ラットの片側頸髄半切開後のユープネック横隔膜活動の機能回復の評価

要約

呼吸器合併症は、頸髄損傷 (cSCI) 患者の主な死因です。cSCIの動物モデルは、機構評価や前臨床研究に不可欠です。ここでは、ラットの片側_C2 脊髄半切開(_C2SH)後の横隔膜筋(DIAm)活動の機能回復を評価するための再現性のある方法を紹介します。

要約

cSCIの後、損傷の程度によっては、DIAmの活性化に影響を与える可能性があります。本稿では、ラットの呼吸中にユープネック同側横隔膜(iDIAm)筋電図(EMG)活動を妨害するcSCIの片側_C2 半切片(_C2SH)モデルについて説明しています。DIAmモータ制御の回復を評価するには、まず_C2SHによる欠損の程度を明確に設定する必要があります。呼吸中にiDIAm EMGが完全に初期失われたことを確認することで、その後の回復を存在しないか存在するかに分類でき、EMG振幅を使用して回復の程度を推定できます。さらに、C₂SH後の急性脊髄ショック期間後の呼吸中にiDIAm EMG活動が継続的に存在しないことを測定することにより、最初のC₂SHの成功を検証できます。対側横隔膜(cDIAm)EMG活動を測定すると、神経可塑性も反映するC₂SHの代償効果に関する情報を得ることができます。さらに、覚醒した動物からのDIAm EMG記録は、C₂SH後のDIAmの運動制御に関する重要な生理学的情報を提供することができます。この記事では、呼吸器神経可塑性、代償性cDIAm活性、治療戦略および医薬品を研究するための優れたプラットフォームである、ラットにおける厳密で再現性があり、信頼性の高い_cSCIのC2SHモデルの方法について説明します。

概要

米国には脊髄損傷(SCI)の個人が300,000万人以上おり、その約半数が頸部損傷^{を負っています1}。これらの怪我は、健康の大幅な損失をもたらし、個人、その家族、および医療システムに財政的な負担をかけます。幸いなことに、SCIの大部分は不完全であり、予備の経路¹を強化する可能性を提供しています。この神経可塑性により、換気および非換気行動に重要なDIAm活性を含む、少なくとも一部の機能の回復が可能になる可能性がある。したがって、神経可塑性の促進は、SCI² の個人を支援するための有望な研究手段です。

SCIのげっ歯類モデルは、人間の健康を改善するための治療法の発見に大きく貢献する可能性を秘めています。神経可塑性の研究に使用されるSCIの古典的なモデルの1つは、C₂(C₂SH)での脊髄の片側切断(半切断)であり、これにより反対側は無傷のままになります^{3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}

プロトコル

このプロトコルは、メイヨークリニックの施設内動物管理および使用委員会(プロトコル番号:A00003105-17-R23)によって承認されました。本研究の動物は、生後約3か月、体重200gから350gの雄と雌のSprague-Dawleyラットの混合でした。本試験で使用した試薬および機器の詳細は、 資料表に記載されています。

1. 電極の埋め込み

1. 電極の準備
   1. (1)マルチストランド、ステンレス鋼線、(2)#11ブレード付きメス、(3)はさみ、4)解剖顕微鏡、(5)定規、(6)鉗子、(7)25 g針、(8)2つのペンチ(少なくとも1つは圧着ゾーン付き)。
   2. 電極の作製工程の詳細を 図3に示します。ペアになった差動記録電極について、このプロセスを少なくとも2回繰り返します。
   3. まず、18cmのステンレス線を測り、切断します。
   4. 図3に示すように、ワイヤーの一方の端から4cmのところで基本的なオーバーハンドノットを結びます。これは、ワイヤーの短辺がDIAmに埋め込まれて縫合されるときにアンカーとして機能します。
   5. メスと外科的解剖スコープを使用して、ワイヤーの短辺の結び目に隣接する2mm....

ディスカッション

C₂ 脊椎半解剖
この記事で説明する手順は、背側フニキュリーを温存しながら外側および腹側フニキュリを横断する_C2脊椎病変の検証として機能するDIAm EMG活動の評価に重点を置いています(図2A)。提案された外科的アプローチには、2つの大きな利点があります。まず、ラットの歩行機能を維持する背側索を温存しながら、横隔運動ニューロ.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
25 G Needle	Cardinal Health	1188825100	Covidien Monoject Hypdermic Standard Needles: 25 G x 1" (0.508 mm x 2.5 cm) A
3-0 Vicryl Violet Braided	Ethicon	J774D	3-0 Suture
Adson-Brown Forceps	Fine Science Tools	11627-12	Tip Shape: Straight, Tips: Shark Teeth, Tip Width: 1.4mm, Tip Dimensions: 2 x 1.4 m, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12 cm
Bowman Style Cage	Braintree Scientific	POR-530	Weight range: 250 up to 750 g; Maximum length: 9" (228 mm); Basic unit is constructed of .5" (123 mm) jeweled acrylic.
Castroviejo Needle Holder	Fine Science Tools	12565-14	Tip Shape: Straight, Tip Width: 1.5 mm, Clamping Length: 10 mm, Lock: Yes, Scissors: No, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14 cm, Serrated: Yes, Feature: Tungsten Carbide
Clip Lead 1m TP Shielded	Biopac Systems, Inc	LEAD110S	Shielded lead wires for EMG
Data Acquisition Software	LabChart	LabChart 7.3.8	Data recording, visualization, and analysis software for multi-channel recordings and real-time assessments
Data Analysis Software - Matlab 2023b	Mathworks, Inc.	Version 23.2	General purpose programming language for post hoc analysis
Dissecting Knife	Fine Science Tools	10056-12	Cutting Edge: 4 mm, Thickness: 0.5 mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12.5 cm, Blade Shape: Angled 30°
Dumont #3 Forceps	Fine Science Tools	11293-00	Style: #3, Tip Shape: Straight, Tips: Standard, Tip Dimensions: 0.17 x 0.1 mm, Length: 12 cm, Alloy / Material: Dumostar
Electromyogram Amplifier	Biopac Systems, Inc	EMG100C	EMG amplifier
Friedman Rongeur	Fine Science Tools	16000-14	Tip Shape: Curved, Cup Size: 2.5mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 13cm, Joint Action: Single
Friedman-Pearson Rongeurs	Fine Science Tools	16021-14	Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14cm, Joint Action: Single, Cup Size: 1mm, Tip Shape: Curved
Isolated Power Supply Module	Biopac Systems, Inc	IPS100C	Operates 100-series amplifier modules indepdent of the Biopac Systems, Inc.'s MP series Data Acquisition System
Kelly Hemostats	Fine Science Tools	13019-14	Tips: Serrated, Tip Width: 1.5mm, Clamping Length: 22mm, Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 14cm, Tip Shape: Curved
Knife Curette	V. Mueller	VM101-4414	Tip: Sharp, Tip Diameter: 2 mm
Micro Dissecting Scissors	Biomedical Research Instruments, Inc.	11-2420	Length: 4", Angle: Straight, Blade Length: 23 mm
Multistranded stainless steel wire	Cooner Wire, Inc.	AS 631	AWG 40; Overall diameter: 0.011 mm (with insulation), 0.008 mm (without insulation).
PowerLab 8/35	ADInstruments	PL3508	Data acquisition system
Scalpel Blade #11	Fine Science Tools	10011-00	Blade Shape: Angled, Cutting Edge: 20 mm, Thickness: 0.4 mm, Alloy / Material: Carbon Steel
Scalpel Handle #3	Fine Science Tools	10003-12	Alloy / Material: Stainless Steel, Length: 12 cm
Sprague Dawley Rat	Inotiv	Order code: 002	Sprague Dawley outbred rats (female and male)
Surgical Microscope	Olympus	SZ61	Surgical microscope
Suture Cutting Scissors	George Tiemann & Co.	110-1250SB	Alloy / Material: Stainless Steel, Tip Shape: Straight, Tips: Sharp/Blunt, Length: 4.5"
Vannas Spring Scissors	Fine Science Tools	15000-08	Tips: Sharp, Cutting Edge: 2.5 mm, Tip Diameter: 0.05 mm, Length: 8 cm, Alloy / Material: Stainless Steel, Serrated: No, Tip Shape: Straight
Weitlaner Retractor	Codman	50-5647	Prongs: 2 x 3 Blunt, Length: 4.5"