D). Неповрежденной животные имеют только несколько волокон, пересекающих среднюю линию, в то время как это увеличивает в ответ на повреждение. Поперечной шейной секции спинного мозга окрашивали протеинкиназы С (ПКС) гамма оценить долю денервации в пораженном CST (рис 5E) 16. Кроме того, полнота поражения могут быть оценены путем введения двоичных данных Tracer в моторной коре на ipsilesional стороне травмы пирамидотомия. Отсутствие маркировки в противоположной дорсомедиального КНТ и ипсилатеральная вентромедиальное КНТ свидетельствует о полной односторонней перерезки. <img alt="Рисунок 1" fo:conte nt-ширина = "4 дюйма" src = "/ файлы / ftp_upload / 51843 / 51843fig1highres.jpg" ширина = "400" /> Рисунок 1: Схематическое изображение Кортикоспинальных участки у крыс и одностороннее аксотомии КНТ в пирамидах Топ изображения:. Кортикоспинальных нейроны возникают в корковом слое 5 пирамидальных клеток. Биотинилированных декстран амин (показано зеленым) вводят в contralesional коры за две недели до конца эксперимента. Средний Image: участки образуют пирамиды на вентральной поверхности продолговатого мозга и в то spinomedullary стыке большинство аксонов decussate. Односторонний пирамидотомия выполняется в хвостовой мозгового вещества (красный). Нижняя фотография: большинство кортикоспинальных путей ветхом в дорсомедиального и дорсолатеральных отделов спинного мозга. Меньшинство остается ипсилатерально и работает ventromedially. 1843fig2highres.jpg "ширина =" 500 "/> Рисунок 2: вид снизу головного мозга крысы. Пирамиды отличается тем, что они поднимаются, параллельные выпуклости (желтого цвета). Границы пирамид определяются медиально основной артерии (БАС) в течение средней линии, а по бокам у основания выпуклости на полпути между низовой артерией и paraolivary артерии (POL), как видно из (C). Краниотомия производится по основной артерии и боковые расширения к paraolivary артерии (красное поле в C). Один пирамиды разрезают перпендикулярно основной артерии (красной линии в C, вырезать показано на образце в А и В). Поражения расположены слишком каудально рядом позвоночных артерий (верт) будет неполным, поскольку CST начинает decussate и потому, что позвоночная артерия засчитывается средней линии. (C) Изображение взято из "The Rat нервной системы" Джордж Paxinos 27. Примечание: Этот рисунок показывает повреждение на левой стороне изображение: это установка животногоHT пирамидного тракта, так как он лежал на спине. Пожалуйста, обратите внимание, однако, что видео показывает поражение в левой пирамидного тракта животного. Рисунок 3:. Представитель результаты теста выращивания цилиндра, Монтойя лестница осадок достижения тест и по горизонтали тест лестнице Существует дефицит двигатель обнаружены всех тестах после травмы. Тем не менее, без дефицита не могут быть обнаружены с помощью теста цилиндр выращивания на 4 недели postinjury, в то время как устойчивые дефициты могут быть обнаружены с лестничным теста Монтойя и испытанию на горизонтальной лестнице до 8 недель postinjury (п = 16 в каждой группе, и стандартные ошибки являются показан). Звездочка указывает р <0,05 по отношению к preinjury базовой (LSD Фишера). Пожалуйста, нажмитездесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой цифры. Рисунок 4:. Электрофизиология оценки кортикоспинальных тракта до и после пирамидотомия (А) показывает настройки для терминала эксперимента. Мы стимулировать пирамиды с поездом 5 импульсов на различных глубинах ростральных на сайт lesioning и перекрест. Красный тракта поражений путей. Мы записываем от лучевого нерва на contralesional стороне. (В) и (С) Показать пример записи с ipsilesional стимуляции или contralesional стимуляции до или через 12 недель после пирамидотомия. Ipsilesional стимуляции вызывают несколько потенциалов соединение действий (шипы в след) в лучевого нерва до травмы (B). Они отменили травмой и деятельность не Returп течение 12 недель (В '). Contralesional стимуляция вызывает редкую потенциалов Single Action соединение preinjury (C). 12 недель после травмы активности значительно повышается (С), возможно, из-за интактных аксонов прорастания через срединную линию и пластмассовых изменений в спинном мозге. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой цифры. Рис. 5: Анатомический оценки после пирамидотомия (А, В, С, D) биотинилированных декстран амин используется для отслеживания кортикоспинальных тракта путем введения его в моторной коре, соответствующей непораженный CST (см зеленый на рисунке 1). Спинной медиальная, брюшные медиальной компоненты CST четко видны (, спинной медиальной части увеличивается в B). (C) и (D) являются увеличениях от (А) волокон, возникающим повсеместно средней линии в сером веществе денервированной стороны в ответ на лечение. Для оценки полноты поражения поперечных сечений шейки уровне 4 (12 недель) postinjury ткани вырезали и окрашивали антителами против РКС гамма (E). CST на левой стороне изображения без изменений, и можно видеть, выпуклые по средней линии в денервированной стороны, предположительно, из-за структурных распада поврежденной спинного CST.

Discussion

Мы описали модель пирамидотомия травмы. Кортикоспинальных тракта разрезают на уровне ствола головного мозга. С технической точки зрения эта операция требует много осторожности и точности. Ствола мозга вмещает дыхательные центры и сердечно-сосудистых центров в нескольких ядер, таких как ядра неоднозначной и solitarii встроенного в ретикулярной формации под пирамидами. Если надрез слишком глубоко, это может привести к внезапным затруднением дыхания, которые могут быть фатальными. Мы даем Dopram непосредственно перед разрезом, чтобы увеличить дыхательной деятельности человека, чтобы предотвратить внезапное прекращение дыхания. Если дыхание останавливается стоит вентиляции животное для следующих пяти минут с кислородом, как это может восстановиться. Кроме того, любое повреждение артерии абсолютно следует избегать. Осложнения в течение первых нескольких дней postinjury являются: еще кровоизлияния в стволе мозга влияет на жизненно важные функции, значительную потерю веса, тяжелой дыхательной difficulties из-за трахеи перемещения и тяжелых ориентации и баланса проблем животного из-за обширных травм, включая оливки просто сбоку от пирамид. Эти осложнения могут рассматриваться как может быть гуманно убиты концы и животных. Тщательный контроль в течение первой недели после операции имеет важное значение. Прикорм можно дать для того, чтобы уравновесить потерю веса. Воспаление дыхательных путей (скрипучий дыхание), как правило проходит в течение одного-двух дней. Как правило, молодые животные легче работать в качестве их шея менее глубоким. Кроме того, они более устойчивы и имеют меньше осложнений с дыханием.

Это требует некоторой практики, чтобы добиться полного поражения КНТ с пирамидотомия. Кроме того, в двух исследованиях Стюард и др. 16, в котором изложены повторить прежний эксперимент Benowitz и др. 28, заявленных первоначально высокие показатели смертности и что некоторые из их поражений были неполными. Поведенческиедефициты также быть переменной. Мы рекомендуем новый хирург выполняет множество практика пирамидотомия операции до того, как полный эксперимент, чтобы проверить кандидатскую терапии осуществляется. Пути предотвращения неполные поражений повторяя разрез с игла убедившись Кортикоспинальных волокна, близкие к основной артерии разорваны, как описано в данном протоколе. Другие варианты для аспирации поражения сайт с наконечником стекла всасывания пипетки, как описано в Чжоу и др., 2003 29. Тонкой вольфрамовой проволоки также может быть использован, чтобы сократить тракт 22. Альтернативой пирамидотомия является сокращение шейки C3 спинной КНТ в одностороннем порядке, а затем сократить с вентральной подхода к ipsilesional C2 вентральной части КНТ 18. Однако можно утверждать, что полная поражение не требуется, если целью является изучение прорастание contralesional КНТ; Если большинство пирамиды поражений и в ответ прорастание из непораженный стороне возникает это может быть достаточным.

Одна из целей модели пирамидотомия поражение для абляции одну сторону корково-кишечного тракта и использовать Нейропластичность индуцирующего лечения, чтобы стимулировать прорастание пластичность и интактной не поврежденных волокон. Чтобы проверить нервно-защитной терапии эта модель не подходит и другие модели травмы, такие как контузии травмы должны быть использованы. Результаты pyramidotomies оцениваются чаще всего с тестирования поведения и анатомии. Горизонтальный тест лестница, тест цилиндр Воспитание и лестница тест Монтойя наиболее часто используемые оценки поведения. Другие тесты, описанные в литературе, осадок достижения тест, тест веревка, анализ походки и липкую ленту тест 3,17-19. Тем не менее, результаты большинства поведенческих теста часто только контролируются вплоть до максимум 42 дней postlesion 3,4,11,17,18,20-22. Из опыта прошлых лет, грызуны восстановить большую функцию в более поздние моменты времени без какого-либо вмешательства лечения. Мы показали, тхаT Test горизонтальная лестница и тест Монтойя лестница осадок достижения обнаружить инвалидности до более позднем этапе. Они могут быть использованы для измерения функционального восстановления из-за обработки. Поражение полноте судят по ПКС гамма окрашивания (который маркирует CST волокон в спинной столбцов) спинного мозга на шейном уровне ростральной или eriochrome цианинового окрашивания поперечных сечений месте повреждения. Биотинилированных декстран амин может быть введен в contralesional коры для оценки прорастания неповрежденных волокон по всей средней линии в денервированной спинного мозга области.

В заключение, модель пирамидотомия хорош для оценки Нейропластичность вызывающие способности лечебного препарата для центральных травм нервной системы, если операция успешно освоили. Он оценивает пластичность неповрежденных волокон. Следующим шагом будет использовать более клинически значимой модели, такой как контузии травмы, чтобы оценить способность препарата преодолевать большие injuriES затрагивающий несколько трактов.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Международным спинного Research Trust и доверие 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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lemon, R. N. Descending pathways in motor control. Annual review of neuroscience. 31, 195-218 (2008).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Bareyre, F. M., et al. The injured spinal cord spontaneously forms a new intraspinal circuit in adult rats. Nat Neurosci. 7, 269-277 (2004).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Rosenzweig, E. S., et al. Extensive spontaneous plasticity of corticospinal projections after primate spinal cord injury. Nat Neurosci. 13, 1505-1510 (2010).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature Neuroscience. 1, 124-131 (1998).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature neuroscience. 1, 124-131 (1998).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Maier, I. C., et al. Constraint-induced movement therapy in the adult rat after unilateral corticospinal tract injury. J Neurosci. 28, 9386-9403 (2008).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Paxinos, G. . The Rat Nervous System. , (1995).
  28. 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).
  29. 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).

Tags

Corticospinal TractPyramidotomyNeuroplasticityMotor FunctionBehavioral TestingAnatomical AnalysisElectrophysiologyRodentsSpinal Cord Injury

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Kathe, C., Hutson, T. H., Chen, Q., Shine, H. D., McMahon, S. B., Moon, L. D. F. Unilateral Pyramidotomy of the Corticospinal Tract in Rats for Assessment of Neuroplasticity-inducing Therapies. J. Vis. Exp. (94), e51843, doi:10.3791/51843 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image