Bei jungen erwachsenen und gesunden Tieren ist die neuromuskuläre Verbindung (NMJ) eine sehr stabile Verbindung zwischen der Präsynapse, der Nervenendigung eines α-motorischen Axons, und der Postsynapse, der spezialisierten Region einer extrafusalen Muskelfaser, in der nikotinische Acetylcholinrezeptoren (AChRs) selektiv aggregieren1. Die nahezu perfekte Apposition der prä- und postsynaptischen Apparate ist notwendig für die korrekte Neurotransmission, das Überleben der α-motorischen Neuronen und Muskelfasern sowie die motorische Funktion. Leider wird die Funktion des NMJ durch das Altern, Krankheiten wie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Autoimmunerkrankungen und Verletzungen von Muskeln und peripheren Nervenbeeinträchtigt 2-5. Diese Beleidigungen führen oft zu einer Degeneration der präsynaptischen Nervenenden, wodurch die Muskeln ennerviert werden und die motorischen Fähigkeiten erheblich verändert werden. Aus diesem Grund ist die Identifizierung von Molekülen, die zur Aufrechterhaltung und Reparatur des NMJ beitragen, zu einer Priorität geworden. Da periphere Nerven Ziele regenerieren und reinnervieren, wurden Modelle für periphere Nervenverletzungen verwendet, um molekulare Veränderungen zu identifizieren, die mit der Regeneration von NMJs verbunden sind.
Periphere Nervenverletzungsmodelle beinhalten oft das vollständige Durchtrennen oder Zerquetschen bestimmter Nervenäste6. Nach einem Schnitt muss der endoneuriale Tubus reformiert werden, wodurch die axonale Regeneration und die Reinnervation der Zielzellen und -gewebe verzögert werden. Die Schwere dieser Art von Verletzung führt auch dazu, dass sich die Axone von ihrem ursprünglichen Weg entfernen, was dazu führt, dass sie ihre ursprünglichen Ziele nicht erreichen. Dies steht im Gegensatz zu Nerven, die durch Quetschung verletzt werden, bei denen das Endonaur zusammenhängend bleibt und einen Weg für ein effizientes und ordnungsgemäßes Nachwachsen der regenerierenden Axone bietet. Es ermöglicht Axonen auch, ihre ursprünglichen Muskelfaserpartner zu finden und zu innervieren. Unabhängig vom Verletzungsmodell gibt es eine Reihe von zellulären und molekularen Veränderungen, die auftreten müssen, damit Axone sich regenerieren und Ziele reinnervieren können. Nach einer Verletzung wird das Nervensegment proximal des Ziels abgebaut und über einen Prozess entfernt, der als Wallersche Degenerationbezeichnet wird 7. Dieser Prozess beinhaltet die Reprogrammierung und Dedifferenzierung von Schwann-Zellen in nicht-myelinisierende Zellen, die regenerative Faktoren sezernieren, Myelin beseitigen und Makrophagen an den Ort der Verletzung rekrutieren8. Makrophagen wiederum vervollständigen die Beseitigung von Myelin und axonalen Trümmern, die sonst das Wachstum des regenerierenden Axonsbehindern würden 9. Parallel dazu aktivieren motorische und sensorische Neuronen Mechanismen, die zur Regeneration ihrer durchtrennten Axone erforderlich sind. Sobald das regenerierende Axon das Ziel erreicht, muss es sich von einem Wachstumskegel in ein Nervenende verwandeln, das in der Lage ist, Informationen ordnungsgemäß zu übermitteln (für motorische Axone) oder zu empfangen (für sensorische Axone)10. In dieser Hinsicht durchlaufen alpha-motorische Axone eine Reihe von gut orchestrierten Veränderungen, die darin gipfeln, dass sich ihr Wachstumskegel zu einer voll funktionsfähigen präsynaptischen Nervenendigung differenziert, die der postsynaptischen Stelle auf der Zielmuskelfaser nahezu perfekt entgegengesetzt ist11.
Der Ischiasnerv, der Nervus tibia und der Nervus accessorius waren die primäre Wahl für die Untersuchung der axonalen undNMJ-Regeneration 12-14. Es gibt jedoch eine Reihe von Nachteilen, wenn diese Modelle verwendet werden, um zelluläre und molekulare Veränderungen zu untersuchen, die mit der Regeneration von NMJs zwischen Tieren und unter verschiedenen Bedingungen verbunden sind. Erstens versorgt der Ischiasnerv den Großteil der Muskeln der hinteren Extremität, wobei Verletzungen sowohl die Bewegung als auch die Empfindung erheblich einschränken. Es ist daher nicht möglich, mit dieser Methode die Auswirkungen von Bewegung allein oder in Kombination mit anderen Faktoren zu untersuchen. Darüber hinaus ist der Ischiasnerv eine ziemlich dicke Struktur und erfordert daher eine große Menge an Druckkraft, um alle Axone vollständig zu verletzen. Dies wiederum kann zu einer vollständigen Durchtrennung der oberflächlicheren Axone führen, während die endoneuriale Röhre tiefer liegender Axone intakt bleibt, was zu einer signifikanten Variabilität in der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Regeneration zwischen diesen Axonen führt. Eine vollständige Durchtrennung dieses Nervs ist umso weniger wünschenswert, da viele Axone nicht wieder mit denselben Muskelfasern verbunden werden können. Erschwerend kommt hinzu, dass der Ischiasnerv eine intrinsische anatomische Variabilität besitzt, sowohl in der Anzahl als auch in dem Entstehungsort seiner Endnervenäste. Es ist daher sehr schwierig, die gleiche Stelle zu läsieren. Während der Nervus tibialis kleiner und anfälliger für Quetschverletzungen ist, gibt es auch keinen leicht zugänglichen Orientierungspunkt, der als Läsionsstelle für diesen Nervenast dienen könnte.
Der akzessorische Nervenast (Teil des Hirnnervs XI), der den M. sternocleidomastoideus versorgt, wurde auch verwendet, um die Regeneration von NMJs15 zu untersuchen. Dieser Nerv ist besonders attraktiv, da NMJs im Musculus sternocleidomastoideus bei lebenden Tieren leichter abgebildet werden können als NMJs in anderen Muskeln. Aber ähnlich wie beim Ischias- und Tibianerv gibt es keinen spezifischen Orientierungspunkt, der verwendet werden kann, um diesen Nerv an der gleichen Stelle zu verletzen, was ihn als Modell für den Vergleich der Regeneration von NMJs zwischen einzelnen Tieren einer Versuchskohorte einschränkt. Eine inkonsistente Läsionsstelle führt zu einer Variabilität in den Raten der NMJ-Reinnervation. Aufgrund dieser Unzulänglichkeiten nutzt das hier vorgestellte Verfahren die Verletzung eines anderen peripheren Nervenastes, um regenerierende NMJs zu untersuchen.
Der Nervus fibularis communis, auch Nervus peroneus communis genannt, enthält viele Merkmale, die ihn zu einem zuverlässigen Nerv machen, um die Regeneration von NMJs zwischen Tieren und über verschiedene Behandlungen hinweg zu untersuchen. Der Nervus fibularis communis hat einen vorhersehbaren anatomischen Verlauf, da er über die Sehne des lateralen Kopfes des Musculus gastrocnemius im Knie verläuft, wobei der Schnittpunkt als stabiler Orientierungspunkt für Läsionen dient. Der Zugang zum Nerv erfolgt durch einen kleinen und minimalinvasiven Schnitt in der Nähe, aber anatomisch von den interessierenden Muskeln getrennt. Die hier vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass regenerierende motorische Axone bei 70 Tage alten jungen erwachsenen weiblichen Mäusen 8 Tage nach der Zerquetschung des Nervus fibularis beginnen, NMJs im Musculus extensor digitorum longus (EDL) zu reformieren. Wichtig ist, dass das Muster und die Rate der Reinnervation bei Tieren gleichen Alters und Geschlechts konsistent sind und daher ein zuverlässiges Verletzungsmodell liefern, das unser Verständnis der zellulären und molekularen Veränderungen, die zur Aufrechterhaltung und Reparatur von NMJs erforderlich sind, erheblich beschleunigen wird.