マウスにおける顔面神経軸索切断：傷害に運動ニューロン応答を研究するためのモデル

要約

We present a surgical protocol detailing how to perform a cut or crush axotomy on the facial nerve in the mouse. The facial nerve axotomy can be employed to study the physiological response to nerve injury and test therapeutic techniques.

要約

この外科プロトコルの目標は、茎乳突孔からの出口で、顔の筋肉組織を神経支配顔面神経を、露出させ、どちら末梢神経損傷を誘導するためにそれをカットまたは押しつぶすことです。この手術の利点は、このように、他の神経損傷モデルに比べて、比較的穏やかな手術結果をもたらし、その単純さ、再現性、およびその後の顔面神経麻痺から生体機能や移動度に対する効果の欠如である。脳神経損傷モデルを使用することの主な利点は、運動ニューロンは、運動ニューロン細胞体の研究を単純化する、橋顔面運動核における比較的均一な集団内に存在することである。なぜなら顔面神経の神経支配と顔面運動核の間のクロストークの欠如の対称的な性質のため、操作が対に内部対照としてunaxotomized側を一方的に行うことができる。様々な分析を評価するために術後に行うことができますこの記事の範囲を超えてその詳細は生理的反応、だ。例えば、筋機能の回復は、神経再生のための行動のマーカーとして役立つことができる、または運動ニューロンは、細胞の生存を測定するために定量化することができる。さらに、運動ニューロンを正確に分子解析のためのレーザーマイクロダイセクションを使用してキャプチャすることができる。顔面神経の軸索切断が最小侵襲性および忍容性が良好であるため、遺伝的に改変されたマウスの多種多様に利用することができる。また、この手術モデルは、末梢神経損傷の治療の有効性を分析するために使用することができる。顔面神経損傷は、運動ニューロンだけでなく、中枢および末梢神経膠微小環境の応答は、免疫系だけでなく、調査のための手段を提供し、筋肉組織を標的とする。顔面神経損傷モデルは、神経損傷および再生を研究するための強力なツールとなって広く受け入れられている末梢神経損傷モデルである。

概要

多くの末梢神経損傷モデルが存在するが、運動ニューロンの研究のために際立っている1は、顔面神経軸索切断モデルです。また脳神経VIIとして知られている顔面神経は、橋に由来し、顔の表情^1,2の筋肉を神経支配。この外科プロトコルでは、顔面神経は茎乳突孔からの出口で露出し、切断又は破砕のいずれかです。神経損傷の重症度を順次軸索の束を包む結合組織層である軸索、神経内膜、神経周膜、及び神経上膜の完全性に基づいて、けがを差別サンダーランド³分類、以下に分類することができる。挫滅損傷（軸索断裂）では、軸索が切断されているが、神経周膜と神経上膜は保持されます。無傷の神経鞘は軸索が^4,5を再成長、その中の導管となるため、顔面神経挫滅からの完全な機能回復には約11日で発生する。上の一方では、カット損傷（神経断裂）に、軸索およびすべて3結合組織層が切断されており、全体の遠位神経は筋肉組織の神経支配を回復するために再成長しなければならない。神経上膜を外科的に再接続は、しばしば神経切断損傷を有するヒト患者において行われているが、回復の成果はめったに最適である。さらなる研究は、神経がその標的に再成長に失敗し、どの治療法が改善し、再生プロセスを加速するために使用することができるかを理解する必要がある。

顔面神経の軸索切断モデルを使用して神経損傷を研究する多くの利点がある。まず、顔面神経の軸索切断手順は、迅速、簡単、かつ再現性が高い。と顔の筋肉の結果として麻痺は重要な機能に影響を与えないとも動物によって許容されている。これは運動ニューロンが目の中で比較的均質な集団に存在するので、簡略化されて運動ニューロン細胞体を研究脳神経損傷モデルは、あるため、橋の電子顔面運動核。 7亜核が筋肉の特定のグループを支配するために、それぞれ固有のがあるので人口は、顔面運動核内の核内のパターンに基づいて異なるんので、軸索切断に応じて、核内の違いが結果の^2,6,7に影響^を与える可能性がある。

顔面神経損傷モデルの主な利点は、神経の神経支配は非常に対称的であり、顔面運動核⁸との間にクロストークがないのでunaxotomized側ペアリング内部対照として役立つことができることである。この外科的方法を使用することの別の利点は、直接CNSへの外傷または血液脳関門⁹の破壊がないことである。そのような過度の出血や感染症などの合併症は、この手順に稀である。

様々な分析は、神経損傷に対する生理学的応答を評価するために行うことができる。まばたき反射およびウィスカー活性の回復は、行動として使用することができ機能回復の^10,11の尺度。鼻毛活動の録画は現在、顔面神経の神経支配^12,13の回復を検出するための最も強力な方法である。安楽死の後、脳幹の組織学的分析は、顔面運動核内の運動ニューロン細胞体で行うことができる。顔面運動核の損傷^2,6に対する応答の差検査を可能にする、特定の顔面筋にそれぞれ特定の七亜核に細分される。顔面運動ニューロンは、細胞の生存を定量化するためにカウントすることができ、または免疫組織化学は、バイオマーカーおよび特定の細胞集団^14を識別するために使用することができる。顔面運動核を正確神 ​​経損傷^15,16に対する細胞応答の分子解析のためのレーザーキャプチャーマイクロダイセクションを使用してすることができる。顔面神経の軸索切断の影響は、運動皮質^17,18に分析することができる。また、神経はウォラー変性¹⁹またはを研究するために解剖することができます軸索再生^20、および筋肉が神経筋接合部^21を研究するために除去することができる。顔面神経の軸索切断はまた^、22添付の中枢および末梢神経膠細胞を研究筋肉^21、及び免疫系の応答^23を標的とするために使用することができる。多くの顔面神経軸索切断モデル^24を研究^してなされたものであるが、神経損傷は、患者にとって重大な問題であり、現在の治療は、最適な結果を生み出すことができないので、末梢神経損傷のさらなる研究が必要である。このモデルは、神経損傷に対する生理的応答を調べ、神経再生治療の有効性を分析するための強力なツールである。

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プロトコル

実行されるすべての手順は、医療機関動物実験委員会のインディアナ大学大学院によって承認され、健康ガイドラインの国立研究所に従っている。

1.手術手技

1. NIHガイドライン²⁵に従って無菌滅菌手袋を使用して、この手順の間に技術、機器、および無菌手術野を維持します。 （完全なリストに特異的な試薬/機器の表を参照）、それらをオートクレーブで手術を開始する前に、ツールを滅菌する。動作中のツールを殺菌するためにガラスビーズ滅菌器を使用してください。

2.麻酔と準備

1. 獣医イソフルラン気化器システムを用いて、0.9リットル/分の酸素と2.5％のイソフルランの混合物で麻酔ボックス内にマウスを麻酔。マウスを箱から取り出す前に、身体の位置の変化に応答しないことを確認してください。
2. MOUに眼軟膏を適用します乾燥からそれらを保護するために、それ自体の目。
3. ノーズコーンにあるボックスからのガスの流れを切り替えます。コー​​ンの内側の鼻と口を備えた外科用パッドと吸収ベンチ紙で覆われて加熱されたパッドの上に真正面からその左側にマウスを置きます。継続的にマウスの呼吸のリズムと速度を監視し、必要に応じてイソフルランレベルを調整 - 麻酔の適切なレベルを維持するために、（2.5の間で3％イソフルラン）、および総鎮静を確認するために、つま先ピンチ反射を使用しています。

3.外科的アプローチ

1. 合わせて、手術野でステレオスコープを集中。それは視野の端に沿って配置されるように、ノーズコーンとテープを上下に調整する。
2. マウスは、その左側に横たわっていると、切開が行われる耳の後ろの領域を露出させ、ノーズコーンに右耳の端をテープで固定します。後耳介静脈が耳全体に水平に移動することを確認してください。 Tの正しい配置に注意してください彼は耳の動物とテーピングはすぐに顔面神経を見つけるために重要である。
3. にし、70％エタノールで耳の後ろに毛皮を湿らせ、かみそりまたは外科用メスの刃を使用して、手術部位を剃る。毛皮を事前に湿潤この解剖学的位置に簡単に剃ることができます。
4. 70％エタノールに続くようなベタジン外科スクラブ（7.5％ポビドンヨード）などのヨウ素溶液、で皮膚をきれいにしてください。徹底的に領域を消毒するために、この清掃をさらに2回繰り返します。
5. 、切開する耳の突起にエリア後方に尾側耳から後耳介静脈をトレースする場所を決定する。隆起に3ミリメートルの後部 - 春のはさみを使用して、4ミリメートル切開2を作る。
6. 鈍的切開を使用して皮下脂肪および筋膜を通して解剖。 、血管または筋肉組織を簡単に破損する可能性があるため、ハサミで直接切断しないでください。
7. 出血が発生した場合は、無菌の綿棒で手術部位に圧力を適用する少なくとも30秒間。重要な流体損失が発生した場合、25または27 G針を使用して0.9％滅菌生理食塩水までの0.5mlを腹腔​​内にマウスを注入する。
8. 顔面神経を見つけるために、いくつかの主要なランドマーク、脊髄副神経、外耳道を使用し、（後述）二腹筋を前方。顔面神経の枝が可視化されるまで、これらのランドマークの周りに解剖。それは明らかにし、筋膜の層が下にある構造に付着されたときに神経が重要な白色固体構造として表示されます。
   1. 皮下脂肪と筋膜が解剖された後、僧帽筋を支配するために頭蓋骨の尾の部分から移動する脊髄副神経を検索します。顔面神経は、脊髄アクセサリ神経に深い。
   2. 真珠のような白に見え、顔面神経への吻側見ることができる軟骨外耳道を探す。
   3. の上部とC上に位置し、前二腹筋の筋腹を探す顔面神経にaudal。
9. 顔面神経の主枝を可視化されると、茎乳突孔からその起源を見つけるために背側にそれらをトレースします。細かい使用すると、開いて新しく高度な面積を維持するために背側鉗子を移動した後、開いた手術部位を保持する神経のパス以下の春のはさみのヒントを進めるためにデュモン鉗子＃45分の5をひっくり返した。
10. この時点で、頬骨と顔面神経の幹、頬、および限界下顎枝を可視化する。
    注：一時的な分岐が孔に近い見つかります。近い顎にその上下に限界下顎神経の枝、従って、これらの神経枝は、このレベルでは表示されません。
    1. 神経切断を行う場合は、先端の細い鉗子で軽く神経を安定させ、春のはさみで神経を切った。脳幹から神経をavulsing防ぐために、ピンセットで神経にあまりにも多くのトラクションを適用することは避けてください。押す互いに離れる切り株、または全く再接続が発生しないことを保証するために、遠位神経の部分をカットし、削除する。
    2. 挫滅損傷を実行した場合は、すべての軸索を切断する一定の圧力を用いて30秒間の神経を圧縮するデュモン＃45分の5鉗子を使用し、最初のクラッシュサイトに直交する第2の角度でこのクラッシュを繰り返します。そうでなければ怪我は動物の間一貫性がなくなります、30秒のクラッシュ時の圧力の可変量を適用することは避けてください。

4.閉会と回復

1. 下にある構造上の脂肪と筋肉を再配置します。
2. 切開のエッジを近似すると7.5ミリメートルの創傷クリップを使用して傷を閉じます。縫合糸または接着剤は、創傷閉鎖のためにも許容される。術後の鎮痛薬は、この時点で提供することができる。
3. マウスの耳からテープを外します。イソフルランの流れをオフにして、マウスが1分30秒純酸素を呼吸することができます。 PL麻酔から回復する寝具で空のケージにマウスをエース。
4. マウスが回復されると、顔面神経麻痺の確証的兆候がその挙動を調べる。ウィスカーが麻痺して戻って頬に向かって傾斜してなり、鼻がずれてしまう、との目は、空気のパフに応じて点滅しません。
5. ハウス動物共同で、彼らが女性である場合は、手術後。彼らはより積極的であり、強制的に感染につながる、彼らのcagemateの創傷クリップを削除する傾向があるため、共同で雄マウスを収納しないでください。必要であれば、この時点では術後の鎮痛薬を提供します。
6. 全く感染または他の合併症は術後に発生していないことを確認するために操作した後、数日間一日一回のマウスを監視します。彼らは自分の上で落ちていない場合は、10日手術後 - 7創傷クリップを外します。
7. 目のまばたき反射が再いずれかになるまで、毎日の角膜合併症を防ぐために、罹患した眼に眼軟膏を潤滑適用カバーまたは安楽死まで、。

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結果

顔面神経の軸索切断が行われた後、運動ニューロンの損失は、損傷の結果として起こる。損傷後の運動ニューロンの生存は、性別、手術時の動物の年齢、運動ニューロンのカウントが行われる時時点、及びモランとGraeberレビュー²⁴と神野と山田レビュー²²などの多くの変数が、運動ニューロンの生存データを要約の両方に依存する。一般的に、運動ニューロンの約86％が28日後...

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ディスカッション

The critical step for this protocol is positioning the mouse properly before surgery is begun. If the mouse is not lying flat on its side, the ear is not taped at the correct angle, or the incision is made in an incorrect location, then finding the facial nerve becomes much more difficult. When this technique is mastered, surgeries will take only minutes per mouse.

Either sutures, glue, or wound clips can be used to close the wound. Wound clips are preferred because of the small size of incis...

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資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Stereo microscope	Leica	M60
Labeling tape	Fisher Scientific	15-952
Vannas-Tübingen spring scissors - straight/sharp/8.5 cm/5 mm cutting edge	Fine Science Tools	15003-08	Sterilize before use
Dumont #5/45 forceps - standard tips/angled 45°/Dumoxel/11 cm	Fine Science Tools	11251-35	Sterilize before use
Michel suture clips - 7.5 mm x 1.75 mm	Fine Science Tools	12040-01	Described as "wound clip" in protocol, sterilize before use
Hagenbarth cross action wound clip applier 5"	George Tiemann & Co	160-910	Used to apply wound clip, sterilize before use
Michel suture clip applicator & remover - For 7.5 mm clips	Fine Science Tools	12029-12	Used to remove wound clip
0.9% Sodium chloride injection, USP	Hospira	0409-4888-10
Betadine, 16 oz, with dispenser	Fisher Scientific	19-027132
70% Ethanol
Glass bead sterilizer