Chronische longitudinale in vivo Mikroskopie mittels implantierter Rückenmarkskammer nach experimenteller traumatischer Rückenmarksschädigung in der Maus

Abstract-Text deutsch

Einleitung: Longitudinale in vivo Mikroskopie ermöglicht den Einblick in pathophysiologische Prozesse im lebenden Organismus in Echtzeit und kann infolge von Rückenmarkstrauma zu einem tieferen Verständnis potenzieller Therapieansätze beitragen. Durch die Implantation einer Rückenmarkskammer wird chronische in vivo Mikroskopie des Rückenmarks ohne wiederholte Operationen möglich. In dieser Arbeit präsentieren wir die Modifikation einer implantierten Rückenmarkskammer zur chronischen longitudinalen in vivo Mikroskopie nach Clip-Kompressions-Rückenmarkstrauma in der Maus.

Material/Methoden: In erwachsenen C57BL/6J Mäusen (m/w, n=8) wurde mittels modifiziertem Aneurysma-Clip (5g, 60s) ein tief thorakales (Th11/12) Rückenmarkstrauma induziert. Sham-Tiere erhielten eine 2-Höhen-Laminektomie. Anschließend wurde eine Rückenmarkskammer implantiert. Perioperativ erfolgten antibiotische Prophylaxe mit Amoxicillin sowie Schmerztherapie mit Buprenorphin. Es erfolgten in vivo Licht- und Fluoreszenzmikroskopie zur Darstellung von Blutfluss (FITC) und Inflammation (Rhodamin-Dextran) zu den Zeitpunkten 1, 3, 7, 14 und 28d nach Implantation. Zusätzlich erfolgten neurologische Untersuchungen (Catwalk® Ganganalyse, Basso Mouse Scale), und der Vergleich mit Trauma- und Sham-Tieren ohne Rückenmarkskammer (C57BL/6J, m/w, n=12). Histologische Untersuchungen erfolgten zur Analyse der Gewebeintegrität (Luxol-Fast-Blue+H&E) nach 7 und 28d. Alle Tierexperimente wurden behördlich genehmigt (G031417). 

Ergebnisse: Chronische in vivo Mikroskopie war in Trauma- und Sham-Tieren bis zu 28d nach Implantation der Rückenmarkskammer möglich. In einzelnen Tieren zeigte sich geringe Inflammation zu frühen Zeitpunkten (bis 7d). Die Implantation der Rückenmarkskammer resultierte in keinen anhaltenden Veränderungen der neurologischen Funktion oder der postoperativen Entwicklung des Körpergewichts im Vergleich zu Tieren ohne implantierter Rückenmarkskammer.

Diskussion: Die Implantation einer Rückenmarkskammer nach Clip-Kompressions-Rückenmarkstrauma ist machbar und erlaubt longitudinale in vivo Mikroskopie über mehrere Zeitpunkte bis in die chronische Trauma-Phase. Hierbei kommt es zu keiner nachhaltigen Veränderung der neurologischen Funktion oder der Integrität des Rückenmarks. Um detailliertere Aufnahmen mit höherer Eindringtiefe zu erhalten, kann longitudinale 2-Photon-Mikroskopie in den experimentellen Aufbau integriert werden.

Abstract-Text englisch

Objective: Longitudinal in vivo microscopy allows for a direct real-time insight into pathophysiological processes in the living organism. After experimental Spinal Cord Injury (SCI) it can contribute to a deeper understanding of pathophysiological processes and potential therapeutic approaches. The implantation of a spinal window chamber enables longitudinal in vivo imaging of the spinal cord without the necessity for repeated surgery. With this study, we show the modification of an established spinal window chamber for chronic longitudinal in vivo imaging after experimental SCI in the mouse.

Methods: Adult C57BL/6J mice (m/f, n=8) underwent low-thoracic (Th11/12) clip-compression SCI using a modified aneurysm clip (5g, 60s) or sham-injury (two-level-laminectomy), followed by the implantation of a spinal window chamber for later in vivo microscopy. Perioperative antibiotic therapy with amoxicillin and postoperative pain medication with buprenorphine was applied. In vivo white light and fluorescence microscopy to image blood flow (FITC) and inflammation (Rhodamine-dextran) was performed at postoperative days 1, 3, 7, 14 and 28. Additionally, neurobehavioral assessment (Catwalk® automated gait analysis and Basso Mouse Scale) was performed at the given time points. Neurobehavioral analysis was compared to specimens (C57BL/6J mice, m/f, n=12) with SCI or sham-injury without spinal window chamber implantation. Histological analysis for tissue integrity assessment (Luxol-Fast-Blue + H&E) was performed after 7 and 28 days follow-up. Animal experimental permission was granted (G031417). 

Results: Chronic longitudinal in vivo white light and fluorescence microscopy was possible up to 28 days postoperatively after both SCI and sham injury. Only mild inflammation was observed in individual specimens at early timepoints (up to 7d). Specimens with an implanted spinal window chamber did not show any differences in automated gait analysis (Catwalk®), Basso Mouse Scale, postoperative body weight development or histologically assessed spinal cord integrity compared with specimens which received the same surgery without spinal window chamber implantation.

Conclusions: The implantation of a spinal window chamber after clip compression SCI in the mouse is feasible and allows for longitudinal in vivo imaging up to the chronic injury phase without modifying neurological function or spinal cord integrity compared to specimens without chamber implantation. To achieve more detailed in vivo imaging at a greater depth, longitudinal two-photon microscopy can be integrated in the setup.