Bryst spinal Cord Hemisection kirurgi og åpen felt Locomotor vurdering i Rat

Summary

Rotte bryst spinal hemisection er en verdifull og reproduserbar modell av ensidig ryggmargsskade for å undersøke nevrale mekanismer for Locomotor utvinning og behandling effekt. Denne artikkelen inneholder en detaljert steg-for-steg-veiledning for å utføre hemisection prosedyren og for å vurdere Locomotor ytelse på en åpen Arena.

Abstract

Ryggmargsskade (SCI) forårsaker forstyrrelser i motor, sensorisk, og autonom funksjon under nivået av lesjon. Eksperimentelle dyremodeller er verdifulle verktøy for å forstå nevrale mekanismer involvert i Locomotor utvinning etter SCI og til design terapi for kliniske populasjoner. Det er flere eksperimentelle SCI modeller inkludert kontusjon, kompresjon, og transection skader som brukes i en rekke arter. En hemisection innebærer ensidig transection av ryggmargen og forstyrrer alle stigende og synkende traktater på den ene siden bare. Spinal hemisection produserer en svært selektiv og reproduserbar skade i forhold til kontusjon eller komprimering teknikker som er nyttig for å undersøke neural plastisitet i spart og skadet trasé forbundet med funksjonell utvinning. Vi presenterer en detaljert steg-for-steg protokoll for å utføre en bryst hemisection på T8 vertebrale nivå i rotte som resulterer i en innledende lammelse av hindlimb bentap på siden av lesjon med gradert spontan utvinning av Locomotor funksjon over flere Uker. Vi tilbyr også en Locomotor scoring protokoll for å vurdere funksjonell utvinning i åpen-feltet. Det Locomotor vurderingen skaffer en lineær det å bli frisk profil og kan utført begge to tidlig og gjentatte ganger etter skaden for at akkurat skjermen dyrene for passende tid meningene i hvilket å oppførsel flere spesialisert opptreden tester. Den hemisection teknikken presenteres kan lett tilpasses andre transection modeller og arter, og Locomotor vurderingen kan brukes i en rekke SCI og andre skader modeller å score Locomotor funksjon.

Introduction

Ryggmargsskade (SCI) er forbundet med alvorlige forstyrrelser i motor, sensorisk, og autonom funksjon. Eksperimentelle dyr modeller av SCI er verdifulle verktøy for å forstå anatomiske og fysiologiske hendelser involvert i SCI patologi, for å undersøke nevrale mekanismer i reparasjon og utvinning, og til skjermen for effekt og sikkerhet for potensielle terapeutiske Intervensjoner. Rotta er de fleste vanligvis anvendt Art inne SCI forskning¹. Rat modeller er lave kostnader, lett å reprodusere, og et stort batteri av atferdsmessige tester er tilgjengelige for å vurdere funksjonelle resultater². Til tross for noen forskjeller i skriftsteder, den Rat ryggmargen aksjer samlet lignende Sensorimotor funksjoner med større pattedyr, inkludert primater^3,4. Rotter likeledes aksje analog fysiologisk og opptreden konsekvensene å SCI det knytte til Human⁵. Ikke-menneskelige primater og store dyremodeller kan gi en nærmere tilnærming av menneskelig SCI⁶ og er avgjørende for å bevise behandling sikkerhet og effekt før menneskelig eksperimentering, men er mindre vanlig på grunn av etiske og dyrevelferd hensyn, utgifter og regulatoriske krav⁷.

Rat transection SCI modeller er utført av målrettede avbrudd i ryggmargen med en selektiv lesjon ved hjelp av en disseksjon kniv eller iridektomi saks etter en laminectomy. Sammenlignet med en fullstendig transection, delvis transection inne rotta resultater inne en færre meget streng skaden, lettere postoperativ dyr bekymre, spontan Locomotor det å bli frisk, og flere nær modeller SCI inne human hvilke er hovedsakelig ufullstendig med delvis sparing av vev som forbinder ryggmargen og supraspinal strukturer⁸. En ensidig hemisection forstyrrer alle stigende og synkende traktater på den ene siden, og produserer målbare og svært reproduserbar Locomotor underskudd, styrking utforskning av underliggende biologiske mekanismer. Den mest fremtredende funksjonell konsekvens av hemisection er en innledende lem lammelse på samme side og under nivået av lesjon med gradert spontan utvinning av Locomotor funksjon over flere uker^{9,10, 11} flere ^{, 12}. den hemisection modellen er spesielt nyttig for å undersøke neural plastisitet av skadede og gjenværende traktater og kretser forbundet med funksjonell utvinning⁹,^{11,12, 13,14,15},^16,17,18. Nærmere bestemt er hemisection utført på bryst nivå, det vil si over rygg kretsene som kontrollerer hindlimb bentap bevegelse, spesielt nyttig for å undersøke endringer i Locomotor kontroll. Som en ikke-lineær sammenheng eksisterer mellom lesjon alvorlighetsgrad og Locomotor utvinning etter SCI¹⁹, hensiktsmessig atferds-testing for å vurdere funksjonelle resultater er avgjørende i eksperimentelle modeller.

En allsidig akkumulator av opptreden prøver er anvendelig å vurdere spesifikk aspektene av funksjonell Locomotor det å bli frisk inne rotta^2,20. Mange Locomotor prøver ikke skaffe pålitelig måler tidlig etter SCI idet rotter er også ufør å oppbacking deres kropp vekt. Et mål på spontan Locomotor ytelse som er følsom for underskudd tidlig etter skade, og krever ikke preoperativ opplæring eller spesialisert utstyr, er gunstig for å overvåke Locomotor utvinning for passende tidspunkt punkter for å supplement spesialiserte atferdsdata testing. The Martinez åpen felt vurdering¹⁰, opprinnelig utviklet for å evaluere Locomotor ytelse etter cervical sci i rotte, er en 20-punkts ordenstall score vurdere global Locomotor ytelse under spontan Overground bevegelse i en åpen-feltet. Scoring gjennomføres separat for hvert lem ved hjelp av en vurderingsmatrise som evaluerer spesifikke parametre for en rekke Locomotor tiltak inkludert bevegelse av ledd lem, vekt støtte, siffer posisjon, stepping evner, forlemen-hindlimb bentap koordinering, og hale Posisjon. Vurderings resultatet er avledet fra Beattie og Bresnahan (BBB) åpen felts skala, utformet for å evaluere Locomotor ytelse etter bryst kontusjon²¹. Det er tilpasset nøyaktig og pålitelig evaluere både forlemen og hindlimb bentap Locomotor funksjon, gjør det mulig for uavhengig vurdering av de ulike scoring parametre som ikke er mottagelig for den hierarkiske scoring av BBB, og gir en lineær utvinning profil¹⁰. I tillegg, i forhold til BBB, er vurderingen poengsum følsom og pålitelig i mer alvorlig skade modeller^10,11,20,22. Vurderingen score har blitt brukt til å vurdere Locomotor svekkelse i rotte etter cervical^10,12 og bryst⁹ sci alene og i kombinasjon med traumatisk hjerneskade²³.

Vi presenterer her en detaljert steg-for-steg protokoll for å utføre en bryst hemisection SCI på T8 vertebrale nivå i den kvinnelige Long-Evans rotte, og for å vurdere hindlimb bentap Locomotor utvinning i åpen-feltet.

Protocol

Eksperimentene beskrevet i denne artikkelen ble utført i samsvar med retningslinjene for den kanadiske Council on Animal Care og ble godkjent av etikk komiteen ved Université de Montréal. 1. bryst hemisection kirurgi Bruk egnet verneutstyr (hansker, maske og kappe) for å opprettholde en aseptisk miljø for kirurgi. Rengjør operasjonsområdet med alkohol kluter, og plasser sterile kirurgiske forheng over operasjonsfeltet. Sterilisere kirurgiske verktøy og plasser på operasjonsf…

Representative Results

Å reproduserbar lesjoner med en høy grad av konsistens kan genereres med hemisection teknikk. Å vurdere og sammenligne lesjoner størrelser mellom eksperimentelle grupper, det maksimale arealet av lesjon som en prosentandel av den totale tverrsnitt av ryggmargen kan lett beregnes med histologiske farging av ryggmargen seksjoner. Figur 1 viser en representativ lesjon av venstre hemicord og en overlapping av andelen av maksimal lesjon område som deles mellom rotter med en gjennomsnittlig l…

Discussion

En stor styrke av det hemisection teknikk er det selektivitet og reproduserbarhet av det lesjon hvilke innlede å nedsatte variasjon inne histologiske og opptreden fenotyper imellom dyrene²⁵. For å sikre en ensidig lesjon på riktig spinal nivå, er nøyaktig identifisering av både riktig vertebrale segmentet og ryggmargen midtlinjen kritisk. Som det kan være en tendens til ryggmargen å rotere i retning av kuttet under hemisection prosedyren, kan det være fordelaktig å stabilisere ledningen …

Materials

Baytril	CDMV	11242
Blunt dissection scissors	World Precision Instruments	503669
Buprenorphine hydrochoride	CDMV
Camera lens	Pentax	C31204TH	12.5-75mm, f1.8, 2/3" format, C-mount
CMOS video camera	Basler	acA2000-165uc	2/3" format, 2048 x 1088 pixels, up to 165 fps, C-mount, USB3
Compressed oxygen gas	Praxair
Cotton tipped applicators	CDMV	108703
Delicate bone trimmers	Fine Science Tools	16109-14
Dissecting knife	Fine Science Tools	10055-12
Dumont fine forceps (#5)	Fine Science Tools	11254-20
Ethicon Vicryl 4/0 Violet Braided FS-2  suture (J392H)	CDMV	111689
Feedback-controlled heating pad	Harvard Apparatus	55-7020
Female Long-Evans rats	Charles River Laboratories	Strain code: 006	225-250g
Gelfoam	CDMV	102348
Curved hemostat forceps	Fine Science Tools	13003-10
Hot bead sterilizer	Fine Science Tools	18000-45
Hydrogel	70-01-5022	Clear H20
Isofluorane	CDMV	118740
Lactated Ringer's solution	CDMV	116373
Lidocaine (2%)	CDMV	123684
Needle 30 ga	CDMV	4799
Open-field area	Custom		Circular Plexiglas arena 96 cm diameter, 40 cm wall height
Opthalmic ointment	CDMV	110704
Personal computer			With USB3 connectivity to record video with the listed camera
Physiological saline	CDMV	1399
Proviodine	CDMV	4568
Rodent Liquid Diet	Bioserv	F1268
Scalpal blade #11	CDMV	6671
Self-retaining retractor	World Precision Instruments	14240
Vannas iridectomy spring scissors	Fine Science Tools	15002-08
Veterinary Anesthesia Machine and isofluarane vaporizer	Dispomed	975-0510-000
VLC media player	VideoLAN		videolan.org/vlc