Summary
Den kortikospinala kanalen, en av de större sensomotoriska skrifter, kan lesioned ensidigt i gnagare hjärnstammen för att testa neuroplasticity framkallande terapier för det centrala nervsystemet. Denna kirurgiska ingrepp ("pyramidotomy") och postoperativa bedömningar beskrivs i detta protokoll.
Abstract
Den kortikospinala vägarna (CST) kan helt avskiljas ensidigt i märg pyramiderna i gnagare hjärnstammen. CST är en motor-tarmkanalen som har stor betydelse för den distala muskelkontroll hos människa och, i mindre utsträckning, i gnagare. En ensidig sänkning med en pyramid resulterar i förlust av CST innervation av ryggmärgen främst på kontralaterala sidan av ryggmärgen som leder till övergående motor handikapp i frambenen och ihållande förlust av fingerfärdighet. Ipsilaterala projektioner av kortikospinala vägarna är små. Vi har förfinat vårt kirurgisk metod för att öka chanserna att skada fullständighet. Vi beskriver postkirurgisk vård. Underskott på Montoya trappan pellets når test och den horisontella stege testet visas här upptäcks upp till 8 veckor postinjury. Underskott på cylindern uppfödning testet endast upptäcks gående. Därför kan cylinderprovningen endast vara lämpliga för detektion av korttids återhämtning. Vi visar hur, elektrofysiologisktoch anatomiskt, man kan bedöma skador och förändringar i plast. Vi beskriver också hur man analyserar fibrer från oskadade CST gro över mittlinjen i eftersatta områden. Det är en utmaning att få> 90% färdigt lesioner konsekvent på grund av närheten till basilar artär i förlängda märgen och överlevnad kan vara låg. Alternativa kirurgiska metoder och beteendetester beskrivs i detta protokoll. Den pyramidotomy modellen är ett bra verktyg för att bedöma neuroplasticity framkallande behandlingar som ökar groning av intakta fibrer efter skada.
Introduction
Den kortikospinala vägarna (CST) är en viktig motor tarmkanalen i den mänskliga ryggmärgen. Skador på den här kanalen efter ryggmärgsskada medför betydande förlust av fingerfärdighet. CST är särskilt viktigt för finmotorik hos människor, såsom siffran rörelse och distal muskelkontroll. Det finns också i gnagare även om dess anatomiska läge inom ryggmärgen är annorlunda än människor och CST skador är mindre handikappande 1-4.
En in vivo modell av CST skada i involverar ensidig pyramidotomy, där en pyramid i ventrala hjärnstammen rostralt om decussation (Figur 1). Pyramiderna är en klar anatomiska egenskapen på den ventrala sidan av den förlängda märgen genom vilken CST löper innan den decussates. Hos råttor, är majoriteten av fibrer (omkring 95%) decussate vid den kaudala änden av märgen och därefter funnit i dorsal mediala delen av ryggmärgen. Emellertid approximately 10% av de decussated fibrerna löper i dorsolaterala kolumner. Resterande ~ 5% av fibrer stannar uncrossed på ipsilaterala sidan och resor i ventrala mediala delen 5,6. Efter pyramidotomy ryggmärgen förlorar sin direkt input från den kontra CST (Figur 1).
Den pyramidotomy Modellen är särskilt bra för att testa svaren från de intakta fibrerna i unlesioned CST till en behandling. Den tillåter bedömning av plasticitet och groning av de intakta fibrerna över mittlinjen i ryggmärgen, vilket innerverar denerverade områdena. Den kortikospinala vägarna har observerats att gro avsevärt under spinal skademodeller och förmedlar särskilt forelimb återhämtning 7-10. En behandling kan syfta till att förstärka denna forelimb återhämtning. Effekten av en behandling kan testas med beteende bedömningar, anatomiska spårning tekniker för unlesioned vägarna och terminalelektrofysiologiska experiment 3,11,12. </ P>
Fördelen jämfört med de flesta andra prekliniska modeller av ryggmärgsskador är att det specifikt påverkar en tarmkanalen jämfört med andra ryggradsskador ofta drabbar flera områden. Endast en tarmkanalen på ett tydligt, ytlig anatomiska läge är skadade. En annan fördel är att pyramidotomy är en reproducerbar skada modell. Det är en lämplig in vivo resurs för forskare att testa effekten av potentiella neuroplasticity framkallande terapier, som syftar till återhämtning av motorik efter skador eller störningar i motorsystemet 13,14.
Protocol
Etik uttalande: Alla förfaranden var i enlighet med riktlinjer från det brittiska inrikesministeriet och Djur (vetenskapliga förfaranden) Act från 1986.
1. Kirurgi och skada
OBS: Att använda råttor tyngre än 220 g kan hjälpa till med postoperativ återhämtning om kirurgen finner djuren förlorar ofta mer än 10% av sin preoperativ kroppsvikt.
- Före operationen, testa djuren för deras framtassarna önskemål med cylinder uppfödning testet 15 eller Montoya staicase testet 24. Lämpligen skär pyramiden / CST motsvarar den dominerande framtassarna.
OBS: För två dagar före operation, placera följande poster i burarna, så att råttorna blir bekanta med livsmedel som kommer att gynna under återhämtning från kirurgi: hydrogel förpackningar, våt mäsk och kaloririk kosttillskott. Sterila versioner av dessa kosttillskott är tillgängliga från olika leverantörer. - Bedöva kvinnlig Lister huvor råttor (som vägde mellan 200 och 250 g) med isofluran (5% för induktion och 1 till 2% för underhåll) i syre (flödeshastighet: 1,5 L / min). OBS: Valet av bedövningsmedel är viktig. Inandning bedövningsmedel möjliggör snabbare reglering av anestesidjupet än ketamin, som är också vanligt förekommande. Isofluran möjliggör bättre kontroll av andningsfrekvensen och djup. Valet av bedövningsmedel är isofluran. OBS: Att använda råttor tyngre än 220 g kan hjälpa till med postoperativ återhämtning om kirurgen finner djuren förlorar ofta mer än 10% av sin preoperativ kroppsvikt.
- Administrera Karprofen subkutant som analgetikum när djuren bedövas för att minska inflammation och ge smärtlindring. Obs: Karprofen ges under pyramidotomy kirurgi i vårt laboratorium enligt vår veterinär råd. Opioider kan orsaka ytterligare andningsdepression under operation.
- Behåll djuren vid 37 ° C under operation med hjälp av en hemmaothermic filt system och en rektal temperatursond.
- Bekräfta fullständig anestesi genom att kontrollera för tassen nypa tillbakadragande reflex och blinkreflexen.
Anmärkning: Valfritt: För att motverka andningsproblem under operation, intubation och ventilation kan vara genomförbart. Men tänk på att luftstrupen behöver förskjutas under operation. - När sövda, placera råttan i ryggläge, raka den ventrala hals och sterilisera den med 1% klorhexidin våtservetter och / eller desinfektionsservetter. Applicera en steril kirurgisk filt över djuret och hålla området sterila vid alla tidpunkter.
- När sövda, placera råttan i ryggläge, raka den ventrala hals och sterilisera den med 1% klorhexidin och desinfektionsservetter. Applicera en steril kirurgisk filt över djuret och hålla området sterila vid alla tidpunkter.
OBS: Eventuellt kan råttans huvud fixeras i en stereotaktisk ram i ryggläge under kirurgi för att inaktivera rörlighet av huvudet, dvs.pannben. - Gör en 2-3 cm lång mittlinje snitt från hakan till nästan rostralt änden av bröstbenet med användning av en steril skalpell (# 10). Eventuellt tillämpa små bulldog klämmor för att dra in huden.
- Blunt dissekera de övre skikten av vävnad såsom körtlar (t.ex. submaxillär körtel och öronspottkörteln) och muskler som täcker luftstrupen med användning av omvänd action med trubbiga sax och tandade pincett. Alltid bo på mittlinjen. Vävnaderna bör lätt separera.
- När trakea exponeras, förskjuta den åt sidan. Mittlinjen syns nedanför den med två vita fettkuddar, som markerar mittlinjen vid rostral änden.
- Rostralt om vita fettkuddarna, är trubbig dissekera vävnad tills den ventrala ytan av skallen (den basioccipital benet) uppnåtts.
- Sätt lång tandade Varor (tandlängd 5,5 mm eller 16 mm) för att hålla luftstrupen förskjuten åt ena sidan (max 1 cm) och att exponera basen. Förskjutning av trakea kan obstruct andning.
OBS: För vissa djur, lossa upprullningsdon vid flera gånger under operation för att ta bort påfrestningen på luftstrupen, t ex varje 10 min i 2 min. Hook sårhakar kan användas i stället för lång tandade sårhakar för att minska påfrestningen av förskjutningen. - Försiktigt bränna små fartyg synliga blod vid rostral änden går mot struphuvudet för att undvika blödning.
OBS: För att förhindra etsande de återkommande laryngeal nerv blodkärl är noggrant dras bort från vävnaden väggen innan de flamberats. - Justera mikroskopet för återstoden av det kirurgiska ingreppet.
- Ta benhinnan täcker basen med fin pincett. Justera sårhakarna att uppnå bästa möjliga vy för borrning.
- Känn ojämna yta basioccipital benet med fin pincett, notera en höjd vid mittlinjen, som omfattar den basilära artären. Rostrally, blir skallen upp som en liten konvexitet.
- Beroende på vilken sida lesionen önskas, borra ett hål ca 1 mm i sidled med mittlinjen i mediolateral rörelser.
OBS: Tänk på att råttan är i ryggläge, och dess vänstra sida kan vara på utredare höger sida! - När ett hål görs, förstora mot mittlinjen med små vertikala upp-och-nedåt-rörelser med borren tills basilar artären syns tydligt och förstora i sidled i minst 2 mm.
- Se till arteria basilaris syns tydligt. Pyramiden kan identifieras genom sin något utbuktande form (Figur 2) och genom att angränsande blodkärl.
- Ta bort eventuella återstående benfragment med fin pincett.
- Applicera en droppe doxapram hydroklorid, ett andnings stimulerande, på tungan.
- Öppna dura längsled med en 26 gauge nål och fin pincett sidled till arteria basilaris. Njut av cerebrospinalvätskan (CSF) och blödning med bomullspinnar.
- Undvikande injury att den basilar artär, gör ett snitt ungefär 1,5 mm bred spänner över bredden av pyramiden och 0,5 mm djupa och med Vannas våren sax vinkelrät mot den basilära artären (figur 2) för att avbryta de CST fibrerna.
OBS: Märk microscissors förväg vid 0,5 mm från tipsen. När dura öppnas den basilära artären kan flyttas något åt ena sidan möjliggör en bättre tillgång till pyramiden. - Upprepa snittet med hjälp av spetsen på en 26 gauge nål för att säkerställa lesionen innefattar fibrerna nära den basilära artären.
- Stoppa blödningen med ett lätt tryck appliceras med bomullspinnar. Eventuellt kan den skurna täckas med gelskum.
- Ta bort upprullningsdon ersätta vävnader och sutur bara huden med 3-0 Vicryl suturer.
- Efter operationen, hålla djuret i en inkubator vid 32 ° C tills helt vaken och administrera 5 ml saltlösning subkutant, om det behövs. Lämna inte djuret utan uppsikt.
- Ge Carporfen subkutantsom ett antiinflammatoriskt och som analgetikum för postoperativ smärta en dag postsurgery.
- Övervaka djur noga för en vecka efter operationen och minst en gång i veckan därefter.
- Som krävs efter operationen, plats hydrering gel förpackningar, mosad barnmat, våt mäsk och torr chow på burgolvet. Ge vattenflaskor med långa pipar (saknar kullager ventilerna).
Representative Results
Överlevnaden.
I en representativ studie utförd av oss hade vi en överlevnad på 16 av 20 kvinnliga Lister huvor råttor (200-250 g). Den vanligaste komplikationen är andningssvårigheter på grund av luftstrupen förskjutning eller skador på andningscentrum i hjärnstammen bara rygg till pyramiderna (nucleus solitarii, tvetydiga och parabrachilis). Liknande resultat har rapporterats i litteraturen 16.
Beteende utfall.
En rad beteendetester har använts för att bedöma sensorimotor utfallet efter pyramidotomy hos gnagare: den horisontella stege testet, den enda pellet når test, cylinder uppfödning testet och Montoya trappa testet är de vanligaste beteende bedömningar. Andra tester som beskrivs i litteraturen är pelleten når testet, repklättring test, gånganalys och tejp testet3,17-19. De flesta av dessa visar en funktionell motor underskott 1 vecka efter skada. För närvarande har de flesta studier som beskrivs i litteraturen endast utföra beteendetester upp till 42 dagar 4,11,13,20,21, eller för en kortare tid 3,18,22. Vi har utfört beteendetester under en längre tid och har sett i stort sett fullständig återhämtning av motorik 8 veckor efter pyramidotomy för vissa av de beteendetester, utom Montoya trappan testet och den horisontella stege testet. Detta är antagligen av flera skäl. För det första kan den skadade CST rostralt till lesionen bilda synapser på neuroner i hjärnstammen som fungerar som indirekta reläer till motoriska neuroner i ryggmärgen. För det andra kan den oskadade (kontra) CST gro och bildar synapser på nervceller i hjärnstammen eller ryggmärgen som fungerar som reläer till motoriska nervceller. För det tredje kan andra skonas motoriska skrifter såsom reticulospinal, vestibulospinala eller rubrospinala skrifter ta över någon funktion. Således en varaktig treatment effekt är svår att upptäcka med många beteendetester i pyramidotomy modellen. Några beteendetester i denna modell men kan tyda accelererad återhämtning tidigt efter skadan, vilket är relaterat till en behandling.
Cylinder Uppfödning testet 3,4,23
Baserat på cylinder uppfödning testet CST motsvarar den dominerande framtassarna skadades. Råttor placeras i en plexiglascylinder och uppfödningsbeteende observeras under en period av 3 min. Preinjury det var en liten förkärlek för att använda en framtassarna, den dominerande framtassarna, under vertikal utforskning (Figur 3A). Skadan påverkar den dominerande sidan och användningen av contralesional tassarna minskade till 28% vid en vecka postinjury (Upprepade mätningar ANOVA p <0,05; post-hoc-analys avslöjade djur har betydande underskott vid vecka 1, 2 och 3, p <0,05, Fishers LSD). 4 veckor postinjury djuren återhämtade end använde det drabbade forelimb för 45% av uppresningar, och efter sex veckor var detta 57% (n = 16, medel ± standardfel visas). Likaså Starkey et al. (4) har bedömt möss med cylindertestet i upp till 42 dagar efter pyramidotomy och rapporterade en signifikant minskning i användningen av den påverkade framtassarna under hela testperioden.
Montoya Trappa testet 24
Råttor kräver förträning för detta test för att acklimatisera före skadan. För att öka motivationen under testningen sessions djuren mat begränsad till 15 g mat per råtta kvällen innan. Livsmedels berövade råttorna placeras i Montoya trappan i 15 min. På varje sida finns en trappa av 7 steg med brunnar, vardera innehållande 3 pellets. Det totala antalet återvunna pellets på varje sida registreras. Antalet hämtade pellets med contralesional / påverkat tassarna minskade betydligt från 61% preinjury till3% 3 dagar postinjury (figur 3B). Förmågan att hämta pellets var fortfarande signifikant försämrad vid 4 veckor postinjury med 20% av pellets hämtas. Råttor visar ett betydande underskott upp till vecka 8 med endast 29% av de pellets äts vid denna tidpunkt (Upprepade Åtgärder ANOVA p <0,05, post hoc-analys visade djuren har betydande underskott på contralesional sida hela veckor, p <0,05, Fishers LSD). Den ipsilesional tassarna påverkas upp till 1 vecka postinjury; men detta åter av andra veckan (upprepade mätningar ANOVA p <0,05, post hoc-analys visade djuren har betydande underskott på Dag 3 och Vecka 1 på ipsilesional tassarna, p <0,05, Fishers LSD). De initiala underskotten i ipsilesional tassarna kan förklaras av lesionering av ipsilaterala delen av kortikospinala kanalen som löper genom snittet pyramiden, med efterföljande groning och återhämtning.
HorisontellStege testet 25
Råttor kräver förträning för detta test. Råttor gå tre gånger under en 1 m lång stege med oregelbundna rung avstånd. Videoklipp analyseras senare i slow motion och det totala antalet fot halk och missar för varje tass kvantifieras. Diagrammet i figur 3C representerar det totala antalet missar och ympkvistar av de drabbade och mindre drabbade sidan (framtassarna + baktass) procent till det totala antalet åtgärder som vidtagits. Råttor har ett betydligt ökat antal fel 1 vecka postinjury med 10% eller 11% på den drabbade sidan och mindre drabbade sidan resp. Detta underskott är ihållande på contralesional / drabbade sidan fram till vecka 8 med 10% fel gjorde dock beslutar om ipsilesional / mindre drabbade sidan av 2 veckor (upprepade mätningar ANOVA, avslöjade post hoc-analys djur har betydande underskott på alla veckor på den contralesional sidan och betydande underskott vid vecka 1 och 3 på ipsilesionalsida, p <0,05, Fishers LSD).
Elektrofysiologiska tester
I en terminal elektro upplägg djuret sövdes intraperitonealt med uretan. Under hela förfarandet, var det hålls vid 37 ° C ± 1 ° C. Dess ventrala halsregionen, dess framben och bröstregionen rakades och desinficeras med jod scrub. Pyramiderna exponerades som tidigare beskrivits och det radiella nerven exponerades i överarmen av en ventral tillvägagångssätt incising huden och pectoralis major. Den distala änden av den radiella nerven skars och nerven lades över två silvertråds krok-elektroder i en mineraloljebadet. Antingen pyramid stimulerades med koncentriska bipolära elektroder på olika djup med 5 pulser vid 300 Hz och öka stimulering amplitud. Record gjordes alltid från den radiella nerven av handikappade armen (Figur 4).
Uninjured animals hade en stark respons på latenser mellan 12 till 20 msek i radialnerven när den kontra pyramiden stimulerades (Figur 4B). Ipsilateral stimulering resulterar endast i enstaka aktivering (Figur 4C). Djur som tidigare har fått pyramidotomies, på kontralaterala sidan till inspelningsarmen visar inget svar i radialnerven när den skadade tarmkanalen stimuleras ovanför skadan (Figur 4B). Men stimulering av CST fibrer i pyramiderna ipsilateralt till inspelningselektroder resulterade i en starkare aktivering i radialnerven jämfört med oskadade djur på 12 veckor postinjury (Figur 4C).
Anatomiska utfall.
Djuren avlivades 10 veckor postsurgery enligt schema 1 av djur (vetenskapliga förfaranden) Act 1986. Två veckor tidigare, var oskadad CST spåras med biotinyleratdextran amin (BDA) injektioner i motor cortex 26 ipsilateralt till funktionshindrade armen (Figur 1). Detta möjliggör kvantifiering av oskadade fibrer, som korsar mittlinjen och försörjer contralesional ryggmärgen (Figur 5C, D). Oskadda djur har bara några få fibrer som korsar mittlinjen, medan det ökar som svar på skada. Tvärgående cervikala ryggmärgen sektioner färgades med proteinkinas C (PKC) gamma för att bedöma andelen denervering i den skadade CST (Figur 5E) 16. Alternativt kan bedömas fullständighet lesionen genom att injicera BDA spårämne i motoriska cortex på ipsilesional sidan av pyramidotomy skada. Frånvaron av märkning i den kontra dorsomediala CST och ipsilaterala ventromediala CST ger bevis på fullständig ensidig transection.
nt-width = "4in" src = "/ filer / ftp_upload / 51.843 / 51843fig1highres.jpg" width = "400" />
Figur 1: Schematisk visar kortikospinala skrifter i råtta och ensidiga axotomi av CST i pyramiderna Top image:. Kortikospinala nervceller har sitt ursprung i de kortikala skikt 5 pyramidala celler. Biotinylerad dextran amin (avbildad i grönt) insprutas i contralesional kortex två veckor före slutet av experimentet. USA bild: De skrifter bildar pyramiderna på den ventrala ytan av märgen och på spinomedullary korsningen majoriteten av axoner decussate. Ensidig pyramidotomy utförs i den kaudala medulla (visas i rött). Lägre bild: Majoriteten av de kortikospinala skrifter köra ner i dorsomediala och dorsolaterala delar av ryggmärgen. En minoritet stannar ipsilateralt och springer ventromedially.
1843fig2highres.jpg "width =" 500 "/>
Figur 2: Ventral vy av råtthjärna. Pyramiderna är utmärk eftersom de är upphöjda, parallella konvexiteter (gul ruta). Gränserna av pyramiderna definieras medialt av arteria basilaris (BAS) över mittlinjen och i sidled vid basen av konvexiteten halvvägs mellan arteria basilaris och paraolivary artären (pol) sett i (C). Kraniotomi utförs över arteria basilaris och lateralt sträcker sig till paraolivary artären (röd ruta i C). En pyramid skärs vinkelrätt mot basilar artären (röd linje i C, är snittet visas på förlagan i A och B). Lesioner placeras alltför kaudalt nära vertebrala artärerna (vert) kommer att vara ofullständig eftersom CST börjar decussate och eftersom ryggradsartären ställs från mittlinjen. (C) Bild anpassad från "The Rat Nervsystemet" av George Paxinos 27. OBS: Denna figur visar en skada på vänster sida av bilderna: detta är djurets riggenht pyramidal tarmkanalen, eftersom det ligger på rygg. Observera dock att videon visar en skada till djurets vänstra pyramidal tarmkanalen.
Figur 3:. Representativa resultat för cylinder uppfödning testet, Montoya trappa pellet nå test och horisontell stege testet Det finns en motor underskott upptäcks av alla tester efter skada. Däremot kan ingen underskott upptäckas med cylinder uppfödning testet vid 4 veckor postinjury, medan ihållande underskott kan detekteras med Montoya trappan testet och den horisontella stege test upp till 8 veckor postinjury (n = 16 per grupp, medel och standardfel är visade). Asterisk anger p <0,05 i förhållande till preinjury baslinjen (Fishers LSD-test). Klickahär för att se en större version av denna siffra.
Figur 4:. Elektro bedöma kortikospinala vägarna före och efter pyramidotomy (A) visar uppställningen för terminal experimentet. Vi stimulerar pyramiderna med ett tåg av 5 pulser vid olika djup rostralt till stället för lesionering och decussation. Den röda kanalen är den skadade tarmkanalen. Vi spelar in från den radiella nerven på contralesional sidan. (B) och (C) visar exempel inspelningar med ipsilesional stimulering eller contralesional stimulering före eller 12 veckor efter pyramidotomy. Ipsilesional stimuli framkalla multipla förening aktionspotentialer (spikar i kurvan) i radialnerven innan skada (B). Dessa avskaffades av skada och verksamhet inte return inom 12 veckor (B '). Contralesional stimulering väcker sällan enda förening aktionspotentialer preinjury (C). 12 veckor efter skada aktivitet avsevärt ökas (C '), möjligen på grund av intakta axoner groning över mittlinjen och plast förändringar inom ryggmärgen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5:. Anatomical utvärdering efter pyramidotomy (A, B, C, D) Biotinylerad dextran amin användes för att spåra corticospinal kanalen genom att injicera det in i motoriska cortex motsvarar den unlesioned CST (se grönt i figur 1). Den dorsala mediala, de ventrala mediala komponenterna i CST är klart synliga (A, dorsala mediala partiet förstorat i B). (C) och (D) är förstoringar från (a) av fibrer groning tvärs mittlinjen in i den grå substansen i den denerverade sidan som svar på en behandling. För att bedöma fullständighet av lesionen tvärsektioner i hals nivå 4 (12 veckor postinjury vävnad) skars och färgades med antikroppar mot PKC gamma (E). Den CST på den vänstra sidan av bilden är intakt och kan ses utbuktning tvärs mittlinjen in i den denerverade sidan, förmodligen på grund av den strukturella nedbrytningen av den skadade dorsala CST.
Discussion
Vi har beskrivit pyramidotomy skademodellen. Den kortikospinala kanalen skärs vid nivån av hjärnstammen. Ur teknisk synvinkel denna operation kräver mycket försiktighet och noggrannhet. Hjärnstammen rymmer andningscentra och de kardiovaskulära centra i flera kärnor som kärnan tvetydig och solitarii inbäddade i retikulära formation under pyramiderna. Om snittet görs för djupt detta kan leda till plötsliga andningssvårigheter, som kan vara dödlig. Vi ger Dopram strax innan snittet att öka andningsaktiviteten för att förhindra ett plötsligt andnings upphörande. Om andningen stannar det är värt att ventilera djuret för följande fem minuter med syre som den kan återhämta sig. Dessutom bör eventuella skador på basilar artären absolut undvikas. Komplikationer under första dagarna postinjury är: annan blödning i hjärnstammen påverkar vitala funktioner, stor viktminskning, svåra andnings difficulties pga luftstrupen förskjutning och allvarliga orienterings- och balansproblem av djuret på grund av omfattande skador inklusive oliverna precis sidled till pyramiderna. Dessa komplikationer kan behandlas som slutpunkter och djur kan avlivas. Noggrann övervakning under den första veckan efter operationen är nödvändig. Kompletterande mat kan ges för att uppväga viktminskning. Luftvägsinflammation (raspiga andning) beslutar normalt inom en till två dagar. Generellt yngre djur är lättare att arbeta på som sin hals är mindre djup. Dessutom är de mer motståndskraftiga och har färre andningskomplikationer.
Det kräver lite övning för att uppnå en total lesion av CST med en pyramidotomy. Även i två studier med et al. Steward 16, vilket anges att replikera en tidigare experiment av et al. Benowitz 28, rapporterade initialt hög dödlighet och att vissa av deras skador var ofullständiga. Beteendeunderskotten kommer också att vara rörlig. Vi rekommenderar att en ny kirurg utför många praxis pyramidotomy operationer innan någon fullständig experiment för att testa en kandidat terapi utförs. Sätt att förebygga ofullständiga lesioner retracing snittet med en injektionsnål och se till att kortikospinala fibrerna nära basilar artären är avskurna som beskrivs i detta protokoll. Andra alternativ är att aspirera lesionsstället med en lutad glas sug pipett som beskrivs i Zhou et al. 2003 29. En fin volfram tråd kan också användas för att skära vägarna 22. Ett alternativ till pyramidotomy är att skära hals C3 rygg CST ensidigt och sedan skära med en ventral synsätt ipsilesional C2 ventrala delen av CST 18. Men utan tvekan, är en komplett skada inte nödvändigt om målet är att studera groning av contralesional CST; om majoriteten av pyramiden är lesioned och en spirande svar från unlesioned sidan sker detta kan vara tillräckligt.
Ett syfte med pyramidotomy lesionen modellen är att avlägsna den ena sidan av kortikospinala vägarna och använda neuroplasticity framkallande terapier för att stimulera plasticitet och groning av de intakta icke skadade fibrer. För att testa neuroskyddande behandlingar här modellen är olämpligt och andra modeller skade såsom kontusion skador bör användas. Resultat av pyramidotomies bedöms oftast med beteendetester och anatomi. Den horisontella stege testet, cylinder uppfödning testet och Montoya trappa testet är de vanligaste beteende bedömningar. Andra tester som beskrivs i litteraturen är pelleten når testet, repklättring test, gånganalys och tejp testet 3,17-19. Men resultaten av de beteendetestet ofta bara övervakas upp till maximalt 42 dagar postlesion 3,4,11,17,18,20-22. Från tidigare erfarenheter, gnagare återvinna mest funktion vid senare tidpunkter utan någon behandling ingripande. Vi har visat that den horisontella stege testet och Montoya trappan pellets nådde testet upptäcker funktionshinder upp till en senare tidpunkt. De kan användas för att mäta den funktionella återhämtning på grund av en behandling. Lesionen fullständighet bedöms av PKC gammafärgning (vilka etiketter CST fibrer i de dorsala kolonnerna) av ryggmärgen vid rostralt cervikal nivå eller Eriochrom cyanin färgning av tvärgående sektioner av lesionsstället. Biotinylerad dextran amin kan injiceras i contralesional cortex att bedöma groning av de intakta fibrerna över mittlinjen i denerverade ryggmärgen området.
Sammanfattningsvis är pyramidotomy modellen bra för bedömning neuroplasticity framkallande förmåga hos en behandlings läkemedel för centrala nervsystemet skador om operationen lyckas behärskar. Den bedömer plasticitet av intakta fibrer. Nästa steg skulle vara att använda en mer kliniskt relevant modell som kontusion skador att bedöma läkemedlets förmåga att övervinna större injuries påverkar flera områden.
Disclosures
Författarna har ingenting att lämna.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av Internationella Spinal Research Trust och Rosetrees Trust.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Carprofen | Norbrook | Vm No; 02000/4229 | give 5 mg/kg twice daily |
| Homeothermic Blanket System | Harvard Instruments | 507222F | |
| Isoflurane | Abbott | B506 | |
| Fine Scissors- Tough Cut | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11019-12 | |
| Long-toothed Alm retractors | Fine Science Tools | 17009-07 | |
| cautery system kit | Harvard Instruments | 726067 | |
| fine Dumont forceps | Fine Science Tools | 11251-10 | |
| Carbon Steel burrs | Fine Science Tools | 19007-07 | |
| Dopram V-drops | Pfizer | apply 1 drop to tongue | |
| Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | |
| gelfoam | Equimedical | EQU705001 | |
| 3-0 Vicryl sutures | Ethicon | ||
| operating microscope | Zeiss | ||
| Compact Anaesthesia System Isoflurane K/F Single Gas | VetTech Solutions | ||
| Scales | Ohaus | NVT3201 | |
| Carbon Steel Scalpel blades No. 10 | Swann-Morton | 201 | |
| 25g needles | Terumo | NN-2525R | |
| syringes (1 ml and 5 ml) | Terumo | SS+01T1 / SS*05SE1 | |
| Saline (Sodium Chloride 0.9%) | Fresenius Kabi | Pl 08828/0178 | |
| cotton buds | Johnson and Johnson | 5000207582502 | sterilize before use |
References
- Lemon, R. N. Descending pathways in motor control. Annual review of neuroscience. 31, 195-218 (2008).
- Lemon, R. N., Griffiths, J. Comparing the function of the corticospinal system in different species: organizational differences for motor specialization. Muscle & nerve. 32, 261-279 (2005).
- Starkey, M. L., et al. Assessing behavioural function following a pyramidotomy lesion of the corticospinal tract in adult mice. Experimental neurology. 195, 524-539 (2005).
- Starkey, M. L., Bartus, K., Barritt, A. W., Bradbury, E. J. Chondroitinase ABC promotes compensatory sprouting of the intact corticospinal tract and recovery of forelimb function following unilateral pyramidotomy in adult mice. Eur J Neurosci. 36, 3665-3678 (2012).
- Brosamle, C., Schwab, M. E. Cells of origin, course, and termination patterns of the ventral, uncrossed component of the mature rat corticospinal tract. The Journal of comparative neurology. 386, 293-303 (1997).
- Brosamle, C., Schwab, M. E. Ipsilateral, ventral corticospinal tract of the adult rat: ultrastructure, myelination and synaptic connections. Journal of neuroctology. 29, 499-507 (2000).
- Bareyre, F. M., et al. The injured spinal cord spontaneously forms a new intraspinal circuit in adult rats. Nat Neurosci. 7, 269-277 (2004).
- Chen, Q., Smith, G. M., Shine, H. D. Immune activation is required for NT-3-induced axonal plasticity in chronic spinal cord injury. Exp Neurol. 209, 497-509 (2008).
- Z'Graggen, W. J., et al. Compensatory sprouting and impulse rerouting after unilateral pyramidal tract lesion in neonatal rats. J Neurosci. 20, 6561-6569 (2000).
- Rosenzweig, E. S., et al. Extensive spontaneous plasticity of corticospinal projections after primate spinal cord injury. Nat Neurosci. 13, 1505-1510 (2010).
- Z'Graggen, W. J., Metz, G. A., Kartje, G. L., Thallmair, M., Schwab, M. E. Functional recovery and enhanced corticofugal plasticity after unilateral pyramidal tract lesion and blockade of myelin-associated neurite growth inhibitors in adult rats. J Neurosci. 18, 4744-4757 (1998).
- Kartje-Tillotson, G., O'Donoghue, D. L., Dauzvardis, M. F., Castro, A. J. Pyramidotomy abolishes the abnormal movements evoked by intracortical microstimulation in adult rats that sustained neonatal cortical lesions. Brain Res. 415, 172-177 (1987).
- Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature Neuroscience. 1, 124-131 (1998).
- Akbik, F. V., Bhagat, S. M., Patel, P. R., Cafferty, W. B., Strittmatter, S. M. Anatomical plasticity of adult brain is titrated by Nogo Receptor 1. Neuron. 77, 859-866 (2013).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacol. 39, 777-787 (2000).
- Steward, O., Sharp, K., Yee, K. M. A re-assessment of the effects of intracortical delivery of inosine on transmidline growth of corticospinal tract axons after unilateral lesions of the medullary pyramid. Experimental neurology. 233, 662-673 (2012).
- Thallmair, M., et al. Neurite growth inhibitors restrict plasticity and functional recovery following corticospinal tract lesions. Nature neuroscience. 1, 124-131 (1998).
- Weidner, N., Ner, A., Salimi, N., Tuszynski, M. H. Spontaneous corticospinal axonal plasticity and functional recovery after adult central nervous system injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 3513-3518 (2001).
- Schnell, L., Schneider, R., Kolbeck, R., Barde, Y. A., Schwab, M. E. Neurotrophin-3 enhances sprouting of corticospinal tract during development and after adult spinal cord lesion. Nature. 367, 170-173 (1994).
- Starkey, M. L., Bleul, C., Maier, I. C., Schwab, M. E. Rehabilitative training following unilateral pyramidotomy in adult rats improves forelimb function in a non-task-specific way. Experimental neurology. 232, 81-89 (2011).
- Ueno, M., Hayano, Y., Nakagawa, H., Yamashita, T. Intraspinal rewiring of the corticospinal tract requires target-derived brain-derived neurotrophic factor and compensates lost function after brain injury. Brain : a journal of neurology. 135, 1253-1267 (2012).
- Maier, I. C., et al. Constraint-induced movement therapy in the adult rat after unilateral corticospinal tract injury. J Neurosci. 28, 9386-9403 (2008).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 39, 777-787 (2000).
- Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., Dunnett, S. B. The "staircase test": a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. Journal of neuroscience methods. 36, 219-228 (1991).
- Soblosky, J. S., Song, J. H., Dinh, D. H. Graded unilateral cervical spinal cord injury in the rat: evaluation of forelimb recovery and histological effects. Behavioural brain research. 119, 1-13 (2001).
- Soleman, S., Yip, P., Leasure, J. L., Moon, L. Sustained sensorimotor impairments after endothelin-1 induced focal cerebral ischemia (stroke) in aged rats. Experimental neurology. 222, 13-24 (2010).
- Paxinos, G. The Rat Nervous System. , Academic Press, Inc. (1995).
- Benowitz, L. I., Goldberg, D. E., Madsen, J. R., Soni, D., Irwin, N. Inosine stimulates extensive axon collateral growth in the rat corticospinal tract after injury. Proc Natl Acad Sci U S A. 96, 13486-13490 (1999).
- Zhou, L., Baumgartner, B. J., Hill-Felberg, S. J., McGowen, L. R., Shine, H. D. Neurotrophin-3 expressed in situ induces axonal plasticity in the adult injured spinal cord. J Neurosci. 23, 1424-1431 (2003).
