Ici nous présentons un protocole pour la lésion chirurgicale mini-invasive des muscles intrinsèques à l’appareil d’alimentation du mollusque marin Aplysia californica pour comprendre les rôles de ces muscles pendant le comportement d’alimentation.
Aplysia californica est un système modèle pour étudier le contrôle neuronal de l’apprentissage et du comportement. Cet animal dispose d’un système circulatoire semi-ouvert, ce qui permet d’accéder à plusieurs de ses structures internes sans causer de dommages importants. De nombreuses manipulations peuvent être facilement effectuées in vivo et in vitro, ce qui en fait un modèle très traitable pour l’analyse du comportement et des circuits neuronaux. Pour mieux comprendre les fonctions des muscles au sein du grasper d’alimentation, nous avons développé une technique pour les lésionsans sans ouvrir la cavité corporelle principale de l’animal ou endommager les couches externes de l’organe d’alimentation (c.-à-d., la masse buccale). Dans cette technique, le grasper est partiellement everted, permettant un accès direct à la musculature. Cette procédure permet aux animaux de récupérer rapidement et de manière fiable. Cela a permis de lésion des muscles I7 et des fibres sub-radulaires, ce qui nous permet de montrer que les deux muscles contribuent de manière significative à l’ouverture in vivo.
Le système d’alimentation de Aplysia californica a une longue histoire d’utilisation comme un système modèle pour comprendre l’apprentissage et la mémoire1, les comportements motivés2,3, et l’interaction entre le comportement, la biomécanique et contrôle neuronal pendant l’alimentation4. Il a des circuits neuronaux très accessibles, avec un nombre relativement faible de grands neurones identifiables. L’animal dispose d’un système circulatoire semi-ouvert, ce qui permet d’accéder à plusieurs de ses structures internes sans causer de dommages importants. Il est également robuste à de nombreuses manipulations à la fois in vivo et in vitro, ce qui en fait un modèle très traitable pour l’analyse du comportement et des circuits neuronaux.
Pour comprendre les modèles neuronaux qui donnent lieu à des comportements d’alimentation, il est important de décrire la mécanique sous-jacente de la structure molle qui constitue l’organe d’alimentation, la masse buccale4. Bien qu’il y ait eu des travaux pour caractériser les muscles externes qui composent la masse buccale5,6, les muscles intérieurs de la structure sous-jacente dans la masse buccale qui contrôle la surface du grasper, l’odontophore, ont été largement inaccessible à l’expérimentation in vivo. Bien qu’il y ait eu des études in vitro sur les fonctions de certains de ces muscles7,8, le manque d’accès direct à ces muscles a rendu difficile d’étudier leur rôle dans intact, le comportement des animaux.
La plupart des techniques d’implantation d’électrodes ou de lésions chez aplysia ou d’espèces mollusques similaires exigent que la paroi du corps soit ouverte9,10,11,12. L’ouverture de la paroi du corps provoque des blessures épithéliales, et l’incision doit être scellée solidement pour empêcher l’échappement hémolymphe. Des difficultés encore plus graves sont posées lors de la tentative d’atteindre les muscles internes du grasper d’Aplysia (muscles sous-jacents à la surface radulaire ou à l’intérieur de l’odontophore): étant entré par la cavité corporelle principale, il faut alors passer par certains partie de la paroi musculaire de la masse buccale pour accéder aux structures intérieures (figure 1A). Cette accumulation de blessures et de difficultés d’accès a rendu l’approche par des moyens conventionnels problématique parce que les animaux ne se remettent pas bien de ces chirurgies (des animaux avec des versions complètes, seulement 17% ont retrouvé toute capacité d’alimentation, N -12. Environ 85 % des animaux non-vivants ont retrouvé la capacité de se nourrir, N ’84).
Le muscle I7, qui a été caractérisé comme un ouvreur radulaire8, est profondément à l’intérieur de l’odontophore lui-même, ce qui complique encore l’accès. Il s’étend entre la base de la tige radulaire (Figure 1C) et le dessous de la surface radulaire, à travers un lumen dans l’odontophore (Figure 1C). Sur trois côtés des muscles I7 sont des murs de muscle, et le quatrième mur se compose de la tige radulaire. Aux fins d’une étude biomécanique, une déficience majeure de l’une ou l’autre de ces structures compromettrait la fonction normale de l’appareil d’alimentation. Nous avons développé une nouvelle approche de travailler l’odontophore à travers les mâchoires, et la conduite de la chirurgie par une incision à la mince, cartilaginous surface radulaire, qui a permis de lésion du muscle I7, ainsi que les fibres musculaires fines nouvellement décrites qui courir juste sous la surface radulaire, que nous appelons les fibres sous-radulaires (Figure 1C).
Figure 1 : Aperçu anatomique. (A) Emplacement de la masse buccale dans Aplysia. (B) Anatomie externe de l’odontophore. La surface de la radule et du sac radulaire sont jaunes; les muscles composant l’odontophore sont représentés en rouge, en fonction de leurs couleurs réelles. (C) Section sagittale de l’odontophore, montrant l’emplacement des fibres sub-radulaires (ligne rose courbée) et du muscle I7 (ligne rose droite). La section transversale du muscle I6 est représentée en rouge foncé. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Les étapes les plus critiques dans le protocole sont la nécessité de s’assurer que l’animal est entièrement anesthésié, et que l’éversion de la masse buccale est juste assez pour accéder aux muscles sous-jacents. Il peut exiger une certaine pratique pour perfectionner ces étapes, mais une fois qu’ils sont maîtrisés, le rendement des chirurgies est susceptible d’être supérieur à 85% de toutes les expériences effectuées. La façon la plus importante de bien modifier et dépanner le protocole est de passer du temps à faire des dissections de la masse buccale afin que les emplacements des muscles internes sont complètement clairs pour l’enquêteur. Puisque l’incision suggérée par la surface radulaire cause inévitablement quelques dommages aux fibres sous-radulaires sous-jacentes, il peut être approprié de modifier l’endroit exact de l’incision pour éviter des régions spécifiques de ces fibres.
Une limitation de la technique chirurgicale est qu’elle peut avoir des effets non spécifiques sur les réponses d’alimentation, telles que la force de la protraction. Une façon de surmonter cette limitation est d’avoir des animaux servent de leurs propres contrôles. En outre, il est essentiel d’avoir un groupe de lésions simulées qui est soumis à l’ensemble du protocole chirurgical, sauf pour l’ablation du muscle spécifique (c.-à-d., I7 ou les SRF). En suivant ces suggestions, un chercheur réduira les effets de la variabilité entre les animaux et aura une mesure intrinsèque des effets non spécifiques de la chirurgie.
Les travaux antérieurs ont utilisé des approches à travers la paroi du corps à la lésion ou enregistrer soit à partir de nerfs13,14, ou les muscles15,16,17. Dans notre laboratoire, nous avons observé de façon anecdotique que les incisions de la paroi du corps sont souvent accompagnées d’une perte significative d’hémolymphe et donc de volume corporel. Les animaux ont souvent besoin de plusieurs jours pour s’en remettre, et si la lésion de la paroi du corps n’est pas soigneusement suture, les animaux peuvent ne pas récupérer. En outre, l’examen post-mortem des animaux indique des cicatrices considérables autour de l’incision et une forte réponse immunitaire (observations anecdotiques). En revanche, les animaux ne montrent aucune perte d’hémolymphe ou de changement de volume corporel après la récupération du protocole décrit ici (basé sur des observations chez 96 animaux).
Les applications futures de la technique peuvent l’étendre à d’autres muscles dans l’appareil d’alimentation d’Aplysia, et à d’autres animaux. Nous nous sommes concentrés sur l’élimination du muscle I7 et des fibres sub-radulaires. Ces mêmes techniques chirurgicales générales permettent également l’accès à la plupart des autres muscles de l’odontophore. Certains d’entre eux, comme la partie interne du muscle I5, sont mieux accessibles par la surface radulaire. D’autres, comme les folioles intérieures de I4, peuvent être mieux accessibles par l’épithélium extérieur de l’odontophore. Nous avons fait des essais préliminaires où une incision sous la fente radulaire de l’odontophore partiellement everted a permis l’accès pour un crochet aiguisé à insérer qui pourrait ensuite être utilisé pour lésion un autre muscle dans l’odontophore, muscle I88. Puisque le protocole chirurgical décrit ici n’ouvre pas la cavité principale de corps, aucune suture n’est exigée.
Le protocole que nous avons décrit peut être d’intérêt général pour d’autres chercheurs travaillant sur des structures de tissus mous qui seraient autrement difficiles à manipuler, par exemple, l’appareil alimentaire d’autres mollusques. Plus généralement, ce protocole pourrait suggérer d’autres nouvelles approches chirurgicales à l’analyse des structures molles telles que les langues, les troncs ou les tentacules18.
The authors have nothing to disclose.
Nous tenons à souligner le travail acharné que Sherry Niggel, Sisi Lu et Joey Wu ont consacré à l’amélioration et à la validation de ces protocoles. Ce travail a été soutenu par NSF Grant IOS 1754869.
Blunt forceps | Fine Science Tools | 11210-10 | 2 pair |
Scalpel blade (#11) | Fine Science Tools | 10011-00 | |
Spring scissors | Fine Science Tools | 15024-10 | |
Webcam | Logitech | c920 | for recording data |