Uraz rdzenia kręgowego jest częstym urazem obserwowanym w populacji ludzkiej z dramatycznymi zdarzeniami, takimi jak trwały paraliż. Jednak ciężkość urazu zależy od poziomu i rozległości początkowego urazu. Niewydolność oddechowa jest główną przyczyną śmiertelności po urazie rdzenia kręgowego w górnej części odcinka szyjnego (SCI)1. Obecnie jedynym sposobem leczenia jest umieszczenie pacjenta pod respiratorem. Ze względu na to, że niewielu pacjentów można odłączyć od wspomagania wentylacji2 ze względu na spontaniczną rekonwalescencję, która następuje z opóźnieniem po zmianie chorobowej, pilna jest potrzeba opracowania nowych innowacyjnych nieinwazyjnych metod terapeutycznych3. Niezbędne jest posiadanie dobrego, ustandaryzowanego modelu przedklinicznego do zbadania wpływu SCI szyjki macicy na niewydolność oddechową, a tym samym do zbadania zastosowania przypuszczalnych strategii terapeutycznych.
W tym artykule technicznym opisujemy specyficzny przedkliniczny mysi model niewydolności oddechowej wywołanej przez częściowe SCI szyjki macicy na poziomie C2. Model ten jest obecnie używany przez kilka laboratoriów na całym świecie (dla recenzji: 4-13). Można jednak zaobserwować niewielkie różnice w procedurze chirurgicznej między różnymi badaczami, aby wygenerować ten konkretny mysi model uszkodzenia szyjki macicy. Wpływ C2 SCI na pojemność oddechową został po raz pierwszy opisany w 1895 roku przez Portera14. Hemisekcja szyjki macicy indukuje deaferencję przeponowych neuronów ruchowych z ich centralnego napędu (zlokalizowanego w rVRG w pniu mózgu, ryc. 1A) po ipsilateralnej stronie urazu, prowadząc do cichej aktywności nerwu przeponowego i późniejszego porażenia przepony. Przeciwległa strona pozostaje nienaruszona i pozwala zwierzęciu przetrwać. W przeciwieństwie do różnych SCI zlokalizowanych w dolnym segmencie kręgosłupa (na przykład uraz stłuczenia na poziomie C415), integralność jądra przeponowego neuronu ruchowego po obu stronach jest zachowana. Po urazie C2 szyjki macicy można zaobserwować pewną spontaniczną aktywność po stronie ipsilateralnej (przepona i przeponowa) z powodu aktywacji przeciwległych cichych szlaków synaptycznych, które przekroczyły linię środkową kręgosłupa na poziomie segmentu C3-C6 (skrzyżowane szlaki przeponowe, CPP, figura 1B). Aktywacja CPP, która z definicji jest hemisekcją C2 połączoną z kontralateralną frenikotomią, która indukuje ipsilateralną częściową regenerację nerwu przeponowego, może nastąpić od kilku godzin do tygodni po urazie16-18. Rzeczywisty korzystny wpływ tego szlaku CPP na regenerację oddechową jest ograniczony19 i należy opracować dalsze badania i leczenie w celu poprawy skali spontanicznej odbudowy3.
Ten protokół dostarcza potężnego typu przedklinicznego modelu mysiego do badania plastyczności oddechowej po zmianie chorobowej na różnych poziomach (fizjologia oddechowa od przed- i frenicznych neuronów ruchowych, interneuronów, molekularnych i komórkowych, na przykład lokomocji kończyny przedniej), a także model do testowania inwazyjnych i nieinwazyjnych strategii terapeutycznych mających na celu poprawę regeneracji oddechowej i lokomotorycznej po częściowym uszkodzeniu rdzenia kręgowego C2 w odcinku szyjnym.