Stimulation of Cervical Excitatory Interneurons to Restore Breathing After Chronic Cervical Spinal Cord Injury

刺激颈部兴奋性中间神经元以恢复慢性颈髓损伤后的呼吸

基本信息

项目摘要

Dysfunctional breathing is a significant cause of morbidity and mortality after cervical SCI (cSCI). The ability to restore breathing in the chronic phase after cervical SCI (cSCI) is an overwhelming yet important goal. The diaphragm, the major inspiratory muscle, is innervated by phrenic motoneurons (PMNs) located in the cervical spinal cord (C3-C5). Cervical interneurons synapse onto PMNs and discharge in synchrony with phrenic inspir- atory output and modulate breathing. Premotor neurons within the rostral ventral respiratory group of neurons (rVRG) in the brainstem provide the main inspiratory drive to the spinal respiratory circuitry. Cervical spinal cord injury (SCI) disrupts the communication between rVRG and the spinal respiratory circuitry resulting in significant respiratory compromise. We recently demonstrated that pharmacogenetic stimulation of cervical excitatory in- terneurons (eINs) immediately after cSCI rescues breathing in mice; however, it is not known if this strategy will be effective in improving breathing in the chronic phase of cSCI. At the chronic stage, the respiratory network is known to undergo significant modifications. Moreover, our previous work in non-traumatic compressive injury to the cervical spinal cord demonstrated that cervical eINs play an integral role in promoting plasticity and main- taining ventilation despite a significant loss of PMNs. Given that cervical eINs integrate into the respiratory net- work, and they are necessary for the spontaneous respiratory recovery, they emerge as critical therapeutic tar- gets for respiratory recovery in the chronic phase after traumatic cSCI. We hypothesize that providing selec- tive excitatory input to surviving PMNs at the late stage of cSCI will enhance PMNs output and respiratory recovery. The first objective of this proposal aims to gain more significant insights into the status of the respira- tory neural network after chronic cSCI. The second objective of this proposal will examine a novel treatment strategy involving selective stimulation of cervical eINs to promote respiratory recovery in the chronic phase after cSCI. In aim 1, we will assess the survival of PMNs following C2 hemisection injury (C2Hx) using the monosynaptic retrograde tracer Cholera Toxin Subunit B to specifically track the PMNs. In the second part of Aim 1, we will simultaneously map the input-output connectivity of the cervical respiratory elements, the PMNs and the prephrenic cervical eINs, in the naïve-uninjured state and after cSCI. In Aim 2, we will selectively stimulate the cervical eINs in the region of the phrenic nuclei after chronic cSCI using the DREADD technology. This technique has innovative applications due to its ability to activate or silence neuronal populations non-invasively. The effect of stimulating cervical eINs on promoting respiratory recovery after chronic cSCI will be assessed using electro- myography and whole-body plethysmography. The expected outcomes of the proposed experiments are inno- vative as it will increase our knowledge of the spinal respiratory network after chronic cSCI and facilitate the development of a novel strategy to restore breathing in the chronic phase of cSCI. These results will have a meaningful positive impact on the health and survival of veterans with SCI, and the strategy examined here has the potential to be implemented for weaning patients off mechanical ventilation in the chronic phase after cSCI when promoting recovery has remained a daunting task. Additionally, SCI represents a significant focus area of the veterans, about 7% of those living with SCI in the United States have sustained their SCI while actively serving. Injuries are often due to penetrating injuries such as from gunshots or high-powered explosive devices. As such, military personnel with SCI face even more long-term disabilities than those endured by civilians with SCI, and the issues more pronounced in veterans with cSCI and respiratory dysfunctions.
呼吸功能障碍是颈椎 SCI (cSCI) 后发病和死亡的一个重要原因。 恢复颈椎 SCI (cSCI) 后慢性期的呼吸是一个压倒性但重要的目标。 膈肌是主要的吸气肌,由位于颈椎的膈运动神经元 (PMN) 支配 脊髓(C3-C5)的颈间神经元与 PMN 突触并与膈吸气同步放电。 口腹侧呼吸神经元组内的前运动神经元。 脑干中的 (rVRG) 为脊髓呼吸回路提供主要的吸气驱动。 损伤(SCI)破坏了 rVRG 和脊髓呼吸回路之间的通讯,导致显着的 我们最近证明了宫颈兴奋性的药物遗传学刺激。 cSCI 挽救小鼠呼吸后立即释放三元神经元 (eIN);然而,尚不清楚这种策略是否有效。 有效改善 cSCI 慢性期的呼吸 在慢性期,呼吸网络处于瘫痪状态。 此外,我们之前在非创伤性压缩损伤方面的工作也发生了重大变化。 颈脊髓的研究表明,颈椎 eIN 在促进可塑性和维持功能方面发挥着不可或缺的作用。 尽管 PMN 大量减少,但仍保持通气,因为颈部 eIN 已整合到呼吸系统中。 工作,并且它们对于自主呼吸恢复是必需的,因此它们成为关键的治疗目标 创伤性 cSCI 后慢性期的呼吸恢复,我们勇敢地提供了选择。 在 cSCI 后期对幸存的 PMN 进行积极的兴奋性输入将增强 PMN 的输出和呼吸 该提案的第一个目标是更深入地了解呼吸系统的状况。 该提案的第二个目标是研究一种新的治疗方法。 选择性刺激颈部 eIN 的策略,以促进术后慢性期的呼吸恢复 cSCI。 在目标 1 中,我们将使用单突触评估 C2 半切损伤 (C2Hx) 后 PMN 的存活率 逆行示踪剂霍乱毒素亚基 B​​ 专门追踪 PMN 在目标 1 的第二部分中,我们将。 同时绘制颈部呼吸元件、PMN 和呼吸系统的输入输出连接 在目标 2 中,在未受伤状态下和 cSCI 后,我们将选择性地刺激膈前颈椎 eIN。 使用 DREADD 技术对慢性 cSCI 后膈核区域的颈部 eIN 进行观察。 由于其能够非侵入性地激活或沉默神经群体,因此具有创新的应用效果。 颈椎刺激 eIN 对促进慢性 cSCI 后呼吸恢复的作用将使用电进行评估 所提出的实验的预期结果是创新的。 因为它将增加我们对慢性 cSCI 后脊髓呼吸网络的了解,并促进 开发一种新的策略来恢复 cSCI 慢性期的呼吸这些结果将产生一定的影响。 对患有 SCI 的退伍军人的健康和生存产生了有意义的积极影响,这里研究的策略 cSCI 后慢性期患者撤机机械通气的可能性 此外,SCI 代表了一个重要的重点领域。 对于退伍军人来说,在美国,大约 7% 的 SCI 患者在积极治疗的同时维持了 SCI 服役时受伤通常是由于枪伤或高能爆炸装置造成的穿透伤。 因此,患有 SCI 的军事人员比患有 SCI 的平民面临更长期的残疾。 脊髓损伤,并且这些问题在患有脊髓损伤和呼吸功能障碍的退伍军人中更为明显。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Shekar N. Kurpad其他文献

Shekar N. Kurpad的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Shekar N. Kurpad', 18)}}的其他基金

Stimulation of Cervical Excitatory Interneurons to Restore Breathing After Chronic Cervical Spinal Cord Injury
刺激颈部兴奋性中间神经元以恢复慢性颈髓损伤后的呼吸
  • 批准号:
    10531878
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Advanced MRI of Spinal Cord Injury
脊髓损伤的高级 MRI
  • 批准号:
    10731352
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Advanced MRI of Spinal Cord Injury
脊髓损伤的高级 MRI
  • 批准号:
    10356042
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Advanced MRI of Spinal Cord Injury
脊髓损伤的高级 MRI
  • 批准号:
    9900574
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
ShEEP Request for Fusion Flow Cytometer and Cell Sorter
ShEEP 请求融合流式细胞仪和细胞分选仪
  • 批准号:
    9210823
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Diffusion Tensor Imaging of the Injured Spinal Cord
损伤脊髓的弥散张量成像
  • 批准号:
    8783631
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Diffusion tensor imaging of the injured spinal cord
受损脊髓的弥散张量成像
  • 批准号:
    8668988
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Diffusion tensor imaging of the injured spinal cord
受损脊髓的弥散张量成像
  • 批准号:
    7888248
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Diffusion tensor imaging of the injured spinal cord
受损脊髓的弥散张量成像
  • 批准号:
    7748471
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:

相似国自然基金

儿童脊柱区腧穴针刺安全性的发育解剖学及三维数字化研究
  • 批准号:
    82360892
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
寰枢椎脱位后路钉棒内固定系统复位能力优化的相关解剖学及生物力学研究
  • 批准号:
    82272582
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
亚热带典型阔叶树种径向生长的解剖学特征及其碳分配调控机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于次生乳管网络结构发育比较解剖学和转录组学的橡胶树产胶机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于垂体腺瘤海绵窦侵袭模式的相关膜性解剖学及影像学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Fluency from Flesh to Filament: Collation, Representation, and Analysis of Multi-Scale Neuroimaging data to Characterize and Diagnose Alzheimer's Disease
从肉体到细丝的流畅性:多尺度神经影像数据的整理、表示和分析,以表征和诊断阿尔茨海默病
  • 批准号:
    10462257
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Functional analysis of an LGN-based visual prosthesis
基于 LGN 的视觉假体的功能分析
  • 批准号:
    10582766
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
DNA methylation signatures of Alzheimer's disease in aged astrocytes
老年星形胶质细胞中阿尔茨海默病的 DNA 甲基化特征
  • 批准号:
    10807864
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
The blood-brain barrier and Alzheimer pathology
血脑屏障和阿尔茨海默病病理学
  • 批准号:
    10800246
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Robust Precision Mapping of Cortical and Subcortical Brain Metabolic Signatures in AD
AD 中大脑皮层和皮层下代谢特征的稳健精确绘图
  • 批准号:
    10746348
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了