الوجه Axotomy العصب في الفئران: نموذج لدراسة الاستجابة العصبون الحركي للإصابة
Summary
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.
Abstract
والهدف من هذا البروتوكول الجراحي هو لفضح العصب الوجهي، والتي يعصب عضلات الوجه، في خروجها من الثقبة الإبرية الخشائية وإما قطع أو التضييق عليه للحث على إصابة الأعصاب الطرفية. مزايا هذه الجراحة هي بساطته، استنساخ عالية، وعدم وجود تأثير على الوظائف الحيوية أو التنقل من شلل في الوجه لاحقة، مما أدى إلى نتائج جراحية خفيفة نسبيا بالمقارنة مع غيرها من نماذج إصابة العصب. والميزة الرئيسية لاستخدام نموذج إصابة العصب القحفي هي أن العصبونات الحركية يقيمون في السكان متجانسة نسبيا في نواة المحرك الوجه في بونس، وتبسيط دراسة أجسام الخلايا العصبون الحركي. بسبب طبيعة متناظرة من الوجه تعصيب العصبية وعدم الحديث المتبادل بين نواة المحرك الوجه، وهذه العملية لا يمكن أن يؤديها من جانب واحد مع الجانب unaxotomized أصبحت بمثابة الرقابة الداخلية المقترنة. مجموعة متنوعة من التحليلات يمكن أن يؤديها بعد العمل الجراحي لتقويمليالي الاستجابة الفسيولوجية وتفاصيل منها خارج نطاق هذا المقال. على سبيل المثال، يمكن استعادة وظيفة العضلات بمثابة علامة السلوكية للعودة التعصيب، أو العصبونات الحركية يمكن كميا لقياس بقاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك، العصبونات الحركية يمكن التقاط بدقة باستخدام تسليخ مجهري ليزر لتحليل الجزيئي. لأن axotomy العصب الوجهي هو الغازية الحد الأدنى وجيد التحمل، ويمكن استخدامها على مجموعة واسعة من الفئران المعدلة وراثيا. أيضا، وهذا النموذج الجراحة يمكن استخدامها لتحليل فعالية من العلاجات الطرفية إصابة العصب. تقدم إصابة العصب الوجهي وسيلة للتحقيق في العصبونات الحركية فحسب، ولكن أيضا ردود المكروية المركزية والطرفية الدبقية، والجهاز المناعي، والجهاز العضلي الهدف. نموذج إصابة العصب الوجهي هو الأعصاب الطرفية نموذج إصابة مقبولة على نطاق واسع التي هي بمثابة أداة قوية لدراسة إصابة العصب والتجدد.
Introduction
العديد من النماذج إصابة الأعصاب الطرفية موجودة، ولكن واحدة أن تبرز لدراسة العصبونات الحركية هو الوجه نموذج axotomy العصبية. العصب الوجهي، والمعروف أيضا باسم العصب القحفي السابع، ينشأ في بونس ويعصب عضلات تعبيرات الوجه 1،2. في هذا البروتوكول الجراحي، يتعرض العصب الوجهي في خروجها من الثقبة الإبرية الخشائية وإما خفض أو سحقهم. شدة إصابة العصب يمكن تصنيفها في أعقاب التصنيفات سندرلاند 3، والذي يميز الإصابة على أساس intactness من محاور عصبية، endoneurium، perineurium، وغلاف، والتي هي طبقات النسيج الضام الذي التفاف بالتتابع حول حزم محور عصبي. في إصابة سحق (انهتاك المحوار)، وقطعت محاور عصبية، ولكن يتم الاحتفاظ perineurium وغلاف. الانتعاش وظيفية كاملة من الوجه سحق العصب يحدث في حوالي 11 يوما لأن غمد العصب سليما يخدم كقناة ضمن المحاور التي تنمو 4،5. علىومن ناحية أخرى، إلى إصابة قطع (تهتك العصب)، وقطعت محاور وجميع 3 طبقات النسيج الضام، والعصب القاصي بأكمله يجب أن تنمو لاستعادة الجهاز العضلي تعصيب. وغالبا ما تتم إعادة الاتصال الجراحي للغلاف في المرضى من البشر يعانون من إصابات transection العصب، ولكن النتائج الانتعاش ونادرا ما تكون مثالية. مطلوب مزيد من الدراسة أن نفهم لماذا فشل العصب لتنمو إلى هدفه ويمكن استخدام ما العلاجات لتحسين وتسريع عملية التجدد.
هناك العديد من المزايا لدراسة إصابة العصب باستخدام الوجه نموذج axotomy العصبية. أولا، إجراء axotomy العصب الوجهي هو سريعة وسهلة، وتكرار للغاية. والشلل الناتج من عضلات الوجه لا يؤثر الوظائف الحيوية وجيد التحمل من قبل الحيوان. لأن هذا هو نموذج إصابة العصب القحفي، ودراسة أجسام الخلايا العصبون الحركي هو تبسيط لأن العصبونات الحركية يقيمون في السكان متجانسة نسبيا في عشرالبريد نواة المحرك الوجه في بونس. لا تختلف السكان استنادا إلى نمط النووية الدقيقة داخل النواة الحركية الوجه، كما أن هناك سبع subnuclei كل محددة لالتعصيب مجموعة معينة من العضلات، لذلك الخلافات النووية الدقيقة ردا على axotomy قد تؤثر النتائج 2،6،7.
وهناك فائدة كبرى من الوجه نموذج إصابة العصب هو أن الجانب unaxotomized يمكن أن تكون بمثابة الرقابة الداخلية يقترن لأن تعصيب العصبية هو متناظرة للغاية وليس هناك أي الحديث المتبادل بين نواة المحرك الوجه 8. ميزة أخرى لاستخدام هذا الأسلوب الجراحي هو عدم وجود صدمة مباشرة إلى الجهاز العصبي المركزي أو تعطيل حاجز الدم في الدماغ 9. مضاعفات مثل النزيف والعدوى نادرة مع هذا الإجراء.
مجموعة متنوعة من التحليلات يمكن القيام بها لتقييم الاستجابة الفسيولوجية للإصابة العصب. استعادة منعكس طرفة عين والنشاط الطولي يمكن أن تستخدم السلوكيةمقياس وظيفي الانتعاش 10،11. تسجيل الفيديو من النشاط vibrissae هو حاليا أقوى وسيلة للكشف عن انتعاش العصب الوجهي تعصيب 12،13. بعد القتل الرحيم، التحليل النسيجي من الدماغ يمكن أن يؤديها على أجسام الخلايا العصبون الحركي داخل النواة الحركية الوجه. تنقسم نواة المحرك الوجه إلى سبعة subnuclei، كل محددة لبعض عضلات الوجه، مما يسمح للفحص التفاضلي للردود على إصابة 2،6. العصبونات الحركية الوجه يمكن عدها لتحديد بقاء الخلية، أو يمكن أن تستخدم المناعية لتحديد المؤشرات الحيوية والسكان خلية معينة 14. نواة المحرك الوجه يمكن microdissected بدقة باستخدام القبض على الليزر لتحليل الجزيئي للاستجابة الخلوية لإصابة العصب 15،16. ويمكن تحليل آثار axotomy العصب الوجهي في القشرة الحركية 17،18. أيضا، العصب يمكن تشريح لدراسة ولري انحطاط 19 أومحور عصبي تجديد 20، والعضلات يمكن إزالتها لدراسة التقاطعات العصبية والعضلية 21. ويمكن أيضا أن axotomy العصب الوجهي أن تستخدم لدراسة الخلايا المركزية والطرفية المرفقة الدبقية 22، استهداف الجهاز العضلي 21، والجهاز المناعي استجابة 23. على الرغم من أن الكثير قد تم إنجازه في دراسة نموذج axotomy العصب الوجهي 24، مطلوب مزيد من الدراسة من إصابة الأعصاب الطرفية بسبب تلف الأعصاب هي مشكلة كبيرة للمرضى وتفشل العلاجات الحالية لإنتاج أفضل النتائج. هذا النموذج هو أداة قوية لفحص الاستجابة الفسيولوجية للإصابة الأعصاب وتحليل فعالية من العلاجات تجديد الأعصاب.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work is funded by NIH RO1 NS 40433 (K.J.J.).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Stereo Microscope | Leica | M60 | |
| Labeling tape | Fisher Scientific | 15-952 | |
| Vannas-Tübingen Spring Scissors – Straight/Sharp/8.5cm/5mm cutting edge | Fine Science Tools | 15003-08 | Sterilize before use |
| Dumont #5/45 Forceps – Standard tips/Angled 45°/Dumoxel/11cm | Fine Science Tools | 11251-35 | Sterilize before use |
| Michel Suture Clips – 7.5mm 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 |
References
- Kaufman, M., Bard, J. . The Anatomical Basis of Mouse Development. , (1999).
- Ashwell, K. The adult mouse facial nerve nucleus: morphology and musculotopic organization. Journal of Anatomy. 135, 531-538 (1982).
- Sunderland, S. A classification of peripheral nerve injuries producing loss of function. Brain : A Journal Of Neurology. 74, 491-516 (1951).
- Beahrs, T., Tanzer, L., Sanders, V. M., Jones, K. J. Functional recovery and facial motoneuron survival are influenced by immunodeficiency in crush-axotomized mice. Experimental Neurology. 221, 225-230 (2010).
- Mesnard, N. A., Haulcomb, M. M., Tanzer, L., Sanders, V., Jones, K. J. Delayed functional recovery in presymptomatic mSOD1G93A mice following facial nerve crush axotomy. Journal of Neurodegeneration & Regeneration. 4, 21-25 (2013).
- Komiyama, M., Shibata, H., Suzuki, T. Somatotopic representation of facial muscles within the facial nucleus of the mouse. A study using the retrograde horseradish peroxidase and cell degeneration techniques. Brain Behav Evol. 24, 144-151 (1984).
- Canh, M. Y., Serpe, C. J., Sanders, V., Jones, K. J. CD4(+) T cell-mediated facial motoneuron survival after injury: Distribution pattern of cell death and rescue throughout the extent of the facial motor nucleus. Journal of Neuroimmunology. 181, 93-99 (2006).
- Isokawa-Akesson, M., Komisaruk, B. Difference in projections to the lateral and medial facial nucleus: anatomically separate pathways for rhythmical vibrissa movement in rats. Exp Brain Res. 65, 385-398 (1987).
- Streit, W., Kreutzberg, G. Response of endogenous glial cells to motor neuron degeneration induced by toxic ricin. The Journal of Comparative Neurology. 268, 248-263 (1988).
- Serpe, C. J., Tetzlaff, J. E., Coers, S., Sanders, V., Jones, K. J. Functional recovery after facial nerve crush is delayed in severe combined immunodeficient mice. Brain, Behavior, And Immunity. 16, 808-812 (2002).
- Lal, D., et al. Electrical stimulation facilitates rat facial nerve recovery from a crush injury. Otolaryngology–Head And Neck Surgery. Official Journal Of American Academy Of Otolaryngology-Head And Neck Surgery. 139, 68-73 (2008).
- Tomov, T., et al. An Example of Neural Plasticity Evoked by Putative Behavioral Demand and Early Use of Vibrissal Hairs after Facial Nerve Transection. Experimental Neurology. 178, 207-218 (2002).
- Skouras, E., Angelov, D. N. Experimental studies on post-transectional facial nerve regrowth and functional recovery of paralyzed muscles of the face in rats and mice. Anatomy (International Journal of Experimental and Clinical Anatomy). 4, 1-27 (2010).
- Xin, J., et al. IL-10 within the CNS is necessary for CD4+ T cells to mediate neuroprotection). Brain, Behavior, And Immunity. 25, 820-829 (2011).
- Mesnard, N. A., Sanders, V. M., Jones, K. J. Differential gene expression in the axotomized facial motor nucleus of presymptomatic SOD1 mice. The Journal of Comparative Neurology. 519, 3488-3506 (2011).
- Mesnard, N. A., Alexander, T. D., Sanders, V. M., Jones, K. J. Use of laser microdissection in the investigation of facial motoneuron and neuropil molecular phenotypes after peripheral axotomy. Experimental Neurology. 225, 94-103 (2010).
- Franchi, G. Changes in motor representation related to facial nerve damage and regeneration in adult rats. Experimental Brain Research. 135, 53-65 (2000).
- Munera, A., Cuestas, D. M., Troncoso, J. Peripheral facial nerve lesions induce changes in the firing properties of primary motor cortex layer 5 pyramidal cells. Neuroscience. 223, 140-151 (2012).
- Liu, L., et al. Hereditary absence of complement C5 in adult mice influences Wallerian degeneration, but not retrograde responses, following injury to peripheral nerve. Journal of the Peripheral Nervous System. 4, 123-133 (1999).
- Ferri, C., Moore, F., Bisby, M. Effects of facial nerve injury on mouse motoneurons lacking the p75 low-affinity neurotrophin receptor. Journal of Neurobiology. 34, 1-9 (1997).
- Zhou, R. Y., Xu, J., Chi, F. L., Chen, L. H., Li, S. T. Differences in sensitivity to rocuronium among orbicularis oris muscles innervated by normal or damaged facial nerves and gastrocnemius muscle innervated by somatic nerve in rats: combined morphological and functional analyses. The Laryngoscope. 122, 1831-1837 (2012).
- Jinno, S., Yamada, J. Using comparative anatomy in the axotomy model to identify distinct roles for microglia and astrocytes in synaptic stripping. Neuron Glia Biology. 7, 55-66 (2011).
- Jones, K. J., Serpe, C. J., Byram, S. C., Deboy, C. A., Sanders, V. M. Role of the immune system in the maintenance of mouse facial motoneuron viability after nerve injury. Brain, Behavior, And Immunity. 19, 12-19 (2005).
- Moran, L. B., Graeber, M. B. The facial nerve axotomy model. Brain research. Brain research. 44, 154-178 (2004).
- Council, N. R. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: Eighth Edition. , (2011).
- Serpe, C. J., Kohm, A. P., Huppenbauer, C. B., Sanders, V., Jones, K. J. Exacerbation of Facial Motoneuron Loss after facial nerve transection in severe combined immunodeficient (scid) mice. Neuroscience. 19, (1999).
- Mesnard-Hoaglin, N. A., et al. SOD1(G93A) transgenic mouse CD4(+) T cells mediate neuroprotection after facial nerve axotomy when removed from a suppressive peripheral microenvironment. Brain, Behavior, And Immunity. 40, 55-60 (2014).
- Wang, H., et al. Establishment and assessment of the perinatal mouse facial nerve axotomy model via a subauricular incision approach. Experimental Biology And Medicine. 237, 1249-1255 (2012).
- Sharma, N., Moeller, C. W., Marzo, S. J., Jones, K. J., Foecking, E. M. Combinatorial treatments enhance recovery following facial nerve crush. The Laryngoscope. 120, 1523-1530 (2010).
- Lieberman, D. M., Jan, T. A., Ahmad, S. O., Most, S. P. Effects of corticosteroids on functional recovery and neuron survival after facial nerve injury in mice. Archives of Facial Plastic Surgery. 13, 117-124 (2011).
- Serpe, C. J., Coers, S., Sanders, V. M., Jones, K. J. CD4+ T, but not CD8+ or B, lymphocytes mediate facial motoneuron survival after facial nerve transection. Brain, Behavior, And Immunity. 17, 393-402 (2003).
- Haulcomb, M. M., et al. Axotomy-induced target disconnection promotes an additional death mechanism involved in motoneuron degeneration in ALS transgenic mice. The Journal of Comparative Neurology. , (2014).
- Bauder, A. R., Ferguson, T. A. Reproducible mouse sciatic nerve crush and subsequent assessment of regeneration by whole mount muscle analysis. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (60), (2012).
- Richner, M., Bjerrum, O. J., Nykjaer, A., Vaegter, C. B. The spared nerve injury (SNI) model of induced mechanical allodynia in mice. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (54), (2011).
