Name: a mouse model of orthopedic surgery to study postoperative cognitive dysfunction and tissue regeneration
Uploaded: 2018-02-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Mouse Model of Orthopedic Surgery to Study Postoperative Cognitive Dysfunction and Tissue Regeneration at JoVE.com

우리는 편집 지원에 대 한 캐시 게이지, 학사 (취학 부, 듀크 대학 의료 센터, 더 럼, 노스캐롤라이나) 감사합니다. NT 공작 마 취학 및 NIH/NIA R01 AG057525-01 꿈 혁신 보조금 지원을 인정합니다.

모든 동물 실험 관리 및 실험 동물의 사용에 대 한 국가 학회 건강 가이드에 따라 실시 하 고 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC) 듀크 대학에 의해 승인 했다.
1. 실험 동물
<ol><li>표준 음식과 물에 명암 주기 12 h와 적절 한 액세스 에어컨된 환경에서 마우스를 유지. 더 이상 5 littermates 케이지, 당 하며 싸우는 격려 수 하지 않도록.</li>
	<li>여성 C57BL6/J 쥐를 사용 하 여 3 개월 (젊은) 또는 나이 (오래 된)의 18 개월에서.</li>
	<li>Parabiosis에 대 한 수술을 하기 전에 적어도 2 주 동안 함께 2 쥐를 적응. 마우스는 야생-타입 C57BL6/J 또는 eGFP +.</li>
	<li>몸 상태와 마우스의 전반적인 모양을 매일 확인 합니다.</li>
</ol>2. 수술 전 설치 Parabiosis 및 정형 외과
<ol><li>2 마우스 무게.</li>
	<li>일정 한 속도로 O2 흐름 유도 유도 챔버에 대 한 사용 5% isoflurane 0.2 L/분의 마 취 시스템을 통해 전신 마 취를 관리 합니다. 참고: 마 취의 깊이 확인할 수 있습니다 발가락 핀치를 사용 하 여.</li>
	<li>부정사 위치에 온수 패드에 쥐를 놓습니다. 직장 프로브를 사용 하 여 수술을 통해 체온을 모니터링.</li>
	<li>마 취를 유지 하는 안 면 보호구를 통해 0.2 L/min에 2.0 %isoflurane 흡입된 농도 낮은. 마 취의 적절 한 깊이 보장 하기 위해 모니터링 합니다.</li>
	<li>(호흡 속도, 산소 포화, 그리고 심장 비트)는 펄스 산소 농도계 (옵션)사용 하 여 비 접촉 하는 생리 적인 매개 변수를 모니터링 합니다.</li>
</ol>3. parabiosis 수술 (프로토콜 1A)
<ol><li>무 통 관리 (buprenorphine, SR/느린 릴리스, 0.1 mg/kg 피하) 유도 후와 수술 조작 하기 전에. 개막 직전 옆구리에 bupivacaine (0.25%)를 주사. 눈 윤 활 유를 적용 합니다. 참고: parabiosis 프로토콜 수 있습니다 수행 하지 독립적으로 tibial 골절에서.</li>
	<li>모든 내부 몸 봉합, 4-0 polydioxanone 봉합 재료를 사용 합니다. 모든 외부 봉합에 대 한 4-0 폴 리 프로필 렌 봉합 재료를 사용 합니다.</li>
	<li>팔꿈치, 측면, 그리고 가입에 무릎에서 연속 된 선 따라 2 쥐의 각을 면도. 요오드 소독 + 70% 알코올 피부 절 개에 대 한 준비에 사이클을 번갈아 3 스크럽. 압력가 마로 소독 장비를 사용 하 고 살 균 분야를 유지 한다. 참고: eGFP 마우스 오른쪽 야생-타입 마우스 놓고 수술 (그림 1)에 대 한 야생-타입 마우스의 왼쪽된 측면 및 eGFP 마우스의 오른쪽 측면을 준비 합니다.</li>
	<li>각 마우스 옆구리, 무릎, 팔꿈치 하 고 피부 밑 근육을 방해 하지 않고 단지 인접 근 위까지 따라 피부 절 개를 만들기 위해 한가 위를 사용 합니다.</li>
	<li>2 중단 봉합 동물의 삼각 근에 가입 하세요.</li>
	<li>7-9 패스의 실행, 연속 봉합으로 옆구리를 따라 몸을 벽에 가입 하세요.</li>
	<li>2 중단 봉합 동물의 근육에 가입 하세요.</li>
	<li>중단 봉합 2 parabionts의 피부를 닫습니다.</li>
	<li>주변 공기에 깨어 마우스 수 있습니다.</li>
	<li>이 프로토콜의 성공을 보장 하기 위해, 쌍의 건강을 유지 해야 한다: 매일; 쌍을 모니터링 매주 두 번; 득점 신체 조건 수행 그리고 쌍을 두 번 매주 무게. 참고: 각 쌍은 개별적으로 보관 됩니다. 참고: 경우 일반 buprenorphine (즉 SR/느린 릴리스)를 사용 하 여 다음 관리할 0.1 mg/kg 피하 마우스를 두 번 매일 당 염 분의 1 mL에에서 3 일 동안.</li>
	<li>Parabionts tibial 골절 수술을 수행 하는 경우 사이 공유 순환 되도록 복구 시간 4 주 소요 됩니다.</li>
</ol>4. tibial 골절 수술 (프로토콜 1B)
<ol><li>무 통 관리 (buprenorphine, 0.1 mg/kg 피하) 유도 후와 수술 조작 하기 전에. 개막 직전 무릎 근 외과 사이트에서 bupivacaine (0.25%)를 주사. 눈 윤 활 유를 적용 합니다.</li>
	<li>외과 영역 표시를 마우스의 오른쪽 뒷 다리의 중간 부분을 면도 하 고 교체 주기 3 요오드 + 70% 알코올 피부 스크럽 소독. 절차를 통해 불 임 수술 필드를 유지 관리 합니다. 제한 오염; 압력가 마로 소독 기기 및 장갑;를 사용 하 여 (선택 사항); 해 현미경 수술 완료 그리고가 열 패드를 사용 하 여 체온을 유지. 참고: parabionts에는 프로토콜을 수행 하는 경우만 1 마우스 쌍 (오른쪽 마우스 오른쪽 경골) 골절 이다. Parabionts에 골절의 회로도 그림 1B 를 참조 하십시오.</li>
	<li>한가 위를 사용 하 여 마우스 오른쪽에 근 위 경골의 midshaft 아래로 무릎을 오른쪽 뒷 다리의 중간 양상에 따라 피부 절 개를 만들기 위해.</li>
	<li>경골의 midshaft 하 고 시각적으로 diaphysis 찾습니다. 무릎을 tibial 고원 랜드마크로 슬 개 골 대 퇴 인 대를 사용 하 여 시각화.</li>
	<li>시각화 슬 개 골 힘 줄; 수동으로 25 게이지 바늘을 사용 하 여 intramedullary 운하에 엄지와 검지 손가락 0.5 m m 구멍을 압 연 하 여 드릴. 참고: 드릴된 구멍 통해 실행 됩니다, 경골을 따라 병렬에 tibial 고원.</li>
	<li>저항, 느낌과 플러시 tibial 고원 와이어 커터를 사용 하 여 잘라 때까지 골 수 구멍에 약 15 m m 구멍을 통해 0.38 m m 스테인레스 스틸 핀을 삽입 (3D 재구성에 대 한 보충 비디오 1 참조).</li>
	<li>바로 본이 위를 사용 하 여 골절 경골 midshaft (diaphysis). 골절의 회로도 그림 1 c 를 참조 하십시오.</li>
	<li>시각적으로 관찰 골절 사이트와 인접 한 조직 골절 시력의 안정화에 대 한 검사를 합니다.</li>
	<li>피부 스테이플를 닫습니다.</li>
	<li>깨끗 한 집 케이지를 반환 하기 전에 복구 온수 패드에 쥐를 놓습니다. 유체 교체에 대 한 각 마우스 피하에 1 mL prewarmed (37 ° C) 정상 식 염 수를 주사.</li>
	<li>매일 lameness, 감염, 또는 출혈의 증상에 대 한 마우스를 확인 하십시오. 참고: 경우 일반 buprenorphine (즉 SR/느린 릴리스)를 사용 하 여 다음 관리할 0.1 mg/kg 피하 염 분 매일의 1 mL에에서 3 일 동안.</li>
</ol>

<ol>
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M., 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=Human+umbilical+cord+plasma+proteins+revitalize+hippocampal+function+in+aged+mice.">Human umbilical cord plasma proteins revitalize hippocampal function in aged mice.</a> Nature. 544 (7651), 488-492 (2017).</li></ol>

저자는 공개 없다.

골절 일반적인 임상 문제 그리고 사망률, 특히 급속 하 게 성장 하 고 있는 노인 인구에서에서의 주요 원인이 남아. 여기, 우리는 tibial 골절 수술 후 neuroinflammation 및 인지 장애에 대 한 책임 메커니즘 연구의 마우스 모델에 대 한 단계별 프로토콜을 소개 합니다. 이 모델은 parabiosis 수술 신경-면역 작용, 조직 재생, 및 다른 신호 프로세스를 결합할 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 이해 하는 것은 수술 후 합병증에 대 한 위험을 최소화 하 고 결과 최적화 하는 전략적 목표 제공할 것입니다.
여러 가지 정형 모델 설치류25뼈 수리 연구 개발 되었습니다. 우리가 채택 하 고 원래 해리 외 에 의해 설명 된이 tibial 골절 절차 수정 8, 뇌 기능에 정형 외과 수술의 효과 연구 한다. 우리는 또한 사용이 골절 모델 조합에 우리의 parabiosis 모델 뼈 치유와 연령에 따라 조직 재생에 대 한 책임은 요인 조사. Tibial 골절 이렇게 동물, (따라 마우스와 기본 유전자 감정의 시대), 최소 사망률 0에는 결과 당 약 15 분을 요구 하 고이 일반적인이 휘발성 전신 마 취하에 수행 하는 경우 긴 뼈 골절 및 정형 외과 외상 관련 된 한 모욕 따라서,이 모델은 생물 학적 경로 심문 하 고 경도 평가 수행에 이상적입니다. 그러나, 그것은 중요 하 고 뼈와 고정 재현, 그리고 부드러운 조직에 손상을 일관성. 연 조직 손상 수 수, 예를 들어로 변조 수술 더 충격적인 수 있도록 주변 근육을 곤란 하 게는 스트립. 고정 되지 않은 무딘 외상 또는 3-포인트 절곡에 의해 유도 된 외상 성 골절의 모델 같은 일관성 또는 정확성 제공 하지 것 이다. 이 절차는 자주 다시 부상, 장기 염증 반응에 리드에 결과. 반대로, 단단한 고정과 관련 된 골절의 모델 정형 외과26,27와 관련 된 피해를 완전히 정리 하지 않는 더 온건한 염증이 있다.
다른 고정 하는 티타늄 합금을 사용 하 여 밀접 하 게 모방 인간의 관절 교체 하도록 개발 된 모델과 족 불안정, osteolysis, 그리고 족 관련 합병증 쥐28,29가 더 관련성이 있을 수 있습니다. . 드릴 구멍 모델와 같은 적절 한 안정화를 제공 하는 여기, 하나의 마우스 등의 작업을 혼동 수 있는 상당한 적자 없이 행동 패러다임에서 시험 될 수 있다 공포 컨디셔닝 또는 오픈 필드 운동/불안6 테스트 ,7,11,15,,1920. 그러나, 회전 기형 고정 제대로 잠겨 있지 않은 경우 발생할 수 있습니다. 일부 모델은 우수한 안정화를 제공 하지만 그것은 마우스 대 퇴 골27에 성공적으로 구현 될 수 있지만 마우스 경골에서 구현 하 도전 된 외부 fixator를 사용 합니다.
정신 착 란 등 수술 후 인지 기능 장애, 인지 장애, 노인, 허약 환자30에 (서) 특히 골절 수리, 대 한 정형 외과 수술 후 일반적인 합병증은. Tibial 골절 수술의 임상 관련 마우스 모델이 보여 그 수술 후 조직의 cytokine 릴리스6,7,17, 손상 혈액-뇌 장벽 기능15,19 그리고 microglial 형태학16,22변경, 메모리 장애에 기여 하 고 정형 외과 수술 후 많은 환자에서 본 수술 후 신경학 적 합병증의 중요 한 기능을 나타낼 수 있습니다. 그것은 다른 외과 절차 생쥐에서 수술 후 인지 기능 장애를 모델링 하는 데 사용 되었습니다 해야 합니다. 피상적인 외상35,36뿐만 아니라 복 부31,,3233 와34 혈관 수술, 포함 됩니다. Parabiosis 기술은 모든 염증, glial 활성화 및 일반적인 메커니즘에 의해 중재 될 수 있는 행동 적자를 포함 하 여 유사한 끝점을 공유 하는이 모델에 적용 됩니다.
Parabiosis를 포함 하는 연구 neuroinflammation, 인지 기능과 세 동물37,,3839,40 회 춘 조직에 영향을 줄 수 있는 순환 요인에 대 한 새로운 역할을 계시 했다 ,,4142. 우리는 parabiosis 여기에 설명 된 재생 경로 조사 하 고 혈액을 매개로 요인 영향 치유와 골절12수리를 포함 하는 메커니즘을 연구 하는 tibial 골절 모델 성공적으로 결합 될 수 있다 나타났습니다. 여기, 우리는 세 동물 젊은 동물에 anastomosed 때 세 동물의 골절-복구 용량에 rejuvenated 수 있습니다 설명 했다. 나이의이 반전 골절 사이트에서 조 혈 모 세포의 engraftment에 뿌리 했다. 흥미롭게도, 이러한 소생 세 쥐로 젊은 골 수 이식 통해 달성 될 또한. 이와 관련, 골 수 이식 parabiosis에 더 직접적이 고 간단 하 게 다른 접근을 간주 될 수 있습니다. 그러나, parabiosis 조사 순환 세포 및 요인의 기능에 대 한 보다 강력한 모델 이다. 우리는 parabiosis와 정형 외과 모델 수술 치료 및 노화 생물학에서 중요 한 질문에 대답에 중요 한 역할을 담당할 것입니다 기대 합니다.
요약 하자면, 우리는 tibial 골절 수술 후 neuroinflammation과 정형 외과 수술 후 인지 장애에 대 한 책임 메커니즘 연구의 마우스 모델에 대 한 단계별 프로토콜을 소개 합니다. 이 모델은 신경-면역 작용, 조직 재생, 및 다른 경로를 parabiosis 절차와 결합할 수 있습니다. 이러한 메커니즘을 정의 하는 것은 수술 후 합병증에 대 한 위험을 최소화 하 고 결과 최적화 하는 전략적 목표 제공할 것입니다.

수술 의료 의료 시스템을 변형 시킨 첨단 기술, 향상 된 안전에 지속적으로 기여 하 고 삶의 질을 유지. 불행 하 게도, 수술도 노인 환자1,2에 특히 상처 감염, 신경학 적 장애, 그리고 심지어 사망을 포함 하 여 수술 후 합병증으로 이어질 수 있는 pathophysiologic 응답을 유도 합니다. 정형 외과 특히 노인 삶의 질을 개선 하 고 일반적인 뼈 부상을 복구 하에서 정기적으로 수행 됩니다. 그러나, 정형 외과 환자 65 세와 수술 후 정신 착 란 등 이전 경험 신경학 적 장애의 50%까지. 이 지속적으로 6 개월, 지속적인 기능 감소, 빈약한 예 지, 즉, 5 사망률에 대 한 위험을 증가와 관계가 증가 환자, 증가 입원의 길이 그리고 요양원 배치의 시간 간호 3 , 4 , 5. 진보 된 나이를 포함 하 여 몇 가지 위험 요소 확인 되었습니다, 하지만 작은 수술 후 신경학 적 장애에 대 한 책임 메커니즘에 대 한 알려져 있다.
우리 주변 외상 neuroinflammation 및 두뇌 건강 (인지 기능)6, 를 포함 하 여 수술 후 회복에 미치는 영향을 확인 하려면 tibial 골절의 마우스 모델을 설정한 골절 노인에서 아주 일반적 이기 때문에, 7. 원래 해리 외 에 의해 설명 된이 모델 8, intramedullary 고정 및 전신 마 취 및 진통, tibial 골절 이루어져 피부 부상, 근육 외상, 따라서 모방 그리고 뼈 일반적인 긴 뼈 골절과 관련 된 수리 및 인 간에 있는 복구. 이 절차 후 쥐 인간9,10, 선언적 메모리에 적자와 관련 있는 해 마에서 microglial 활성화에 관찰 하는 변화에 비슷한 염증 성 마커 변경 내용을 설명 하 고 hippocampal neuroplasticity6,7,11. 우리는 이전 결합이 골절 모델 parabiosis. Parabiosis는 수술 고 모델을 2 마우스 anastomosed는 따라서 순환 시스템을 공유입니다. 이 모델 순환 세포 및 연령과 질병12,,1314의 맥락에서 장기의 기능에 체액 성 요인의 규제 효과의 이해에 돌파구를 제공 했다. 이 방법을 사용 하 여 우리가 최근 연령에 따라 골절 치유12와 관련 된 조직의 요소를 발견 했다.
여기, 뼈-투-두뇌 연령에 따라 메커니즘, 재생 의학 및 neuroimmunology에 관련 된 연구 parabiosis tibial 골절 모델을 결합 하는 프로토콜을 소개 합니다. 프로토콜 1A tibial 골절 절차 (그림 1A) parabiosis 절차 및 프로토콜 1B 세부 사항 설명. 이들은 독립적으로 또는 조합, 심문의 성격에 따라 수행할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Isoflurane</td><td>Piramal Healthcare</td><td>NDC 66794-017-25</td><td>Other volatile agents or injectable anesthesia can be also used</td></tr><tr><td>Buprenorphine</td><td>Reckitt-Benckiser Pharmaceuticals</td><td>NDC 12496- 6757-1</td><td>Optional and depending on individual Institutional Animal Care and Use Committee recommendations</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-451</td><td>70% solution for antiseptic treatment of skin and cleaning</td></tr><tr><td>10% povidone Iodine</td><td>Dynarex</td><td></td><td>For antiseptic treatment of skin</td></tr><tr><td>SomnoSuite</td><td>Kent Scientific</td><td>SS-01</td><td>Low Flow&amp;nbsp; Anesthesia system</td></tr><tr><td>MouseSTAT</td><td>Kent Scientific</td><td>PS1161</td><td>Pulse Oximeter &amp;amp; Heart Rate Monitor</td></tr><tr><td>Shaver</td><td>Wahl</td><td>9854L</td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscope</td><td>Leica</td><td>MZ6</td><td></td></tr><tr><td>Scalpel Handle</td><td>Fine science tools</td><td>10003-12</td><td></td></tr><tr><td>Scalpel Blades - #11</td><td>Fine science tools</td><td>10011-00</td><td></td></tr><tr><td>Adson Forceps</td><td>Fine science tools</td><td>11006-12</td><td>Needed for stripping the periosteum</td></tr><tr><td>Iris Forceps</td><td>Fine science tools</td><td>11066-07</td><td>Useful (1x2 teeth) to causing localized muscle/soft tissue trauma</td></tr><tr><td>Bonn Scissors (Straight)</td><td>Fine science tools</td><td>14084-08</td><td>Good for osteotomy, note to change regularly as becomes blunt</td></tr><tr><td>Fine Scissors</td><td>Fine science tools</td><td>14058-09</td><td>Sharp scissors for cutting sutures</td></tr><tr><td>22G x 3.5 In Quincke&amp;nbsp; Spinal Needle</td><td>BD</td><td>405181</td><td>Use inner rod for pinning</td></tr><tr><td>Needle Holders</td><td>Fine science tools</td><td>12001-13</td><td></td></tr><tr><td>Suture</td><td>Look</td><td>1079B</td><td></td></tr><tr><td>C57BL6/J</td><td>Jackson Laboratory</td><td>&amp;nbsp;stock no. 000664</td><td></td></tr><tr><td>eGFP+ (expressing enhanced green fluorescent protein ubiquitously)</td><td>Jackson Laboratory</td><td>&amp;nbsp;stock no. 003291</td><td></td></tr></tbody></table>

a mouse model of orthopedic surgery to study postoperative cognitive dysfunction and tissue regeneration

수술은 일반적으로 개선 하 고 삶의 질을 유지 하는 데 사용 됩니다. 불행히도, 노인 등 취약 한 환자에서 합병증 수 있습니다 발생할 고 크게 감소 결과. 실제로, 일상적인 정형 외과 골절 복구, 후 노인 환자의 50%는 정신 착 란 같은 신경학 상 합병증에서 고통. 또한, 치유 하 고 수술 후 조직을 재생 하는 능력, 나 이와 함께 감소 하 고 골절 수리 및 임 플 란 트의 심지어 뼈가 있는 통합의 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서,이 연령에 따라 변화 드라이브 메커니즘의 더 나은 이해 같은 합병증에 대 한 위험을 최소화 하 고 결과 최적화 하는 전략적 목표를 제공할 수 있습니다. 여기, 우리는 tibial 골절의 임상 관련 마우스 모델을 소개합니다. 이 마우스에 수술 후 변화 일반적으로 인 간에 있는 일반적인 정형 외과 수술 후 관찰 하는 인지 장애의 일부 모방. 간단히, 절 개는 엄격 하 게 무 균 조건 하에서 오른쪽 뒷 다리 사지에서 수행 됩니다. 근육 분리 되 고는 0.38 m m 스테인레스 스틸 핀 intramedullary 운하 안에 경골의 상단 문장에 삽입 됩니다. 뼈는 다음 수행, 그리고 상처를 잘라. 수술 후 neuroinflammation 행동 변화에 대 한 수술 외상의 효과 조사 하기 위해이 모델을 사용 했습니다. Parabiosis, 외과 모델에 2 마우스 anastomosed는와 함께에서이 골절 모델을 적용 하 여 우리 세포와 조직으로 부상 후 장기 기능 및 조직 재생을 젊 어지게 하는 분 비 요소를 공부 했다. 우리의 단계별 프로토콜에 따라, 이러한 모델 높은 충실도, 재생 될 수 있다 그리고 많은 생물 학적 경로 수술 외상에 의해 변경 되는 심문을 적용할 수 있습니다.

가로 osteotomies 핀 및 적절 한 봉합의 꾸준한 삽입 무 균 조건 하에서 신중 하 게 수행 했다, 후 마우스 lameness, 감염, 또는 수술 후 왼쪽된 다리에 출혈의 흔적을 보여주었다. 정형 외과 치료 Safranin O 후 방사선 분석 및 histomorphometry를 사용 하 여 평가 했다 (그림 2) 얼룩. 방사선 midshaft 골절된 경골의 골절 굳은 살 세 쥐에서 보다 젊은 쥐의 골절 굳은 살에 더 많은 조직 증 착 표시. 골절 굳은 살 석 그리고 파라핀 조직학 분석을 위한 준비에 포함 된. 섹션 Safranin-O로 얼룩진 했다 그리고 조직 증 착 histomorphometry 분석을 사용 하 여 계량 했다. 젊은 쥐의 골절 굳은 살 더 많은 뼈와 골절 굳은 살 세 쥐에서 보다 덜 거리 조직을 포함.
Tibial 골절 염증 조직 및 중앙6,7,11,,1516유도합니다. 실제로, 주변 수준의 프로 염증 성 cytokines 및 위험 관련 된 분자 패턴 (DAMPs)는 모두 생쥐와 인간7,,1718에서 정형 외과 수술 후 급속 하 게 상승 된다. 이 체액, 세포, 및 신경 통로7,15,,1920, 포함 하는 여러 신호 메커니즘을 통해 두뇌에 있는 microglial 세포의 활성화에 기여 21. 다음 수술, 내 피 기능 장애, 혈액-뇌 장벽 개방, 그리고 주변 대 식 세포 침투 야생 유형 및 Ccr2 급성 hippocampal neuroinflammation 기여할RFP / + Cx3cr1GFP / + 성인 쥐15 , 19, 인간의 정신 착 란, 수술 후 인지 기능 장애15,,1922유사한 후속 메모리 적자와 연결 되었습니다. 이 neuroinflammatory 응답 IBA 1 immunostaining (그림 3)에 의해 감지 microglial 형태학에 있는 중요 한 변화 나이 든된 동물에 악화 됩니다.
여기 설명 tibial 골절 모델을 사용 하 여, 우리는 또한 발견 정도 장애인된 hippocampal 성체가 이랑20에 doublecortin (DCX) immunostaining에 있는 감소에 의해 입증. 장기 potentiation (LTP), 메모리 기능, 대리의 electrophysiologic 측정 postoperatively neuroplasticity에 시간에 따라 중단 발표11. 수술 후 쥐도 hippocampal 종속 메모리 기능, 예를 들어 공포 컨디셔닝 행동 평가 (그림 4)를 사용 하 여 장애를 표시할. 두려움 컨디셔닝, 마우스 챔버에 배치 되며 뒤에 (즉, footshock)는 혐오 자극 청각 큐에 노출. Tibial 수술 후 3 일 마우스 컨디셔닝 챔버에 어떤 청각 또는 혐오 자극 없이이 이번 테스트는 하 고 (자세한 프로토콜 참조23)에 대 한 메모리의 색인 기록 동작 동결.
고급 나이 메모리 감소에 대 한 중요 한 위험 요소 이다. 아직, 우리 시대, 조직 복구 및 재생에 대 한 용량 또한 감소 이러한 메커니즘을 제대로 이해 남아 있지만. 따라서, 우리는 heterochronic parabiosis (쌍 영/오래 된 동물)을 수행 하기 위해 여기 설명 된 프로토콜을 사용 하 고 골절 (대 한 자세한 parabiosis 프로토콜 참조24) 세 마우스 내에서 치유를 평가. Parabiotic 쌍 사이의 혈액 공유 확인 되었고 동등한12발견. 이전 연합 젊음 순환 향상 된 뼈 수리에 노출 증 착 뼈, 증가 하 고 감소 증 (그림 5)12. 뼈 재생의이 회 춘 생 osteocalcin 긍정적인 osteoblasts (그림 5, 갈색 세포)의 독립적인 발생 하지만 오히려 젊은 parabiont (그림 5, 블루 셀)에서 마이그레이션된 CD45-긍정적인 세포 의존 . 이 결과 CD45 긍정적인 조 혈 모 세포 더 활성화 될 그들을 유도 하는 것은 세 osteoblastic 셀에 신호 수 발랄 하 고 건강 한 틈새를 분 비를 나타냅니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56701/56701fig1.jpg"> 그림 1: parabiosis와 tibial 골절 수술의 도식 대표. (A) 일정 수행 하는 parabiosis와 tibial 골절 (프로토콜 1A) 또는 tibial 골절 혼자 (프로토콜 1B). Isochronic 또는 heterochronic parabiotic 쌍에서 20 개월 된 생쥐의 (B) 경골 골절 했다 (오른쪽 마우스의 오른쪽 다리는 골절, x 표시로). 녹색 쥐 eGFP 쥐를 묘사 하는 동안 회색 쥐 wildtype 쥐 묘사. (C) intramedullary 고정 및 중간 샤프트 골절 tibial 골절 모델의 회로도. 또한 뒷 다리 사지의 3D 개조와 경골의 고정에 대 한 보충 비디오 1 을 참조. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56701/56701fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56701/56701fig2v2.jpg"> 그림 2: 젊고 오래 된 마우스 모델 내에서 치유 하는 Tibial 골절. 젊은이 나 늙은 쥐의 경골 골절 했다 고 골절 굳은 살 조사 21 일 게시물 부상 했다. (A) 방사선 이미징 및 조직학 얼룩 (Safranin-O) 골절 굳은 살 21 일 게시물 골절을 평가 하는 데 사용 했다. 얼룩이 collagenous 조직 파란색과 빨간색에서 (연골 포함) proteoglycans 보여줍니다. 파선 골절 굳은 살의 대략적인 위치를 나타냅니다. (B) Histomorphometry의 뼈, 연골, 그리고 거리 조직 골절 굳은 살 21 일 게시물 골절 내 입금 금액을 평가 하기 위해 사용 되었다. 의미 ± 95% 신뢰 간격, 데이터 표현 됩니다 * P < 0.05, 통계적 (일방통행 ANOVA, Dunnett의 시험), 스케일 바 2mm, 나타내고 이미지 현미경, 1.25 x 목표를 사용 하 여 얻은 했다. n = 각 샘플에 대 한 9. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56701/56701fig2v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56701/56701fig3.jpg"> 그림 3: 해 마에 연령에 따라 microglial 활성화를 유도 하는 수술. Tibial 골절 수술 세 쥐 (20 개월) 4 개월 C57BL6/J 쥐에 비해 큰 hippocampal neuroinflammation를 유도 합니다. 뇌-섹션 microglial 마커 IBA 1와 얼룩이 더 긍정적인 세포와 형태 론 적 변화 수술 수술 후 24 h 그룹 보여줍니다. 이미지 100 x의 확대와 함께 epifluorescent 현미경으로 얻은 했다.; 눈금 막대를 나타냅니다 10 µ m. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56701/56701fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56701/56701fig4.jpg"> 그림 4: tibial 골절 수술 후 신생, 장기 potentiation 및 메모리 기능 장애. (A) DCX, 성체에 대 한 양적 마커는 수술 후 24 h에 해 마가 뇌에 현저 하 게 감소 된다. 이미지는 confocal 레이저 스캐닝 현미경 목표 10 배;의 확대와 함께 가져온 스케일 바 대표 10 µ m. 컨트롤 또는 마우스 24 h hippocampal 조각 전기 생리학 (B) 수술 후. 장기 potentiation (LTP)-고주파 자극 (HFS)에 의해 유도 되었다 고 기록 이상 1 h. 필드 흥분 성의 postsynaptic 잠재력 (fEPSPs)는 정기적으로 가득 하는 세포 외 기록 피 펫을 사용 하 여 CA1 지층 radiatum에서 기록 되었다 인공 뇌 척수입니다. 수술 후 24 h, LTP 유도 너무나 통제 쥐에 비해 감소 된다. 데이터는 평균 ± s.e.m. n으로 표현 = 3, * p < 0.05 1 방향 배치법. (C) Hippocampal 종속 메모리 기능 (추적을 사용 하 여 동결의 %로 정의 두려움 컨디셔닝) 컨트롤에 비해 수술과 마 취만 노출 동물 후 생쥐에서 손상. 데이터는 평균 ± s.e.m. n으로 표현 = 9-10, * p < 0.05 1 방향 배치법. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56701/56701fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56701/56701fig5.jpg"> 그림 5: Parabiosis 수술 골절 치유, 혈액 공유 및 기증자 세포 engraftment의 회 춘에 이르게. Isochronic 및 heterochronic parabiosis 쌍 설치 되었다 고 각 쌍의 세 마우스는 골절 뼈 치유에 대 한 평가. (A) 골절 굳은 살 방사선 이미징 사용 하 여 조사 했다. 파선 골절 굳은 살의 대략적인 위치를 나타냅니다. (B) Engraftment eGFP + 세포의 골 수 내에서 확인 됐다. (C) Immunohistochemistry 골절 굳은 살의 eGFP+ 기증자 세포 (파란색) 및 osteocalcin+ osteoblastic 셀 (갈색)는 parabiont에서 식별 하기 위해 사용 되었다. 스케일 바 50 µ m 나타내고 이미지 40 x 목표를 사용 하 여 얻은 했다. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56701/56701fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
보충 비디오 1: 3 차원 재구성 뒷 다리 경골의 고정의. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56701/parte_slow.wmv">이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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A Mouse Model of Orthopedic Surgery to Study Postoperative Cognitive Dysfunction and Tissue Regeneration

이 프로토콜의 정형 외과 수술 후 neuroinflammation 및 행동 변화, 그리고 노화 중 조직 재생 연구 parabiosis와 결합 메커니즘을 연구 하는 데 사용 되었습니다 마우스 모델을 설명 합니다.

정형 외과 수술 후 인지 기능 장애 및 조직 재생 연구의 마우스 모델

Surgery is commonly used to improve and maintain quality of life. Unfortunately, in vulnerable patients such as the elderly, complications may occur and ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

16.3K 조회수.  Duke University Medical Center. 이 프로토콜의 정형 외과 수술 후 neuroinflammation 및 행동 변화, 그리고 노화 중 조직 재생 연구 parabiosis와 결합 메커니즘을 연구 하는 데 사용 되었습니다 마우스 모델을 설명 합니다.

비디오: A Mouse Model of Orthopedic Surgery to Study Postoperative Cognitive Dysfunction and Tissue Regeneration

Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. The present protocol describes a skilled motor task for use in mouse models of stroke. The Pasta Matrix Reaching Task functions as a versatile and sensitive behavioral assay that permits experimenters to collect accurate outcome data and manipulate limb use to mimic human clinical phenomena including compensatory strategies (i.e., learned non-use) and focused rehabilitative training. When combined with neuroanatomical tools, this task also permits researchers to explore the mechanisms that support behavioral recovery of function (or lack thereof) following stroke. The task is both simple and affordable to set up and conduct, offering a variety of training and testing options for numerous research questions concerning functional outcome following injury. Though the task has been applied to mouse models of stroke, it may also be beneficial in studies of functional outcome in other upper extremity injury models.

Mouse models have become increasingly popular in studies of behavioral neuroscience. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. This protocol describes the Pasta Matrix Reaching Task, which is a skilled motor task for use in mouse models of stroke.

허혈성 뇌졸중의 마우스 모델에서 감각 운동 피질 손상 후 보상 사지 사용과 운동 기능의 학습 행동 평가

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models ...

연구

행동분석학

Rapid Isolation of BMPR-IB+ Adipose-Derived Stromal Cells for Use in a Calvarial Defect Healing Model

Invasive cancers, major injuries, and infection can cause bone defects that are too large to be reconstructed with preexisting bone from the patient's own body. The ability to grow bone de novo using a patient's own cells would allow bony defects to be filled with adequate tissue without the morbidity of harvesting native bone. There is interest in the use of adipose-derived stromal cells (ASCs) as a source for tissue engineering because these are obtained from an abundant source: the patient's own adipose tissue. However, ASCs are a heterogeneous population and some subpopulations may be more effective in this application than others. Isolation of the most osteogenic population of ASCs could improve the efficiency and effectiveness of a bone engineering process. In this protocol, ASCs are obtained from subcutaneous fat tissue from a human donor. The subpopulation of ASCs expressing the marker BMPR-IB is isolated using FACS. These cells are then applied to an in vivo calvarial defect healing assay and are found to have improved osteogenic regenerative potential compared with unsorted cells.

Adipose-derived stromal cells may be useful for engineering new tissue from a patient's own cells. We present a protocol for the isolation of a subpopulation of human adipose-derived stromal cells (ASCs) with increased osteogenic potential, followed by application of the cells in an in vivo calvarial healing assay.

BMPR-IB +의 신속한 격리 두개골 결함 치유 모델에서 사용을위한 기질 세포를 지방이는 유래

Invasive cancers, major injuries, and infection can cause bone defects that are too large to be reconstructed with preexisting bone from the patient's own ...

발생학

Controlled Cortical Impact Model of Mouse Brain Injury with Therapeutic Transplantation of Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Neural Cells

Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of morbidity and mortality worldwide. Disease pathology due to TBI progresses from the primary mechanical insult to secondary injury processes, including apoptosis and inflammation. Animal modeling has been valuable in the search to unravel injury mechanisms and evaluate potential neuroprotective therapies. This protocol describes the controlled cortical impact (CCI) model of focal, open-head TBI. Specifically, parameters for producing a mild unilateral cortical injury are described. Behavioral consequences of CCI are analyzed using the adhesive tape removal test of bilateral sensorimotor integration. Regarding experimental therapy for TBI pathology, this protocol also illustrates a process for transplanting cultured cells into the brain. Neural cell cultures derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) were chosen for their potential to show superior functional restoration in human TBI patients. Chronic survival of hiPSCs in the host mouse brain tissue is detected using a modified DAB immunohistochemical process.

This protocol demonstrates methodologies for a mouse model of open-skull traumatic brain injury and transplantation of cultured human induced pluripotent stem cell-derived cells into the injury site. Behavioral and histologic tests of outcomes from these procedures are also described in brief.

인간 유도 만능 줄기 세포 유래 신경 세포의 치료 이식으로 마우스 뇌 손상의 제어 피질 영향 모델

Traumatic brain injury (TBI) is a leading cause of morbidity and mortality worldwide. Disease pathology due to TBI progresses from the primary mechanical ...

A Mouse Model of Single and Repetitive Mild Traumatic Brain Injury

Mild Traumatic Brain Injury (mTBI) can result in the acute loss of brain function, including a period of confusion, a loss of consciousness (LOC), focal neurological deficits and even amnesia. Athletes participating in contact sports are at high risk of exposure to large number of mTBIs. In terms of the level of injury in a sporting athlete, a mTBI is defined as a mild injury that does not cause gross pathological changes, but does cause short-term neurological deficits that are spontaneously resolved. Despite previous attempts to model mTBI in mice and rats, many have reported gross adverse effects including skull fractures, intracerebral bleeding, axonal injury and neuronal cell death. Herein, we describe our highly reproducible animal model of mTBI that reproduces clinically relevant symptoms. This model uses a custom made pneumatic impactor device to deliver a closed-head trauma. This impact is made under precise velocity and deformation parameters, creating a reliable and reproducible model to examine the mechanisms that contribute to effects of single or repetitive concussive mTBI.

Athletes absorb several hundred mild traumatic brain injuries (mTBI)/concussions every year; however, the consequence of these on the brain is poorly understood. Therefore, an animal model of single and repetitive mTBI that consistently replicates clinically relevant symptoms provides the means to advance the study of mTBI and concussion.

단일 및 반복적 인 경미한 외상성 뇌 손상의 마우스 모델

Mild Traumatic Brain Injury (mTBI) can result in the acute loss of brain function, including a period of confusion, a loss of consciousness (LOC), focal ...

의학

Standardized Histomorphometric Evaluation of Osteoarthritis in a Surgical Mouse Model

One of the most prevalent joint disorders in the United States, osteoarthritis (OA) is characterized by progressive degeneration of articular cartilage, primarily in the hip and knee joints, which results in significant impacts on patient mobility and quality of life. To date, there are no existing curative therapies for OA able to slow down or inhibit cartilage degeneration. Presently, there is an extensive body of ongoing research to understand OA pathology and discover novel therapeutic approaches or agents that can efficiently slow down, stop, or even reverse OA. Thus, it is crucial to have a quantitative and reproducible approach to accurately evaluate OA-associated pathological changes in the joint cartilage, synovium, and subchondral bone. Currently, OA severity and progression are primarily assessed using the Osteoarthritis Research Society International (OARSI) or Mankin scoring systems. In spite of the importance of these scoring systems, they are semiquantitative and can be influenced by user subjectivity. More importantly, they fail to accurately evaluate subtle, yet important, changes in the cartilage during the early disease states or early treatment phases. The protocol we describe here uses a computerized and semiautomated histomorphometric software system to establish a standardized, rigorous, and reproducible quantitative methodology for the evaluation of joint changes in OA. This protocol presents a powerful addition to the existing systems and allows for more efficient detection of pathological changes in the joint.

The current protocol establishes a rigorous and reproducible method for quantification of morphological joint changes that accompany osteoarthritis. Application of this protocol can be valuable in monitoring disease progression and evaluating therapeutic interventions in osteoarthritis.

외과 마우스 모형에 있는 골관절염의 표준화한 조직 형측정 평가

One of the most prevalent joint disorders in the United States, osteoarthritis (OA) is characterized by progressive degeneration of articular cartilage, ...

A Mouse Model of Direct Anastomosis via the Prespinal Route for Crossing Nerve Transfer Surgery

Crossing nerve transfer surgery has been a powerful approach for repairing injured upper extremities in patients with brachial plexus avulsion injuries. Recently, this surgery was creatively applied in the clinical treatment of brain injury and achieved substantial rehabilitation of the paralyzed arm. This functional recovery after the surgery suggests that peripheral sensorimotor intervention induces profound neuroplasticity to compensate for the loss of function after brain damage; however, the underlying neural mechanism is poorly understood. Therefore, an emergent clinical animal model is required. Here, we simulated clinical surgery to establish a protocol of direct anastomosis of bilateral brachial plexus nerves via the prespinal route in mice. Neuroanatomical, electrophysiological, and behavioral experiments helped identify that the transferred nerves of these mice successfully reinnervated the impaired forelimb and contributed to accelerating motor recovery after brain injury. Therefore, the mouse model revealed the neural mechanisms underlying rehabilitation upon crossing nerve transfer after central and peripheral nervous system injuries.

We simulated clinical surgery to establish a protocol of direct anastomosis of bilateral brachial plexus nerves via the prespinal route in mice, contributing to the study of the neural mechanisms underlying rehabilitation upon crossing nerve transfer after central and peripheral nervous system injuries.

교차 신경 전달 수술을 위한 척추 전 경로를 통한 직접 문합술의 마우스 모델

Crossing nerve transfer surgery has been a powerful approach for repairing injured upper extremities in patients with brachial plexus avulsion injuries. ...

신경과학

Electromagnetic Controlled Closed-Head Model of Mild Traumatic Brain Injury in Mice

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and understanding the mechanisms of how a TBI alters brain function. The availability of multiple animal models of TBI is necessary to model the different aspects and severities of TBI seen in people. This manuscript describes the use of a midline closed head injury (CHI) to develop a mouse model of mild TBI. The model is considered mild because it does not produce structural brain lesions based on neuroimaging or gross neuronal loss. However, a single impact creates enough pathology that cognitive impairment is measurable at least 1 month after injury. A step-by-step protocol to induce a CHI in mice using a stereotaxically guided electromagnetic impactor is defined in the paper. The benefits of the mild midline CHI model include the reproducibility of the injury-induced changes with low mortality. The model has been temporally characterized up to 1 year after the injury for neuroimaging, neurochemical, neuropathological, and behavioral changes. The model is complementary to open skull models of controlled cortical impact using the same impactor device. Thus, labs can model both mild diffuse TBI and focal moderate-to-severe TBI with the same impactor.

The protocol describes mild traumatic brain injury in a mouse model. In particular, a step-by-step protocol to induce a mild midline closed head injury and the characterization of the animal model is fully explained.

생쥐의 경미한 외상성 뇌 손상에 대한 전자기 제어 폐쇄 머리 모델

Highly reproducible animal models of traumatic brain injury (TBI), with well-defined pathologies, are needed for testing therapeutic interventions and ...

The Tibial Fracture-Pin Model: A Clinically Relevant Mouse Model of Orthopedic Injury

The tibial fracture-pin model is a mouse model of orthopedic trauma and surgery that recapitulates the complex muscle, bone, nerve, and connective tissue damage that manifests with this type of injury in humans. This model was developed because previous models of orthopedic trauma did not include simultaneous injury to multiple tissue types (bone, muscle, nerves) and were not truly representative of human complex orthopedic trauma. The authors therefore modified previous models of orthopedic trauma and developed the tibial fracture-pin model. This modified fracture model consists of a unilateral open tibial fracture with intramedullary nail (IMN) internal fixation and simultaneous tibialis anterior (TA) muscle injury, resulting in mechanical allodynia that lasts up to 5 weeks post injury. This series of protocols outlines the detailed steps to perform the clinically relevant orthopedic trauma tibial fracture-pin model, followed by a modified hot plate assay to examine nociceptive changes after orthopedic injury. Taken together, these detailed, reproducible protocols will allow pain researchers to expand their toolkit for studying orthopedic trauma-induced pain.

The tibial fracture-pin model is a clinically relevant model of orthopedic trauma comprising a unilateral open tibial fracture with intramedullary nail internal fixation and simultaneous injury to the tibialis anterior muscle. Thermal sensitivity in this model can be measured using a 45 s hot plate paradigm.

The tibial fracture-pin model is a mouse model of orthopedic trauma and surgery that recapitulates the complex muscle, bone, nerve, and connective tissue ...

정확한 마우스 모델을 위한 척수 손상 타박상 장치

Automated Impactor for Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice

Spinal cord injury (SCI) due to traumatic injuries such as car accidents and falls is associated with permanent spinal cord dysfunction. Creation of contusion models of spinal cord injury by impacting the spinal cord results in similar pathologies to most spinal cord injuries in clinical practice. Accurate, reproducible, and convenient animal models of spinal cord injury are essential for studying spinal cord injury. We present a novel automated spinal cord injury contusion device for mice, the Guangzhou Jinan University smart spinal cord injury system, that can produce spinal cord injury contusion models with accuracy, reproducibility, and convenience. The system accurately produces models of varying degrees of spinal cord injury via laser distance sensors combined with an automated mobile platform and advanced software. We used this system to create three levels of spinal cord injury mice models, determined their Basso mouse scale (BMS) scores, and performed behavioral as well as staining assays to demonstrate its accuracy and reproducibility. We show each step of the development of the injury models using this device, forming a standardized procedure. This method produces reproducible spinal cord injury contusion mice models and reduces human manipulation factors via convenient handling procedures. The developed animal model is reliable for studying spinal cord injury mechanisms and associated treatment approaches.

저자 스포트라이트: 척수 손상 연구의 혁신에 대한 통찰력

Presented here is a novel automated spinal cord injury contusion device for mice, which can accurately produce spinal cord injury contusion models with varying degrees.

마우스의 Contusive Spinal Cord Injury Model을 위한 자동 임팩터

Spinal cord injury (SCI) due to traumatic injuries such as car accidents and falls is associated with permanent spinal cord dysfunction. Creation of ...

정형 외과 수술 후 인지 기능 장애 및 조직 재생 연구의 마우스 모델

요약

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허혈성 뇌졸중의 마우스 모델에서 감각 운동 피질 손상 후 보상 사지 사용과 운동 기능의 학습 행동 평가

BMPR-IB +의 신속한 격리 두개골 결함 치유 모델에서 사용을위한 기질 세포를 지방이는 유래

인간 유도 만능 줄기 세포 유래 신경 세포의 치료 이식으로 마우스 뇌 손상의 제어 피질 영향 모델

단일 및 반복적 인 경미한 외상성 뇌 손상의 마우스 모델

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The Tibial Fracture-Pin Model: A Clinically Relevant Mouse Model of Orthopedic Injury

마우스의 Contusive Spinal Cord Injury Model을 위한 자동 임팩터

마우스의 Contusive Spinal Cord Injury Model을 위한 자동 임팩터