Summary
이 프로토콜의 정형 외과 수술 후 neuroinflammation 및 행동 변화, 그리고 노화 중 조직 재생 연구 parabiosis와 결합 메커니즘을 연구 하는 데 사용 되었습니다 마우스 모델을 설명 합니다.
Abstract
수술은 일반적으로 개선 하 고 삶의 질을 유지 하는 데 사용 됩니다. 불행히도, 노인 등 취약 한 환자에서 합병증 수 있습니다 발생할 고 크게 감소 결과. 실제로, 일상적인 정형 외과 골절 복구, 후 노인 환자의 50%는 정신 착 란 같은 신경학 상 합병증에서 고통. 또한, 치유 하 고 수술 후 조직을 재생 하는 능력, 나 이와 함께 감소 하 고 골절 수리 및 임 플 란 트의 심지어 뼈가 있는 통합의 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서,이 연령에 따라 변화 드라이브 메커니즘의 더 나은 이해 같은 합병증에 대 한 위험을 최소화 하 고 결과 최적화 하는 전략적 목표를 제공할 수 있습니다. 여기, 우리는 tibial 골절의 임상 관련 마우스 모델을 소개합니다. 이 마우스에 수술 후 변화 일반적으로 인 간에 있는 일반적인 정형 외과 수술 후 관찰 하는 인지 장애의 일부 모방. 간단히, 절 개는 엄격 하 게 무 균 조건 하에서 오른쪽 뒷 다리 사지에서 수행 됩니다. 근육 분리 되 고는 0.38 m m 스테인레스 스틸 핀 intramedullary 운하 안에 경골의 상단 문장에 삽입 됩니다. 뼈는 다음 수행, 그리고 상처를 잘라. 수술 후 neuroinflammation 행동 변화에 대 한 수술 외상의 효과 조사 하기 위해이 모델을 사용 했습니다. Parabiosis, 외과 모델에 2 마우스 anastomosed는와 함께에서이 골절 모델을 적용 하 여 우리 세포와 조직으로 부상 후 장기 기능 및 조직 재생을 젊 어지게 하는 분 비 요소를 공부 했다. 우리의 단계별 프로토콜에 따라, 이러한 모델 높은 충실도, 재생 될 수 있다 그리고 많은 생물 학적 경로 수술 외상에 의해 변경 되는 심문을 적용할 수 있습니다.
Introduction
수술 의료 의료 시스템을 변형 시킨 첨단 기술, 향상 된 안전에 지속적으로 기여 하 고 삶의 질을 유지. 불행 하 게도, 수술도 노인 환자1,2에 특히 상처 감염, 신경학 적 장애, 그리고 심지어 사망을 포함 하 여 수술 후 합병증으로 이어질 수 있는 pathophysiologic 응답을 유도 합니다. 정형 외과 특히 노인 삶의 질을 개선 하 고 일반적인 뼈 부상을 복구 하에서 정기적으로 수행 됩니다. 그러나, 정형 외과 환자 65 세와 수술 후 정신 착 란 등 이전 경험 신경학 적 장애의 50%까지. 이 지속적으로 6 개월, 지속적인 기능 감소, 빈약한 예 지, 즉, 5 사망률에 대 한 위험을 증가와 관계가 증가 환자, 증가 입원의 길이 그리고 요양원 배치의 시간 간호 3 , 4 , 5. 진보 된 나이를 포함 하 여 몇 가지 위험 요소 확인 되었습니다, 하지만 작은 수술 후 신경학 적 장애에 대 한 책임 메커니즘에 대 한 알려져 있다.
우리 주변 외상 neuroinflammation 및 두뇌 건강 (인지 기능)6, 를 포함 하 여 수술 후 회복에 미치는 영향을 확인 하려면 tibial 골절의 마우스 모델을 설정한 골절 노인에서 아주 일반적 이기 때문에, 7. 원래 해리 외 에 의해 설명 된이 모델 8, intramedullary 고정 및 전신 마 취 및 진통, tibial 골절 이루어져 피부 부상, 근육 외상, 따라서 모방 그리고 뼈 일반적인 긴 뼈 골절과 관련 된 수리 및 인 간에 있는 복구. 이 절차 후 쥐 인간9,10, 선언적 메모리에 적자와 관련 있는 해 마에서 microglial 활성화에 관찰 하는 변화에 비슷한 염증 성 마커 변경 내용을 설명 하 고 hippocampal neuroplasticity6,7,11. 우리는 이전 결합이 골절 모델 parabiosis. Parabiosis는 수술 고 모델을 2 마우스 anastomosed는 따라서 순환 시스템을 공유입니다. 이 모델 순환 세포 및 연령과 질병12,,1314의 맥락에서 장기의 기능에 체액 성 요인의 규제 효과의 이해에 돌파구를 제공 했다. 이 방법을 사용 하 여 우리가 최근 연령에 따라 골절 치유12와 관련 된 조직의 요소를 발견 했다.
여기, 뼈-투-두뇌 연령에 따라 메커니즘, 재생 의학 및 neuroimmunology에 관련 된 연구 parabiosis tibial 골절 모델을 결합 하는 프로토콜을 소개 합니다. 프로토콜 1A tibial 골절 절차 (그림 1A) parabiosis 절차 및 프로토콜 1B 세부 사항 설명. 이들은 독립적으로 또는 조합, 심문의 성격에 따라 수행할 수 있습니다.
Protocol
모든 동물 실험 관리 및 실험 동물의 사용에 대 한 국가 학회 건강 가이드에 따라 실시 하 고 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC) 듀크 대학에 의해 승인 했다.
1. 실험 동물
- 표준 음식과 물에 명암 주기 12 h와 적절 한 액세스 에어컨된 환경에서 마우스를 유지. 더 이상 5 littermates 케이지, 당 하며 싸우는 격려 수 하지 않도록.
- 여성 C57BL6/J 쥐를 사용 하 여 3 개월 (젊은) 또는 나이 (오래 된)의 18 개월에서.
- Parabiosis에 대 한 수술을 하기 전에 적어도 2 주 동안 함께 2 쥐를 적응. 마우스는 야생-타입 C57BL6/J 또는 eGFP +.
- 몸 상태와 마우스의 전반적인 모양을 매일 확인 합니다.
2. 수술 전 설치 Parabiosis 및 정형 외과
- 2 마우스 무게.
- 일정 한 속도로 O2 흐름 유도 유도 챔버에 대 한 사용 5% isoflurane 0.2 L/분의 마 취 시스템을 통해 전신 마 취를 관리 합니다.
참고: 마 취의 깊이 확인할 수 있습니다 발가락 핀치를 사용 하 여. - 부정사 위치에 온수 패드에 쥐를 놓습니다. 직장 프로브를 사용 하 여 수술을 통해 체온을 모니터링.
- 마 취를 유지 하는 안 면 보호구를 통해 0.2 L/min에 2.0 %isoflurane 흡입된 농도 낮은. 마 취의 적절 한 깊이 보장 하기 위해 모니터링 합니다.
- (호흡 속도, 산소 포화, 그리고 심장 비트)는 펄스 산소 농도계 (옵션)사용 하 여 비 접촉 하는 생리 적인 매개 변수를 모니터링 합니다.
3. parabiosis 수술 (프로토콜 1A)
- 무 통 관리 (buprenorphine, SR/느린 릴리스, 0.1 mg/kg 피하) 유도 후와 수술 조작 하기 전에. 개막 직전 옆구리에 bupivacaine (0.25%)를 주사. 눈 윤 활 유를 적용 합니다.
참고: parabiosis 프로토콜 수 있습니다 수행 하지 독립적으로 tibial 골절에서. - 모든 내부 몸 봉합, 4-0 polydioxanone 봉합 재료를 사용 합니다. 모든 외부 봉합에 대 한 4-0 폴 리 프로필 렌 봉합 재료를 사용 합니다.
- 팔꿈치, 측면, 그리고 가입에 무릎에서 연속 된 선 따라 2 쥐의 각을 면도. 요오드 소독 + 70% 알코올 피부 절 개에 대 한 준비에 사이클을 번갈아 3 스크럽.
압력가 마로 소독 장비를 사용 하 고 살 균 분야를 유지 한다.
참고: eGFP 마우스 오른쪽 야생-타입 마우스 놓고 수술 (그림 1)에 대 한 야생-타입 마우스의 왼쪽된 측면 및 eGFP 마우스의 오른쪽 측면을 준비 합니다. - 각 마우스 옆구리, 무릎, 팔꿈치 하 고 피부 밑 근육을 방해 하지 않고 단지 인접 근 위까지 따라 피부 절 개를 만들기 위해 한가 위를 사용 합니다.
- 2 중단 봉합 동물의 삼각 근에 가입 하세요.
- 7-9 패스의 실행, 연속 봉합으로 옆구리를 따라 몸을 벽에 가입 하세요.
- 2 중단 봉합 동물의 근육에 가입 하세요.
- 중단 봉합 2 parabionts의 피부를 닫습니다.
- 주변 공기에 깨어 마우스 수 있습니다.
- 이 프로토콜의 성공을 보장 하기 위해, 쌍의 건강을 유지 해야 한다: 매일; 쌍을 모니터링 매주 두 번; 득점 신체 조건 수행 그리고 쌍을 두 번 매주 무게.
참고: 각 쌍은 개별적으로 보관 됩니다.
참고: 경우 일반 buprenorphine (즉 SR/느린 릴리스)를 사용 하 여 다음 관리할 0.1 mg/kg 피하 마우스를 두 번 매일 당 염 분의 1 mL에에서 3 일 동안. - Parabionts tibial 골절 수술을 수행 하는 경우 사이 공유 순환 되도록 복구 시간 4 주 소요 됩니다.
4. tibial 골절 수술 (프로토콜 1B)
- 무 통 관리 (buprenorphine, 0.1 mg/kg 피하) 유도 후와 수술 조작 하기 전에. 개막 직전 무릎 근 외과 사이트에서 bupivacaine (0.25%)를 주사. 눈 윤 활 유를 적용 합니다.
- 외과 영역 표시를 마우스의 오른쪽 뒷 다리의 중간 부분을 면도 하 고 교체 주기 3 요오드 + 70% 알코올 피부 스크럽 소독. 절차를 통해 불 임 수술 필드를 유지 관리 합니다. 제한 오염; 압력가 마로 소독 기기 및 장갑;를 사용 하 여 (선택 사항); 해 현미경 수술 완료 그리고가 열 패드를 사용 하 여 체온을 유지.
참고: parabionts에는 프로토콜을 수행 하는 경우만 1 마우스 쌍 (오른쪽 마우스 오른쪽 경골) 골절 이다. Parabionts에 골절의 회로도 그림 1B 를 참조 하십시오. - 한가 위를 사용 하 여 마우스 오른쪽에 근 위 경골의 midshaft 아래로 무릎을 오른쪽 뒷 다리의 중간 양상에 따라 피부 절 개를 만들기 위해.
- 경골의 midshaft 하 고 시각적으로 diaphysis 찾습니다. 무릎을 tibial 고원 랜드마크로 슬 개 골 대 퇴 인 대를 사용 하 여 시각화.
- 시각화 슬 개 골 힘 줄; 수동으로 25 게이지 바늘을 사용 하 여 intramedullary 운하에 엄지와 검지 손가락 0.5 m m 구멍을 압 연 하 여 드릴.
참고: 드릴된 구멍 통해 실행 됩니다, 경골을 따라 병렬에 tibial 고원. - 저항, 느낌과 플러시 tibial 고원 와이어 커터를 사용 하 여 잘라 때까지 골 수 구멍에 약 15 m m 구멍을 통해 0.38 m m 스테인레스 스틸 핀을 삽입 (3D 재구성에 대 한 보충 비디오 1 참조).
- 바로 본이 위를 사용 하 여 골절 경골 midshaft (diaphysis). 골절의 회로도 그림 1 c 를 참조 하십시오.
- 시각적으로 관찰 골절 사이트와 인접 한 조직 골절 시력의 안정화에 대 한 검사를 합니다.
- 피부 스테이플를 닫습니다.
- 깨끗 한 집 케이지를 반환 하기 전에 복구 온수 패드에 쥐를 놓습니다. 유체 교체에 대 한 각 마우스 피하에 1 mL prewarmed (37 ° C) 정상 식 염 수를 주사.
- 매일 lameness, 감염, 또는 출혈의 증상에 대 한 마우스를 확인 하십시오.
참고: 경우 일반 buprenorphine (즉 SR/느린 릴리스)를 사용 하 여 다음 관리할 0.1 mg/kg 피하 염 분 매일의 1 mL에에서 3 일 동안.
Representative Results
가로 osteotomies 핀 및 적절 한 봉합의 꾸준한 삽입 무 균 조건 하에서 신중 하 게 수행 했다, 후 마우스 lameness, 감염, 또는 수술 후 왼쪽된 다리에 출혈의 흔적을 보여주었다. 정형 외과 치료 Safranin O 후 방사선 분석 및 histomorphometry를 사용 하 여 평가 했다 (그림 2) 얼룩. 방사선 midshaft 골절된 경골의 골절 굳은 살 세 쥐에서 보다 젊은 쥐의 골절 굳은 살에 더 많은 조직 증 착 표시. 골절 굳은 살 석 그리고 파라핀 조직학 분석을 위한 준비에 포함 된. 섹션 Safranin-O로 얼룩진 했다 그리고 조직 증 착 histomorphometry 분석을 사용 하 여 계량 했다. 젊은 쥐의 골절 굳은 살 더 많은 뼈와 골절 굳은 살 세 쥐에서 보다 덜 거리 조직을 포함.
Tibial 골절 염증 조직 및 중앙6,7,11,,1516유도합니다. 실제로, 주변 수준의 프로 염증 성 cytokines 및 위험 관련 된 분자 패턴 (DAMPs)는 모두 생쥐와 인간7,,1718에서 정형 외과 수술 후 급속 하 게 상승 된다. 이 체액, 세포, 및 신경 통로7,15,,1920, 포함 하는 여러 신호 메커니즘을 통해 두뇌에 있는 microglial 세포의 활성화에 기여 21. 다음 수술, 내 피 기능 장애, 혈액-뇌 장벽 개방, 그리고 주변 대 식 세포 침투 야생 유형 및 Ccr2 급성 hippocampal neuroinflammation 기여할RFP / + Cx3cr1GFP / + 성인 쥐15 , 19, 인간의 정신 착 란, 수술 후 인지 기능 장애15,,1922유사한 후속 메모리 적자와 연결 되었습니다. 이 neuroinflammatory 응답 IBA 1 immunostaining (그림 3)에 의해 감지 microglial 형태학에 있는 중요 한 변화 나이 든된 동물에 악화 됩니다.
여기 설명 tibial 골절 모델을 사용 하 여, 우리는 또한 발견 정도 장애인된 hippocampal 성체가 이랑20에 doublecortin (DCX) immunostaining에 있는 감소에 의해 입증. 장기 potentiation (LTP), 메모리 기능, 대리의 electrophysiologic 측정 postoperatively neuroplasticity에 시간에 따라 중단 발표11. 수술 후 쥐도 hippocampal 종속 메모리 기능, 예를 들어 공포 컨디셔닝 행동 평가 (그림 4)를 사용 하 여 장애를 표시할. 두려움 컨디셔닝, 마우스 챔버에 배치 되며 뒤에 (즉, footshock)는 혐오 자극 청각 큐에 노출. Tibial 수술 후 3 일 마우스 컨디셔닝 챔버에 어떤 청각 또는 혐오 자극 없이이 이번 테스트는 하 고 (자세한 프로토콜 참조23)에 대 한 메모리의 색인 기록 동작 동결.
고급 나이 메모리 감소에 대 한 중요 한 위험 요소 이다. 아직, 우리 시대, 조직 복구 및 재생에 대 한 용량 또한 감소 이러한 메커니즘을 제대로 이해 남아 있지만. 따라서, 우리는 heterochronic parabiosis (쌍 영/오래 된 동물)을 수행 하기 위해 여기 설명 된 프로토콜을 사용 하 고 골절 (대 한 자세한 parabiosis 프로토콜 참조24) 세 마우스 내에서 치유를 평가. Parabiotic 쌍 사이의 혈액 공유 확인 되었고 동등한12발견. 이전 연합 젊음 순환 향상 된 뼈 수리에 노출 증 착 뼈, 증가 하 고 감소 증 (그림 5)12. 뼈 재생의이 회 춘 생 osteocalcin 긍정적인 osteoblasts (그림 5, 갈색 세포)의 독립적인 발생 하지만 오히려 젊은 parabiont (그림 5, 블루 셀)에서 마이그레이션된 CD45-긍정적인 세포 의존 . 이 결과 CD45 긍정적인 조 혈 모 세포 더 활성화 될 그들을 유도 하는 것은 세 osteoblastic 셀에 신호 수 발랄 하 고 건강 한 틈새를 분 비를 나타냅니다.
그림 1: parabiosis와 tibial 골절 수술의 도식 대표. (A) 일정 수행 하는 parabiosis와 tibial 골절 (프로토콜 1A) 또는 tibial 골절 혼자 (프로토콜 1B). Isochronic 또는 heterochronic parabiotic 쌍에서 20 개월 된 생쥐의 (B) 경골 골절 했다 (오른쪽 마우스의 오른쪽 다리는 골절, x 표시로). 녹색 쥐 eGFP 쥐를 묘사 하는 동안 회색 쥐 wildtype 쥐 묘사. (C) intramedullary 고정 및 중간 샤프트 골절 tibial 골절 모델의 회로도. 또한 뒷 다리 사지의 3D 개조와 경골의 고정에 대 한 보충 비디오 1 을 참조. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 젊고 오래 된 마우스 모델 내에서 치유 하는 Tibial 골절. 젊은이 나 늙은 쥐의 경골 골절 했다 고 골절 굳은 살 조사 21 일 게시물 부상 했다. (A) 방사선 이미징 및 조직학 얼룩 (Safranin-O) 골절 굳은 살 21 일 게시물 골절을 평가 하는 데 사용 했다. 얼룩이 collagenous 조직 파란색과 빨간색에서 (연골 포함) proteoglycans 보여줍니다. 파선 골절 굳은 살의 대략적인 위치를 나타냅니다. (B) Histomorphometry의 뼈, 연골, 그리고 거리 조직 골절 굳은 살 21 일 게시물 골절 내 입금 금액을 평가 하기 위해 사용 되었다. 의미 ± 95% 신뢰 간격, 데이터 표현 됩니다 * P < 0.05, 통계적 (일방통행 ANOVA, Dunnett의 시험), 스케일 바 2mm, 나타내고 이미지 현미경, 1.25 x 목표를 사용 하 여 얻은 했다. n = 각 샘플에 대 한 9. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 해 마에 연령에 따라 microglial 활성화를 유도 하는 수술. Tibial 골절 수술 세 쥐 (20 개월) 4 개월 C57BL6/J 쥐에 비해 큰 hippocampal neuroinflammation를 유도 합니다. 뇌-섹션 microglial 마커 IBA 1와 얼룩이 더 긍정적인 세포와 형태 론 적 변화 수술 수술 후 24 h 그룹 보여줍니다. 이미지 100 x의 확대와 함께 epifluorescent 현미경으로 얻은 했다.; 눈금 막대를 나타냅니다 10 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: tibial 골절 수술 후 신생, 장기 potentiation 및 메모리 기능 장애. (A) DCX, 성체에 대 한 양적 마커는 수술 후 24 h에 해 마가 뇌에 현저 하 게 감소 된다. 이미지는 confocal 레이저 스캐닝 현미경 목표 10 배;의 확대와 함께 가져온 스케일 바 대표 10 µ m. 컨트롤 또는 마우스 24 h hippocampal 조각 전기 생리학 (B) 수술 후. 장기 potentiation (LTP)-고주파 자극 (HFS)에 의해 유도 되었다 고 기록 이상 1 h. 필드 흥분 성의 postsynaptic 잠재력 (fEPSPs)는 정기적으로 가득 하는 세포 외 기록 피 펫을 사용 하 여 CA1 지층 radiatum에서 기록 되었다 인공 뇌 척수입니다. 수술 후 24 h, LTP 유도 너무나 통제 쥐에 비해 감소 된다. 데이터는 평균 ± s.e.m. n으로 표현 = 3, * p < 0.05 1 방향 배치법. (C) Hippocampal 종속 메모리 기능 (추적을 사용 하 여 동결의 %로 정의 두려움 컨디셔닝) 컨트롤에 비해 수술과 마 취만 노출 동물 후 생쥐에서 손상. 데이터는 평균 ± s.e.m. n으로 표현 = 9-10, * p < 0.05 1 방향 배치법. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: Parabiosis 수술 골절 치유, 혈액 공유 및 기증자 세포 engraftment의 회 춘에 이르게. Isochronic 및 heterochronic parabiosis 쌍 설치 되었다 고 각 쌍의 세 마우스는 골절 뼈 치유에 대 한 평가. (A) 골절 굳은 살 방사선 이미징 사용 하 여 조사 했다. 파선 골절 굳은 살의 대략적인 위치를 나타냅니다. (B) Engraftment eGFP + 세포의 골 수 내에서 확인 됐다. (C) Immunohistochemistry 골절 굳은 살의 eGFP+ 기증자 세포 (파란색) 및 osteocalcin+ osteoblastic 셀 (갈색)는 parabiont에서 식별 하기 위해 사용 되었다. 스케일 바 50 µ m 나타내고 이미지 40 x 목표를 사용 하 여 얻은 했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
보충 비디오 1: 3 차원 재구성 뒷 다리 경골의 고정의. 이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
Discussion
골절 일반적인 임상 문제 그리고 사망률, 특히 급속 하 게 성장 하 고 있는 노인 인구에서에서의 주요 원인이 남아. 여기, 우리는 tibial 골절 수술 후 neuroinflammation 및 인지 장애에 대 한 책임 메커니즘 연구의 마우스 모델에 대 한 단계별 프로토콜을 소개 합니다. 이 모델은 parabiosis 수술 신경-면역 작용, 조직 재생, 및 다른 신호 프로세스를 결합할 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 이해 하는 것은 수술 후 합병증에 대 한 위험을 최소화 하 고 결과 최적화 하는 전략적 목표 제공할 것입니다.
여러 가지 정형 모델 설치류25뼈 수리 연구 개발 되었습니다. 우리가 채택 하 고 원래 해리 외 에 의해 설명 된이 tibial 골절 절차 수정 8, 뇌 기능에 정형 외과 수술의 효과 연구 한다. 우리는 또한 사용이 골절 모델 조합에 우리의 parabiosis 모델 뼈 치유와 연령에 따라 조직 재생에 대 한 책임은 요인 조사. Tibial 골절 이렇게 동물, (따라 마우스와 기본 유전자 감정의 시대), 최소 사망률 0에는 결과 당 약 15 분을 요구 하 고이 일반적인이 휘발성 전신 마 취하에 수행 하는 경우 긴 뼈 골절 및 정형 외과 외상 관련 된 한 모욕 따라서,이 모델은 생물 학적 경로 심문 하 고 경도 평가 수행에 이상적입니다. 그러나, 그것은 중요 하 고 뼈와 고정 재현, 그리고 부드러운 조직에 손상을 일관성. 연 조직 손상 수 수, 예를 들어로 변조 수술 더 충격적인 수 있도록 주변 근육을 곤란 하 게는 스트립. 고정 되지 않은 무딘 외상 또는 3-포인트 절곡에 의해 유도 된 외상 성 골절의 모델 같은 일관성 또는 정확성 제공 하지 것 이다. 이 절차는 자주 다시 부상, 장기 염증 반응에 리드에 결과. 반대로, 단단한 고정과 관련 된 골절의 모델 정형 외과26,27와 관련 된 피해를 완전히 정리 하지 않는 더 온건한 염증이 있다.
다른 고정 하는 티타늄 합금을 사용 하 여 밀접 하 게 모방 인간의 관절 교체 하도록 개발 된 모델과 족 불안정, osteolysis, 그리고 족 관련 합병증 쥐28,29가 더 관련성이 있을 수 있습니다. . 드릴 구멍 모델와 같은 적절 한 안정화를 제공 하는 여기, 하나의 마우스 등의 작업을 혼동 수 있는 상당한 적자 없이 행동 패러다임에서 시험 될 수 있다 공포 컨디셔닝 또는 오픈 필드 운동/불안6 테스트 ,7,11,15,,1920. 그러나, 회전 기형 고정 제대로 잠겨 있지 않은 경우 발생할 수 있습니다. 일부 모델은 우수한 안정화를 제공 하지만 그것은 마우스 대 퇴 골27에 성공적으로 구현 될 수 있지만 마우스 경골에서 구현 하 도전 된 외부 fixator를 사용 합니다.
정신 착 란 등 수술 후 인지 기능 장애, 인지 장애, 노인, 허약 환자30에 (서) 특히 골절 수리, 대 한 정형 외과 수술 후 일반적인 합병증은. Tibial 골절 수술의 임상 관련 마우스 모델이 보여 그 수술 후 조직의 cytokine 릴리스6,7,17, 손상 혈액-뇌 장벽 기능15,19 그리고 microglial 형태학16,22변경, 메모리 장애에 기여 하 고 정형 외과 수술 후 많은 환자에서 본 수술 후 신경학 적 합병증의 중요 한 기능을 나타낼 수 있습니다. 그것은 다른 외과 절차 생쥐에서 수술 후 인지 기능 장애를 모델링 하는 데 사용 되었습니다 해야 합니다. 피상적인 외상35,36뿐만 아니라 복 부31,,3233 와34 혈관 수술, 포함 됩니다. Parabiosis 기술은 모든 염증, glial 활성화 및 일반적인 메커니즘에 의해 중재 될 수 있는 행동 적자를 포함 하 여 유사한 끝점을 공유 하는이 모델에 적용 됩니다.
Parabiosis를 포함 하는 연구 neuroinflammation, 인지 기능과 세 동물37,,3839,40 회 춘 조직에 영향을 줄 수 있는 순환 요인에 대 한 새로운 역할을 계시 했다 ,,4142. 우리는 parabiosis 여기에 설명 된 재생 경로 조사 하 고 혈액을 매개로 요인 영향 치유와 골절12수리를 포함 하는 메커니즘을 연구 하는 tibial 골절 모델 성공적으로 결합 될 수 있다 나타났습니다. 여기, 우리는 세 동물 젊은 동물에 anastomosed 때 세 동물의 골절-복구 용량에 rejuvenated 수 있습니다 설명 했다. 나이의이 반전 골절 사이트에서 조 혈 모 세포의 engraftment에 뿌리 했다. 흥미롭게도, 이러한 소생 세 쥐로 젊은 골 수 이식 통해 달성 될 또한. 이와 관련, 골 수 이식 parabiosis에 더 직접적이 고 간단 하 게 다른 접근을 간주 될 수 있습니다. 그러나, parabiosis 조사 순환 세포 및 요인의 기능에 대 한 보다 강력한 모델 이다. 우리는 parabiosis와 정형 외과 모델 수술 치료 및 노화 생물학에서 중요 한 질문에 대답에 중요 한 역할을 담당할 것입니다 기대 합니다.
요약 하자면, 우리는 tibial 골절 수술 후 neuroinflammation과 정형 외과 수술 후 인지 장애에 대 한 책임 메커니즘 연구의 마우스 모델에 대 한 단계별 프로토콜을 소개 합니다. 이 모델은 신경-면역 작용, 조직 재생, 및 다른 경로를 parabiosis 절차와 결합할 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 정의 하는 것은 수술 후 합병증에 대 한 위험을 최소화 하 고 결과 최적화 하는 전략적 목표 제공할 것입니다.
Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
우리는 편집 지원에 대 한 캐시 게이지, 학사 (취학 부, 듀크 대학 의료 센터, 더 럼, 노스캐롤라이나) 감사합니다. NT 공작 마 취학 및 NIH/NIA R01 AG057525-01 꿈 혁신 보조금 지원을 인정합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | NDC 66794-017-25 | Other volatile agents or injectable anesthesia can be also used |
| Buprenorphine | Reckitt-Benckiser Pharmaceuticals | NDC 12496- 6757-1 | Optional and depending on individual Institutional Animal Care and Use Committee recommendations |
| Ethanol | Fisher Scientific | 04-355-451 | 70% solution for antiseptic treatment of skin and cleaning |
| 10% povidone Iodine | Dynarex | For antiseptic treatment of skin | |
| SomnoSuite | Kent Scientific | SS-01 | Low Flow Anesthesia system |
| MouseSTAT | Kent Scientific | PS1161 | Pulse Oximeter & Heart Rate Monitor |
| Shaver | Wahl | 9854L | |
| Stereomicroscope | Leica | MZ6 | |
| Scalpel Handle | Fine science tools | 10003-12 | |
| Scalpel Blades - #11 | Fine science tools | 10011-00 | |
| Adson Forceps | Fine science tools | 11006-12 | Needed for stripping the periosteum |
| Iris Forceps | Fine science tools | 11066-07 | Useful (1x2 teeth) to causing localized muscle/soft tissue trauma |
| Bonn Scissors (Straight) | Fine science tools | 14084-08 | Good for osteotomy, note to change regularly as becomes blunt |
| Fine Scissors | Fine science tools | 14058-09 | Sharp scissors for cutting sutures |
| 22G x 3.5 In Quincke Spinal Needle | BD | 405181 | Use inner rod for pinning |
| Needle Holders | Fine science tools | 12001-13 | |
| Suture | Look | 1079B | |
| C57BL6/J | Jackson Laboratory | stock no. 000664 | |
| eGFP+ (expressing enhanced green fluorescent protein ubiquitously) | Jackson Laboratory | stock no. 003291 |
References
- Terrando, N., et al. Perioperative cognitive decline in the aging population. Mayo Clin Proc. 86 (9), 885-893 (2011).
- Lord, J. M., et al. The systemic immune response to trauma: an overview of pathophysiology and treatment. Lancet. 384 (9952), 1455-1465 (2014).
- Inouye, S. K., Westendorp, R. G., Saczynski, J. S.
- Han, J. H., et al. Delirium in the emergency department: an independent predictor of death within 6 months. Ann Emerg Med. 56 (3), 244-252 (2010).
- Marcantonio, E. R., Flacker, J. M., Wright, R. J., Resnick, N. M. Reducing delirium after hip fracture: a randomized trial. J Am Geriatr Soc. 49 (5), 516-522 (2001).
- Cibelli, M., et al. Role of interleukin-1beta in postoperative cognitive dysfunction. Ann Neurol. 68 (3), 360-368 (2010).
- Terrando, N., et al. Tumor necrosis factor-alpha triggers a cytokine cascade yielding postoperative cognitive decline. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (47), 20518-20522 (2010).
- Harry, L. E., et al. Comparison of the healing of open tibial fractures covered with either muscle or fasciocutaneous tissue in a murine model. J Orthop Res. 26 (9), 1238-1244 (2008).
- Hirsch, J., et al. Perioperative cerebrospinal fluid and plasma inflammatory markers after orthopedic surgery. J Neuroinflammation. 13 (1), 211 (2016).
- Neerland, B. E., et al. Associations Between Delirium and Preoperative Cerebrospinal Fluid C-Reactive Protein, Interleukin-6, and Interleukin-6 Receptor in Individuals with Acute Hip Fracture. J Am Geriatr Soc. 64 (7), 1456-1463 (2016).
- Terrando, N., et al. Aspirin-triggered resolvin D1 prevents surgery-induced cognitive decline. FASEB J. 27 (9), 3564-3571 (2013).
- Baht, G. S., et al. Exposure to a youthful circulaton rejuvenates bone repair through modulation of beta-catenin. Nat Commun. 6, 7131 (2015).
- Brack, A. S., et al. Increased Wnt signaling during aging alters muscle stem cell fate and increases fibrosis. Science. 317 (5839), 807-810 (2007).
- Villeda, S. A., et al. The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function. Nature. 477 (7362), 90 (2011).
- Terrando, N., et al. Resolving postoperative neuroinflammation and cognitive decline. Ann Neurol. 70 (6), 986-995 (2011).
- Terrando, N., et al. Stimulation of the alpha7 Nicotinic Acetylcholine Receptor Protects against Neuroinflammation after Tibia Fracture and Endotoxemia in Mice. Mol Med. 20 (1), 667-675 (2015).
- Vacas, S., Degos, V., Tracey, K. J., Maze, M. High-mobility group box 1 protein initiates postoperative cognitive decline by engaging bone marrow-derived macrophages. Anesthesiology. 120 (5), 1160-1167 (2014).
- Zhang, Q., et al. Circulating mitochondrial DAMPs cause inflammatory responses to injury. Nature. 464 (7285), 104-107 (2010).
- Degos, V., et al. Depletion of bone marrow-derived macrophages perturbs the innate immune response to surgery and reduces postoperative memory dysfunction. Anesthesiology. 118 (3), 527-536 (2013).
- Zhang, M. D., et al. Orthopedic surgery modulates neuropeptides and BDNF expression at the spinal and hippocampal levels. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (43), E6686-E6695 (2016).
- Lu, S. M., et al. S100A8 contributes to postoperative cognitive dysfunction in mice undergoing tibial fracture surgery by activating the TLR4/MyD88 pathway. Brain Behav Immun. 44, 221-234 (2015).
- Feng, X., et al. Microglia mediate postoperative hippocampal inflammation and cognitive decline in mice. JCI Insight. 2 (7), e91229 (2017).
- Lugo, J. N., Smith, G. D., Holley, A. J.
- Kamran, P., et al. Parabiosis in mice: a detailed protocol. J Vis Exp. (80), (2013).
- Ning, B., et al. Surgicallyinduced mouse models in the study of bone regeneration: Current models and future directions (Review). Mol Med Rep. 15 (3), 1017-1023 (2017).
- Giannoudis, P. V., Einhorn, T. A., Marsh, D.
- Zwingenberger, S., et al. Establishment of a femoral critical-size bone defect model in immunodeficient mice. J Surg Res. 181 (1), e7-e14 (2013).
- Yang, S. Y., et al. Murine model of prosthesis failure for the long-term study of aseptic loosening. J Orthop Res. 25 (5), 603-611 (2007).
- Zhang, T., et al. The effect of osteoprotegerin gene modification on wear debris-induced osteolysis in a murine model of knee prosthesis failure. Biomaterials. 30 (30), 6102-6108 (2009).
- AGS/NIA Delirium Conference Writing Group, Planning Committee and Faculty. The American Geriatrics Society/National Institute on Aging Bedside-to-Bench Conference: Research Agenda on Delirium in Older Adults. J Am Geriatr Soc. 63 (5), 843-852 (2015).
- Li, Y., et al. Deferoxamine regulates neuroinflammation and iron homeostasis in a mouse model of postoperative cognitive dysfunction. J Neuroinflammation. 13 (1), 268 (2016).
- Tang, J. X., et al. Modulation of murine Alzheimer pathogenesis and behavior by surgery. Ann Surg. 257 (3), 439-448 (2013).
- Ren, Q., et al. Surgery plus anesthesia induces loss of attention in mice. Front Cell Neurosci. 9, 346 (2015).
- Fan, D., Li, J., Zheng, B., Hua, L., Zuo, Z. Enriched Environment Attenuates Surgery-Induced Impairment of Learning, Memory, and Neurogenesis Possibly by Preserving BDNF Expression. Mol Neurobiol. 53 (1), 344-354 (2016).
- Rosczyk, H. A., Sparkman, N. L., Johnson, R. W. Neuroinflammation and cognitive function in aged mice following minor surgery. Exp Gerontol. 43 (9), 840-846 (2008).
- Zhang, X., et al. Surgical incision-induced nociception causes cognitive impairment and reduction in synaptic NMDA receptor 2B in mice. J Neurosci. 33 (45), 17737-17748 (2013).
- Villeda, S. A., et al. The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function. Nature. 477 (7362), 90-94 (2011).
- Villeda, S. A., et al. Young blood reverses age-related impairments in cognitive function and synaptic plasticity in mice. Nat Med. 20 (6), 659-663 (2014).
- Smith, L. K., et al. beta2-microglobulin is a systemic pro-aging factor that impairs cognitive function and neurogenesis. Nat Med. 21 (8), 932-937 (2015).
- Katsimpardi, L., et al. Vascular and neurogenic rejuvenation of the aging mouse brain by young systemic factors. Science. 344 (6184), 630-634 (2014).
- Sinha, M., et al. Restoring systemic GDF11 levels reverses age-related dysfunction in mouse skeletal muscle. Science. 344 (6184), 649-652 (2014).
- Castellano, J. M., et al. Human umbilical cord plasma proteins revitalize hippocampal function in aged mice. Nature. 544 (7651), 488-492 (2017).
