inducing freezing injury to establish an orofacial muscle fibrosis mouse model

Etablierung eines orofazialen Muskelfibrosemodells bei Mäusen durch eine Erfrierungsverletzung

Orofacial muscles are critical in daily physiological activities such as mastication, speech, respiration, and facial expression1. In congenital orofacial deformities, however, these muscles exhibit atrophic and fibrotic alterations, leading to impaired body health and social cognition2. Facial reconstructive surgery remains the first-line treatment, but up to 30-70% of postoperative patients still suffer from muscle loss and muscle dysfunction3,4 The failure of orofacial muscle regeneration has been attributed to intrinsic factors, which cannot be corrected by surgery alone. 
The emergence of orofacial muscles is an evolutionary novelty, accompanying the complex vertebrate head and chambered heart5,6. Unlike their somite-derived limb counterparts, orofacial muscles originate from the branchial arch7. These phylogenetic and ontogenetical characters may predispose them to distinct regenerative behaviors8. It has been reported that the masseter (MAS) muscle developed severe fibrosis at the time when the tibialis anterior (TA) muscle fully regenerated after exposure to the same extent of injury1,9. However, the underlying mechanism of regeneration remains poorly understood. 
In this study, a freezing injury model of the mice masseter muscle was established to facilitate the investigation into orofacial muscle regeneration. We chose 14 days after injury as the time point for assessing fibrosis phenotype as it was the earliest time point where discernible divergence was detectable between two muscles. Complete regeneration of the MAS after injury requires at least 40 weeks1. Consistently, this study revealed a remarkable deposition of collagen following freezing injury of MAS compared to the regular regeneration of the TA at 14 days post injury. With the help of this model, further mechanistic studies of muscle atrophy and fibrosis can be carried out, which will in turn help the development of potential therapeutic avenues to promote orofacial muscle regeneration after surgery.

Autor im Rampenlicht: Erforschung der orofazialen Muskelregeneration – Erkenntnisse und Innovationen

Einfrierverletzung im Kaumuskel der Maus zur Etablierung eines orofazialen Muskelfibrosemodells

Current skeletal muscle regeneration studies merely focus on the limb and the trunk muscle, leaving the characteristics and mechanism of orofacial muscle regeneration largely unexplored. The scope of this research is to create and easier and reliable mouse model to facilitate further investigation into muscle regeneration in the orofacial area. Recent developments review that orofacial muscles constitute a unique subset of skeletal muscle with a distinct evolutionary trajectory and developmental origin.They also exhibit different regeneration performances compared with their limb counterparts. A deeper investigation into the orofacial muscle regeneration is warranted to figure out the mechanism underlying these marked differences. The study present a rapid and reproducible method to study orofacial muscle regeneration.The half-freezing injury process took 20 minutes, and the harvest process took only 10 minutes for each mouse, and the mice can tolerate the injury well without any impairment of locomotion. Since our model allows for subsequent comparison between the fibrotic masseter muscle and the fully regenerated tibialis anterior muscle from the aspects of morphology, histology, and molecular regulation, it serves us a power for two for us to delve deeper into the underlying mechanism. Our future research will focus on the causal effects among the alterations of the resident muscle stem cells and multiple niche cells, and correspondingly developed interventions to the process of orofacial muscle fibrosis.

Induktion von Gefrierverletzungen zur Etablierung eines orofazialen Muskelfibrose-Mausmodells

Legen Sie zunächst die betäubte Maus auf den Operationstisch. Tragen Sie die Enthaarungspaste mit einem Wattestäbchen auf die Haut auf und bedecken Sie dabei den Kaumuskel und den Musculus tibialis anterior. Nachdem Sie ein bis zwei Minuten gewartet haben, waschen Sie die Paste mit einem chirurgischen Tuch ab.Um den Kaumuskel freizulegen, tasten Sie zuerst am unteren Rand des Unterkiefers entlang. Schneiden Sie fünf Millimeter vor dem Rand die Haut entlang der Linie auf, die die orale Kommissur mit dem Tragus verbindet. Um das Einfrieren durchzuführen, verwenden Sie eine vorgekühlte Pinzette, um ein Stück Trockeneis zu halten.Platzieren Sie das Trockeneis entlang der langen Achsen der Kaumuskulatur direkt auf der Oberfläche des Muskels und halten Sie es fünf Sekunden lang. Vergewissern Sie sich, dass der Muskel unmittelbar nach dem Entfernen des Trockeneises steif und blassweiß erscheint und dann innerhalb von 22 bis 25 Sekunden zu seiner normalen Farbe und Textur zurückkehrt. Nachdem sich der Muskel vollständig erholt hat, verschließen Sie die Hautwunde mit mindestens drei 7-0-Nähten.Für den vorderen Musculus tibialis tasten Sie entlang der Wade, um den vorderen Rand des Tibiaknochens zu lokalisieren. Schneiden Sie die Haut zwei Millimeter hinter dem Rand auf, beginnend am Knie und endend am Knöchel. Um das Einfrieren durchzuführen, verwenden Sie eine vorgekühlte Pinzette, um ein Stück Trockeneis zu halten.Platzieren Sie das Trockeneis entlang der langen Achsen der vorderen Tibialis-Muskeln direkt auf der Oberfläche und halten Sie es fünf Sekunden lang. Vergewissern Sie sich, dass der Muskel unmittelbar nach dem Entfernen des Trockeneises steif und blassweiß erscheint und dann innerhalb von 22 bis 25 Sekunden zu seiner normalen Farbe und Textur zurückkehrt. Legen Sie die Maus nach dem Nähen der Hautwunde auf eine Heizplatte, die bei etwa 38 Grad Celsius gehalten wird.Überwachen Sie kontinuierlich, bis die Maus ihren Aufrichtreflex wiedererlangt hat.

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Research

JoVE Journal

Biology

Inducing Freezing Injury to Establish an Orofacial Muscle Fibrosis Mouse Model

Freezing Injury in Mouse Masseter Muscle to Establish an Orofacial Muscle Fibrosis Model

Orofacial muscle constitutes a subset of skeletal muscle tissue, with a distinct evolutionary trajectory and development origin. Unlike the somite-derived ...