Summary
Det här protokollet beskriver en musmodell av ortopedisk kirurgi som har använts för att studera mekanismer av postoperativ neuroinflammation och beteendeförändringar, och i kombination med parabiosis, att studera vävnadsregeneration vid åldrande.
Abstract
Kirurgi används ofta för att förbättra och bibehålla livskvaliteten. Tyvärr, i utsatta patienter såsom äldre, komplikationer kan uppstå och avsevärt minska resultatet. Faktiskt efter rutinmässig ortopedisk operation för att reparera en fraktur, lider så många som 50% av äldre patienter av neurologiska komplikationer som delirium. Även förmågan att läka och återskapa vävnad efter operation minskar med åldern och kan påverka kvaliteten på frakturreparation och även bendefekter integration av implantat. En bättre förståelse av mekanismer som driver dessa åldersberoende förändringar kan således ge strategiska mål för att minimera risken för sådana komplikationer och optimera resultat. Här introducerar vi en kliniskt relevant musmodell av Tibia fraktur. Postoperativa förändringar i dessa möss efterlikna några av de kognitiva funktionsnedsättningar som vanligt förekommande efter rutinmässig ortopedisk kirurgi hos människor. Kort, ett snitt görs i den högra bakbenen under strikt aseptiska förhållanden. Muskler är längre är kopplade, och en 0,38 mm rostfri nål sätts in i övre krönet av skenbenet, inuti den intramedullära kanalen. Osteotomi utförs sedan och såret är häftade. Vi har använt denna modell för att undersöka effekterna av kirurgiskt trauma på postoperativ neuroinflammation och beteendeförändringar. Genom att tillämpa denna fraktur modell i kombination med parabiosis, en kirurgisk modell där 2 möss är anastomoseras, har vi studerat celler och utsöndrade faktorer som systemiskt föryngra organ funktion och vävnad förnyelse efter skada. Genom att följa vår steg för steg-protokoll, dessa modeller kan återskapas med HiFi och kan anpassas till förhöra många biologiska spridningsvägar som ändras av kirurgiskt trauma.
Introduction
Kirurgi har förvandlat den medicinska vården och bidrar kontinuerligt till spetsteknologi, förbättrad säkerhet, och underhålls av livskvalitet. Tyvärr, kirurgi också inducerar patofysiologiska svaren som kan leda till postoperativa komplikationer inklusive sårinfektioner, neurologiska funktionsnedsättningar och även dödlighet, särskilt i äldre patienter1,2. Ortopedisk kirurgi utförs rutinmässigt, särskilt hos äldre vuxna, att förbättra livskvalitet och reparera vanliga ben skador. Emellertid upp till 50% av ortopedisk kirurgi patienter som är 65 år och äldre erfarenhet neurologiska funktionsnedsättningar såsom postoperativt delirium. Detta konsekvent korrelerar med dålig prognos, dvs, 5 gånger ökad risk för dödlighet vid 6 månader, ihållande funktionell nedgång, ökade omvårdnad gång per patient, ökad längd av sjukhusvistelse och högre priser på sjukhem placering 3 , 4 , 5. vissa riskfaktorer, inklusive Avancerad ålder, har identifierats, men lite är känt om mekanismerna som ansvarar för neurologiska funktionsnedsättningar efter operation.
Eftersom frakturer är mycket vanliga hos äldre, har vi etablerat en musmodell av Tibia fraktur att fastställa påverkan av perifera trauma på postoperativ återhämtning, inklusive neuroinflammation och hjärnan hälsa (kognitiv funktion)6, 7. denna modell, som ursprungligen beskrevs av Harry o.a. 8, består av intramedullära fastlåsning och Tibia fraktur under generell anestesi och analgesi, och således härmar de hudskada, muskel trauma, och ben reparera associerade med gemensamma långa rörben frakturer och reparera hos människor. Efter detta förfarande, möss visar förändringar i inflammatoriska markörer liknande förändringar som observerats i människor9,10, liksom mikrogliala aktiveringen i hippocampus, som är associerad med underskott i deklarativa minnet och Hippocampus neuroplasticitet6,7,11. Tidigare har vi kombinerat denna fraktur modell med parabiosis. Parabiosis är en kirurgisk modell där 2 möss är anastomoseras och därmed dela en cirkulationssystemet. Denna modell har lämnat ett genombrott i förståelsen av reglerande effekter av cirkulerande celler och humorala faktorer på organfunktion i samband med ålder och sjukdom12,13,14. Med detta tillvägagångssätt upptäckte vi nyligen systemisk faktorer associerade med åldersberoende fracture healing12.
Här introducerar vi ett protokoll som kombinerar den tibial fraktur modellen med parabiosis att studera ben-till-hjärnan åldras-anhörigen mekanismer, som är relevanta för regenerativ medicin och Neuroimmunologi. Protokoll 1A beskriver parabiosis förfarandet och 1B protokolldetaljer förfarandet tibial fraktur (figur 1A). Dessa kan utföras självständigt eller i kombination, beroende på förhör.
Protocol
Alla djurförsök utfördes i enlighet med den nationella institut för hälsa Guide för skötsel och användning av försöksdjur, och godkänts av den institutionella Animal Care & användning kommittén (IACUC) vid Duke University.
1. försöksdjur
- Hålla möss i luftkonditionerade miljö med 12-h ljus/mörk cykler och ordentlig tillgång till vanlig mat och vatten. Hus mer än 5 littermates per bur och undvika förhållanden som kan uppmuntra kämpar.
- Använd honor C57BL6/J möss vid 3 månaders ålder (unga) eller 18 månaders ålder (gamla).
- För parabiosis, acklimatisera 2 möss tillsammans i minst två veckor före operationen. Möss är antingen vildtyp C57BL6/J eller andra +.
- Kontrollera kroppskondition och övergripande utseende av möss dagligen.
2. preoperativa inställningar för Parabiosis och ortopedisk kirurgi
- Väg 2 möss.
- Administrera narkos via en anestesi-systemet på en konstant O2 flöde av 0,2 L/min. användning 5% isofluran för induktion i en induktion kammare.
Obs: Djup anestesi kan bekräftas med hjälp av en tå nypa. - Placera mössen på en uppvärmd pad i ryggläge. Använd en rektal sond för att övervaka kroppstemperatur under hela ingreppet.
- För att bibehålla anestesi, lägre inhalerade koncentrationen av isofluran till 2,0% i 0,2 L/min via en ansiktsmask. Övervaka för att säkerställa tillräckligt djup av anestesi.
- Övervaka fysiologiska parametrar (andningsfrekvens och syremättnad hjärtat slå) icke-invasivt med en pulse oximeter (valfritt).
3. parabiosis kirurgi (protokoll 1A)
- Administrera analgesi (buprenorfin, SR/slow release, 0,1 mg/kg subkutant) efter induktion och före kirurgisk manipulation. Injicera bupivakain (0,25%) på flankerna strax före öppning. Tillämpa öga smörjmedel.
Obs: Parabiosis protokollet kan utföras självständigt från den tibial frakturen. - För alla inre organ suturering, använda 4-0 Polydioxanon sutur material. För alla externa suturering, använda 4-0 polypropylen sutur material.
- Raka varje 2 möss längs en sammanhängande linje från armbågen, flanken och knä på sidan som ska sammanfogas. Desinficera med jod + 70% alkohol hud skrubba över 3 växlande cykler förberedelse för snitt.
Används autoklaveras instrument och upprätthålla ett sterilt fält.
Obs: Placera vildtyp musen till höger om andra musen och förbereda den vänstra flanken av vildtyp musen och den högra flanken av andra musen för kirurgi (figur 1). - På varje mus, Använd en sax göra ett huden snitt längs flanken, allt proximala till knäet till strax proximalt till armbågen, och utan att störa musklerna under huden.
- Gå med i triceps djuren med 2 avbrutna suturer.
- Gå med i kroppen väggarna längs flankerna med en rinnande, kontinuerlig sutur av 7-9 passerar.
- Gå med i quadriceps med 2 avbrutna suturer för djuret.
- Nära huden på de 2 parabionts med avbrutna suturer.
- Låta mössen att vakna upp i luften.
- För att säkerställa framgång i detta protokoll, hälsa av paren måste upprätthållas: övervaka parar dagligen; utföra kroppskondition scoring två gånger i veckan; och väger parar två gånger i veckan.
Obs: Varje par är inrymt individuellt.
Obs: Om du använder vanlig buprenorfin (dvs inte SR/slow release) sedan administrera 0,1 mg/kg subkutant i 1 mL koksaltlösning per mus två gånger dagligen i 3 dagar. - Låt 4 veckors återhämtningstid att säkerställa delade cirkulation mellan parabionts om utför tibial fraktur kirurgi.
4. Tibia fraktur kirurgi (protokoll 1B)
- Administrera analgesi (buprenorfin, 0,1 mg/kg subkutant) efter induktion och före kirurgisk manipulation. Injicera bupivakain (0,25%) på operationsområdet proximala till knäet strax före öppnandet. Tillämpa öga smörjmedel.
- Raka den mediala aspekten av den högra bakbenen av musen för att exponera det kirurgiska området, och desinficera med jod + 70% alkohol skin scrub över 3 växlande cykler. Upprätthålla ett sterilt operationsområdet under hela förfarandet. Att begränsa förorening. använda Ånghärdad instrument och handskar; slutföra operationen i dissekera Mikroskop (valfritt). och använda en värmedyna för att upprätthålla kroppstemperaturen.
Obs: Om protokollet utförs på parabionts, endast 1 mus är splittrat paret (den högra tibia av höger musknapp). Se figur 1B för en schematisk bild av frakturen på parabionts. - Använd en sax göra ett huden snitt längs den mediala aspekten av den högra bakbenen proximalt knä ner till midshaft av skenbenet på höger musknapp.
- Utsätta midshaft av skenbenet och visuellt lokalisera diaphysis. Böj knäet och visualisera tibial platån med patella-femoral ligament som ett landmärke.
- Visualisera knäskålssenan; borra manuellt genom att rulla tummen och pekfingret en 0,5 mm hål på den intramedullära kanalens med en 25-gauge nål.
Obs: Det borrade hålet kommer att löpa parallellt längs skenbenet, i genom den tibial platån. - Infoga en 0,38 mm rostfritt stål stift genom hålet ca 15 mm i märghålan tills motstånd kände och skär jäms med tibial platån med en Avbitartång (se kompletterande Video 1 för en 3D rekonstruktion).
- Med raka Bonn sax, fraktur på skenbenet midshaft (diaphysis). Se figur 1 c för en schematisk bild av frakturen.
- Visuellt Observera frakturstället och angränsande vävnader att inspektera för stabilisering av frakturen åsynen.
- Stäng med dermal klammer.
- Placera mössen på uppvärmd pads att återhämta sig innan tillbaka dem till ett rent hem bur. Injicera 1 mL föruppvärmd (37 ° C) fysiologisk koksaltlösning subkutant i varje mus för vätskeersättning.
- Kontrollera möss dagligen för tecken på hälta, infektion eller blödning.
Obs: Om du använder vanlig buprenorfin (dvs inte SR/slow release) sedan administrera 0,1 mg/kg subkutant i 1 mL koksaltlösning dagligen i 3 dagar.
Representative Results
Efter tvärgående osteotomier genomfördes noggrant under sterila förhållanden med stadig införande av pins och ordentlig suturering, möss visade inga tecken på hälta, infektion eller blödning i vänster ben efter operation. Ortopedisk healing bedömdes med hjälp av radiografisk analys och histomorphometry efter Safranin-O färgning (figur 2). Röntgenbilderna av midshaft fractured tibiae anges mer vävnad nedfall i de fraktur förhårdnader av unga möss än i de fraktur förhårdnader av åldern möss. Fraktur förhårdnader var urkalkade permanenta och inbäddade i paraffin som förberedelse för histologisk analys. Avsnitten var fläckade Safranin-O och vävnad nedfall kvantifierades med histomorphometry analys. Fraktur förhårdnader av unga möss innehöll mer ben och mindre fibrotisk vävnad än fraktur förhårdnader från åldern möss.
Tibia fraktur inducerar systemisk och centrala inflammation6,7,11,15,16. Perifera nivåer av proinflammatoriska cytokiner och fara-associerade molekylära mönster (dämpar) är faktiskt snabbt förhöjda efter ortopedisk kirurgi, både i mus och människa7,17,18. Detta bidrar till aktivering av mikrogliaceller i hjärnan via flera signalering mekanismer humorala, cellulära och neuronala vägar7,15,19,20, 21. Efter kirurgi, endoteldysfunktion, blod - hjärnbarriären öppning och perifera makrofag infiltration bidra till akut Hippocampus neuroinflammation i wild-typer och Ccr2RFP / + Cx3cr1GFP / + vuxna möss15 , 19, och har associerats med efterföljande minne underskott som liknar mänskliga delirium och postoperativ kognitiv dysfunktion15,19,22. Detta neuroinflammatoriska svar förvärras i äldre djur, med betydande förändringar i mikrogliala morfologi, som upptäckts av IBA-1 immunfärgning (figur 3).
Använder den tibial fraktur modell som beskrivs här, hittade vi också övergående nedsatt Hippocampus neurogenes, vilket framgår av en minskning av doublecortin (DCX) immunfärgning i dentate gyrus20. Elektrofysiologiska mätningar av långsiktig potentiering (LTP), ett surrogat för minnesfunktion, avslöjade en tidsberoende störningar i neuroplasticitet postoperativt11. Möss efter operationen också Visa nedskrivningar i Hippocampus-beroende minnesfunktion, exempelvis med hjälp av rädsla luftkonditionering beteendemässiga bedömning (figur 4). I rädsla luftkonditionering, möss placeras i en kammare och utsätts för en auditiv cue följt av ett aversivt stimulus (dvs., footshock). Tre dagar efter tibial kirurgi, möss testas i luftkonditionering kammaren, denna gång utan någon hörsel eller aversiva stimulering, och frysning beteende registreras som ett index minne (för en detaljerad protokoll se23).
Hög ålder är en kritisk riskfaktor för minne nedgång. När vi åldras, minskar kapaciteten för vävnad reparation och förnyelse ännu, också även om dessa mekanismer är fortfarande dåligt förstådd. Således, vi använde de protokoll som beskrivs för att utföra heterochronic parabiosis (ihopparning ung/gammal djur) och bedömas fracture healing inom år musen (för en detaljerad parabiosis protokoll se24). Blod-delning mellan parabiotic par var bekräftade, och befunnits vara lika12. Exponering för en ungdomlig omsättning ökat ben reparation med tidigare unionen, ökade ben nedfall, och minskade fibros (figur 5)12. Denna föryngring av ben uppstod oberoende av de endogena osteocalcin-positiv osteoblaster (figur 5, brun celler), men snarare förlitat sig på CD45-positiva celler som migrerats från de unga parabiont (figur 5, blå celler) . Dessa resultat indikerar att den CD45-positiv hematopoetiska celler utsöndrar en ungdomlig och hälsosam nisch, som kan signalera till åldern osteoblastiska cellerna förmå dem att bli mer aktiva.
Figur 1: Schematisk bild av parabiosis och Tibia fraktur kirurgi. (A) tidslinje för att utföra parabiosis och Tibia fraktur (protokoll 1A) eller Tibia fraktur ensam (protokoll 1B). (B) Tibiae 20 månader gamla möss i isochronic eller heterochronic parabiotic par var brutna (höger ben av höger musknapp är brutna, som betecknas med ett X). Grå möss skildra vildtyp möss medan gröna möss skildra andra möss. (C) Schematisk bild av Tibia fraktur modell med intramedullära fastlåsning och mitten av axeln spräckning. Se även kompletterande Video 1 för en 3D rekonstruktion av bakbenen och fastlåsning av skenbenet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Tibial fracture healing inom unga och gamla musmodeller. Tibiaena hos unga eller gamla möss var brutna och fraktur förhårdnader var undersökta 21 dagar efter skadan. (A) radiografisk imaging och histologisk färgning (Safranin-O) användes för att utvärdera den fraktur förhårdnader 21 dagar post frakturen. Färgning visar kollagena vävnader i blått och proteoglykaner (som finns inom brosk) i rött. Streckade visar linjer ungefärliga position den fraktur förhårdnader. (B) Histomorphometry användes för att beräkna mängden ben, brosk och fibrotisk vävnad deponeras inom den fraktur callus 21 dagar post frakturen. Uppgifter uttrycks som menar ± 95% konfidensintervall, * P < 0,05, statistiskt signifikant (one-way ANOVA, Dunnetts test), skala staplarna representerar 2 mm och bilder erhölls med hjälp av ett mikroskop, 1,25 x mål. n = 9 för varje prov. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: kirurgi inducerad åldersberoende mikrogliala aktiveringen i hippocampus. Operation av tibial inducerar större Hippocampus neuroinflammation i åldern möss (20 månader gamla) jämfört med 4-månad-gammal C57BL6/J möss. Hjärnan-sektionen för färgning med mikrogliala markör IBA-1 visar mer positiva celler och morfologiska förändringar i kirurgiska grupper 24 h efter operation. Bilder erhölls med en epifluorescerande Mikroskop med en förstoring på 100 x.; skalstapeln representerar 10 µm. vänligen klicka här för att visa en större version av denna siffra.
Figur 4: försämrad neurogenes, långsiktig potentiering och minnesfunktion efter operation av tibial. (A) DCX, en kvantitativ markör för neurogenes, reduceras avsevärt i hippocampus dentate gyrus på 24 h efter operation. Bilder erhölls en confocal laserskanning mikroskopet syfte med en förstoring på 10 x; skala bar representerar 10 µm. (B) elektrofysiologi i hippocampus skivor från kontroller eller möss 24 h efter operation. Långsiktig potentiering (LTP) var induceras av högfrekvent stimulering (HFS) och spelat in över 1 h. fältet excitatoriska postsynaptiska potentialer (fEPSPs) spelades från den CA1 stratum radiatum med hjälp av en extracellulär inspelning pipett fylld med regelbunden konstgjorda cerebrospinalvätska. På 24 h efter operation reduceras LTP induktion anmärkningsvärt jämfört med kontroll möss. Data är uttryckta som medelvärde ± s.e.m. n = 3, * p < 0,05 1-vägs ANOVA. (C) Hippocampus beroende av minnesfunktion (definierat som % av frysning med trace fruktar luftkonditionering) är nedsatt hos möss efter kirurgi jämfört med kontroller och djur utsätts för anestesi endast. Data är uttryckta som medelvärde ± s.e.m. n = 9-10, * p < 0,05 1-vägs ANOVA. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Parabiosis kirurgi leder till föryngring av fracture healing, blod-delning och givare-cells engraftment. Isochronic och heterochronic parabiosis ihopkopplingar fastställdes och åldern musen i varje par var brutna och bedömas för benläkning. (A) fraktur förhårdnader undersöktes med hjälp av radiografisk imaging. Streckade visar linjer ungefärliga position den fraktur förhårdnader. (B) Engraftment av andra + celler bekräftades i benmärgen. (C) immunohistokemi av den fraktur förhårdnader användes för att identifiera andra+ givare (blå) och osteocalcin+ osteoblastiska celler (brun) från parabiont. Skala staplarna representerar 50 µm och bilder erhölls med ett 40 x-objektiv. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Kompletterande Video 1: 3D rekonstruktion på bakbenen och fastlåsning av skenbenet. Vänligen klicka här för att hämta den här filen.
Discussion
Frakturer är ett vanligt kliniskt problem, och förbli en ledande orsak till sjuklighet, särskilt i den snabbt växande äldre befolkningen. Här introducerar vi ett stegvisa protokoll för en musmodell av Tibia fraktur att studera mekanismer som ansvarar för postoperativ neuroinflammation och kognitiv svikt. Denna modell kan kombineras med parabiosis kirurgi att studera neuro-immun interaktioner, vävnadsregenerering och andra signalering processer. Förstå dessa mekanismer kommer att ge strategiska mål för att minimera riskerna för postoperativa komplikationer och optimera resultat.
Flera ortopediska modeller har utvecklats för att studera ben reparation i gnagare25. Vi antas och ändras proceduren tibial fraktur, som ursprungligen beskrevs av Harry o.a. 8, att studera effekter av ortopedisk kirurgi på hjärnans funktion. Vi har också använt denna fraktur modell i kombination med vår parabiosis modell för att undersöka faktorer som ansvarar för läkning och åldersberoende vävnadsregeneration. När de utförs under flyktiga narkos, proceduren tibial fraktur kräver endast ca 15 min per djur, resulterar i noll till minimal dödlighet (beroende på ålder av mus och underliggande genetiska mottaglighet), och recapitulates gemensamma förolämpningar som är associerad med långa rörben fraktur och ortopediska kirurgiskt trauma. Således, denna modell är perfekt för förhör biologiska spridningsvägar och utföra längsgående bedömningar. Det är dock kritisk som det osteotomi och fästa är reproducerbara och att skada på den mjuka vävnaden är konsekvent. Mjukdelsskador kan anpassas, till exempel genom strippning periostet och klämmande omgivande muskler för att göra operationen mer traumatiskt. Modeller av traumatisk fraktur framkallas av icke-fasta trubbigt trauma eller trepunkts böjning skulle inte ge sådan konsekvens eller noggrannhet. Dessa procedurer resultera ofta i re-skada, vilket leder till långvarig inflammatorisk reaktion. Modeller av fraktur med stel fixering har däremot en mer måttlig inflammation, vilket inte fullt recapitulate det skada i samband med ortopedisk kirurgi26,27.
Andra modeller som använder titanlegering fästa har utvecklats att noga härma mänskliga artroplastik och kan vara mer relevant att förhöra protes instabilitet, osteolys och protes-associerade komplikationer i möss28,29 . Borrhålet modeller fruktar som den som presenteras här, ger tillräcklig stabilisering, och möss kan testas i behavioral paradigm utan betydande underskott som kunde blanda ihop sådana uppgifter som luftkonditionering eller öppna fält locomotion/ångest testning6 ,7,11,15,19,20. Roterande missbildningar kan dock uppstå om upptagning inte är ordentligt låst. Vissa modeller använder en extern fixeringsanordning, som ger överlägsen stabilisering men är svårt för att genomföra i en mus tibia, även om det kan genomföras framgångsrikt i en mus lårbenet27.
Kognitiva funktionsnedsättningar, inklusive delirium och postoperativ kognitiv dysfunktion, är vanliga komplikationer efter ortopedisk kirurgi för reparation, speciellt i äldre och svaga patienter30. Detta kliniskt relevanta musmodell av Tibia fraktur kirurgi visar att postoperativ systemisk cytokin release6,7,17, nedsatt blod - hjärnbarriären funktion15,19 , och förändrad mikrogliala morfologi16,22, bidra till försämring av minnet och kan representera kritiska funktioner för postoperative neurologiska komplikationer ses hos många patienter efter ortopedisk kirurgi. Det är viktigt att notera att andra kirurgiska ingrepp har använts att modellera postoperativ kognitiv dysfunktion hos möss. Dessa inkluderar buken31,32,33 och vaskulär34 kirurgi, samt ytliga trauma35,36. Den parabiosis tekniken är tillämplig på alla dessa modeller, som delar liknande effektmått, inklusive inflammation, gliaceller aktivering och beteendemässiga underskott, som kan vara medierad av gemensamma mekanismer.
Studier som inkluderar parabiosis har avslöjat nya roller för cirkulerande faktorer som kan påverka kognitiva funktioner, neuroinflammation och vävnad föryngring i äldre djur37,38,39,40 ,41,42. Vi har visat att parabiosis kan framgångsrikt kombineras med den tibial fraktur modell som beskrivs här för att förhöra regenerativ vägar och studera mekanismer blodburna faktorer att påverka läkning och fraktur reparera12. Här, visat vi att frakturreparation kapaciteten hos ett äldre djur kan vara föryngras när åldern djuret är anastomoseras till en unga djur. Denna omsvängning av ålder var rotad i engraftment av hematopoetiska celler vid frakturstället. Intressant, kan sådan föryngring också uppnås genom transplantation av unga benmärg till åldern möss. I detta avseende kan benmärgstransplantation anses vara en mer direkt och enklare alternativ till parabiosis. Parabiosis är dock en mer robust modell för att undersöka funktionen av cirkulerande celler och faktorer. Vi förväntar oss att en kombination av parabiosis och ortopedisk kirurgi modeller kommer att spela en viktig roll i att svara på kritiska frågor i perioperativ vård och åldrande biologi.
Sammanfattningsvis införa vi ett stegvisa protokoll för en musmodell av Tibia fraktur att studera mekanismer som ansvarar för postoperativ neuroinflammation och kognitiv svikt efter ortopediska kirurgiska ingrepp. Denna modell kan kombineras med ett parabiosis förfarande att studera neuro-immun interaktioner, vävnadsregenerering och andra vägar. Definiera dessa mekanismer kommer att ge strategiska mål för att minimera riskerna för postoperativa komplikationer och optimera resultat.
Disclosures
Författarna har något att avslöja.
Acknowledgments
Vi tackar Kathy Gage, BS (institutionen i anestesiologi, Duke University Medical Center, Durham, NC) för redaktionellt stöd. NT erkänner stöd från en dröm innovationsstöd från hertig anestesiologi och NIH/NIA R01 AG057525-01.
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).
