Intervertebral Disc Degeneration and Cross-Talk with the Nervous System
椎间盘退变和与神经系统的交互作用
基本信息
- 批准号:10897489
- 负责人:
- 金额:$ 6.13万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-08-01 至 2025-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Action PotentialsAcuteAffectAfferent NeuronsAlgorithmsAnatomyAnimal ModelAnimalsBehaviorBehavior monitoringBehavioralBrain imagingCalciumCellsCentral Nervous SystemChronicConfocal MicroscopyDissociationDistantExposure toFluorescence MicroscopyGenerationsGenetic TranscriptionGoalsHarvestImageImpairmentIn VitroIncubatedInfiltrationInflammation MediatorsInjuryInterventionIntervertebral disc structureIon ChannelKnowledgeLow Back PainMeasuresMethodsModelingMolecularMolecular TargetMonitorMorphologyMotionMusNerveNerve FibersNervous SystemNeuronsOperative Surgical ProceduresOrganOrgan Culture TechniquesPainPathologyPatternPhenotypePopulationPre-Clinical ModelPuncture procedureRattusRoleSiteSodium Channel BlockersSpinal CordSpinal GangliaTRPV1 geneTestingTetrodotoxinTissuesTransgenesVisualizationWorkafferent nervearmcohortcontrast enhanceddisabilitydiscogenic painelectric fieldfluorophorein vivoin vivo fluorescenceinjuredintervertebral disk degenerationmicroCTmouse modelneurotransmissionneurotrophic factornovelnovel strategiespromoterprotein expressionresponsesecond harmonicsensory stimulusspinal disk injurytransmission processtwo-photonvoltage
项目摘要
Intervertebral disc (IVD) degeneration is one of the greatest contributors to low back pain, yet how the IVD can
generate pain remains poorly understood. To date, our knowledge of “cross-talk” between degenerating IVD and
sensory nerves involved in transmitting pain is limited to findings of altered protein and RNA expression in tissues
of the IVD, the spinal cord or dorsal root ganglia (DRG). Recent advances in the imaging of sensory neuron
activation via recording of Ca2+ sensitive fluorescent indicators, together with pre-clinical models of IVD
degeneration, now enable the study of temporal and spatial changes in neuronal function and their “cross-talk”
to changes in the degenerating IVD.
We propose to evaluate action potential-driven Ca2+ transients and molecular changes in sensory
neurons in a mouse model of injury-induced IVD degeneration. In Specific Aim 1, we will document
temporal changes to pain-related behaviors and sensitivity in Thy1-GCaMP6s mice following puncture of a
lumbar IVD to induce IVD degeneration. These mice carry a transgene for the calcium-sensitive fluorophore,
GCaMP6s, that is expressed in sensory nerves of the DRG. We will also evaluate the presence of neuronal
markers and key ion channels in innervating DRGs, and anatomic changes and nerve fiber infiltration in IVDs,
to test for changes with IVD degeneration as compared to sham controls. This work will document molecular
changes to IVD and DRGs for this model from 6 to 52 weeks of IVD degeneration, and test for relationships
between injured IVD and the innervating lumbar DRGs as a first measure of “cross-talk.” In Specific Aim 2, we
will evaluate action potential-driven Ca2+ transients in lumbar DRG neurons in the IVD degeneration model of
Specific Aim 1. We will record Ca2+ transients in intact DRG of Thy1-GCaMP6s mice in vitro following electric
field stimulation, and measure threshold voltage, 50% maximum (IC50), and numbers of responding DRG
neurons and their nearest neighbor response. DRGs will also be tested before and after incubation with sodium
channel blockers to screen for remodeling of specific ion channel function with periods of IVD degeneration. Our
goal is to identify temporal and spatial changes in DRG function and “cross-talk” with changes of IVD
degeneration. Finally, in Specific Aim 3, we will evaluate sensory stimuli-induced responses in the DRG of
living mice using in vivo fluorescence microscopy. Working with 2-photon confocal microscopy and motion
correction algorithms developed for brain imaging, we will identify the threshold response of DRG neurons in
Thy1-GCaMP6s mice with and without IVD degeneration, following in vivo stimulation of brush, pinch, heat and
cold. Our goal is to test for relationships between in vivo activation of lumbar DRG neurons with behavioral and
sensitivity changes following onset of IVD degeneration. Completion of this study would identify functional
changes to sensory neurons at sites distant to the degenerated IVD and reveal new information about IVD-
nervous system “cross-talk” that may suggest novel interventions for treatment of discogenic pain.
椎间盘 (IVD) 退变是腰痛的最大诱因之一,但 IVD 如何
迄今为止,我们对退化 IVD 与疼痛之间的“串扰”的了解仍然知之甚少。
参与传递疼痛的感觉神经仅限于组织中蛋白质和 RNA 表达的发现
IVD、脊髓或背根神经节 (DRG) 感觉神经元成像的最新进展。
通过记录 Ca2+ 敏感荧光指示剂以及 IVD 临床前模型进行激活
退化,现在可以研究神经功能的时间和空间变化及其“串扰”
退化 IVD 的变化。
我们建议评估动作电位驱动的 Ca2+ 瞬变和感觉中的分子变化
在特定目标 1 中,我们将记录损伤引起的 IVD 变性小鼠模型中的神经元。
Thy1-GCaMP6s 小鼠在穿刺后疼痛相关行为和敏感性的暂时变化
腰椎 IVD 诱导 IVD 变性 这些小鼠携带钙敏感荧光团的转基因,
GCaMP6,在 DRG 的感觉神经中表达,我们还将评估神经元的存在。
神经支配 DRG 中的标记物和关键离子通道,以及 IVD 中的解剖变化和神经纤维浸润,
测试与假对照相比 IVD 变性的变化。这项工作将记录分子。
在 6 至 52 周的 IVD 退化过程中,对该模型的 IVD 和 DRG 进行了更改,并测试了关系
在受伤的 IVD 和支配腰椎 DRG 之间作为“串扰”的第一个衡量标准。
将评估 IVD 变性模型中腰部 DRG 神经元中动作电位驱动的 Ca2+ 瞬变
具体目标 1. 我们将在电刺激后体外记录 Thy1-GCaMP6s 小鼠完整 DRG 中的 Ca2+ 瞬变
场刺激,并测量阈值电压、最大 50% (IC50) 和响应 DRG 的数量
神经元及其最近邻 DRG 的反应也将在与钠一起孵育之前和之后进行测试。
通道阻断剂可筛选具有 IVD 变性周期的特定离子通道功能的重塑。
目标是识别 DRG 功能的时间和空间变化以及与 IVD 变化的“串扰”
最后,在具体目标 3 中,我们将评估 DRG 中的感觉刺激引起的反应。
使用活体荧光显微镜观察活体小鼠,使用 2 光子共聚焦显微镜和运动。
为大脑成像开发的校正算法,我们将识别 DRG 神经元的阈值响应
在体内刷、捏、热和刺激后,有或没有 IVD 变性的 Thy1-GCaMP6s 小鼠
我们的目标是测试腰部 DRG 神经元的体内激活与行为和冷之间的关系。
IVD 变性发生后敏感性发生变化,完成本研究将确定功能。
远离退化 IVD 部位的感觉神经元发生变化,揭示了有关 IVD 的新信息
神经系统“串扰”可能会建议治疗椎间盘源性疼痛的新干预措施。
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Analysis of Infiltrating Immune Cells Following Intervertebral Disc Injury Reveals Recruitment of Gamma-Delta (γδ) T cells in Female Mice.
椎间盘损伤后浸润免疫细胞的分析揭示了雌性小鼠中 Gamma-Delta (γδ) T 细胞的募集。
- DOI:
- 发表时间:2024-03-02
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Clayton, Sade W;Walk, Remy E;Mpofu, Laura;Easson, Garrett W D;Tang, Simon Y
- 通讯作者:Tang, Simon Y
Bioactive in situ crosslinkable polymer-peptide hydrogel for cell delivery to the intervertebral disc in a rat model.
具有生物活性的原位可交联聚合物肽水凝胶,用于将细胞递送至大鼠模型的椎间盘。
- DOI:
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:9.7
- 作者:Barcellona, Marcos N;Speer, Julie E;Jing, Liufang;Patil, Deepanjali S;Gupta, Munish C;Buchowski, Jacob M;Setton, Lori A
- 通讯作者:Setton, Lori A
TRPV4 differentially controls inflammatory cytokine networks during static and dynamic compression of the intervertebral disc.
TRPV4 在椎间盘静态和动态压缩过程中差异性地控制炎症细胞因子网络。
- DOI:
- 发表时间:2023-12
- 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:Easson, Garrett W D;Savadipour, Alireza;Gonzalez, Christian;Guilak, Farshid;Tang, Simon Y
- 通讯作者:Tang, Simon Y
Integrin and syndecan binding peptide-conjugated alginate hydrogel for modulation of nucleus pulposus cell phenotype.
整合素和多聚糖结合肽缀合的藻酸盐水凝胶用于调节髓核细胞表型。
- DOI:10.1016/j.biomaterials.2021.121113
- 发表时间:2021-10
- 期刊:
- 影响因子:14
- 作者:X. Tan;Era Jain;M. Barcellona;E. Morris;S. Neal;Munish C. Gupta;J. Buchowski;M. Kelly;L. Setton;Nathaniel Huebsch
- 通讯作者:Nathaniel Huebsch
Integrin-mediated interactions with a laminin-presenting substrate modulate biosynthesis and phenotypic expression for cells of the human nucleus pulposus.
整合素介导的与层粘连蛋白呈递底物的相互作用调节人髓核细胞的生物合成和表型表达。
- DOI:
- 发表时间:2021-06-24
- 期刊:
- 影响因子:3.1
- 作者:Speer, J;Barcellona, M;Jing, L;Liu, B;Lu, M;Kelly, M;Buchowski, J;Zebala, L;Luhmann, S;Gupta, M;Setton, L
- 通讯作者:Setton, L
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F. Guilak;L. Alexopoulos;M. Haider;H. Ping Ting;Lori A. Setton - 通讯作者:
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