CNS effects of mechanically produced spina bifida

SUMMARY Neural-tube defects were produced by one of two mechanical perturbations in an amphibian model system: newly-formed neural tubes were slit dorsally, or an intrinsic mass (an eye primordium transplanted to the neural plate) was introduced to prevent dorsal closure. Electron microscopic analyses showed that the resulting CNS distortions invariably included paired spinal-cord tubes that developed ciliated central canals surrounded by cellular layers and rimmed laterally by axon-filled marginal zones. Specific axon tracts grew in appropriate locations through the regions of simple diastematomyelia. Even in the most histologically distorted regions, ventral roots developed, axons were myelinated, and neuromuscular synapses formed in adjacent muscles. On the other hand, an excess of cells populated the defects and in histologically distorted regions the axon tracts were clearly less well organized than in normal animals. Neural-crest cells and the notochord did not appear to be affected. In addition, distant neurons and axon tracts appeared normal. These mechanical lesions could produce spina bifida without hydrocephalus. It is concluded that mechanical lesions to the forming neural tube will produce mainly local effects with a strong tendency toward diastematomyelia. RESUME Effets sur le S.N.C. de Spina Bijida produir par moyens meraniques Des defauts du tube neural ont ete produits par I'une des deux perturbations mecaniques suivantes dans un modele amphibien. Des tubes neuraux nouvellement formes ont ete divists dorsalement ou une masse intrinseque (un oeil primaire transplante sur la plaque neurale) a ete introduite pour empecher la fermeture dorsale. Les analyse en microscope electronique ont montre que les perturbations resultantes sur le SNC comprenaient invariablement des tubes medullaires doubles qui presentaient des canaux centraux cilies entoures par des couches cellulaires et bordts lateralement par des zones marginales remplies d'axones. Les faisceaux axonaux specifiques se sont developpts dans les localisations appropriees a travers les regions de simple diasteatomyelie. Meme dans les regions les plus perturbees histologiquement, les racines ventrales se sont developpees, les axones ont ete myelinists et les synapses neuro-musculaires se sont formees dans les muscles adjacents. D'un autre cĉte, un exces de cellules occupaient les regions altertes et dans les regions perturb& histologiquement, les faisceaux axonaux Ctaient manifestemment moins bien organists que chez les animaux normaux. Les cellules des crEtes neurales et la notochorde nc paraissaient pas alterees. De plus, les neurones et les faisceaux distaux paraissaient normaux. Ces lesions mecaniques peuvent produire un spina bifida sans hydrocephalie. Les auteurs concluent que les lesions mecaniques sur le tube neural en formation produisent essentiellement des effets locaux avec une forte tendance vers la diastematomyelie. ZUSAMMENFASSUNG ZNS- Veranderungen durch mechanisch induzierre Spina bijida In einem Amphibien-Modell wurden durch mechanische Sttirungen Neuralrohrdefekte hervorgerufen: die neu angelegten Neuralrohre wurden dorsal geschlitrt oder es wurde ein organisches Substrat eingebracht (in diesem Fall wurde eine Augenanlage in die Neuralplatte transplantiert), um den dorsalen Schlus zu verhindern. Die elektronenmikroskopischen Analyses zeigten, das die resultierenden ZNS Veranderungen paarig angelegte Ruckenmarkskanale aufwiesen, die bewimperte Zentralkanlle, umgeben von Zellschichten und lateral eingefast von axonreichen Randzonen entwickelten. Die spezifischen Axonbahnen wuchsen an richtiger Stelle durch den Bereich der einfachen Diastematomyelie. Selbst in den histologisch am starksten veranderten Regionen entwickelten sich ventrale Wurzeln, die Axone waren myelinisiert und in den angrenzenden Muskeln bildeten sich neuromuskulare Synapsen. Andererseits bildeten sich im Bereich der Defekte uberschussige Zellen und in histologisch veranderten Regionen waren die Axonbahenen deutlich schlechter organisiert als bei gesunden Tieren. Neuralleistenzellen und Notochord schienen nicht beeinflust. Entferntere Neurone und Axonbahnen erschienen ebenfalls normal Diese La'sionen konnten eine Spina bifida ohne Hydrocephalus verursachen. Man kommt zu dem Ergebnis, das mechanische Lasionen an dem sich bildenden Neuralrohr hauptsachlich lokale Defekte mit einer ausgepragten Tendenz zur Diastematomyelie bewirken. RESUMEN Efecros sobre el S.N.C. en la espina bijida producida mecainicamenre En un sistema modelo anfibio se produjeron defectos en el tubo neural por uno de los dos mecanismos siguintes: los tubos neurales recientemente formados fueron seccionedos dorsalmente o bien se introdujo una masa intrinseca (un ojo primordial trasplantado a la paca neural) para evitar el cierre dorsal. E1 estudio con microscopio electronico demostro que las distorsiones producidas en el SNC incluian invariablemente tubos espinales pares, que desarrollaban canales centrales ciliados rodeados de capas celulares y bordeados lateralmente con zonas marginales llenas de axones. Tractos axonicos especificos crecieron en los lugares apropiados a traves de regiones de simple diastematomielia. Incluso en las regiones con mayor distorsion histologica se desarrollaron raices ventrales, los axones estaban mielinizados y se habian formado sinapsis en los musculos adyacentes. Por otra parte los defectos tenian un exceso de celulas y en la regiones histologicamente distorsionadas los axones eran claramente menos organizados que en los animales normales. Estas lesiones mechicas podian producir espina bifida sin hidrocefalia. Se concluye que las lesiones mecaicas producidas en un tubo neural en formacion, produciran mayormente efectos locales con una marcada tendencia hacia la diastematomielia.