Chirurgische lumbale sympathectomie bij muizen

Perifere zenuwletsels (PNI’s) kunnen leiden tot motorische, sensorische en sympathische tekorten in distale weefseldoelen die zelden volledig functioneel herstellen¹. PNI-onderzoek heeft zich vaak gericht op de motorische en sensorische regeneratie; Bijna een kwart van de heupzenuw van de rat bestaat echter uit niet-gemyeliniseerde sympathische axonen². De rol van sympathische innervatie in de perifere weefsels wordt echter niet volledig begrepen³. Het sympathische zenuwstelsel speelt een belangrijke rol bij het handhaven van lichamelijke homeostase en neemt deel aan immuunregulatie, thermoregulatie, vasculaire tonus, mitochondriale biogenese en meer 4,5,6,7,8,9,10,11 . Wanneer sympathische innervatie bij de neuromusculaire junctie verloren gaat, worden aanhoudende spierzwakte en synaptische instabiliteit waargenomen ondanks het behoud van motorneuroninnervatie¹². Het is aangetoond dat deze sympathische regulatie van synaptische transmissie op de neuromusculaire overgang afneemt met veroudering^13,14, wat bijdraagt aan sarcopenie, gedefinieerd als de leeftijdsafhankelijke vermindering van spiermassa, kracht en kracht¹⁵. Een beter begrip van de rol van sympathische innervatie van perifere weefsels is noodzakelijk voor de ontwikkeling van therapieën die de functionele resultaten voor patiënten met PNI’s en andere vormen van sympathische disfunctie zullen optimaliseren.

Een sympathectomie is een krachtig experimenteel hulpmiddel dat onderzoek mogelijk maakt naar de rol van sympathische innervatie in distale doelweefsels. In het bijzonder verwijdert verwijdering van de sympathische ganglia op L2-L5-niveau een meerderheid van de sympathische innervatie naar de onderste ledematen, wat vooral nuttig is voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in de heupzenuw.

Dit protocol beschrijft de verwijdering van postganglionische sympathische neuronen op L2-L5-niveau uit een muis als een overlevingsoperatie. Deze procedure vereist microchirurgische vaardigheden van knaagdieren en vertrouwdheid met de anatomie van muizen, en veroorzaakt, wanneer effectief uitgevoerd, geen zichtbare fenotypische verschillen. Een chirurgische lumbale sympathectomie is gebruikt in onderzoek bij knaagdieren, meer bij ratten dan bij muizen 16,17,18,19,20,21; Er bestaat momenteel echter geen gedetailleerd protocol waarin het protocol wordt beschreven. Eerdere studies die gebruik maakten van de lumbale sympathectomie hebben zich voornamelijk gericht op de rol van sympathische innervatie in de pijnrespons, die over het algemeen wordt verzwakt door sympathectomie in verschillende modellen voor zenuwbeschadiging. Minder studies hebben deze techniek gebruikt bij muizen²², waarschijnlijk vanwege de kleinere omvang van anatomische oriëntatiepunten, omdat het gebruik van chirurgische sympathectomie werd aangenomen als “vrijwel niet uitvoerbaar” bij kleine dieren^23,24. Gelokaliseerde sympathectomieën in de vorm van microsympathectomieën zijn ook gebruikt in knaagdiermodellen, ook meestal in de context van pijngedrag 25,26,27. De microsympathectomie maakt, in tegenstelling tot de totale lumbale sympathectomie, gebruik van een dorsale benadering waarbij een segment van de grijze ramus naar een specifieke ruggenmergzenuw wordt losgekoppeld en verwijderd, waardoor een zeer gerichte sympathectomie mogelijk is die wijdverspreide bijwerkingen zal voorkomen.

Omdat muismodellen van cruciaal belang zijn voor veel onderzoeken die genetische manipulatie vereisen, zal deze procedure ook veelzijdige toepassingen hebben die verder gaan dan de breedte van perifere zenuwbeschadigingen. Met behulp van een transabdominale benadering kunnen de lumbale sympathische ganglia betrouwbaar worden gevisualiseerd en verwijderd van de muis zonder duidelijke nadelige effecten. Hoewel er protocollen beschikbaar zijn voor de chemische vernietiging van postganglionische sympathische neuronen, zoals het gebruik van 6-hydroxydopamine (6-OHDA)^23,24, maakt deze chirurgische ingreep anatomisch specifieke targeting van de postganglionische lumbale sympathische ganglia mogelijk. Het gebruik van een chirurgische sympathectomie vermijdt ook de niet-specifieke en dosisafhankelijke zorgen die verband houden met farmacologische methoden^28,29.

Het gebruik van chemische sympathectomieën via toediening van 6-OHDA werd in 1967 beschreven als een eenvoudige manier om selectieve vernietiging van adrenerge zenuwuiteinden te bereiken, aangezien chirurgische sympathectomieën bij kleine dieren niet de voorkeur hadden^23,24. 6-OHDA is een catecholaminerge neurotoxine dat endogeen wordt gevormd bij patiënten met de ziekte van Parkinson, en de toxiciteit ervan is afgeleid van het vermogen om vrije radicalen te vormen en de elektronentransportketen in mitochondriën te remmen^30,31. Door transportmechanismen voor de opname van noradrenaline-1 kan 6-OHDA zich ophopen in noradrenerge neuronen, zoals postganglionische sympathische neuronen²⁸. Uiteindelijk wordt het neuron vernietigd door 6-OHDA; Terminals in het perifere zenuwstelsel regenereren echter wel, met het herstel van de functionele activiteit, zelfs wanneer de aminespiegels nog steeds verlaagd zijn. Er zijn ook verschillende doseringsdrempels aanwezig voor verschillende organen als reactie op 6-OHDA, en van hogere doses 6-OHDA is aangetoond dat ze meer niet-specifieke effecten vertonen, waardoor de neurotoxische gevolgen worden uitgebreid tot niet-catecholamine-bevattende neuronen en zelfs niet-neuronale cellen. Afgezien van noradrenerge neuronen, worden dopaminerge neuronen ook beïnvloed door 6-OHDA²⁹, waardoor de chemische sympathectomie uiteindelijk minder specifiek is voor postganglionische sympathische neuronen dan de chirurgische sympathectomie.

Daarom maakt een chirurgische lumbale sympathectomie de gerichte ablatie van de sympathische innervatie naar de onderste ledematen mogelijk, die kan worden gecombineerd met een verscheidenheid aan experimentele technieken en genetische manipulaties bij de muis om te bestuderen hoe het sympathische zenuwstelsel bijdraagt aan verschillende letsel- en ziektetoestanden.