Name: unilateral pyramidotomy of the corticospinal tract in rats for assessment of neuroplasticity-inducing therapies
Uploaded: 2014-12-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
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倫理声明：すべての手順は、1986年の英国内務省と動物（科学的処置）法からのガイドラインに従った。 1.手術やけが注：外科医は動物が頻繁に彼らの術前の体重の10％以上を失う見つけた場合220グラムより重い使用したラットは術後の回復を支援することができます。 <ol><li>手術の前に、シリンダー飼育試験15またはモントーヤstaicaseテスト24との前足の好みのために動物をテストします。好ましくは、ピラミッド/支配的な前足に対応するCSTをカット。 ヒドロゲルパック、湿ったマッシュ、及び高カロリー食品のサプリメント：注：ラットは手術からの回復中に有益であろう食品に慣れるように、手術前の2日間、ケージに以下の項目を配置します。これらの栄養補助食品の滅菌のバージョンでは、さまざまなベンダーから提供されています。 </li><li>女性Lを麻酔酸素（：1.5リットル/分の流量）でイソフルランとジスタフード付きのラット（グラム200〜250の重さ）（誘導のための5％と保守のための百分の1から2）。注：麻酔薬の選択は重要です。吸入麻酔薬も一般的に使用されているケタミンよりも麻酔の深さをより迅速に規制を可能にする。イソフルランは、呼吸周波数及び深さの良好な制御を可能にする。麻酔薬の選択は、イソフルランである。注：外科医は動物が頻繁に彼らの術前の体重の10％以上を失う見つけた場合220グラムより重い使用したラットは術後の回復を支援することができます。 </li><li>動物は、炎症を軽減し、鎮痛を提供するために、麻酔鎮痛剤としてカルプロフェンの皮下に投与する。注：カルプロフェンは、当社の獣医師のアドバイスに従って、私たちの研究室でpyramidotomyの手術中に与えられている。オピオイドは手術中にさらに呼吸抑制を引き起こす可能性があります。 </li><li>ホームを使用して手術中に37℃で動物を維持othermicブランケットシステム及び直腸温度プローブ。 </li><li>足のピンチ引っ込め反射とまばたきをチェックすることにより、完全な麻酔を確認してください。 注：オプション：手術、挿管および換気中呼吸器系の問題に対抗するためには、実現可能性があります。しかし、気管が手術中に避難する必要があることに注意してください。 </li><li>麻酔をかけた後、腹、首を剃ると、1％クロルヘキシジンワイプおよび/またはアルコールワイプでそれを殺菌、仰臥位でラットを置く。動物の上に無菌外科毛布を適用し、常に無菌領域を維持する。 </li><li>麻酔をかけた後、仰臥位でラットを配置腹首を剃るし、1％クロルヘキシジンアルコールワイプでそれを滅菌する。動物の上に無菌外科毛布を適用し、常に無菌領域を維持する。 注：必要に応じて、ラットの頭が頭の移動を無効にするには、手術中の仰臥位で定位フレームに固定することができ、 すなわち後頭骨。 </li><li>滅菌メス（＃10）を用いて胸骨のほとんど吻側最後にあご2〜3センチの正中切開を行います。必要に応じて、皮膚を​​後退させる小さなブルドッグクランプを適用する。 </li><li>そのような鈍いはさみや歯鉗子でリバースアクションを使用して気管をカバーする腺（ 例えば顎下腺と耳下腺）と筋肉などの組織の上層を解剖鈍い。常に正中線に滞在。組織は簡単に分離する必要があります。 </li><li>気管が露出されると、一方の側に変位させる。正中線は、吻側端に正中線をマーク、2白色脂肪パッドとその下に表示されている。 </li><li>白色脂肪パッド、鈍い解剖組織への吻側頭蓋骨（basioccipital骨）の腹側表面に到達するまで。 </li><li>片側（最大1センチメートル）に変位気管を維持し、頭蓋底を露出させるために長い歯リトラクター（歯の長さ5.5ミリメートル以上16ミリメートル）を挿入します。気管の変位はOBができます構造体の呼吸。 注：2分のためのいくつかの動物について、気管に歪みを除去するための手術中に複数回のリトラクターを緩め、 例えば 10分ごと。フックリト​​ラクタは、変位の歪みを低減するために長い歯開創器の代わりに使用することができる。 </li><li>注意深く出血を回避するために喉頭に向かう吻側端に小さな見える血管を焼灼する。 注：それらが焼灼される前に、反回神経、血管を焼灼しないようにするために慎重に組織壁から引き離されている。 </li><li>手術の残​​りの顕微鏡を調整します。 </li><li>細かい鉗子で頭蓋骨のベースカバー骨膜を削除します。掘削のための可能な限り最高のビューを達成するためにリトラクターを調整します。 </li><li>脳底動脈をカバーして正中線、で高度に注意して、細かい鉗子でbasioccipital骨の表面に凹凸を感じる。吻方、頭蓋骨はわずか凸として育てられてしまう。 </li><li>病変が望まれる面に応じて、約1 mmの内外運動における正中線に横方向の穴をドリル。 注：ラットは仰臥位であることを忘れないでください、とその左側が研究者の右側にあってもよい！ </li><li>穴が行われると、脳底動脈がはっきり見えるようになるまでドリルで小さな垂直アップ·アンド·下向き·運動との正中線に向かって拡大し、少なくとも2ミリメートルのために横方向に拡大する。 </li><li>脳底動脈がはっきりと見えることを確認してください。ピラミッドは、そのわずかに膨らんだ形状（ 図2）によって、血管に隣接することによって同定することができる。 </li><li>細かい鉗子で、残りの骨片を除去します。 </li><li>舌の上でドキサプラム塩酸塩、呼吸興奮剤の一滴を、適用します。 </li><li> 26ゲージの針と脳底動脈に横方向の細かい鉗子で縦方向に硬膜を開きます。脳脊髄液（CSF）と綿棒を持つ任意の出血を吸収。 </li><li> injuの回避脳底動脈にryが、約1.5ミリメートル幅のピラミッドとCST線維を中断する脳底動脈（ 図2）に垂直Vannas春はさみとの深い0.5ミリメートルの幅にわたるカットをする。 注：事前に先端から0.5ミリメートルでmicroscissorsをマークします。硬膜が開かれると脳底動脈、ピラミッドへのより良いアクセスを可能にする一方側にわずかに移動させることができる。 </li><li>病変が脳底動脈に近い繊維を含むことを確認するために26ゲージの針の先端を使用してカットを繰り返します。 </li><li>綿棒によって照射された光の圧力で出血を止める。必要に応じて、カットゲルフォームで覆うことができる。 </li><li> 、リトラクターを取り外し3-0ビクリル縫合糸で組織や縫合皮膚のみを交換してください。 </li><li>手術後、完全に目を覚ましまで32℃のインキュベーター中で動物を維持し、必要に応じて、生理食塩水を皮下5ミリリットルを管理する。無人の動物を放置しないでください。 </li><li> Carporfen皮下を与える抗炎症などと手術後の痛み1日の術後のための鎮痛剤として。 </li><li>手術後少なくとも週に一度、その後密接に一週間の動物を監視します。 </li><li>手術後に必要に応じて、ケージの床に水和ゲルパック、ピューレベビーフード、湿ったマッシュとドライ飼料を置く。 （ボールベアリングバルブを欠く）長い注ぎ口と水のボトルを提供します。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もない。

私たちは、pyramidotomy損傷モデルを記載している。皮質脊髄路は、脳幹のレベルで切断される。技術的な観点から、この手術は慎重と精度の多くを必要とします。脳幹は、そのようなピラミッドの下に網様体に埋め込まれた曖昧な核と孤ように、複数の核における呼吸センターや心血管センターを収納する。カットが深すぎる行われた場合、これは致命的でありうる、突然呼吸困難につながることができます。我々は、カットが突然呼吸停止を防止するために、呼吸活動を増加させる直前にDopramを与える。呼吸が停止した場合は、それが回復することができるように酸素と以下の5分間動物を換気する価値がある。さらに、脳底動脈の損傷は絶対に避けるべきである。最初の数日間の受傷後時の合併症は以下のとおりです。他の重要な機能に影響を与える脳幹出血、かなりの体重減少、激しい呼吸diffic原因ピラミッドのすぐ横のオリーブを含む大規模な損傷に対する動物の気管変位と厳しい方向性とのバランスの問題に起因するulties。エンドポイントおよび動物を安楽死させることができるように、これらの合併症を治療することができる。手術後の最初の週の間閉じるモニタリングが不可欠です。補助食品は、体重減少を相殺するために与えることができる。気道炎症（耳障りな呼吸）は、通常1〜2日以内に解決します。一般的に、若い動物は彼らの首が少ない深いようで動作するように簡単である。さらに、それらは、より弾力性が少ない呼吸合併症を持っている。 それはpyramidotomyとCSTの完全な病変を達成するためのいくつかの練習が必要です。同様に、スチュワードら 16、Benowitz ら 28によってかつての実験を複製するために設定することによって二つの研究では、最初に高い死亡率を報告し、それらの病変の一部が不完全であったこと。行動赤字も変数になります。私たちは、候補治療法をテストするために、任意のフル実験が行われる前に、新しい外科医は多くの練習pyramidotomy手術を実行することをお勧めします。不完全な病変を予防する方法は皮下注射針が、このプロトコルで説明したように脳底動脈に近い皮質脊髄繊維が切断されていることを確認することで、カットを辿りされている。他のオプションは、Zhou ら 2003 29に記載されるように傾けガラス吸引ピペットを用いて病変部を吸引することである。微細なタングステン線はまた、管22を切断するために使用することができる。 pyramidotomyする代わりに、一方的に子宮頸C3の背側CSTをカットした後、腹側アプローチCST 18のipsilesional C2腹の部分をカットすることです。目標はcontralesional CSTの萌芽を研究することである場合はほぼ間違いなく、完全な病変は必要ありません。ピラミッドの大部分が病変と非病変側から発芽応答が発生している場合、これで十分であることができる。 pyramidotomy病変モデルの1つの目的は、皮質脊髄路の一方の側を切除し、無傷の非傷ついた繊維の可塑性および出芽を刺激する神経可塑性を誘導する治療を使用することである。神経保護療法をテストするために、このモデルは不向きであり、そのような挫傷などの他の損傷モデルを使用する必要があります。 pyramidotomiesのアウトカムは、行動試験と解剖学で最も頻繁に評価される。水平ラダーテストシリンダ飼育試験とモントーヤ階段試験は、最も一般的に使用される行動評価である。文献に記載されている他のテストは、テスト、ロープクライミングテスト、歩行分析と粘着テープテスト3,17-19に達したペレットである。しかし、ほとんどの行動試験の結果は、多くの場合のみ42日postlesion 3,4,11,17,18,20-22の最大値まで監視されている。過去の経験からは、げっ歯類は、あらゆる治療の介入なしに、後の時点でほとんどの機能を回復。我々は、股関節を示しているテストに達する水平ラダーテストとモントーヤの階段ペレットトン後の時点までの障害を検出する。これらは、治療のために機能回復を測定するために用いることができる。病変完全性は吻側頸部のレベルで脊髄または損傷部位の横断面のエリオクロムシアニン染色の（背側の列のCST繊維をラベル）PKCガンマ染色により判断される。ビオチン化デキストランアミンは、脱神経、脊髄領域に正中線を横切る無傷の繊維の萌芽を評価するためにcontralesional皮質に注入することができる。 結論として、pyramidotomyモデルは、手術が成功して習得されている場合、中枢神経系損傷の治療薬の神経可塑性を誘導する能力を評価するための良いです。それは完全な繊維の可塑性を評価する。次のステップは、より大きな克服する薬剤の能力を評価するために、そのような挫傷、より臨床的に関連するモデルを使用することであろうinjuriES複数の管に影響を与える。

皮質脊髄路（CST）は、ヒト脊髄つの主要な運動管である。器用さのかなりの損失で脊髄損傷の結果後にこの管へのダメージ。 CSTは、桁の移動および遠位筋コントロールとしてヒトにおける微細運動の動きのために特に重要である。脊髄内の解剖学的位置は人間のものとは異なり、CST損傷が少ない1-4を無効にしているが、それはまた、齧歯類に見られる。 CST損傷の一つのインビボモデルは、腹側脳幹一ピラミッドが交叉（ 図1）の吻側切断される一方的pyramidotomyを伴う。ピラミッドは、それがdecussates前にCSTが実行されるを通して延髄の腹側の明確な解剖学的特徴である。ラットでは、繊維の大部分（約95％）decussate髄質の尾側端でおよびその後脊髄の背内側部に見出される。しかし、approximatdecussated繊維のエリー10％が背外側の列で実行されます。繊維の残りの約5％が腹内側部5,6に同側と旅行に非クロスとどまる。 pyramidotomyの後脊髄は反対側のCST（ 図1）からの直接入力を失う。 pyramidotomyモデルは、治療に非損傷CSTの完全な繊維の応答をテストするために特に良いです。これは、除神経領域の神経支配する脊髄の正中線を横断そのまま繊維の可塑性と発芽の評価を可能にする。皮質脊髄路は脊髄損傷モデルで大幅に発芽することが観察、特に前肢回復7-10を仲介しています。治療は、この前肢の回復を促進することを目指しかもしれません。治療の有効性は、行動評価、非損傷管の解剖学的トレーシング技術と端末電気生理学的実験3,11,12でテストすることができます。&lt;/ pの&gt; 脊髄損傷の他のほとんどの前臨床モデルと比較しての利点は、特に、多くの場合、複数の管に影響を与える他の脊髄損傷と比較して1つ気道に影響を与えることがある。明確な、表面的な解剖学的位置で唯一の管が病変れている。もう一つの利点は、pyramidotomyが再現可能な損傷モデルであるということです。研究者は、運動系13,14に影響を与える傷害または障害後の運動機能の回復を目指す可能性神経可塑性を誘発する治療の効果を試験することは、生体内のリソースに適している。

<table><tbody><tr><td>Carprofen</td><td>Norbrook</td><td>Vm No; 02000/4229</td><td>give 5 mg/kg twice daily</td></tr><tr><td>Homeothermic Blanket System</td><td>Harvard Instruments</td><td>507222F</td><td></td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Abbott</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>Fine Scissors- Tough Cut</td><td>Fine Science Tools</td><td>14058-09</td><td></td></tr><tr><td>Forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11019-12</td><td></td></tr><tr><td>Long-toothed Alm retractors</td><td>Fine Science Tools</td><td>17009-07</td><td></td></tr><tr><td>cautery system kit</td><td>Harvard Instruments</td><td>726067</td><td></td></tr><tr><td>fine Dumont forceps</td><td>Fine Science Tools</td><td>11251-10</td><td></td></tr><tr><td>Carbon Steel burrs</td><td>Fine Science Tools</td><td>19007-07</td><td></td></tr><tr><td>Dopram V-drops</td><td>Pfizer</td><td></td><td>apply 1 drop to tongue</td></tr><tr><td>Vannas Spring Scissors</td><td>Fine Science Tools</td><td>15000-03</td><td></td></tr><tr><td>gelfoam</td><td>Equimedical</td><td>EQU705001</td><td></td></tr><tr><td>3-0 Vicryl sutures</td><td>Ethicon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>operating microscope</td><td>Zeiss</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Compact Anaesthesia System Isoflurane K/F Single Gas</td><td>VetTech Solutions</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Scales</td><td>Ohaus</td><td>NVT3201</td><td></td></tr><tr><td>Carbon Steel Scalpel blades No. 10</td><td>Swann-Morton</td><td>201</td><td></td></tr><tr><td>25g needles</td><td>Terumo</td><td>NN-2525R</td><td></td></tr><tr><td>syringes (1 ml and 5 ml)</td><td>Terumo</td><td>SS+01T1 / SS*05SE1</td><td></td></tr><tr><td>Saline (Sodium Chloride 0.9%)</td><td>Fresenius Kabi</td><td>Pl 08828/0178</td><td></td></tr><tr><td>cotton buds</td><td>Johnson and Johnson</td><td>5000207582502</td><td>sterilize before use</td></tr></tbody></table>

unilateral pyramidotomy of the corticospinal tract in rats for assessment of neuroplasticity-inducing therapies

皮質脊髄路（CST）を完全齧歯類脳幹の髄ピラミッドに一方的に切断することができる。 CSTはげっ歯類では、ヒトでの遠位筋肉制御のための大きい重要性を持つと、より少ない程度にモータ管です。主に前肢と器用さの持続的な損失に過渡運動障害につながる脊髄の反対側の脊髄のCSTの神経支配の喪失で1ピラミッド結果の一方的なカット。皮質脊髄路の同側投影が軽微なものである。私たちは、病変完全性の可能性を高めるために私たちの外科的手法を洗練している。私たちは、術後のケアについて説明します。モントーヤの階段ペレット到達テストとここに示す水平ラダーテストで赤字が受傷後8週間までに検出されている。シリンダー飼育試験上の赤字が一時的にのみ検出されます。したがって、円筒試験は短期間の回復の検出に適切であり得る。私たちは、電気生理学的に、どのように示してそして解剖学的に、一つの病変及びプラスチックの変化を評価することができる。我々はまた、貧困地域に正中線を越え発芽無傷CSTからの繊維を分析する方法について説明します。それは、一貫して原因延髄と生存率の脳底動脈に近接へ​​の完全な病変が低くなる可能性が&gt; 90％を取得するために挑戦している。代替外科的アプローチと行動試験は、このプロトコルに記載されている。 pyramidotomyモデルは、損傷後の完全な繊維の萌芽を増やす神経可塑性を誘導する治療を、評価するための優れたツールです。

生存率。 私たちが行った代表的な研究では、16〜20のうち、女性のリスターのフード付きラット（200〜250グラム）の生存率を持っていた。最も一般的な合併症はちょうどピラミッド（核孤、曖昧とparabrachilis）に背側脳幹の呼吸器センターにあるため気管変位や損傷の難しさを呼吸している。同様の結果が、文献16に報告されている。 行動の成果。 行動試験の範囲は、げっ歯類におけるpyramidotomy後の感覚運動成果を評価するために使用されている水平ラダーテストを、テストに達する単一のペレットを、シリンダー飼育試験とモントーヤ階段試験は、最も一般的に使用される行動評価である。文献に記載された他の試験は、試験ロープクライミング試験、歩行分析、および粘着テープ試験に到達したペレットである3,17-19。これらのほとんどは、損傷後の機能的な運動障害1週間表示されます。現在は、文献に記載ほとんどの研究は、42日4,11,13,20,21、または短い時間3,18,22のために行動試験を行う。私たちは、長期間行動試験を行ったとモントーヤの階段テストおよび水平ラダーテストを除き、行動試験の一部のための運動機能8週間後pyramidotomyの本質的に完全な回復を見てきました。これはいくつかの理由であると考えられる。まず、病変への負傷CST吻側の脊髄運動ニューロンへの間接リレー作用脳幹のニューロンにシナプスを形成してもよい。第二に、無傷の（対側）CSTは発芽し、運動ニューロンへのリレーとして機能脳幹や脊髄のニューロンにシナプスを形成することができる。第三に、そのような網様体などの他免れモーター管、前庭脊髄または赤核脊髄路は、いくつかの機能を引き継ぐことがあります。このように、持続的なTreatment効果はpyramidotomyモデルの多くの行動試験で検出することは困難である。このモデルではいくつかの行動試験は、しかし、早期治療に関連している傷害、後に加速の回復を示している可能性が。 シリンダー飼育試験を 3,4,23 シリンダー飼育試験に基づき、支配的な前足に対応するCSTは負傷した。ラットはプレキシガラスのシリンダーに入れ、飼育動作が3分の期間に観察される。 Preinjuryは垂直探査（ 図3A）の間に1前足、支配的な前足の使用のための若干の好みがありました。損傷が支配的な側面に影響を及ぼし、contralesional前肢の使用は1週間の受傷後に28％に減少した（反復測定ANOVA（p &lt;0.05）であること、事後分析は、動物は、週1、2及び3はp &lt;0.05で有意な障害を持って明らかにしたフィッシャーのLSD）。 4週間は、動物が回復し受傷後dは後部の45％を、影響を受けた前肢を使用し、6週間後に、これは（N = 16、標準誤差が示されている平均値±）57パーセントだった。同様に、スターキーらは、（4）pyramidotomy後最長42日間、シリンダー試験を用いてマウスを評価し、全試験期間を通じて、影響を受けた前肢の使用の有意な減少を報告している。 モントーヤ階段テスト 24 ラットは、傷害の前に順応するために、このテストのための事前訓練を与えなかっが必要です。テストセッション動物中にモチベーションを高めるためには食べ物は夜の前に、ラットあたり15グラムの食物に制限されています。食べ物を奪わラットを15分間モントーヤの階段に置かれている。各側では、ウェルを有する7段階、3ペレットを含む各の階段があります。それぞれの側に取り出されたペレットの総数が記録されている。 contralesional /影響を受けた前足で検索されたペレットの数は61パーセントのpreinjuryから大幅に減少した3％3日間受傷後（ 図3B）。ペレットを取得する機能は、まだかなり取り出されたペレットの20％受傷後4週目に損なわれた。ラットは、その時点で食べたペレットの唯一の29％で8週までの大幅な赤字を示した（反復測定分散分析P &lt;0.05、 事後解析は、動物がすべての週でcontralesional側に重大な障害を持っている、P &lt;0.05、フィッシャーの明らかにしたLSD）。 ipsilesional前足は1週間の受傷後まで影響を受けている。しかし、これは第二週によって回復（反復測定分散分析P &lt;0.05、 事後解析では、動物を明らかにしたipsilesional前足で3日目と1週で有意赤字を持って、P &lt;0.05、FisherのLSD）。 ipsilesional前足の初期赤字は、その後の発芽と回復で、カットピラミッドを通る皮質脊髄路の同側部分のlesioningによって説明されることがあります。 水平のラダーテスト25 ラットは、このテストの事前訓練を与えなかっが必要です。ラットは、不規則なラング間隔で1メートルの長いはしごの上に三回歩く。ビデオは、後のスローモーションで分析され、各足のための足のスリップやミスの合計数が定量化される。 図3Cのグラフは、ミスと取られるステップの総数に対するパーセンテージとして、影響を受けると影響の少ない側（+前肢後肢）のスリップの総数を表す。ラットは、10パーセント以上、影響を受けた側の11％、少ない患側と1週間の受傷後、それぞれのエラーの有意に増加した数を持っている。この赤字が、しかし、行われ、10％の誤差で最大8週までcontralesional /影響を受けた側で永続的である2週間ipsilesional /あまり影響側に解決します（反復測定ANOVAは、 事後解析は、動物が上のすべての週で大幅な赤字を持って明らかにしたipsilesionalに週1と3でのcontralesional側と大幅な赤字側に、p &lt;0.05、FisherのLSD）。 電気生理学的検査 ターミナル電気生理学的なセットアップにおいて、動物は、ウレタンを腹腔内麻酔した。手順では、それは37℃±1℃に保った。その腹側頸部、その前肢および胸部を剃毛し、ヨウ素スクラブで消毒された。以前に皮膚や胸の主要なを切開腹側アプローチによって上腕に記載され、橈骨神経が露出したとしてピラミッドを露出させた。橈骨神経の遠位端は、切断された神経は、鉱物油浴に2つの銀ワイヤフック電極上に置いた。ピラミッドは、300 Hzで5パルスで異なる深さに同心双極電極で刺激し、刺激の振幅を大きくしたのいずれか。録音は常に無効になってアーム（ 図4）の橈骨神経から作られた。 無傷のアニメーション反対側のピラミッドが（ 図4B）に刺激されたときにALSは橈骨神経で12から20ミリ秒の間の待ち時間で強い反応を示した。同側の刺激は時折活性化（ 図4C）になる。病変管の病変（ 図4B &#39;）の上に刺激されると、以前に記録アームに反対側に、pyramidotomiesを受けた動物は、橈骨神経内に応答を示さない。しかし、記録電極と同側ピラミッドにおけるCST線維の刺激は、12週での非損傷動物と比較して、橈骨神経においてより強い活性化受傷後（ 図4C &#39;）をもたらした。 解剖の結果。 動物は動物のスケジュール1（科学的処置）法1986年以前に二週間に応じて10週間の術後を安楽死させ、無傷CSTは、ビオチン化して追跡した無効になって腕に運動皮質26、同側にデキストランアミン（BDA）注 ​​射（ 図1）。これは正中線を横断しcontralesional脊髄（ 図5C、D）を供給無傷の繊維の定量化を可能にする。これは傷害に応答して増加するのに対し、無傷の動物は唯一、正中線を横切る少数の繊維を有する。横頚椎脊髄切片は、病変CST（ 図5E）16で除神経の割合を評価するために、プロテインキナーゼC（PKC）γで染色した。代替的に、病変の完全性pyramidotomy損傷のipsilesional側の運動皮質にBDAトレーサーを注入することによって評価することができる。反対側の背内側CSTと同側の腹内側CST中の標識の不在は、完全な一方的な離断の証拠を提供する。 <img alt="図1" fo:conte<html> NT-幅= &quot;4インチ&quot; SRC = &quot;/ファイル/ ftp_upload / 51843 / 51843fig1highres.jpg&quot;幅= &quot;400&quot; /&gt; 図1：回路図ラットとピラミッドのCSTの一方的な軸索 ​​切断における皮質脊髄路を示す上面画像：皮質脊髄ニューロンは、皮質層5錐体細胞に由来する。 （緑色で示される）、ビオチン化デキストランアミン、実験の最後に二週間前contralesional皮質内に注入される。中央の画像：トラクトは延髄の腹側表面上及び軸索の大半はdecussate spinomedullary接合部でピラミッドを形成する。片側性pyramidotomyは（赤で表示）尾髄質中で行われる。下の画像：脊髄の背内側と背の部分にダウンを実行皮質脊髄路の大多数。少数派は、同側のままとventromedially実行されます。 1843fig2highres.jpg &quot;幅=&quot; 500 &quot;/&gt; 図2：ラット脳の腹側ビュー 。これらは、並列凸（黄色のボックス）を上げているので、ピラミッドが特徴的である。ピラミッドの境界は正中線を越えて横方向に半押し（C）に見られるように脳底動脈とparaolivary動脈（POL）との間に凸部の基部に脳底動脈（BAS）によって内側に定義されています。開頭術は脳底動脈の上とparaolivary動脈（Cの赤いボックス）に至る横実行されます。 Oneピラミッドが脳底動脈に垂直に切断された（Cの赤い線、カットはAとBで試料上に表示されます）。 CSTはdecussateを開始しているためと椎骨動脈は正中線をオフに設定されているため、椎骨動脈（VERT）の近くにあまりにも尾側に配置された病変が不完全になります。ジョージ·パクシーノス27で「ラット神経系」から適応（C）画像。注：この図は、画像の左側に病変を示しています。これは、動物のリグですHTの錐体路では仰臥位嘘をついているので。ビデオは、動物の左錐体路に病変を示していることが注意してください。 <img alt="図3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51843/51843fig3highres.jpg" width="500" /> 図3：シリンダー飼育試験のための代表的な結果は、テストおよび水平ラダーテストに達するモントーヤの階段ペレットは、損傷後のすべてのテストで検出された運動障害があります。しかし、持続的な赤字は8週間受傷後までモントーヤの階段テストおよび水平ラダーテストで検出することができるのに対し、全く赤字は、4週間の受傷後でテストを飼育シリンダーを用いて検出することができない（N =グループ、平均と標準誤差あたり16です示す）。アスタリスクはpreinjuryベースライン（フィッシャーのLSD検定）に比較してp &lt;0.05を示しています。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51843/51843fig3highres.jpg" target="_blank">クリックしてください</a>ここで、この図の拡大版を表示します。 <img alt="図4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51843/51843fig4highres.jpg" width="500" /> 図4：pyramidotomy前後の皮質脊髄路を評価する電気生理学（A）は 、端末のための実験セットアップを示す。私たちは、lesioningと交叉部位への吻側様々な深さで5パルスの列を持つピラミッドを刺激する。赤い管が病変管です。私たちは、contralesional側の橈骨神経から記録します。（B）と（C）を ipsilesional刺激またはcontralesional刺激の前またはpyramidotomy 12週間後に例の録音を示しています。 Ipsilesional刺激は、傷害の前に橈骨神経（B）内の複数の複合活動電位（トレースでスパイク）を呼び起こす。これらは負傷により廃止され、活動は返したい時はありませんnの内の12週間（B &#39;）。 Contralesional刺激は珍しい単一の複合活動電位のpreinjury（C）を連想させる。傷害の活動12週間後にはかなりおそらく脊髄内の正中線とプラスチックの変化を横断萌芽そのまま軸索に、（C &#39;）を増加させる。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51843/51843fig4highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51843/51843fig5highres.jpg" width="500" /> 図5：pyramidotomy後の解剖学的評価は（A、B、C、D）ビオチン化デキストランアミンは、非損傷CST（ 図1には緑色を参照）に対応する運動皮質に注入することにより、皮質脊髄路を追跡するために使用された。背内側、CSの腹内側部品Tは、（A、背内側Bに拡大部分）。（C）及び（D）は処置に応答して除神経側の灰白質に正中線を横切って発芽の繊維（A）からの倍率であるはっきりと見える。病変の完全性を評価するために、子宮頸部レベルの横断面4（12週間受傷後の組織）がPKCγ（E）に対する抗体を用いて切断し、染色した。画像の左側のCSTはそのままであり、おそらく、負傷した背部CSTの構造的崩壊により、除神経側に正中線を横切って膨出見ることができる。

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Unilateral Pyramidotomy of the Corticospinal Tract in Rats for Assessment of Neuroplasticity-inducing Therapies

皮質脊髄路、主要な感覚路の一つは、中枢神経系のための神経可塑性を誘導する治療法を試験するために、齧歯類脳幹に一方的に傷害することができる。この外科手術手順（「pyramidotomy」）と術後の評価は、このプロトコルに記載されている。

神経可塑性を誘導する治療法の評価のためのラットの皮質脊髄路の片側Pyramidotomy

The corticospinal tract (CST) can be completely severed unilaterally in the medullary pyramids of the rodent brainstem. The CST is a motor tract that has ...

unilateral-pyramidotomy-corticospinal-tract-rats-for-assessment

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.8K ビュー.  King's College London. 皮質脊髄路、主要な感覚路の一つは、中枢神経系のための神経可塑性を誘導する治療法を試験するために、齧歯類脳幹に一方的に傷害することができる。この外科手術手順（「pyramidotomy」）と術後の評価は、このプロトコルに記載されている。 

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A Novel Approach to Assess Motor Outcome of Deep Brain Stimulation Effects in the Hemiparkinsonian Rat: Staircase and Cylinder Test

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to screen different neurostimulation patterns in hemiparkinsonian (unilateral lesioned) rats. It consists of creating a unilateral Parkinson&#39;s lesion by injecting 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right medial forebrain bundle, implanting chronic stimulation electrodes into the subthalamic nucleus and evaluating motor outcomes at the end of 24 hr periods of cable-bound external neurostimulation. The stimulation was conducted with constant current stimulation. The amplitude was set 20% below the individual threshold for side effects. The motor outcome evaluation was done by the assessment of spontaneous paw use in the cylinder test according to Shallert and by the assessment of skilled reaching in the staircase test according to Montoya. This protocol describes in detail the training in the staircase box, the cylinder test, as well as the use of both in hemiparkinsonian rats. The use of both tests is necessary, because the staircase test seems to be more sensitive for fine motor skill impairment and exhibits greater sensitivity to change during neurostimulation. The combination of the unilateral Parkinson model and the two behavioral tests allows the assessment of different stimulation parameters in a standardized way.

Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson's disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.

Hemiparkinsonianラットにおける脳深部刺激効果のモーターの成果を評価するための新しいアプローチ：階段室とシリンダーテスト

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to ...

行動学

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, which is unlike the protocols used for human subjects. We report a successful application of rTMS to the unilateral hemisphere of rat brain. The rTMS was delivered with a low-frequency (1 Hz), high-frequency (20 Hz), or sham stimulation protocol to one side of the brain by using a small 25-mm figure-8 coil. We placed the center of the coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulated the coil 45&#176; to the ground to minimize a potential direct effect of rTMS on the contralateral cortex. We also used an in-house water cooling system to enable repetitive magnetic stimulation for more than 20 min, even at a 20-Hz stimulation frequency. Increases in the transcriptions of immediate early genes (Arc, Junb, and Egr2) were greater after rTMS than after sham stimulation. After 5 consecutive days of 20-min 1-Hz rTMS, bdnf mRNA expression was significantly higher in stimulated cortex than in contralateral side. The model presented herein will elucidate the molecular mechanisms of rTMS by allowing analysis of the inter-hemispheric difference in its effect.

We applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the unilateral hemisphere of rat brain, by placing a 25-mm figure-8 coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulating the coil by 45&#176;. An in-house water cooling system was used for rTMS for more than 20 min.

ラットの脳の片側半球に反復経頭蓋磁気刺激

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...

The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity largely use video analysis of reaching or food manipulation. While these tasks are easy to implement and are robust across disease models, they are subjective and laborious for the experimenter. Automating traditional tasks or creating new automated tasks can make the tasks more efficient, objective, and quantitative. Since rats are less dexterous than primates, central nervous system (CNS) injury produces more subtle deficits in dexterity, however, supination is highly affected in rodents and crucial to hand function in primates. Therefore, we designed a semi-automated task that measures forelimb supination in rats. Rats are trained to reach and grasp a knob-shaped manipulandum and turn the manipulandum in supination to receive a reward. Rats can acquire the skill within 20 &plusmn; 5 days. While the early part of training is highly supervised, much of the training is done without direct supervision. The task reliably and reproducibly captures subtle deficits after injury and shows functional recovery that accurately reflects clinical recovery curves. Analysis of data is performed by specialized software through a graphical user interface that is designed to be intuitive. We also give solutions to common problems encountered during training, and show that minor corrections to behavior early in training produce reliable acquisition of supination. Thus, the knob supination task provides efficient and quantitative evaluation of a critical movement for dexterity in rats.

This manuscript describes a semi-automated task that quantifies supination in rats. Rats reach, grasp, and supinate a spherical manipulandum. The rat is rewarded with a pellet if the turn angle exceeds a criterion set by the user. This task increases throughput, sensitivity to injury, and objectivity compared to traditional tasks.

ノブ外タスク: ラットの前肢関数を評価するための半自動メソッド

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

The Ladder Rung Walking Task: A Scoring System and its Practical Application.

Progress in the development of animal models for/stroke, spinal cord injury, and other neurodegenerative disease requires tests of high sensitivity to elaborate distinct aspects of motor function and to determine even subtle loss of movement capacity. To enhance efficacy and resolution of testing, tests should permit qualitative and quantitative measures of motor function and be sensitive to changes in performance during recovery periods. The present study describes a new task to assess skilled walking in the rat to measure both forelimb and hindlimb function at the same time. Animals are required to walk along a horizontal ladder on which the spacing of the rungs is variable and is periodically changed. Changes in rung spacing prevent animals from learning the absolute and relative location of the rungs and so minimize the ability of the animals to compensate for impairments through learning. In addition, changing the spacing between the rungs allows the test to be used repeatedly in long-term studies. Methods are described for both quantitative and qualitative description of both fore- and hindlimb performance, including limb placing, stepping, co-ordination. Furthermore, use of compensatory strategies is indicated by missteps or compensatory steps in response to another limb&#x2019;s misplacement. 

The ladder rung walking task is a new test to assess skilled walking and measure both forelimb and hindlimb placing, stepping, and inter-limb co-ordination.

タスクを歩くラダーラング：スコアリングシステムとその実用化。

Progress in the development of animal models for/stroke, spinal cord injury, and other neurodegenerative disease requires tests of high sensitivity to ...

生物学

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.

ヒト誘導多能性幹細胞由来神経細胞の治療移植によるマウス脳損傷の制御された皮質衝撃モデル

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

発生生物学

Performing Permanent Distal Middle Cerebral with Common Carotid Artery Occlusion in Aged Rats to Study Cortical Ischemia with Sustained Disability

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, obesity and diabetes. Accordingly, when evaluating therapies for stroke in animals, it is important to select a model with excellent face validity. Ischemic stroke accounts for 80% of all strokes, and the majority of these occur in the territory of the middle cerebral artery (MCA), often inducing infarcts that affect the sensorimotor cortex, causing persistent plegia or paresis on the contralateral side of the body. We demonstrate in this video a method for producing ischemic stroke in elderly rats, which causes sustained sensorimotor disability and substantial cortical infarcts. Specifically, we induce permanent distal middle cerebral artery occlusion (MCAO) in elderly female rats by using diathermy forceps to occlude a short segment of this artery. The carotid artery on the ipsilateral side to the lesion was then permanently occluded and the contralateral carotid artery was transiently occluded for 60 min. We measure the infarct size using structural T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) at 24 hr and 8 weeks after stroke. In this study, the mean infarct volume was 4.5% &#177; 2.0% (standard deviation) of the ipsilateral hemisphere at 24 hr (corrected for brain swelling using Gerriet&#8217;s equation, n = 5). This model is feasible and clinically relevant as it permits the induction of sustained sensorimotor deficits, which is important for the elucidation of pathophysiological mechanisms and novel treatments.

Here we present a protocol to produce permanent distal middle cerebral artery occlusion in elderly female rats with simultaneous occlusion of the carotid arteries to generate large cortical infarcts and sustained deficits. We show confirmation of the lesion size using structural MRI at 24 hr and 8 weeks after stroke.

持続的な障害と皮質虚血を研究するために高齢ラットにおける一般的な頸動脈閉塞と永久遠位中大脳の実行

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, ...

医学

Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes demonstrate the ability to record action potentials from individual or small groups of neurons. Such recorded signals have successfully been used to allow patients to interface with or control&#160;computers, robotic limbs, and their own limbs. However, previous animal studies have shown that a microelectrode implantation in the brain not only damages the surrounding tissue but can also result in functional deficits. Here, we discuss a series of behavioral tests to quantify potential motor impairments following the implantation of intracortical microelectrodes into the motor cortex of a rat. The methods for open field grid, ladder crossing, and grip strength testing provide valuable information regarding the potential complications resulting from a microelectrode implantation. The results of the behavioral testing are correlated with endpoint histology, providing additional information on the pathological outcomes and impacts of this procedure on the adjacent tissue.

We have shown that a microelectrode implantation in the motor cortex of rats causes immediate and lasting motor deficits. The methods proposed herein outline a microelectrode implantation surgery and three rodent behavioral tasks to elucidate potential changes in the fine or gross motor function due to implantation-caused damage to the motor cortex.

ラット皮質運動野の微小電極注入による機能的障害を評価するためにテスト行動の齧歯動物

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

生物工学

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a closed-loop event-triggered manner. Although many studies are focusing on the possible benefits and side-effects of TES in healthy and pathologic brains, there are still many fundamental open questions regarding the mechanism of action of the stimulation. Therefore, there is a clear need for a robust and reproducible method to test the acute and the chronic effects of TES in rodents. TES can be combined with regular behavioral, electrophysiological, and imaging techniques to investigate neuronal networks in vivo. The implantation of transcranial stimulation electrodes does not impose extra constraints on the experimental design while it offers a versatile, flexible tool to manipulate brain activity. Here we provide a detailed, step-by-step protocol to fabricate and implant transcranial stimulation electrodes to influence brain activity in a temporally constrained manner for months.

This detailed protocol describes transcranial stimulation electrode placement on the temporal bone in order to investigate the short- and long-term effects of transcranial electrical stimulation in freely moving rats.

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

神経科学

Spinal Cord Lateral Hemisection and Asymmetric Behavioral Assessments in Adult Rats

Incomplete spinal cord injury (SCI) often leads to impairments of sensorimotor functions and is clinically the most frequent type of SCI. Human Brown-S&#233;quard syndrome&#160;is a common type of incomplete SCI caused by a lesion to one half of the spinal cord which results in paralysis and loss of&#160;proprioception&#160;on the same (or ipsilesional) side as the injury, and loss of pain and temperature sensation on the opposite (or contralesional) side. Adequate methodologies for producing a spinal cord lateral hemisection (HX) and assessing neurological impairments are essential to establish a reliable animal model of Brown-S&#233;quard syndrome. Although lateral hemisection model plays a pivotal role in basic and translational research, standardized protocols for creating such a hemisection and assessing unilateralized function are lacking. The goal of this study is to describe step-by-step procedures to produce a rat spinal lateral HX at the 9th thoracic (T9) vertebral level. We, then, describe a combined behavior scale for HX (CBS-HX) that provides a simple and sensitive assessment of asymmetric neurological performance for unilateral SCI. The CBS-HX, ranging from 0 to 18, is composed of 4 individual assessments which include unilateral hindlimb stepping (UHS), coupling, contact placing, and grid walking. For CBS-HX, the ipsilateral and contralateral hindlimbs are assessed separately. We found that, after a T9 HX, the ipsilateral hindlimb showed impaired behavior function whereas the contralateral hindlimb showed substantial recovery. The CBS-HX effectively discriminated behavioral functions between ipsilateral and contralateral hindlimbs and detected temporal progression of recovery of the ipsilateral hindlimb. The CBS-HX components can be analyzed separately or in combination with other measures when needed. Although we only provided visual descriptions of the surgical procedures and behavioral assessments of a thoracic HX, the principle may be applied to other incomplete SCIs and at other levels of the injury.

Here we describe surgical procedures to produce a reliable spinal cord lateral hemisection (HX) at the 9th thoracic level in adult rats and neurobehavioral assessments designed for detecting asymmetric deficits after such a unilateral injury.

成人ラットにおける脊髄横片切と非対称行動評価

Incomplete spinal cord injury (SCI) often leads to impairments of sensorimotor functions and is clinically the most frequent type of SCI. Human ...

Multifactorial Assessment of Motor Behavior in Rats after Unilateral Sciatic Nerve Crush Injury

The induction of a peripheral nerve injury is a widely used method in neuroscience for the assessment of repair and pain mechanisms among others. In addition, in the research field of movement disorders, sciatic crush injury has been employed to trigger a dystonia-like phenotype in genetically predisposed DYT-TOR1A rodent models of dystonia. To achieve consistent, reproducible and comparable results after a sciatic nerve crush injury, a standardized method for inducing the nerve crush is essential, in addition to a standardized phenotypical characterization. Attention must be paid not only to the specific assortment of behavioral tests, but also to the technical requirements, the correct execution and consecutive data analysis. This protocol describes in detail how to perform a sciatic nerve crush injury and provides a behavioral test battery for the assessment of motor deficits in rats that includes the open field test, the CatWalk XT gait analysis, the beam walking task, and the ladder rung walking task.

We provide a protocol for the assessment of motor behavior via a behavioral test battery in rats after sciatic nerve crush injury.

一方的坐骨神経クラッシュ傷害後のラットにおける運動行動の多因子的評価

The induction of a peripheral nerve injury is a widely used method in neuroscience for the assessment of repair and pain mechanisms among others. In ...