בבעלי חיים בוגרים צעירים ובריאים, הצומת העצבי-שרירי (NMJ) הוא חיבור יציב ביותר בין הפרה-סינפסה, קצה העצב של אקסון α-מוטורי, לבין הפוסט-סינפסה, האזור המיוחד של סיב שריר חוץ-פוסאלי שבו קולטני אצטילכולין ניקוטיניים (AChRs) מצטברים באופן סלקטיבי1. המיקום הכמעט מושלם של המנגנונים הקדם-סינפטיים והפוסט-סינפטיים הכרחי להולכה עצבית תקינה, הישרדות של נוירונים α-מוטוריים וסיבי שריר ותפקוד מוטורי. למרבה הצער, תפקוד ה-NMJ מושפע לרעה מהזדקנות, מחלות כגון טרשת אמיוטרופית צידית (ALS), מחלות אוטואימוניות ופגיעה בשרירים ובעצבים היקפיים2-5. עלבונות אלה גורמים לעתים קרובות לניוון של קצות העצבים הפרה-סינפטיים, מותירים את השרירים מנותקים ומשנים באופן משמעותי את המיומנויות המוטוריות. מסיבה זו, זיהוי מולקולות המתפקדות לשמירה ותיקון של NMJ הפך לראש סדר העדיפויות. מכיוון שעצבים היקפיים מתחדשים ומעצבבים מחדש מטרות, נעשה שימוש במודלים של פגיעה עצבית היקפית לזיהוי שינויים מולקולריים הקשורים לחידוש NMJs.
מודלים של פגיעה עצבית היקפית כוללים לעתים קרובות חיתוך או ריסוק מוחלט של ענפי עצב ספציפיים6. לאחר חתך, יש לתקן את הצינור האנדונוריאלי, ולעכב את ההתחדשות האקסונלית והעצבוב מחדש של תאי המטרה והרקמות. חומרת סוג זה של פגיעה גם גורמת לאקסונים להתפתל מהנתיב המקורי שלהם, וכתוצאה מכך הם לא מצליחים להגיע למטרות המקוריות. זאת בניגוד לעצבים שנפגעו באמצעות ריסוק שבו האנדונויריום נשאר רציף, ומספק נתיב לצמיחה מחודשת יעילה ותקינה של אקסונים מתחדשים. זה גם מאפשר לאקסונים למצוא ולעצב מחדש את השותפים המקוריים שלהם לסיבי שריר. ללא קשר למודל הפציעה, ישנם מספר שינויים תאיים ומולקולריים שחייבים להתרחש כדי שהאקסונים יתחדשו ויעצבו מטרות. לאחר פציעה, מקטע העצב הפרוקסימלי למטרה מתפרק ומוסר בתהליך המכונה ניוון וולריאני7. תהליך זה כולל תכנות מחדש ודה-דיפרנציאציה של תאי שוואן לתאים שאינם מיאלינים המפרישים גורמים רגנרטיביים, מנקים מיאלין ומגייסים מקרופאגים לאתר הפגיעה8. מקרופאגים בתורם משלימים את פינוי המיאלין והפסולת האקסונלית, מה שאחרת היה מעכב את הצמיחה של האקסוןהמתחדש 9. במקביל, נוירונים מוטוריים ותחושתיים מפעילים מנגנונים הדרושים לקידום התחדשות האקסונים הקטומים שלהם. ברגע שהאקסון המתחדש מגיע למטרה, עליו להפוך מחרוט גדילה לקצה עצב המסוגל להעביר כראוי (עבור אקסונים מוטוריים) או לקבל (עבור אקסונים חושיים)מידע 10. בהקשר זה, אקסונים אלפא-מוטוריים עוברים סדרה של שינויים מתוזמרים היטב שמגיעים לשיאם בהתמיינות חרוט הגדילה שלהם לקצה עצב פרה-סינפטי מתפקד לחלוטין המתנגד כמעט באופן מושלם לאתר הפוסט-סינפטי בסיב שריר המטרה11.
העצבים הסיאטיים, הטיביאליים והאביזרים היו הבחירות העיקריות לחקר התחדשות אקסונלית ו-NMJ12-14. עם זאת, ישנם מספר חסרונות בעת שימוש במודלים אלה כדי לבחון שינויים תאיים ומולקולריים הקשורים לחידוש NMJs בין בעלי חיים ובתנאים שונים. ראשית, העצב הסיאטי מספק את רוב שרירי הגפה האחורית, כאשר פציעה מגבילה משמעותית הן את התנועה והן את התחושה. לכן לא ניתן להשתמש בשיטה זו כדי לחקור את ההשפעה של פעילות גופנית לבד או בשילוב עם גורמים אחרים. בנוסף, העצב הסיאטי הוא מבנה עבה למדי ולכן דורש כמות גדולה של כוח דחיסה כדי לפגוע במלואו בכל האקסונים. זה בתורו עשוי לגרום לחתך מלא של האקסונים השטחיים יותר תוך השארת הצינור האנדונוריאלי של אקסונים שוכבים עמוקים יותר ללא פגע, מה שמציג שונות משמעותית בקצב ובנאמנות ההתחדשות בין אקסונים אלה. חתך מלא של עצב זה הוא אפילו פחות רצוי בהתחשב בכך שאקסונים רבים לא יצליחו להתחבר מחדש לאותם סיבי שריר. מה שמסבך את העניינים, לעצב הסיאטי יש שונות אנטומית מהותית, הן במספר והן באתר המוצא של ענפי העצב הסופיים שלו. לכן קשה מאוד לפגוע באותו אתר. בעוד שהעצב הטיביאלי קטן יותר ונוח יותר לפציעות ריסוק, אין גם נקודת ציון זמינה לשמש כאתר נגע לענף עצב זה.
ענף העצב האביזר (חלק מהעצב הגולגולתי XI) המספק את שריר הסטרנוקלידומסטואיד שימש גם לחקר התחדשות של NMJs15. עצב זה אטרקטיבי במיוחד מכיוון שניתן לדמות NMJs בשריר הסטרנוקלידומסטואיד בקלות רבה יותר בבעלי חיים בהשוואה ל-NMJs בשרירים אחרים. אך בדומה לעצבים הסיאטיים והטיביאליים, אין נקודת ציון ספציפית שניתן להשתמש בה כדי לפגוע בעצב זה באותו מיקום, מה שמגביל אותו כמודל להשוואת התחדשות של NMJs בקרב בעלי חיים בודדים בקבוצת ניסוי. אתר נגע לא עקבי מציג שונות בשיעורי העצבוב מחדש של NMJ. בשל חסרונות אלה, ההליך המוצג כאן משתמש בפגיעה של ענף עצב היקפי אחר כדי לבחון NMJs מתחדשים.
העצב הסיבי המשותף, הנקרא גם העצב הפרונאלי המשותף, מכיל תכונות רבות שהופכות אותו לעצב אמין לבחינת התחדשות של NMJs בין בעלי חיים ובין טיפולים שונים. לעצב הסיבי המשותף יש מהלך אנטומי צפוי כאשר הוא עובר על גיד הראש הצדדי של שריר הגסטרוקנמיוס בברך, הצומת משמש כנקודת ציון יציבה לנגעים. הגישה לעצב מתבצעת דרך חתך קטן וזעיר פולשני ליד השרירים המעניינים אך מופרד מבחינה אנטומית. הממצאים המוצגים כאן מראים כי אקסונים מוטוריים מתחדשים מתחילים לתקן NMJs בשריר extensor digitorum longus (EDL) 8 ימים לאחר ריסוק העצב הסיבי בעכברים בוגרים צעירים בני 70 יום. חשוב לציין, הדפוס והקצב של העצבוב מחדש עקביים בקרב בעלי חיים מאותו גיל ומין ולכן מספקים מודל פגיעה אמין שיאיץ משמעותית את הבנתנו את השינויים התאיים והמולקולריים הנדרשים לשימור ותיקון NMJs.