この原稿は、マウスから節後腰椎交感神経ニューロンを外科的に除去するためのプロトコルを示しています。この手順は、遠位組織標的における交感神経支配の役割を調査することを目的とした多数の研究を促進します。
この原稿は、マウスから節後腰椎交感神経ニューロンを外科的に除去するためのプロトコルを示しています。この手順は、遠位組織標的における交感神経支配の役割を調査することを目的とした多数の研究を促進します。
末梢神経損傷は一般的であり、損傷後の完全な機能回復は患者のわずか10%で達成されます。交感神経系は、身体の恒常性を維持する上で多くの重要な役割を果たしていますが、末梢神経損傷の文脈で研究されることはほとんどありませんでした。末梢の遠位標的における節後交感神経神経機能の程度は、現在のところ不明です。末梢標的の交感神経支配の役割をよりよく探求するために、外科的「ノックアウト」モデルは代替アプローチを提供します。これは化学的に達成できますが、節後交感神経ニューロンの化学的破壊は非特異的で用量依存的である可能性があります。マウスでの外科的腰椎交感神経切除術の使用は、かつては小動物では「事実上実行不可能」と考えられていましたが、後肢を神経支配する節後交感神経ニューロンの特異的な標的化を可能にします。この原稿では、生存手術としてマウスからL2-L5腰椎交感神経節を外科的に切除する方法について説明しており、これにより後足の汗反応と坐骨神経の交感神経軸索の数が確実に減少します。
末梢神経損傷 (PNI) は、遠位組織ターゲットの運動障害、感覚障害、および交感神経障害を引き起こす可能性があり、完全に機能を回復することはめったにありません1。PNIの研究は、多くの場合、運動および感覚の再生に焦点を当ててきました。しかし、ラットの坐骨神経のほぼ4分の1は、無髄交感神経軸索で構成されています2。それにもかかわらず、末梢組織における交感神経支配の役割は完全には理解されていません3。交感神経系は、免疫調節、体温調節、血管緊張、ミトコンドリア生合成などに関与し、身体の恒常性を維持する上で主要な役割を果たしています4,5,6,7,8,9,10,11 .神経筋接合部での交感神経支配が失われると、運動ニューロン神経支配が維持されているにもかかわらず、持続的な筋力低下とシナプス不安定性が観察される12。神経筋接合部におけるシナプス伝達のこの交感神経制御は、加齢とともに減少することが示されており13,14、これは、筋肉量、力、およびパワーの加齢依存的な減少として定義されるサルコペニアに寄与する15。末梢組織の交感神経支配の役割をよりよく理解することは、PNIやその他の形態の交感神経機能障害患者の機能転帰を最適化する治療法の開発に必要です。
交感神経切除術は、遠位標的組織における交感神経支配の役割の調査を可能にする強力な実験ツールです。具体的には、L2-L5レベルの交感神経節を切除すると、下肢への交感神経支配の大部分が除去され、坐骨神経に関心のある研究者にとって特に有用です。
このプロトコルは、生存手術としてマウスからのL2-L5レベルの節後交感神経ニューロンの除去を詳述しています。この手順には、げっ歯類の顕微手術のスキルとマウスの解剖学への精通が必要であり、効果的に実施された場合、目に見える表現型の違いは引き起こされません。外科的腰椎交感神経切除術はげっ歯類の研究で使用されており、マウスよりもラットで使用されています16,17,18,19,20,21;しかし、そのプロトコルを記述した詳細なプロトコルは、現在存在しません。腰椎交感神経切除術を利用した以前の研究では、主に交感神経支配の役割に焦点を当てていました 痛みの反応、これは一般に、さまざまな神経損傷モデルで交感神経切除術によって弱められます。マウスでこの技術を使用した研究は少ないが、これはおそらく解剖学的ランドマークのサイズが小さいためであり、外科的交感神経切除術の使用は小動物では「事実上実行不可能」であると考えられていた23,24。微小交感神経切除術の形での限局性交感神経切除術は、げっ歯類モデルでも利用されており、これも主に疼痛行動の文脈で行われています25,26,27。微小交感神経切除術は、腰部交感神経全摘出術とは対照的に、特定の脊髄神経への灰色の枝の一部を切断して除去する背側アプローチを利用し、より広範な副作用を回避する非常に的を絞った交感神経切除術を可能にします。
マウスモデルは遺伝子操作を必要とする多くの研究にとって重要であるため、この手順は末梢神経損傷の範囲を超えて多用途に応用できます。経腹部アプローチを使用すると、腰椎交感神経節を確実に視覚化し、明らかな悪影響なしにマウスから切除できます。6-ヒドロキシドーパミン(6-OHDA)23,24の使用など、節後交感神経ニューロンの化学的破壊のためのプロトコルが利用可能ですが、この外科的処置は、節後腰椎交感神経節の解剖学的特異的な標的化を可能にします。外科的交感神経切除術の使用は、薬理学的方法に関連する非特異的で用量依存的な懸念も回避します28,29。
6-OHDAの投与による化学的交感神経の使用は、小動物の外科的交感神経が好まれなかったため、アドレナリン作動性神経終末の選択的破壊を達成する簡単な方法として1967年に説明されました23,24。6-OHDAは、パーキンソン病患者に内因的に形成されるカテコールアミン作動性神経毒であり、その毒性は、フリーラジカルを形成し、ミトコンドリアの電子伝達鎖を阻害する能力に由来する30,31。ノルエピネフリンの取り込み-1輸送メカニズムを通じて、6-OHDAは節後交感神経細胞28などのノルアドレナリン作動性ニューロン内に蓄積することができる。最終的に、ニューロンは6-OHDAによって破壊されます。しかし、末梢神経系の終末は再生し、アミンレベルがまだ低下している場合でも機能的活動が回復します。6-OHDAに応答するさまざまな臓器に対して異なる投与量の閾値も存在し、高用量の6-OHDAはより非特異的な効果を示すことが示されており、その神経毒性の影響を非カテコールアミン含有ニューロン、さらには非ニューロン細胞にまで拡大します。ノルアドレナリン作動性ニューロンは別として、ドーパミン作動性ニューロンも6-OHDAの影響を受けます29、化学的交感神経切除術は最終的に外科的交感神経切除術よりも節後交感神経ニューロンへの特異的性が低くなります。
したがって、外科的腰椎交感神経切除術は、交感神経支配を下肢に的を絞ったアブレーションを可能にし、マウスのさまざまな実験技術や遺伝子操作と組み合わせて、交感神経系がさまざまな損傷や病状にどのように寄与しているかを研究することができます。
すべての実験は、エモリー大学の動物実験委員会(IACUC)によって承認されました(IACUCプロトコル番号PROTO201700371の下で)。この研究では、14週齢、体重16〜21 gの4匹の成体雌野生型C57BL / 6Jマウスを使用しました。ここで使用する試薬や機器の詳細は 、材料表に記載されています。
1. 術前準備
2. 切開
3. L2-L5腰部交感神経節の同定
4.スキンクロージャー
5. ピロカルピン汗アッセイ
注: 腰椎交感神経切除術後の交感神経機能活動の枯渇を評価するために、腰椎交感神経切除術の 7 日後にピロカルピン汗アッセイを利用しました。
6. 免疫組織化学
注: 腰椎交感神経切除術後の末梢神経の交感神経軸索の変性を評価するために、両側坐骨神経を術後 21 日目に採取しました。
このプロトコルは、マウスからの節後腰椎交感神経ニューロンの外科的除去を説明しています。2匹のマウスが腰椎交感神経切除術を受け、2匹のマウスが対照群として機能しました。外科的腰椎交感神経切除術を成功させるには、 図 1 に示すように、少なくとも L2 および L3 両側腰椎交感神経節の適切な視覚化を達成する必要があります。L4神経節とL5神経節の除去は、下半身の完全な交感神経除神経を達成します。ただし、下部神経節の視覚化は、泌尿生殖器によって妨げられる可能性があります。これまでの逆行性追跡研究では、L2-L5神経節のニューロンの大部分がL2神経節とL3神経節に位置していることが示されている。代表的な結果を得るためには、年齢を合わせた雌マウスのみを用いたが、この外科的処置は雄マウスと雌マウスの両方で何度も再現されており、精巣動脈や卵巣動脈、交感神経節の位置に有意な解剖学的差は認められなかった。
神経節を切除すると、ピロカルピンに反応する発汗反応は急速に減少し、術後7日目までに有意差が見られます(図2)。術後7日目は、ラットの様々な坐骨神経損傷後7日以内に交感神経媒介性発汗活動が指数関数的に減少したため、選択された34。軸索変性症は完了するまでに最大14日かかることがあり、術中にL4およびL5神経節を視覚化するのが困難になる可能性があるため(膀胱および生殖器が視界を遮っている可能性があります)、発汗反応は完全には切除されない可能性があります35,36。
チロシンヒドロキシラーゼ陽性(TH+)軸索密度は、術後21日目までに有意に減少し、ニューロフィラメント重鎖(NF-H)密度は変化しませんでした(図3)。TH+軸索は、低閾値機械受容器を神経支配するTH+感覚軸索の存在と、完全な腰椎交感神経鎖37を視覚化することが困難であるため、完全に枯渇する可能性は低い。

図1:腰部交感神経節の術中図(A)予想されるランドマークの概略図。(B)ラベル付きランドマーク付きの代表的な術中画像。腰部交感神経節は、下行腹部大動脈と下大静脈(偏向)の後ろに位置しています。神経節は、腹部血管のたわみとともにマウスの右側に引っ張られ、右腰筋に位置し、下方向にも上方向にも横切ります。両側のL2神経節は、左腎動脈と左精巣動脈または卵巣動脈との間に視覚化でき、L3神経節は左精巣動脈または卵巣動脈よりも下に見られます。スケールバー:1 mm。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:外科的腰椎交感神経切除術は、後足の発汗スポットの数を減らします。 (A)マウスの後足の足底表面のフットパッド位置の概略図。(B)無傷の動物におけるピロカルピン注射の8分後の発汗反応の代表画像。(B')拡大した画像で、白い矢印が発汗箇所の選択数を示しています。(C) 術後 7 日目の交感神経切除動物へのピロカルピン注射の 8 分後の発汗反応の代表的な画像。(C')拡大した画像で、白い矢印が発汗箇所の選択数を示しています。(D)後足の6つの足パッドすべてに発汗スポットの総数を無傷のマウスと交感神経切除したマウスの比較。データは中央値を表す線で示されています。マンホイットニー検定。*p < 0.05。スケールバー:1 mmこの 図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 3: 外科的腰椎交感神経切除術 (Sympx) は、坐骨神経の交感神経軸索の数を減らします。 (A) チロシンヒドロキシラーゼ (TH) 陽性軸索 1 μm あたり (神経の幅) 術後 21 日目。無傷(B)および交感神経切除(B')マウスにおけるTH染色の代表的な神経切片。(C)坐骨神経のμmあたりのニューロフィラメント重鎖(NF-H)陽性軸索。無傷(D)および交感神経切除(D')マウスにおけるNF-H染色の代表的な神経切片。マゼンタの破線は、神経の軸索密度を計算するために使用される神経セクションの幅にまたがるランダムに配置された垂直線を表します。マゼンタの矢印は、ランダムに配置された垂直線を横切る軸索の選択数を示します。データは平均±SEM として表示されます。**p < 0.01.スケールバー:100μmこの 図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
腰椎交感神経節は、多くの重要な腹部臓器や大きな血管の後ろにある非常に小さな構造です。したがって、この手順にはかなりの精度と精度が必要です。困難の多くは、術中に交感神経節を特定することにあります。学習者は、生きたマウスでこの手順を試みる前に、まずマウスの死体で神経節を特定できることをお勧めします。トラブルシューティングは、腸の迂回後に交感神経節を特定するときにしばしば行う必要があります。適切な視覚化を確保するには、降順のコロンが表示されている必要があります。腹腔外の腸の迂回には、盲腸が含まれている必要があります。さらに、膀胱がいっぱいになって肥大している可能性があり、下行結腸、続いて下行する腹部大動脈と下大静脈の視界を妨げる可能性があります。理想的には、マウスが麻酔下に置かれたら、最初の皮膚切開を行う前に、膀胱を手動で搾出します。ただし、膀胱が発現せず、術中の視界が塞がれている場合は、2つの滅菌綿先端アプリケーターで穏やかな表現が可能です。膀胱の後面に付着している尿管を傷つけないように注意してください。腹部大動脈と下大静脈が下行結腸の後方で特定されると、血管の適切な偏向と安定化が交感神経節の視覚化に重要です。筋膜は比較的頑丈であり、縫合糸が血管壁を通さず、筋膜とニューロン接続の層のみを介して配置される場合、血管は正中線から少なくとも1mm引っ張られる必要があります。交感神経節を覆う筋膜は、ピンセットで優しく解剖することができます。処置中に小さな血管が壊れた場合は、滅菌綿の先端のアプリケーターで少なくとも10秒間圧力をかけ、閉鎖前に十分な止血を確保します。.手術中に大きな腹部血管に穴が開いた場合、マウスはすぐに安楽死させる必要があります。
この方法では、交感神経節を直接可視化および除去できるため、化学的交感神経と比較してこれらの節後交感神経ニューロンをより特異的に標的化できるが23、いくつかの制限がある。この手術により、L2-L5 腰椎交感神経節が切除されます。ただし、重要な泌尿生殖器によって引き起こされる視覚閉塞のため、L4-L5レベルの神経節などの最も低い神経節は、この手順中に視覚化して除去するのがより困難です。下肢を神経支配するニューロンの大部分は、大きなL2神経節に位置しています。L5神経節は非常に小さく、以前の蛍光逆行性追跡実験で見られたように、ニューロンの数が少ない38。しかし、これらのニューロンを取り除かないと、足などの最も遠位の構造からの結果の分析が歪む可能性があります。足の遠位ターゲットを研究する際により良い結果を得るために、抽出された組織をチェックして、除去された神経節の数を数えることをお勧めします。これは、節後交感神経ニューロンを容易に視覚化できる蛍光レポーターマウスを介して、または手術前に遠位標的に注入された蛍光逆行性トレーサーを介して行うことができます。この目的のための蛍光レポーターマウスには、チロシンヒドロキシラーゼ陽性ニューロン39の標識が極めて少ないThCre:mTmG(資料表参照)、節後交感神経ニューロン40,41の標識が中程度のPhox2bCre:tdTomato(資料表参照)、ThCre:tdTomato(資料表参照)などがあります)は、節後交感神経ニューロン42の広範な標識を有する。これは、使用可能な行の完全なリストではありません。
さらに、この外科的処置には大きな切開が必要なため、マウスはさらなる実験を行う前に、より長い回復期間を必要とする場合があります。マウスは、適切な排便、排尿、および摂食のために少なくとも3日間監視する必要があります。さらに、不適切な止血は対処されていない腹腔内出血を引き起こす可能性があり、予期しない時点でマウスが死亡する可能性があります。したがって、外科的閉鎖前に止血が達成されるようにすることは、将来の実験の成功にとって重要です。交感神経ニューロンは、前述の24のように化学的に標的とすることもできる。
外科的交感神経切除術の使用により、神経筋接合部12での交感神経支配の役割など、遠位標的における節後交感神経支配の役割を調査することを目的とした多数の研究が可能になります。さらに、蛍光逆行性トレース技術は、このプロトコルがパラホルムアルデヒド固定マウス38から神経節を一括して抽出するために適合させることができるので、遠位組織の交感神経再神経支配を定量化するために用いることができる。末梢神経損傷の文脈では、この外科的「ノックアウト」モデルにより、以前に神経支配された組織で予想される交感神経機能回復のより良い特性評価が可能になります。
著者には、開示すべき利益相反はありません。
この研究は、NIH国立神経疾患・脳卒中研究所(NIH National Institute of Neurological Disorders and Stroke)のK01NS124912賞と、NIHが資金提供するEmory Specialized Center of Research Excellence in Sex Difference U54AG062334およびEmory University School of MedicineのMedical Scientist Training Programからの開発助成金によって一部支援されました。坐骨神経の切片化を行った学士課程修了者のDavid Kim氏と、ビデオの撮影を可能にした実体顕微鏡の電話マウントを3Dプリントしてくれた研究スペシャリストのHaoMin SiMa氏に感謝します。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 5-0 吸収性縫合 | CP Medical | 421A | |
| 5-0 ナイロン縫合 | Med-Vet International | MV-661 | |
| 70% エタノール | Sigma-Aldrich | E7023-4L | |
| 麻酔誘導室 | Kent Scientific VetFlo | VetFlo-0530XS | |
| 麻酔気化器 | Kent Scientific VetFlo | 13-005-202 | |
| Betadine | HealthyPets | BET16OZ | |
| C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | #000664 | |
| Chicken anti-neurofilament-heavy | Abcam | ab72996 | |
| Cryostat | Leica | CM1850 | |
| Data Analysis Software | Prism | ||
| Fine-tiped Tweezers | World Precision Instruments | 500233 | |
| 蛍光顕微鏡 | Nikon | Ti-E | |
| ヤギ アンチチキン 488 | Invitrogen | A32931 | |
| ヤギ アンチウサギ 647 | Invitrogen | A21245 | |
| 加熱パッド | Braintree Scientific | 39DP | |
| 画像解析ソフトウェア | フィジー | ||
| イメージングソフトウェア | ニコン | NIS-Elements | |
| イソフルラン | Med-Vet International | RXISO-250 | |
| Meloxicam | Med-Vet International | RXMELOXIDYL32 | |
| Needle driver | Roboz Surgical Store | RS-7894 | |
| Normal Goat Serum | Abcam | ab7481 | |
| Ophthalmic Ointment | Refresh | Refresh P.M. | |
| Phox2bCre:tdTomato突然変異マウス | ジャクソン研究所 | #016223、#007914 | |
| ピロカルピン塩酸塩 | Sigma-Aldrich | P6503 | |
| ウサギ抗チロシンヒドロキシラーゼ | Abcam ab112 | ||
| 小型ストレートハサミ | ファインサイエンスツール | 14084-09 | |
| 滅菌綿棒 2x2 | ダイナレックス | 3252 | |
| 滅菌綿チップアプリケーター | ダイナレックス | 4301 | |
| 滅菌ドレープ | Med-Vet International | DR4042 | |
| 滅菌生理食塩水 | Med-Vet International | 1070988-BX | |
| ThCre:mTmG 変異マウス | Mutant Mouse Resource and Research Centers | strain #017262-UCD | Jackson Laboratory, strain #007576 |
| ThCre:tdTomato mutant mice | European Mouse Mutant Archive | strain #00254 | Jackson Laboratory, strain #007914 |
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