Råttan bröstkorg spinal hemisektion är en värdefull och reproducerbar modell av ensidig ryggmärgsskada för att undersöka de neurala mekanismerna för motoriska återhämtning och behandlingseffekt. Den här artikeln innehåller en detaljerad steg-för-steg-guide för att utföra hemisektionens procedur och för att bedöma rörelseresultatet i en öppen Arena.
Ryggmärgsskada (SCI) orsakar störningar i motorisk, sensorisk och autonom funktion under nivån av lesionen. Experimentella djurmodeller är värdefulla verktyg för att förstå de neurala mekanismer som ingår i motorisk återhämtning efter SCI och för att designa terapier för kliniska populationer. Det finns flera experimentella SCI modeller inklusive kontusion, kompression, och transektion skador som används i en mängd olika arter. En hemisektion involverar den ensidiga transektionen av ryggmärgen och stör alla stigande och fallande spår på ena sidan. Spinal hemisektionen producerar en mycket selektiv och reproducerbar skada i jämförelse med kontusion eller kompressionstekniker som är användbar för att undersöka neurala plasticitet i skonade och skadade vägar i samband med funktionell återhämtning. Vi presenterar ett detaljerat steg-för-steg-protokoll för att utföra en thorakal hemisektion på den T8 vertebrala nivån hos råtta som resulterar i en initial förlamning av bakbenen på sidan av lesionen med graderad spontan återhämtning av rörelsefunktionen över flera Veckor. Vi erbjuder också ett rörelseresultat protokoll för att bedöma funktionell återhämtning i det öppna fältet. Den motoriska utvärderingen ger en linjär återhämtning profil och kan utföras både tidigt och upprepade gånger efter skada för att korrekt skärm djur för lämpliga tidpunkter där för att genomföra mer specialiserade beteendemässiga tester. Den hemisektion teknik som presenteras kan lätt anpassas till andra transektion modeller och arter, och motoriska bedömningen kan användas i en mängd olika SCI och andra skade modeller att göra mål rörelse funktion.
Ryggmärgsskada (SCI) är förknippad med allvarliga störningar i motorisk, sensorisk och autonom funktion. Experimentella djurmodeller av SCI är värdefulla verktyg för att förstå de anatomiska och fysiologiska händelser som är involverade i SCI patologi, för att undersöka de neurala mekanismerna i reparation och återhämtning, och för att screena för effekt och säkerhet av potentiella terapeutiska Insatser. Råttan är den vanligast förekommande arten i SCI Research1. Råtta modellerna är låg kostnad, lätt till reproducera, och en stor ackumulatorn av beteende proverna är tillgänglig till bedöma funktionell resultaten2. Trots vissa skillnader i tarmkanalen platser, råtta ryggmärgen aktier övergripande liknande sensomotoriska funktioner med större däggdjur, inklusive primater3,4. Råttor delar också motsvarande fysiologiska och beteendemässiga konsekvenser för SCI som relaterar till människor5. Icke-mänskliga primater och stora djurmodeller kan ge en närmare tillnärmning av Human SCI6 och är nödvändiga för att bevisa behandling säkerhet och effekt före mänskliga experiment, men är mindre vanligt förekommande på grund av etiska och djurskydd överväganden, utgifter och myndighetskrav7.
Råtta transektion Sci modeller utförs av riktade avbrott i ryggmärgen med en selektiv lesion med hjälp av en dissektion kniv eller iridektomi sax efter en laminektomi. Jämfört med en fullständig transektion, resulterar partiell transektion i råtta i en mindre allvarlig skada, lättare postoperativ Djurvård, spontan motorisk återhämtning, och närmare modeller SCI hos människor som är övervägande ofullständig med partiell sparande av vävnad som förbinder ryggmärgen och plausibel strukturer8. En ensidig hemisektion stör alla stigande och fallande spår på ena sidan, och producerar kvantifierbara och mycket reproducerbara rörelseunderskott, vilket förbättrar utforskandet av de bakomliggande biologiska mekanismerna. Den mest framträdande funktionella konsekvensen av hemisektionen är en initial lem förlamning på samma sida och under nivån på lesionen med graderad spontan återhämtning av rörelsefunktionen under flera veckor9,10, elva , 12. hemisektionens modell är särskilt användbar för att undersöka neurala plasticitet av skadade och kvarvarande skrifter och kretsar förknippade med funktionell återhämtning9,11,12, 13,14,15,16,17,18. Specifikt, hemisektion utförs på bröstkorg nivå, dvs ovanför spinal kretsar som styr bakbenet förflyttning, är särskilt användbart för att undersöka förändringar i rörelsekontroll. Som en icke-linjär relation finns mellan lesion svårighetsgrad och motoriska återhämtning efter SCI19, lämpliga beteendemässiga tester för att bedöma funktionella resultat är av största vikt i experimentella modeller.
Ett omfattande batteri av beteendemässiga tester finns för att bedöma specifika aspekter av funktionell rörelse återhämtning i råtta2,20. Många motoriska tester ger inte tillförlitliga åtgärder tidigt efter SCI eftersom råttor är för handikappade för att stödja deras kroppsvikt. Ett mått på spontan rörelse prestanda som är känsligt för underskott tidigt efter skada, och inte kräver preoperativ utbildning eller specialiserad utrustning, är fördelaktigt för att övervaka motoriska återhämtning för lämpliga tidspunkter där för att komplettera specialiserade beteendemässiga tester. Den Martinez Open-fält bedömning Poäng10, ursprungligen utvecklades för att utvärdera motoriska prestanda efter CERVIKAL Sci hos råtta, är en 20-punkt ordningstal Poäng bedöma globala rörelseresultat under spontan Overground förflyttning i en öppen-fält. Poängsättningen utförs separat för varje lem med hjälp av kriterier som utvärderar specifika parametrar för en rad rörelse åtgärder inklusive artikulär lem rörelse, vikt stöd, siffra position, steg förmåga, forelimb-bakben samordning och svans Position. Bedömningspoängen härleds från den öppna fält Skattnings skalan Basso, Beattie och Bresnahan (BBB) för att utvärdera rörelseresultatet efter thorakal kontusion21. Den är anpassad för att korrekt och tillförlitligt utvärdera både forelimb och bakbenet rörelse funktion, möjliggör oberoende bedömning av de olika Poäng parametrar som inte är mottagliga med den hierarkiska scoring av BBB, och ger en linjär återhämtning profil10. Dessutom, i jämförelse med BBB, bedömningspoängen är känslig och tillförlitlig i mer allvarliga skade modeller10,11,20,22. Bedömningspoängen har använts för att bedöma nedsatt leverfunktion hos råtta efter cervikal10,12 och bröst9 Sci ensamt och i kombination med traumatisk hjärnskada23.
Vi presenterar här en detaljerad steg-för-steg-protokollet för att utföra en thorakal hemisektionen Sci på T8 vertebrala nivån i den kvinnliga Long-Evans råtta, och för att bedöma bakbenet rörelse återhämtning i det öppna fältet.
En stor styrka av hemisektion tekniken är selektivitet och reproducerbarhet av lesionen som leder till minskad variation i histologiska och beteendemässiga fenotyper mellan djur25. För att säkerställa en ensidig lesion på lämplig spinal nivå, noggrann identifiering av både rätt vertebrala segmentet och ryggmärgen mittlinjen är kritisk. Eftersom det kan finnas en tendens för ryggmärgen att rotera i riktning mot snittet under hemisektionen förfarandet, kan det vara fördelaktigt att s…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av de kanadensiska instituten för hälsoforskning (CIHR; MOP-142288) till M.M. M.M. stöddes av en löne utmärkelse från fonds de Recherche Québec santé (FRQS), och A. R. B stöddes av ett stipendium från FRQS.
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 |