This article describes a method for generating a reproducible spinal cord compression injury (SCI) in the neonatal mouse. The model provides an advantageous platform for studying mechanisms of adaptive plasticity that underlie spontaneous functional recovery.
脊髓损伤(SCI)通常会导致破坏性的神经功能障碍,特别是通过对纤维从大脑降至脊髓的损伤。研究的主要领域当前的重点是自适应的可塑性背后脊髓损伤后自发或诱发功能恢复的机制。自发性功能恢复据报道,在生活中更大的早期,提高对如何适应可塑性变化脊髓开发有趣的问题。为了促进这种动态的调查,我们已经开发出在新生儿鼠标脊髓损伤模型。该模型具有儿科SCI,这是太少了研究的相关性。因为在成人神经可塑性涉及到一些相同的机制,在生命早期1神经可塑性,这种模式可能会潜在地具有一定的相关性也为成人脊髓损伤。在这里,我们描述了新生小鼠产生可再生的脊髓压迫(SCC)伤害了整个过程早在出生后(P),每日1次的SCC是通过在给定的脊髓水平执行椎板切除术来实现,然后(在胸椎水平9-11此处描述)使用改良的Yasargil动脉瘤迷你夹迅速压缩和解压缩的脊髓。如先前所描述的,受伤新生小鼠可以为行为缺陷被测试或牺牲用于使用电和高通量的光记录技术1 体外突触连接的生理分析。早期的和正在进行的研究使用行为和生理评估表明后肢运动的戏剧性,急性损伤后2周内完整的功能恢复,并在功能电路的变化在下降鉴定突触连接1级的第一个证据。
During the last decade, increasing evidence obtained from different spinal cord injury (SCI) models has shown that spinal networks can reorganize spontaneously to contribute to functional recovery1-9. Adaptive plasticity has as a consequence become an important topic in SCI research. It has been shown that plasticity encompasses regrowth of spared axons, sprouting of new axon collaterals and the formation of novel synaptic connections. Much of this knowledge has been obtained from behavioral or anatomical studies in adult animals. An important limitation of adult spinal cord studies is the difficulty of performing high-throughput physiological assessment, which is easier in neonatal preparations1. One major difference is that wholemount ex vivo preparations of the adult brainstem and spinal cord have low viability. Another is that adult spinal tissue is more opaque to light because it is thicker and myelinated. Although recent advances in in vivo imaging (see for example, 10-12) may partially overcome these problems, the possibility of performing high throughput imaging at any desired dorsoventral depth at multiple sites along a given brainstem-spinal cord preparation is currently only feasible in neonates. The immature state of axon myelination in the neonatal spinal cord facilitates high-throughput ex vivo optical recording, thus permitting a dynamic assessment of functional synaptic connections13-17. Combined with genetically encoded calcium reporters and optogenetic stimulation and pharmacology tools, optical approaches can contribute to a deeper understanding of the mechanisms underlying adaptive plasticity.
It is estimated that between 1-10% of all spinal cord injuries affect infants and children18-22. In contrast to adult SCI the pathogenesis and potential for spontaneous recovery in pediatric SCI is less studied. Using a neonatal SCI model can therefore provide more insight into pediatric SCI and contribute to a better understanding of the pathogenetic and recovery mechanisms involved. Moreover, post-SCI plasticity supporting functional recovery in the adult spinal cord is believed to involve at least in part the same mechanisms that govern the development of the central nervous system such as axon growth, branching and formation of new synapses23-26. Thus, using a neonatal SCI model could provide important insights into mechanisms that are also operative in the adult spinal cord, or that could potentially be reinstated in the adult spinal cord (for example by implantation of fetal cells or tissue or of tissue constructed de novo from pluripotent stem cells) to facilitate recovery.
The neonatal mouse thus provides a platform for an integrative, multi-methodological approach to investigating adaptive plasticity following spinal cord injury, in which a combination of behavioral, physiological, anatomical, molecular and genetic methods can be readily employed. Establishing standardized neonatal injury models is an important step in implementing such studies.
在这篇文章中被描述为一个剪辑生成的SCC损伤P1小鼠的程序。相同的程序也可以在稍后阶段进行。压缩伤害物在P5,P7,P9和P12(Züchner, 等人 ,在制备手稿)成功地进行。在所有产后阶段,是用异氟烷在纯氧气化获得全身麻醉,但麻醉结果在很大程度上取决于年龄。在P1〜P4的初步尝试,前局部麻醉引入协议,难以得到深且长时间镇静由于镇静和过量不足之间的窄的剂量效应窗口。另外,有关在新生动物异氟烷的神经毒性作用的关注已经提出27-30。异氟醚的组合和局部麻醉剂布比卡因导致更深的和更稳定的麻醉,同时允许通过的2-3倍的异氟烷减少剂量。不同类型的anestheSIA已为新生儿啮齿类动物中描述,包括cryoanesthesia 31,32,但cryoanesthesia的一个潜在的不便是其神经保护作用(由33,34综述),这可能是有效的和可再现的损伤的产生复杂化。基于巴比妥麻醉被认为具有在新生小鼠低效率,由于较低的血清白蛋白和身体脂肪的比成人35,36。
虽然相当侵入性和创伤性,一旦该过程手术期间建立的死亡率是低的。但是,存在需要特别注意以提高手术小鼠的恢复和存活的过程中的关键步骤。一个重要的问题是要选择具有生存的手术的最佳机会幼仔。当垃圾较大的个体幼崽的营养状况而变化。除了手术过程中发生的不可避免的出血,操作幼仔花小时■从母亲走,他们往往不会在第二天早上之前喝牛奶。因此,这是选择已经具有在胃中一定量的牛奶幼仔的优点。这是通过腹部皮肤从P0到P7随时可见。
在第一天晚上的工作是小狗在由母亲被蚕食很大的风险。在这种模式的初始发展以上被操作的小鼠的一半以下早晨被丢失,在保持架的血液明显迹象。 Necrophagy,吃人肉和杀婴啮齿类动物中已经研究了几十年37-40。在这项研究中,食人只看到过一次,但被认为比necrophagy一个更可能的解释是因为被送回笼子里的小狗都一般在这样良好的状态,通过在夜间自然原因死亡似乎是不可能的。这促使使用可逆药理剂如地西泮,以减少焦虑和侵略性i的想法n中的母亲(41审查)。地西泮的腹腔注射大大提高的情况下,从超过60%在第一天晚上死亡率下降到不足20%。
通过剔除,扰乱垃圾尽可能少,术后如下回报减少产仔数是可以惠及手术动物额外的元素。然而,只留下操作幼仔与母亲并无益处。操作/未手术幼仔的最佳平衡可根据线变化,但对于ICR和SCID-ICR小鼠离去4-5操作幼仔(伤害或假)3-4无操作幼仔一起得到最佳的结果。
在一般意义上,这新生儿脊髓损伤模型的主要限制是,在新生儿脊髓在许多方面不同于成人脊髓,并且因此可以不提供比得上从成人脊髓损伤模型获得的那些实验结果。这种差异包括总体尺寸和脊髓体积,细胞数,代表不足的特定细胞类型,例如少突胶质细胞,未成熟的免疫应答和未成熟的神经元回路的。从实验在这个模型中得出的结论,因此必须慎重考虑。另一方面,该模型是有关用于儿科的SCI的相对较少研究情形。此外,相对于成人脊髓损伤模型的明显缺点是还因为它可以允许的可塑性机制,虽然在成人脊髓微创现存如果恢复,可能代表治疗性基板的澄清的电位强度。可以想到的新生儿或甚至胚胎条件恢复可以通过较不发达的细胞或组织的植入或通过与产生与早期发育特征成人组织试剂处理来实现。使用酶来消除perineuronal网是后一种方法42,43的一个例子。
<p class=“jove_content”>建立脊髓损伤动物模型时的一个主要问题是获得一个标准化的伤害。这是一个已经在多个SCI模型得到解决, 例如 ,切断,半切,撞击,气囊压缩,钳挤压,静重压缩等就影响设备,在这个方向上的努力在导致脊髓损伤模型的一个重要方面成年啮齿类动物,其中的影响的多个参数,例如速度,力和持续时间可以被操纵(由44中综述)。另一种方法中,涉及设备少,采用了克尔洛希德动脉瘤夹45,46的变形例。这2方法是互补的冲击模仿挫伤,而夹模仿一个压迫性损伤具有一定程度的并发缺血。由于大量的大小限制和新生小鼠的更大的脆弱性,病死率较高较长的手术以及DEVEL的相关费用展中规模较小的设备,它被选定为开发剪辑生成的压缩,而不是一个撞击产生的挫伤的方法。这是通过调整市售瘤迷你夹以容纳新生小鼠1的脊柱的大小来实现的。添加塞子确保标准化的压缩宽度和只要剪辑的张力压缩到塞子的限制,在压缩的过程中的静态相位以最小的宽度的力应该变化不大。什么是不规范是在其动态相位压缩的速度,因为这会在其生命周期剪辑张力的变化而变化。作为压缩的静止阶段持续比动态相位长得多,而且很少有表明脊髓组织施加多对迷你夹叶片的反作用力的,它很可能是损伤的严重程度是最依赖静态阶段。然而,这仍然是进行测试。伤严重程度可能取决于多种因素,其中包括静态压缩力和持续时间,压缩和减压的速度,小型剪辑的位置,并在同一部位进行按压的次数。因此,在这些参数的组合变化可能导致受伤的严重程度由弱到严重的频谱的产生。尽管可变性的潜力,在我们之前发表的研究报告1中,我们获得在组织学,生理和行为水平相一致的结果,所以几乎没有表明接受标准化是很难达到的。我们注意到,在该研究中,我们使用的验证的多个方法中的每一级,包括行为测试如空气步, 如图5。在此新生脊髓损伤模型的损伤备件轴突一定比例的,从而提供了一种情况有利于通过重新modelin引发自适应可塑性幸免连接g且新电路的形成。另外,由于新生小鼠是非常适合用于通过许多实验方法调查,有可能使用该模型来研究功能恢复和自适应可塑性与一种综合方法,包括行为测试,逆行并顺行轴突追踪,免疫组织化学,电和高-throughput光学记录1。作为一个例子,我们采取了这种综合方法的优点在于脑干体外 wholemount制剂和脊髓损伤1使用高通量钙成像具体递减输入的水平来证明网络重新建模。这可以进一步通过使用神经光遗传学和光遗传学药理工具来评估脊髓神经元的特定亚群之间的突触连接的重塑推动。
The authors have nothing to disclose.
This work has been supported by grants from the South-Eastern Norway Regional Health Authority (JLB, 2014119; JCG, project numbers 2015045 and 2012065), by the Norwegian Research Council (JCG, project number 23 00 00) and the University of Oslo.
Plastic seringe (30 or 50 mL) | |||
Plastic petri dish (150x25mm) | |||
Fortec isoflurane vaporizer | Cyprane | We use and old device out of production, check the link for newer device | |
Yasargil temporary aneurysm mini-clip | Æsculap | FE681K | |
Fine -Bore Polyethylene tubing ID 0.58mm, OD 0.96mm | Smiths Medical | 800/100/200 | |
Isoflurane (Forene) | Abbott GmbH & Co. KG | ||
Marcain (Bupivacain) | AstraZeneca | ||
Insuline seringe 0.3ml 30Gx8mm | VWR | 80086-442 | |
Ultra Fine Micro Knife 5mm cutting edge | Fine Science Tools | 10315-12 | |
Extra Fine Graefe Forceps – 0.5mm Tip | Fine Science Tools | 1153-10 | Not really necessary, often the teeth are too large |
Forceps SuperGrip Straight | Fine Science Tools | 00632-11 | Two forceps are necessary |
Spongostan Special 70 x 50 x 1 mm | Ferrosan | ||
Vannas Spring Scissors – 2mm Blades Straight | Fine Science Tools | 15000-03 | |
Vario Clip Applying Forceps | Aesculap | FE502T | |
Vicryl 6–0 (Ethicon) | Johnson and Johnson | J105G | |
Diethrich micro needle holder | 11-510-20 | ||
Temgesic (buprenorphine) | Schering-Plough | ||
Stesolid (diazepam) | Actavis | Also known as Valium | |
Pedamix | Fresenius Kabi | ||
Klorhexidinsprit (chlorhexidine gluconate) | Fresenius Kabi | D08A C02 |