Denne protokollen beskriver en musemodell Ortopedisk kirurgi som er brukt til å studere mekanismer postoperativ neuroinflammation og atferdsmessige endringer, og kombinert med parabiosis, å studere vev gjenfødelse under aldring.
Kirurgi brukes vanligvis til å vedlikeholde livskvalitet. Dessverre i sårbare pasientene som eldre, kan komplikasjoner oppstå og signifikant redusere utfallet. Faktisk etter rutinemessig Ortopedisk kirurgi for å reparere et brudd, lider så mange som 50% av eldre pasienter av nevrologiske komplikasjoner som delirium. Også evne til å helbrede og regenerere vev etter operasjonen reduseres med alderen, og kan påvirke kvaliteten på brudd reparasjon og selv osseous integrasjon av implantater. Dermed kan en bedre forståelse av mekanismer som driver endringene avhengig av alder gi strategiske mål for å minimere risikoen for slike komplikasjoner og optimalisere resultatene. Her introduserer vi en klinisk relevante musemodell tibial frakturstedet. Postoperative endringene i disse musene etterligne noen av de andre ofte observert etter rutinemessig Ortopedisk kirurgi hos mennesker. Kort, utføres et snitt i høyre hind lem under strengt aseptiske forhold. Muskler er lenger, og en 0,38-mm rustfritt stål pin settes inn i øvre toppen av tibia, inne i mulig intramedulær kanalen. Osteotomi utføres deretter, og såret stiftet. Vi har brukt denne modellen undersøke effekten av kirurgiske traumer på postoperativ neuroinflammation og atferdsendringer. Ved å bruke denne brudd modellen i kombinasjon med parabiosis, en kirurgisk modell der 2 mus er anastomosed, har vi studerte celler og utskilles faktorer som systemisk forynge organ funksjon og vev regenerasjon etter skade. Ved å følge våre trinnvise protokollen, disse modellene kan gjengis med nøyaktig gjengivelse, og kan tilpasses til å lage mange biologiske baner som er endret av kirurgiske traumer.
Kirurgi har transformert medisinsk helsevesenet og kontinuerlig bidrar til nyskapende teknologi, forbedret sikkerhet, og vedlikeholdes livskvalitet. Dessverre induserer kirurgi også pathophysiologic svar som kan føre til postoperativ komplikasjoner inkludert sårinfeksjoner, nevrologiske impairments og selv dødelighet, særlig i eldre pasienter1,2. Ortopedisk kirurgi utføres rutinemessig, særlig i eldre voksne, til å forbedre livskvalitet og reparere vanlige Ben skader. Imidlertid opp til 50% av Ortopedisk kirurgi pasienter som er 65 år og eldre erfaring nevrologiske impairments som postoperativ delirium. Dette konsekvent korrelerer med dårlig prognose, dvs, 5-fold økt risiko for dødelighet 6 måneder, vedvarende funksjonelle nedgang, økt sykepleie tid per pasient, økt lengden på sykehusopphold og høyere priser på sykehjem plassering 3 , 4 , 5. noen risikofaktorer, inkludert avanserte alder, har blitt identifisert, men lite er kjent om mekanismene ansvarlig for nevrologiske impairments etter operasjonen.
Siden brudd er svært vanlig hos eldre, har vi etablert en musemodell av tibial frakturstedet å fastslå effekten av eksterne traume på postoperative gjenvinning, inkludert neuroinflammation og hjernen helse (kognitiv funksjon)6, 7. denne modellen, opprinnelig beskrevet av Harry et al. 8, består av mulig intramedulær låsing og tibial frakturstedet under narkose og analgesi, og dermed etterligner hud skader, muskel traumer, og bein reparasjon forbundet med felles lang-benbrudd og reparere hos mennesker. Etter denne prosedyren, mus vise endringer i provoserende markører ligner endringer observert i mennesker9,10, samt microglial aktivisering prefiks, som er forbundet med underskudd i deklarativ minnet og hippocampus neuroplasticity6,7,11. Tidligere har vi kombinert denne brudd-modellen med parabiosis. Parabiosis er en kirurgisk modell der 2 mus er anastomosed og dermed dele en sirkulasjons-systemet. Denne modellen har gitt et gjennombrudd i forståelsen av regulatoriske effekter av sirkulerende celler og Humorale faktorer på organfunksjon i sammenheng med alder og sykdom12,13,14. Bruker denne tilnærmingen oppdaget vi nylig systemiske faktorer assosiert med alder-avhengige brudd healing12.
Her introduserer vi en protokoll som kombinerer tibial frakturstedet modellen med parabiosis å studere bein-til-hjerne alder-avhengige mekanismer, som er relevante for regenerativ medisin og neuroimmunology. Protokollen 1A beskriver parabiosis prosedyre og protokollen 1B detaljer tibial frakturstedet prosedyren (figur 1A). Dette kan utføres uavhengig eller i kombinasjon, avhengig av avhør.
Frakturer er et vanlig klinisk problem, og fortsatt en ledende årsak til sykelighet, spesielt i den raskt voksende senior befolkningen. Her introduserer vi en trinnvis protokoll for en musemodell av tibial frakturstedet å studere mekanismer som er ansvarlig for postoperativ neuroinflammation og kognitiv svekkelse. Denne modellen kan kombineres med parabiosis kirurgi å studere Nevro-immune interaksjoner, vev gjenfødelse og andre signalnettverk prosesser. Forstå disse mekanismene vil gi strategiske mål for å minimere risiko for postoperativ komplikasjoner og optimalisere resultatene.
Flere Ortopedisk modeller er utviklet for å studere bein reparasjon gnagere25. Vi vedtatt og endret denne tibial frakturstedet prosedyren, opprinnelig beskrevet av Harry et al. 8, å studere virkningene av Ortopedisk kirurgi på hjernefunksjon. Vi har også brukt denne brudd-modellen i kombinasjon med vår parabiosis modell for å undersøke faktorer som er ansvarlig for bein healing og alder-avhengige vev gjenfødelse. Når utført under flyktig narkose, denne tibial frakturstedet prosedyren krever bare ca 15 min per dyr, resulterer i null til minimal dødelighet (avhengig av alder av musen og underliggende genetisk mottakelighet), og viser vanlig fornærmelser forbundet med lang-beinbrudd og ortopediske kirurgisk traumer. Derfor, denne modellen er ideell for avhør biologiske veier og utføre langsgående vurderinger. Imidlertid er det viktig at den osteotomi og låsing er reproduserbare, og at skade bløtvev er konsekvent. Bløtvevet skader kan være modulert, for eksempel ved stripping periosteum og knipe omkringliggende musklene å gjøre operasjonen mer traumatisk. Modeller av traumatisk brudd forårsaket av ikke-fast stumpe traumer eller tre-punkts bøying ville ikke gi slike konsistens eller nøyaktighet. Disse fremgangsmåtene fører ofte re-skader, som fører til langvarig betennelsesreaksjon. Derimot har modeller av brudd involverer stive fiksering en mer moderat betennelse, som ikke fullt er recapitulate skader forbundet med Ortopedisk kirurgi26,27.
Andre modeller med titanlegering låsing å tett etterligne menneskelige kirurgi og kan være mer relevant for forhøre protese ustabilitet, osteolysis og protese-assosiert komplikasjoner i mus28,29 . Bore hull modeller frykt som den som presenteres her, gir tilstrekkelig stabilisering, og mus kan testes i atferdsdata paradigmer uten betydelige underskudd som kan forvirre oppgaver som condition eller åpne feltet bevegelse/angst testing6 ,,7,,11,,15,,19,,20. Roterende misdannelser kan imidlertid oppstå hvis fiksering ikke er riktig låst. Noen modeller bruker en ekstern fixator, som gir overlegen stabilisering men er utfordrende for å implementere i en mus tibia, selv om det kan være implementert i en mus femur27.
Kognitive impairments, inkludert delirium og postoperativ kognitive dysfunksjon, er vanlige komplikasjoner etter Ortopedisk kirurgi brudd reparasjon, særlig i eldre og skrøpelige pasienter30. Denne klinisk relevante musemodell tibial frakturstedet kirurgi viser at postoperativ systemisk cytokin løslate6,7,17, svekket blod – hjerne barrieren funksjon15,19 , og endret microglial morfologi16,22, bidra til minne svekkelse og kan representere kritiske funksjoner av de postoperative nevrologiske komplikasjonene sett i mange pasienter etter Ortopedisk kirurgi. Det er viktig å merke seg at andre kirurgiske prosedyrer har blitt brukt til å modellere postoperativ kognitive dysfunksjon i mus. Disse inkluderer abdominal31,32,33 og vaskulær34 kirurgi, samt overfladisk traumer35,36. Parabiosis teknikken er gjeldende for alle disse modellene, som deler lignende endepunkter, inkludert betennelse, glial aktivisering og atferdsmessige underskudd, som kan være formidlet av felles mekanismer.
Studier med parabiosis har avdekket romanen roller for sirkulerende faktorer som kan påvirke kognitiv funksjon, neuroinflammation og vev foryngelse i alderen dyr37,38,39,40 ,41,42. Vi har vist at parabiosis kan med hell kombineres med tibial frakturstedet modellen beskrevet her å forhøre regenerativ veier og studere mekanismer involverer blodbårne faktorer at innflytelse healing og brudd reparere12. Her har vi vist at brudd-reparasjon kapasiteten til en eldre dyr kan fornyet når alderen dyret er anastomosed til en ung dyr. Denne reverseringen alder var forankret i engraftment av blodkreft cellene på bruddet sted. Interessant, kan slik foryngelse også oppnås gjennom transplantasjon av unge benmarg i alderen mus. I denne forbindelse, betraktes benmarg transplantasjon som en mer direkte og enklere alternativ tilnærming til parabiosis. Parabiosis er imidlertid en mer robust modell for å undersøke funksjonen av sirkulerende celler og faktorer. Vi forventer at en kombinasjon av parabiosis og Ortopedisk kirurgi modeller vil spille en viktig rolle i viktige spørsmål i perioperative omsorg og aldring biologi.
I sammendraget introduserer vi en trinnvis protokoll for en musemodell av tibial frakturstedet å studere mekanismer som er ansvarlig for postoperativ neuroinflammation og kognitiv svekkelse etter Ortopedisk kirurgiske prosedyrer. Denne modellen kan kombineres med en parabiosis prosedyre å studere Nevro-immune interaksjoner, vev gjenfødelse og andre veier. Definere disse mekanismene vil gi strategiske mål for å minimere risiko for postoperativ komplikasjoner og optimalisere resultatene.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Kathy Gage, BS (avdeling i anestesiologi, Duke University Medical Center, Durham, NC) for redaksjonell bistand. NT anerkjenner støtte fra en drøm innovasjon støtte fra Duke anestesiologi og NIH/NIA R01 AG057525-01.
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 (1×2 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 |