Alle Ratten wurden gemäß den Protokollen verwendet, die vom Animal Experimental Committee des Beijing Friendship Hospital der Capital Medical University genehmigt wurden.
1. Chirurgische Vorbereitung, Anästhesie und Operationstechniken
HINWEIS: Für die vorliegende Studie wurden insgesamt 40 weibliche Wistar-Ratten mit einem Gewicht von 200 bis 220 g kommerziell erhalten. Von den 40 Ratten wurden 10 nach dem Zufallsprinzip als Kontrollgruppe ausgewählt, und der Rest wurde als Testgruppe behandelt. Alle Tiere wurden in einer sterilen Umgebung in den Tiereinrichtungen des Beijing Friendship Hospital der Capital Medical University untergebracht.
<ol><li>Führen Sie eine Vollnarkose durch intraperitoneale Verabreichung von Natriumpentobarbital (40 mg/kg) durch. Alternativ können Sie eine Anästhesie mit 3% -4% Isofluran einleiten und bei 1% -3% (inhaliert) halten. Tragen Sie Augensalbe auf die Augen auf, um Trockenheit zu verhindern. Legen Sie dann die Ratte auf die chirurgische Plattform und bieten Sie thermische Unterstützung. HINWEIS: Verabreichen Sie Analgetika wie Buprenorphin, 0,05 mg/kg, SC, 0,1-0,2 ml zu Beginn des Verfahrens.</li>
	<li>Überprüfen Sie die Tiefe der Anästhesie durch die fehlende Reaktion auf die Zehenklemme. Rasieren Sie das Fell vom gesamten Rückenbereich mit einem Rasiermesser.</li>
	<li>Sterilisieren Sie die Operationsstelle mit mindestens 3 Zyklen eines zweistufigen Peelings wie Chlorhexidin oder Povidonjod, gefolgt von Isopropylalkohol. Sichern Sie die Gliedmaßen mit chirurgischem Klebeband und machen Sie mit einer chirurgischen Schere einen mittleren Schnitt von ca. 3 cm auf dem Rücken.</li>
	<li>Vertiefen Sie den Schnitt durch das Unterhautgewebe mit einer chirurgischen Schere und schneiden Sie die an der Wirbelsäule befestigten Muskeln ab.</li>
	<li>Identifizieren und entblößen Sie die 13. Rippe visuell (der mit dieser Rippe verbundene Zwischenwirbelraum ist das Intervall T13-L1). Markieren Sie die 13. Rippe mit einer Naht.</li>
	<li>Nach der Identifizierung die an der Wirbelsäule befestigten Muskeln vorsichtig resezieren und die Wirbelsäule freilegen. Resektionieren Sie das supraspinöse Band und das interspinöse Ligamentum für eine genaue Identifizierung der Wirbelsäule. Belichten Sie den L4-L5-Pegel mit einer chirurgischen Schere und einer Pinzette. HINWEIS: Das supraspinöse Ligamentum kann aufgrund des Vorhandenseins von dünnem Unterhautgewebe leicht identifiziert werden. Nach der Resektion des supraspinösen Bandes ist das Band zwischen dem Dornfortsatz interspinöses Ligament.</li>
	<li>Den Wirbelspinnfortsatz L4-L5 und Teile des Querfortsatzes werden vorsichtig mit einer Kelly-Pinzette entfernt, um das Rückenmark freizulegen (Abbildung 1).</li>
	<li>Den Conus medullaris auf der Ebene L4-L5 vollständig freilegen und den Conus medullaris vollständig mit einer Iridektomieschere transkektieren. Legen Sie etwas Gewebepackung ein, um die Erholung des Rückenmarks zu blockieren.</li>
	<li>Schließen Sie den darüber liegenden Muskel und die Haut auf der äußeren Hautschicht mit einer nicht resorbierbaren 4-0-Naht.</li>
	<li>Führen Sie für die Kontrollgruppe die Schritte 1.1 bis 7 aus und lassen Sie den Conus medullaris intakt. Schließen Sie den Schnitt gemäß Schritt 1.9.</li>
</ol>2. Wiederauffüllung der Tiere
<ol><li>Halten Sie die Ratten in der ersten Stunde nach der Operation in einem temperierten Inkubator (37 °C) und überwachen Sie sie, bis sie sternal sind oder sich aktiv bewegen. HINWEIS: Es dauert etwa eine halbe Stunde, bis die Wiederherstellung vollständig ist.</li>
	<li>Bringen Sie das Tier in einen sauberen Käfig mit ausreichend Futter und Wasser. Halten Sie die Ratten in getrennten Käfigen. HINWEIS: Der Erfolg der Durchtrennung ist angezeigt, wenn sich die Ratten in der Testgruppe nur mit Hilfe der Vorderbeine bewegen, während die Ratten in der Kontrollgruppe normal gehen konnten.</li>
</ol>3. Post-Operation-Management
<ol><li>Injizieren Sie Penicillin G, ein Antibiotikum (50.000 U/ml pro Tier) intraperitoneal. Verabreichen Sie Analgetika wie Buprenorphin, 0,05 mg / kg, SC, 0,1-0,2 ml alle 6-12 Stunden für 48 Stunden nach der Operation.</li>
	<li>Komprimieren Sie die Harnblase im Hypogastrium, um bei der Entleerung zu helfen. Führen Sie dies zweimal täglich zur gleichen Zeit (8 Uhr und 20 Uhr) für sechs Wochen durch. HINWEIS: Der Verlust der normalen Einschnürung des Detrusors ist das Symbol von DU.</li>
	<li>Halten Sie alle Ratten in metabolischen Käfigen, die jeweils einen Urinsammeltrichter enthalten, der über ein zuvor gewogenes, absorbierendes Papier gelegt wird, um die Miktion und Inkontinenz zu überwachen.</li>
	<li>Erfassen und notieren Sie die Gewichtsänderung des saugfähigen Papiers, die das entleerte Volumen (VV) und das Restharnvolumen separat angibt.</li>
</ol>4. Urodynamische Tests
<ol><li>Führen Sie sechs Wochen nach der Operation ein Zystometrogramm mit urodynamischen Messgeräten wie folgt durch.<ol><li>Anästhesieren Sie Ratten, indem Sie 10% Chloralhydrat in die Peritonealhöhle (3 ml/kg) injizieren.</li>
		<li>Komprimieren Sie die Blase zur Entleerung und fixieren Sie die Ratte dann mit einem Klebeband auf der chirurgischen Plattform.</li>
		<li>Führen Sie den Epiduralkatheter (3F) in die Blase ein und verbinden Sie das urodynamische Messgerät, den Epiduralkatheter und die Infusionspumpe mit dem dreigliedrigen Schlauch.</li>
		<li>Pumpen Sie physiologische Kochsalzlösung mit einer Geschwindigkeit von 0,2 ml/min für die urodynamische Messung (siehe Materialtabelle). Notieren Sie den MCC und DOP sowie die Compliance der Blase (berechnet durch Division δ Blasenvolumens mit δ Druck des Detrusors).</li>
	</ol></li>
</ol>5. Statistische Auswertung
<ol><li>Führen Sie statistische Analysen mit handelsüblicher Software durch.</li>
	<li>Verwenden Sie den Kolmogorov-Smirnov-Test, um die Normalität der Daten zu testen.</li>
	<li>Drücken Sie die normalverteilten Variablen als Mittelwerte mit Standardabweichungen aus. Verwenden Sie die zweiseitigen gepaarten Student-t-Tests, um die Parameter des Zystometrogramms in beiden Gruppen zu vergleichen. ANMERKUNG: p < 0,05 zeigt an, dass die Differenz statistisch signifikant war.</li>
</ol>

<ol>
	<li>van Koeveeringe, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detrusor+underactivity:+Pathophysiological+considerations,+models+and+proposals+for+future+research.">Detrusor underactivity: Pathophysiological considerations, models and proposals for future research.</a> Neurourology and Urodynamics. 33 (5), 591-596 (2014).</li><li>Osman, N. I., Esperto, F., Chapple, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detrusor+Underactivity+and+the+Underactive+Bladder:+A+Systematic+Review+of+Preclinical+and+Clinical+Studies.">Detrusor Underactivity and the Underactive Bladder: A Systematic Review of Preclinical and Clinical Studies.</a> European Urology. 74 (5), 633-643 (2018).</li><li>Osman, N. I., Chapple, C. 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H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Incomplete+bladder+emptying+in+patients+with+stroke:+is+detrusor+external+sphincter+dyssynergia+a+potential+cause.">Incomplete bladder emptying in patients with stroke: is detrusor external sphincter dyssynergia a potential cause.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 91 (7), 1105-1109 (2010).</li><li>FitzGerald, M. P., Brubaker, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+etiology+of+urinary+retention+after+surgery+for+genuine+stress+incontinence.">The etiology of urinary retention after surgery for genuine stress incontinence.</a> Neurourology and Urodynamics. 20 (1), 13-21 (2001).</li><li>Rahman, M., Siddik, A. 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Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

DU ist eine häufige Ursache für Symptome der unteren Harnwege bei Männern und Frauen. Es handelt sich um eine komplexe Symptomkonstellation mit wenigen Behandlungsmöglichkeiten, die die Lebensqualität (Qol) der Betroffenen deutlich beeinträchtigen kann18. Obwohl angenommen wird, dass DU multifaktoriell ist, bleibt das Verständnis seiner Pathogenese rudimentär. Studien haben gezeigt, dass die Pathogenese von DU mit myogenen und neurogenen Faktoren zusammenhängen könnte.
<p class="jove...

Detrusor-Unteraktivität (DU) ist eine typische Dysfunktion der unteren Harnwege, die noch nicht untersucht wurde. Obwohl DU von der International Continence Society (ICS)1 definiert wurde, werden zahlreiche verschiedene Terminologien verwendet, um sich auf diese Krankheit zu beziehen, z. B. "Detrusorversagen", "kontraktile Blase", "Detrusor-Areflexie"2. DU, wie von der International Continence Society (ICS) im Jahr 2002 definiert, ist eine Kontraktion von reduzierter Stärke und Dauer, die zu einer verlängerten Verlängerung der Zeit für die Blasenentleerung führt, was dazu führt, dass keine vollständige Blasenentleerung innerhalb eines normalen Zeitraums erreicht wird.
DU kann 48 % der Männer und 12 % der Frauen (im Alter von >70 Jahren)3 mit Symptomen der unteren Harnwege betreffen. Es scheint multifaktoriell zu sein, und es gibt keine wirksame Behandlung. Es wird berichtet, dass DU bei Patienten mit neurogener Blasenfunktionsstörung wie Multipler Sklerose4, Diabetes mellitus5, Parkinson-Krankheit6 oder Schlaganfall7 allgegenwärtig ist. DU kann auch durch iatrogene Nervenschäden verursacht werden, wie z. B. laparoskopische Hysterektomie, Prostatektomie oder andere chirurgische Eingriffe im kleinen Becken8. Die pathophysiologischen Veränderungen und die verfügbaren Behandlungen von DU sind immer noch verwirrend, da es kein geeignetes Tiermodell für die Studie gibt.
Der Miktionsreflex wird durch spino-bulbospinale Bahnen gesteuert, die das pontine Miktionszentrum, den sakralen parasympathischen Kern und die höheren Kortexzentren kombinieren9. Aktivierung und Aufrechterhaltung des Miktionsreflexes hängen vor allem vom regelmäßigen Transport von Sinnessignalen aus der Blase zu den höheren Kortexzentren ab. Es kann postuliert werden, dass sensorische Dysfunktion zu DU beiträgt.
Die meisten experimentellen Tierstudien im Zusammenhang mit Funktionsstörungen der unteren Harnwege konzentrierten sich auf Modelle der überaktiven Blase (OAB)10. Diese Modelle bieten ein angemessenes Verständnis der OAB-Pathophysiologie und -Prognose. Es wurden jedoch nur wenige DU-Modelle beschrieben, z. B. supraspinale Verletzungen (lokale Läsionen, Dezerebration und Verschluss der mittleren Hirnarterie), Rückenmarksdurchtrennung oder Kontusionsverletzungen, systemische (z. B. Cyclophosphamid) oder intravesikale Verabreichung von Reiz- oder Entzündungsstoffen (z. B. Säure, Acrolein und Lipopolysaccharid)11,12,13,14 . Unter diesen Methoden kann nur die Methode der Rückenmarksdurchtrennung oder der Kontusionsverletzung verwendet werden, um ein Tiermodell von DU13 zu erstellen. Versuche, das pontine Miktionszentrum und die höheren Kortexzentren zu verletzen, wurden wegen des schweren Traumas abgebrochen. Daher wird erhöhte Aufmerksamkeit darauf gelegt, eine genaue Position im Miktionsreflexzentrum zu finden, um das DU mit minimalen Nebenwirkungen zu induzieren.
Wie bereits erwähnt, besteht einer der Mechanismen zur Induktion von DU darin, das Rückenmark zu verletzen, um den Signalweg des Miktionsreflexes zu schädigen. Allens Weight-Drop-Methode wurde entwickelt, um Labortiere mit verletztem Rückenmarkzu etablieren 15. Es liegen jedoch keine weiteren experimentellen Daten zu dieser Methode vor. Da Teile der Tiere die Wirbelsäulenfunktion nach einem Schlaganfall ohne DU wiedererlangten, kann dies nicht als perfekte Methode zur Erstellung eines DU-Tiermodells angesehen werden16.
Im Jahr 1987 entwickelte Bregman einen Prozess der Durchtrennung des Rückenmarks zur Generierung des DU-Tiermodells und erwarb experimentelle Daten17. Diese Methode wurde jedoch nicht zur Etablierung des DU-Tiermodells angewendet. Zu dieser Zeit waren die Forscher noch verwirrt über die Pathogenese von DU. Da Stellen im Rückenmark, die mit der Induktion von OAB oder DU assoziiert sind, nebeneinander liegen, konnten sie nicht den genauen Ort der Schädigung des Rückenmarks finden, um DU17 zu induzieren. OAB und DU wurden entweder zusammen oder getrennt durch diese Methode eingeführt. Obwohl diese Methode DU einführte, war sie ungenau und konnte nicht zum Verständnis des Auftretens und der Verarbeitung von DU verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, ist das Fehlen eines geeigneten Tiermodells für DU eines der Haupthindernisse für die Untersuchung von DU. Forscher sind ständig auf der Suche nach einem genauen und handhabbaren Modell, das die Pathologie von DU simulieren kann. Selbst die Behandlungsmöglichkeiten für DU haben sich in den letzten 20 Jahren nicht signifikant verbessert. Insgesamt besteht ein großer Bedarf, ein Standardprotokoll für die Erstellung eines Tiermodells von DU zu beschreiben.
In diesem Artikel beschreiben wir eine Methode, um erfolgreich ein Rattenmodell von DU durch Conus medullaris-Transektion zu etablieren. Die Transektion wurde auf der Ebene L4-L5 durchgeführt, um den Conus medullaris zu trennen. Die maximale zystometrische Kapazität (MCC), der Detrusoröffnungsdruck (DOP) und die Compliance der Blase wurden aufgezeichnet und analysiert, um das Protokoll zu validieren. Das unten aufgeführte Protokoll kombiniert sowohl die Machbarkeit als auch die Zuverlässigkeit auf standardisierte Weise, um das DU-Tiermodell zu erstellen und das Auftreten und die Verarbeitung von DU zu simulieren. Das Protokoll kann als Technik für die weitere Untersuchung von DU verwendet werden.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.9% saline</td>
			<td>Wuhan Prosai Company</td>
			<td>EY-C1178</td>
			<td>pump for urodynamic measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% chloral hydrate</td>
			<td>Shandong Yulong Co., Ltd</td>
			<td>H37022673</td>
			<td>3mL/kg&#65292;administered intraperitoneally</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine Hydrochloride Injection</td>
			<td>Tianjin Pharmaceutical Research Institute Pharmaceutical Co. LTD</td>
			<td>H12020275</td>
			<td>0.05mg/kg subcutaneously 24h and 48h postoperation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epidural Catheter</td>
			<td>Shandong Xinghua Co, Ltd</td>
			<td>VABR3L</td>
			<td>for urodynamic measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin G</td>
			<td>Alta Technology Co., Ltd</td>
			<td>1ST5637</td>
			<td>50,000 unit/ml per animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pentobarbital</td>
			<td>Beijing solabo Technology Co., Ltd</td>
			<td>NK-WF0001</td>
			<td>40 mg/kg, administered intraperitoneally</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture line(4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>VCP422H</td>
			<td>suture the injury</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three-limb tube</td>
			<td>Shandong Xinghua Co, Ltd</td>
			<td>VAB3T</td>
			<td>for urodynamic measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trace infusion pump</td>
			<td>Zhejiang Smith Medical Instrument Co., Ltd</td>
			<td>20162540335</td>
			<td>Pump the saline at a speed of 0.2ml/min for urodynamic measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Urodynamic measurement equipment</td>
			<td>Medical Measurement SystemsB.V.</td>
			<td>08-0467</td>
			<td>urodynamic measurement equipment can not only help the diagnosis of dysuria, but also provide objective materials for treatment and therapeutic effect. It is the most commonly used examination method in clinical diagnosis and treatment of lower urinary tract functional diseases</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wistar Rats</td>
			<td>HFK Biotechnology Co.Ltd,Beijing ,China</td>
			<td>SCXK2012-0023</td>
			<td>200-220g</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

detrusor underactivity model in rats by conus medullaris transection

Das Ziel des vorgestellten Protokolls war es, ein Detrusor-Unteraktivitätsmodell (DU) in der Ratte durch Conus medullaris-Transektion zu etablieren. Die Laminektomie wurde an insgesamt 40 weiblichen Wistar-Ratten (Kontrollgruppe: 10 Ratten; Testgruppe: 30 Ratten) mit einem Gewicht von 200–220 g durchgeführt, wobei der Conus medullaris in der Testgruppe auf der Ebene L4-L5 transeziert wurde. Alle Ratten wurden sechs Wochen lang unter den gleichen Umweltbedingungen untergebracht und gefüttert. In der Testgruppe wurde die Urinentleerung sechs Wochen lang zweimal täglich durchgeführt, und das mittlere Restharnvolumen wurde aufgezeichnet. In beiden Gruppen wurde ein Zystometrogramm durchgeführt. Die maximale zystometrische Kapazität (MCC), der Detrusoröffnungsdruck (DOP) und die Compliance der Blase wurden aufgezeichnet und berechnet. Die Testgruppe zeigte nach der Operation einen signifikanten Harnverhalt, sowohl während als auch nach dem Wirbelsäulenschock. In der Kontrollgruppe wurde jedoch keine Anomalie beobachtet. Im Vergleich zur Kontrollgruppe waren der MCC und die Compliance der Blase in der Testgruppe signifikant höher als in der Testgruppe (3,24 ± 2,261 ml versus 1,04 ± 0,571 ml; 0,43 ± 0,578 ml/cmH 2 O versus 0,032 ± 0,016 ml/cmH 2 O), während der DOP in der Testgruppe niedriger war als der der Kontrollgruppe (20,28 ± 14,022 cmH 2 O versus 35 ± 13,258 cmH2 Diese Methode zur Etablierung eines Tiermodells von DU durch die Conus medullaris-Durchtrennung bietet eine hervorragende Möglichkeit, die Pathophysiologie von DU besser zu verstehen.

Der gesamte Eingriff der Conus medullaris-Durchtrennung kann innerhalb von 45 Minuten von erfahrenen Chirurgen durchgeführt werden. Unser Labor hat über 100 Fälle von Conus medullaris-Durchschnittsoperationen durchgeführt. Die Erfolgsrate liegt bei über 95%, definiert durch das Überleben der Ratten und die erfolgreiche Induktion von DU. Der urodynamische Test bestätigte die Induktion von DU.
Basierend auf unseren Erfahrungen kann die Induktion von DU durch das Restharnvolumen vorläufig...

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Detrusor Underactivity Model in Rats by Conus Medullaris Transection

Wir stellen eine Methode zur Etablierung eines Detrusor-Unteraktivitätsmodells durch Conus medullaris-Transsektion bei Ratten vor. Die Detrusor-Unteraktivität wurde bei diesen Tieren erfolgreich stimuliert. Das Modell kann zur Untersuchung der Harnwegsfunktion verwendet werden.

Detrusor-Unteraktivitätsmodell bei Ratten durch Conus medullaris-Durchtrennung

The goal of the presented protocol was to establish a detrusor underactivity (DU) model in the rat through conus medullaris transection. Laminectomy was ...

detrusor-underactivity-model-in-rats-by-conus-medullaris-transection

Research

JoVE Journal

Neuroscience

2.0K Aufrufe.  Capital Medical University. Wir stellen eine Methode zur Etablierung eines Detrusor-Unteraktivitätsmodells durch Conus medullaris-Transsektion bei Ratten vor. Die Detrusor-Unteraktivität wurde bei diesen Tieren erfolgreich stimuliert. Das Modell kann zur Untersuchung der Harnwegsfunktion verwendet werden.

Serie: Detrusor Underactivity Model in Rats by Conus Medullaris Transection

Optic Nerve Transection: A Model of Adult Neuron Apoptosis in the Central Nervous System

Retinal ganglion cells (RGCs) are CNS neurons that output visual information from the retina to the brain, via the optic nerve. 
The optic nerve can be accessed within the orbit of the eye and completely transected (axotomized), cutting the axons of the entire RGC population. Optic nerve 
transection is a reproducible model of apoptotic neuronal cell death in the adult CNS 1-4. This model is particularly attractive because the vitreous
 chamber of the eye acts as a capsule for drug delivery to the retina, permitting experimental manipulations via intraocular injections. The diffusion of chemicals 
through the vitreous fluid ensures that they act upon the entire RGC population. Moreover, RGCs can be selectively transfected by applying short interfering RNAs 
(siRNAs), plasmids, or viral vectors to the cut end of the optic nerve 5-7 or injecting vectors into their target, the superior colliculus 8. 
This allows researchers to study apoptotic mechanisms in the desired neuronal population without confounding effects on other bystander neurons or surrounding glia. 
An additional benefit is the ease and accuracy with which cell survival can be quantified after injury. The retina is a flat, layered tissue and RGCs are localized in 
the innermost layer, the ganglion cell layer. The survival of RGCs can be tracked over time by applying a fluorescent tracer (3% Fluorogold) to the cut end of the 
optic nerve at the time of axotomy, or by injecting the tracer into the superior colliculus (RGC target) one week prior to axotomy. The tracer is retrogradely transported, labeling 
the entire RGC population. Because the ganglion cell layer is a monolayer (one cell thick), RGC densities can be quantified in flat-mounted tissue, without the need 
for stereology. Optic nerve transection leads to the apoptotic death of 90% of injured RGCs within 14 days postaxotomy 9-11. RGC apoptosis has a 
characteristic time-course whereby cell death is delayed 3-4 days postaxotomy, after which the cells rapidly degenerate. This provides a time window for 
experimental manipulations directed against pathways involved in apoptosis.

Optic Nerve transection is a widely used model of adult CNS injury. Ninety percent of retinal ganglion cells (RGCs) whose axons are completely transected (axotomy) die within 14 days after axotomy. This model is easily amenable to experimental manipulations and highly reproducible.

Optic Nerve Durchtrennung: Ein Modell des Adult Neuron Apoptose in das zentrale Nervensystem

Retinal ganglion cells (RGCs) are CNS neurons that output visual information from the retina to the brain, via the optic nerve. 
The optic nerve can be ...

Forschung

Neurowissenschaften

Methods for Experimental Manipulations after Optic Nerve Transection in the Mammalian CNS

Retinal ganglion cells (RGCs) are CNS neurons that output visual information from the retina to the brain, via the optic nerve. The optic nerve can be accessed within the orbit of the eye and completely transected (axotomized), cutting the axons of the entire RGC population. Optic nerve transection is a reproducible model of apoptotic neuronal cell death in the adult CNS 1-4. This model is particularly attractive because the vitreous chamber of the eye acts as a capsule for drug delivery to the retina, permitting experimental manipulations via intraocular injections. The diffusion of chemicals through the vitreous fluid ensures that they act upon the entire RGC population. Viral vectors, plasmids or short interfering RNAs (siRNAs) can also be delivered to the vitreous chamber in order to infect or transfect retinal cells 5-12. The high tropism of Adeno-Associated Virus (AAV) vectors is beneficial to target RGCs, with an infection rate approaching 90% of cells near the injection site 6, 7, 13-15. Moreover, RGCs can be selectively transfected by applying siRNAs, plasmids, or viral vectors to the cut end of the optic nerve 16-19 or injecting vectors into their target the superior colliculus 10. This allows researchers to study apoptotic mechanisms in the injured neuronal population without confounding effects on other bystander neurons or surrounding glia. RGC apoptosis has a characteristic time-course whereby cell death is delayed 3-4 days postaxotomy, after which the cells rapidly degenerate. This provides a window for experimental manipulations directed against pathways involved in apoptosis. Manipulations that directly target RGCs from the transected optic nerve stump are performed at the time of axotomy, immediately after cutting the nerve. In contrast, when substances are delivered via an intraocular route, they can be injected prior to surgery or within the first 3 days after surgery, preceding the initiation of apoptosis in axotomized RGCs. In the present article, we demonstrate several methods for experimental manipulations after optic nerve transection.

Optic Nerve transection is a widely used model of adult CNS injury. This model is ideal for performing a number of experimental manipulations that target the retina globally or directly target the injured neuronal population of retinal ganglion cells.

Methoden für die experimentelle Manipulationen nach Optic Nerve Durchtrennung im Säuger-ZNS

Retinal ganglion cells (RGCs) are CNS neurons that output visual information from the retina to the brain, via the optic nerve. The optic nerve can be ...

A General Method for Evaluating Incubation of Sucrose Craving in Rats

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and relapse to food taking 1. Food craving conceptualized in this way is akin to drug craving in response to drug-paired cues. A rich literature has been developed around understanding the behavioral and neurobiological determinants of drug craving; we and others have been focusing recently on translating techniques from basic addiction research to better understand addiction-like behaviors related to food 2-4.
As done in previous studies of drug craving, we examine sucrose craving behavior by utilizing a rat model of relapse. In this model, rats self-administer either drug or food in sessions over several days. In a session, lever responding delivers the reward along with a tone+light stimulus. Craving behavior is then operationally defined as responding in a subsequent session where the reward is not available. Rats will reliably respond for the tone+light stimulus, likely due to its acquired conditioned reinforcing properties 5. This behavior is sometimes referred to as sucrose seeking or cue reactivity. In the present discussion we will use the term "sucrose craving" to subsume both of these constructs.
In the past decade, we have focused on how the length of time following reward self-administration influences reward craving. Interestingly, rats increase responding for the reward-paired cue over the course of several weeks of a period of forced-abstinence. This "incubation of craving" is observed in rats that have self-administered either food or drugs of abuse 4,6. This time-dependent increase in craving we have identified in the animal model may have great potential relevance to human drug and food addiction behaviors.
Here we present a protocol for assessing incubation of sucrose craving in rats. Variants of the procedure will be indicated where craving is assessed as responding for a discrete sucrose-paired cue following extinction of lever pressing within the sucrose self-administration context (Extinction without cues) or as responding for sucrose-paired cues in a general extinction context (Extinction with cues).

Responding for food or drug-paired cues increases over the course of a period of abstinence and this may relate to an increased susceptibility to relapse behaviors. Here we detail a procedure for evaluating this "incubation of craving" in rats that have self-administered sucrose.

Eine allgemeine Methode zur Bewertung der Inkubation von Saccharose Craving in Ratten

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and ...

Generation of Topically Transgenic Rats by In utero Electroporation and In vivo Bioluminescence Screening

In utero electroporation (IUE) is a technique which allows genetic modification of cells in the brain for investigating neuronal development. So far, the use of IUE for investigating behavior or neuropathology in the adult brain has been limited by insufficient methods for monitoring of IUE transfection success by non-invasive techniques in postnatal animals. 
 For the present study, E16 rats were used for IUE. After intraventricular injection of the nucleic acids into the embryos, positioning of the tweezer electrodes was critical for targeting either the developing cortex or the hippocampus. 
 Ventricular co-injection and electroporation of a luciferase gene allowed monitoring of the transfected cells postnatally after intraperitoneal luciferin injection in the anesthetized live P7 pup by in vivo bioluminescence, using an IVIS Spectrum device with 3D quantification software. 
 Area definition by bioluminescence could clearly differentiate between cortical and hippocampal electroporations and detect a signal longitudinally over time up to 5 weeks after birth. This imaging technique allowed us to select pups with a sufficient number of transfected cells assumed necessary for triggering biological effects and, subsequently, to perform behavioral investigations at 3 month of age. As an example, this study demonstrates that IUE with the human full length DISC1 gene into the rat cortex led to amphetamine hypersensitivity. Co-transfected GFP could be detected in neurons by post mortem fluorescence microscopy in cryosections indicating gene expression present at &ge;6 months after birth.
 We conclude that postnatal bioluminescence imaging allows evaluating the success of transient transfections with IUE in rats. Investigations on the influence of topical gene manipulations during neurodevelopment on the adult brain and its connectivity are greatly facilitated. For many scientific questions, this technique can supplement or even replace the use of transgenic rats and provide a novel technology for behavioral neuroscience.

Generation of Topically Transgenic Rats by In utero Electroporation and In vivo Bioluminescence Screening

Genes can be manipulated during development of the cortex or the hippocampus of the rat via in utero electroporation (IUE) at E16, to enable fast and targeted modifications in neuronal connectivity for later studies of behavior or neuropathology in adult animals. Postnatal in vivo imaging for control of IUE success is performed by bioluminescence of activating co-transfected luciferase.

Erzeugung von Aktuell transgenen Ratten durch<em&gt; In utero</em&gt; Elektroporation und<em&gt; In-vivo-</em&gt; Biolumineszenz Screening

 In utero electroporation (IUE) is a technique which allows genetic modification of cells in the brain for investigating neuronal development. So far, the ...

Motor Nerve Transection and Time-lapse Imaging of Glial Cell Behaviors in Live Zebrafish

The nervous system is often described as a hard-wired component of the body even though it is a considerably fluid organ system that reacts to external stimuli in a consistent, stereotyped manner, while maintaining incredible flexibility and plasticity. Unlike the central nervous system (CNS), the peripheral nervous system (PNS) is capable of significant repair, but we have only just begun to understand the cellular and molecular mechanisms that govern this phenomenon. Using zebrafish as a model system, we have the unprecedented opportunity to couple regenerative studies with in vivo imaging and genetic manipulation. Peripheral nerves are composed of axons surrounded by layers of glia and connective tissue. Axons are ensheathed by myelinating or non-myelinating Schwann cells, which are in turn wrapped into a fascicle by a cellular sheath called the perineurium. Following an injury, adult peripheral nerves have the remarkable capacity to remove damaged axonal debris and re-innervate targets. To investigate the roles of all peripheral glia in PNS regeneration, we describe here an axon transection assay that uses a commercially available nitrogen-pumped dye laser to axotomize motor nerves in live transgenic zebrafish. We further describe the methods to couple these experiments to time-lapse imaging of injured and control nerves. This experimental paradigm can be used to not only assess the role that glia play in nerve regeneration, but can also be the platform for elucidating the molecular mechanisms that govern nervous system repair.

Although the peripheral nervous system (PNS) is capable of significant repair after injury, little is known about the cellular and molecular mechanisms that govern this phenomenon. Using live, transgenic zebrafish and a reproducible nerve transection assay, we can study dynamic glial cell behaviors during nerve degeneration and regeneration.

Motor Nervendurchtrennung und Zeitraffer-Imaging von Gliazellen Verhalten im Live Zebrafisch

The  nervous system is often described as a hard-wired component of the body even  though it is a considerably fluid organ system that reacts to external ...

Spinal Cord Transection in the Larval Zebrafish

Mammals fail in sensory and motor recovery following spinal cord injury due to lack of axonal regrowth below the level of injury as well as an inability to reinitiate spinal neurogenesis. However, some anamniotes including the zebrafish Danio rerio exhibit both sensory and functional recovery even after complete transection of the spinal cord. The adult zebrafish is an established model organism for studying regeneration following spinal cord injury, with sensory and motor recovery by 6&#160;weeks post-injury. To take advantage of in vivo analysis of the regenerative process available in the transparent larval zebrafish as well as genetic tools not accessible in the adult, we use the larval zebrafish to study regeneration after spinal cord transection. Here we demonstrate a method for reproducibly and verifiably transecting the larval spinal cord. After transection, our data shows sensory recovery beginning at 2&#160;days post-injury (dpi), with the C-bend movement detectable by 3 dpi and resumption of free swimming by 5 dpi. Thus we propose the larval zebrafish as a companion tool to the adult zebrafish for the study of recovery after spinal cord injury.

After spinal transection, adult zebrafish have functional recovery by six weeks post-injury. To take advantage of larval transparency and faster recovery, we present a method for transecting the larval spinal cord. After transection, we observe sensory recovery beginning at 2&#160;days post-injury, and C-bend movement by 3 days post-injury.

Rückenmarksdurchtrennung in der Zebrafisch-Larven

Mammals fail in sensory and motor recovery following spinal cord injury due to lack of axonal regrowth below the level of injury as well as an inability ...

A Lateralized Odor Learning Model in Neonatal Rats for Dissecting Neural Circuitry Underpinning Memory Formation

Rat pups during a critical postnatal period (&#8804; 10 days) readily form a preference for an odor that is associated with stimuli mimicking maternal care. Such a preference memory can last from hours, to days, even life-long, depending on training parameters. Early odor preference learning provides us with a model in which the critical changes for a natural form of learning occur in the olfactory circuitry. An additional feature that makes it a powerful tool for the analysis of memory processes is that early odor preference learning can be lateralized via single naris occlusion within the critical period. This is due to the lack of mature anterior commissural connections of the olfactory hemispheres at this early age. This work outlines behavioral protocols for lateralized odor learning using nose plugs. Acute, reversible naris occlusion minimizes tissue and neuronal damages associated with long-term occlusion and more aggressive methods such as cauterization. The lateralized odor learning model permits within-animal comparison, therefore greatly reducing variance compared to between-animal designs. This method has been used successfully to probe the circuit changes in the olfactory system produced by training. Future directions include exploring molecular underpinnings of odor memory using this lateralized learning model; and correlating physiological change with memory strength and durations.

This protocol introduces lateralized early odor preference learning in rats using acute single naris occlusion. Lateralized learning permits the examination of behavioral outcomes and underpinning biological mechanisms within the same animals, reducing variance induced by between-animal designs. This protocol can be used to investigate molecular mechanisms underpinning early odor learning.

Ein lateralisierte Geruch-Lern-Modell in neugeborenen Ratten zum Präparieren Neural Circuitry Underpinning Gedächtnisbildung

Rat pups during a critical postnatal period (&#8804; 10 days) readily form a preference for an odor that is associated with stimuli mimicking maternal ...

Partial Optic Nerve Transection in Rats: A Model Established with a New Operative Approach to Assess Secondary Degeneration of Retinal Ganglion Cells

Previous studies have shown that the secondary degeneration of retinal ganglion cells (RGCs) occurs commonly in glaucoma. Partial optic nerve transection is considered a useful and reproducible model. Compared with other optic nerve injury models used commonly for assessing secondary degeneration, e.g. complete optic nerve transection and optic nerve crush models, the partial optic nerve transection model is superior as it distinguishes primary from secondary degeneration in situ. Therefore, it serves as an excellent tool for evaluating secondary degeneration. This study describes a novel operative approach of partial optic nerve transection by directly accessing the area of the retrobulbar optic nerve through the orbital lateral wall of the eyeball. Moreover, we present a newly designed, low cost surgical instrument to assist with transection. As demonstrated by the representative results in distinguishing the boundary of primary and secondary injury areas, the new approach and instrument ensures high efficiency and stability of the model by providing adequate space for surgical operation. This in turn makes it easy to separate the meningeal sheath and ophthalmic vessels from the optic nerve before transection. An additional benefit is that this space-saving operative approach improves the investigators&#39; ability to administer drugs, carriers, or selective RGC tracers to the stump of the partially transected optic nerve, allowing the exploration of mechanisms behind secondary injury in RGCs, in a new way.

Secondary degeneration of retinal ganglion cells (RGCs) occurs commonly in glaucoma. This study describes an innovative operative approach for partial optic nerve transection. The use of this space-saving operative approach extends the model's application range, and allows exploration of secondary injury mechanisms in RGCs in a new way.

Partielle Sehnerv Durchtrennung bei Ratten: ein Modell gegründet mit einem neuen operativen Ansatz zur sekundären Degeneration der retinalen Ganglienzellen bewerten

Previous studies have shown that the secondary degeneration of retinal ganglion cells (RGCs) occurs commonly in glaucoma. Partial optic nerve transection ...

Sub-acute Cerebral Microhemorrhages Induced by Lipopolysaccharide Injection in Rats

Cerebral microhemorrhages (CMHs) are common in aged patients and are correlated to various neuropsychiatric disorders. The etiology of CMHs is complex, and neuroinflammation is often observed as a co-occurrence. Here, we describe a sub-acute CMHs rat model induced by lipopolysaccharide (LPS) injection, as well as a method for detecting CMHs. Systemic LPS injection is relatively simple, economical, and cost-effective. One major advantage of LPS injection is its stability to induce inflammation. CMHs caused by LPS injection could be detected by gross observation, hematoxylin and eosin (HE) staining, Perl&#39;s Prussian staining, Evans blue (EB) double-labeling, and magnetic resonance imaging-susceptibility weighted imaging (MRI-SWI) technology. Finally, other methods of developing CMHs animal models, including their advantages and/or disadvantages, are also discussed in this report.

We present a protocol to induce and detect CMHs caused by LPS injection in Sprague-Dawley rats, which may be utilized in future research investigations on the pathogenesis of CMHs.

Sub-akute zerebrale Punktblutungen induziert durch Lipopolysaccharid-Injektion bei Ratten

Cerebral microhemorrhages (CMHs) are common in aged patients and are correlated to various neuropsychiatric disorders. The etiology of CMHs is complex, ...

A Preclinical Model to Assess Brain Recovery After Acute Stroke in Rats

The purpose of this study was to establish and validate an animal brain ischemia model in the recovery and sequela stages. A middle cerebral artery occlusion/reperfusion (MCAO/R) model in male Sprague-Dawley rats was chosen. By changing the rat&#39;s weight (260&#8722;330 g), the thread bolt type (2636/2838/3040/3043) and the brain infarct time (2-3 h), a higher Longa&#39;s score, a larger infarct volume and a greater model success ratio were screened using the Longa&#39;s score and TTC staining. The optimum model condition (300 g, 3040 thread bolt, 3 h brain infarct time) was acquired and used in a 1-90 day observation period after reperfusion via assessment of sensorimotor functions and infarct volume. At these conditions, the bilateral asymmetry test had a significant difference from 1 to 90 days, and the grid-walking test had a significant difference from 1 to 60 days; both differences could be a suitable sensorimotor functional test. Thus, the most appropriate condition of a novel rat model in the recovery and sequela stages of brain ischemia was found: 300 g rats that underwent MCAO with a 3040 thread bolt for a 3 h brain infarct and then reperfused. The appropriate sensorimotor functional tests were a bilateral asymmetry test and a grid-walking test.

The&#160;purpose of this study is to establish and validate an animal model for research in the recovery and sequela stages of brain ischemia by testing brain infarction and sensorimotor function after middle cerebral artery occlusion/reperfusion (MCAO/R) after 1-90 days in rats.

Ein präklinisches Modell zur Beurteilung der Gehirnerholung nach akutem Schlaganfall bei Ratten

The purpose of this study was to establish and validate an animal brain ischemia model in the recovery and sequela stages. A middle cerebral artery ...