우리는 성인 생쥐에서 일관된 contusive 척수 손상을 일으킬 수있는 조직 변위 기반 논란 척수 손상 모델을 소개합니다.
일관되고 재현성있는 contusive 척수 손상 (SCI)을 생성하는 것은 실험 동물 간의 행동 및 조직 변화를 최소화하는 데 중요합니다. 서로 다른 메커니즘을 사용하여 상해를 유발하는 여러 contiveive SCI 모델이 개발되었습니다. SCI의 심각도는 주어진 체중이 떨어지는 높이, 부상당하는 힘 또는 척수의 변위에 근거합니다. 본 연구에서는 높은 상해 속도와 정확도를 갖는 변위 기반 SCI를 생성 할 수있는 새로운 마우스 타박상 SCI 장치 인 LISA (Louisville Injury System Apparatus)를 소개합니다. 이 시스템은 고급 소프트웨어와 결합 된 레이저 거리 센서를 사용하여 등급이 매겨지고 재현성이 높은 상해를 일으 킵니다. 우리는 마우스의 10 번째 흉추 (T10) 수준에서 까다로운 SCI를 수행하여 단계별 절차를 시연했습니다. 이 모델은 자궁 경부 및 척추 수준에도 적용 할 수 있습니다.
인간에서 발생하는 가장 흔한 척수 손상 (SCI)은 까다로운 SCI 1 입니다. SCI를 따르는 손상 및 다양한 치료 전략의 메커니즘을 조사하기 위해 설치류에서 정확하고 일관되며 재현성있는 타박상 SCI 모델이 필요하다.
다양한 상해 유발 메커니즘을 가진 많은 척수 외상 손상 모델이 실험적 SCI 연구 2 , 3 , 4 , 5 , 6 에서 사용되어왔다. 오하이오 주립 대학교 (OSU) 임팩터 / 전자기 SCI 장치 (ESCID) 5 , 3 , 6 , 뉴욕 대학 (NYU) / 다기관 동물 척수 손상 연구 (MASCIS) 도 7 에서,무한 수평선 (Infinite Horizon, IH) 임팩터 4 , 8 은 SCI 연구 분야에서 널리 받아 들여지고있다. NYU / MASCIS 임팩터 또는 이와 동등한 척도는 다른 높이에서 고정 된 무게를 목표 척수로 떨어 뜨려 다발성 중증도 3 , 6 을 만들어 상해를 유발합니다. OSU / ESCID는 조직 변위를 유도하여 상해를 유발합니다 5 , 7 . IH 임팩터는 척수 4 , 8 에 다른 힘을가함으로써 손상을 일으 킵니다. 각 충격 장치는 다른 속도를 사용하는데 이는 부상 결과에 영향을 미치는 중요한 매개 변수입니다. NYU / MASCIS 장치는 0.33-0.9 m / s 범위의 속도를 생성합니다. IH 장치의 최대 속도는 0.13m / s입니다. OSU / ESCID 임팩터는 0.148m / s의 고정 된 속도를 가진다. 특히,se 모델은 일반적으로 1.0 m / s를 초과하는 임상 속도에서 관찰 된 모델보다 낮습니다.
여기에서는 충격 속도가 높은 마우스에서 SCI를 생산하기 위해 Louisville Injury System Apparatus (LISA)라고 불리는 새로운 변위 기반 SCI 장치를 소개합니다. 이 시스템은 손상 부위에서 척추골을 단단히 안정화시켜 일정하고 재현성있는 SCI를 생성 할 수있는 척추 안정제를 포함합니다. 장치의 레이저 센서는 조직 변위의 정확한 결정과 결과적으로 SCI의 심각성을 보장합니다. 척수와의 접촉점에서 플런저의 속도는 0.5에서 2m / s로 조정할 수 있습니다. 이러한 상해 매개 변수는 임상 적으로 보인 외상성 SCI를 복제합니다.
1911 년 Allen은 고정 체중을 사용하여 첫 번째 체중 감소 모델을 설명하여 개들의 노출 된 척수에 부상을 유도했습니다. NYU / MASCIS 임팩터 3 , 6 , 13 , 14 를 포함한 Allen 모델을 기반으로 비슷한 체중 감소 모델이 개발되었습니다. 체중 감소 모델 외에도 다른 SCI 장치가 생성되었습니다. OSU / ESCID 5 , 7 모델은 조직 변위 메커니즘을 사용하여 상해의 심각성을 제어하고 IH 모델 4 , 8 은 힘을 사용하여 경사각 SCI를 만듭니다. 이러한 시스템에서, 척추 안정화는 주둥이와 장골 부위를 부상 부위에 고정시킴으로써 이루어진다. 이 장치는 낮은 상해 속도, 특히 0.33 – 0.9 m / s (NYU / MASCIS), 0.148 m / s (OSU / ESCID),및 0.13 m / s (1H). 주둥이와 꼬리의 가시 돌기를 안정시키는 것은 충격 중에 척추의 유연성과 척추 움직임을 유발할 수 있으며 이는 부상의 정확성에 영향을 줄 수 있습니다.
LISA 방법은 기존 모델의 단점, 특히 척추의 불안정성과 낮은 부상 속도를 극복하려고 시도합니다. 이 방법은 양측면 안정화를 사용하고 부상과 관련된 움직임 인공물을 피합니다. 이 장치는 0.5-2m / s 11 , 15 사이에서 설정할 수있는 높은 충격 속도를 사용합니다. 레이저 센서는 ESCID 모델에 사용 된 링 진동기보다 더 진보되었으며 조직 접촉을 필요로하지 않고 척수 표면으로부터의 거리를 정확하게 측정합니다. 모델은 원래 쥐 SCI를 생산하기 위해 개발되었으며, 수정 된 상태로 마우스 및 비인간 영장류에서 SCI를 생산하기 위해 개발되었습니다.
척추abilization은 모든 실험 SCI 방법, 특히 조직 변위 모델의 가변성을 줄입니다. 레이저 거리 센서는 호흡 운동 중에 척수의 조직 변위의 정도를 결정합니다. 레이저가 초점을 맞춘 척수의 지점은 임팩터가 부딪힌 동일한 지점이어야합니다. 이 단계는 임팩터 팁과 레이저 빔이 정렬 된 교정 단계 ( 그림 3 ) 중에 수행됩니다. 이 모델의 잠재적 약점은 조직 변위의 크기가 경막 표면에서 측정된다는 것입니다. 경막의 두께가 동물 사이에 무시할만한 차이를 만들어 내지 만 뇌척수액 (CSF)으로 채워진 지주막 하 공간에 상당한 변화가있을 수 있습니다. 작은 조직 변위를 사용하여 매우 약한 타박상을 일으킬 때 상해 결과의 다양성이 발생할 수 있습니다. 전체적으로, 상해의 일관성은 주로 의존적입니다조직 변위의 정확성 및 플런저의 속도 및 조직 접촉 시간에 영향을 미친다.
조직 변위의 범위는 넓습니다 (정확도 : 0-10 ± 0.005 mm). 설치류 및 비인간 영장류에 대한 이전의 시험 데이터 및 발표 된 정보를 토대로, SC의 전후 직경의 20 %의 변위는 경도의 SCI를 초래하고, 30-40 %의 변위는 적당한 SCI를 생성하고,> 50 %의 변위 1 m / s 속도에서 심각한 SCI를 생성합니다. 동물 종에 따라 약간의 차이가있을 것입니다. 드웰 시간은 시간 릴레이를 사용하여 0에서 5 초까지 조정할 수 있습니다. 우리의 연구에서, 체류 시간은 300 ms로 설정되었다. 이것은 NYU 및 IH 모델을 포함한 다른 SCI 장치의 휴지 시간을 복제하기 위해 쉽게 조정할 수 있습니다.
요약하면, 우리는 어른 생쥐에서 contiveive SCI의 변위 기반 모델을 개발했습니다. 이 모델은 코드를 피하면서 양측 척추면을 안정화시키기 위해 U 형 안정기를 사용합니다코드 표면의 레이저 유도 측정과 관련된 동작 인공물. 이 모델은 0.5-2m / s에서 고속 코드 손상을 일으킬 수 있습니다. 레이저 센서는 충격 표면까지의 속도와 거리를 결정하는 기존의 방법보다 정확합니다. 이 모델은 경미한 수준에서 심각한 수준까지 모든 수준에서 척수 손상을 일으킬 수 있습니다. 변형 된 경우,이 장치는 또한 쥐 및 비인간 영장류와 같은 대형 동물에서 상해를 유발할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 부분적으로 NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562; 미 육군 참전 용사 부 (Department of Veterans Affairs)의 우수 리뷰 상 I01 BX002356; Craig H Neilsen Foundation 296749; 인디애나 척수 및 뇌 손상 연구 재단 및 Mari Hulman George 기증 기금 (XMX); 노턴 헬스 케어, 루이스 빌, 켄터키 주 (YPZ); 인디애나 주 ISDH 13679 (XW); 및 NeuroCures 재단.
Ketamine (7.2mg/ml)/Xylazine (0.475mg/ml)/Acepromazine | Patterson Veterinary | 07-890-8598/07-869-7632/07-808-1947 | Anesthetic agent |
Buprenorphine(0.03mg/ml) | Patterson Veterinary | 07-891-9756 | Pain relief agent |
Carprofen | Patterson Veterinary | 07-844-7425 | antibiotic agent |
Purdue Products Betadine Surgerical Scrub | Fisher Scientific | 19-027132 | for sterilizing skin |
Dukal Gauze Sponges | Fisher Scientific | 22-415-490 | for sterilizing skin |
Decon Ethanol 200 Proof | Fisher Scientific | 04-355-450 | for sterilizing skin |
1ml NORM-JECT | HENKE SASS WOLF | D-78532 | for anethesia/pain relief/antibiotic agent injection |
10ml Syringe | TERUMO | REF SS-10L | for saline injection |
Artificial Tears Eye Ointment | Webster Veterinary | 07-870-5261 | provent eyes from dry |
Antiobiotic Ointment | Webster Veterinary | 07-877-0876 | provent surgery cut from infection |
Cotton Tipped Applicators | Fisher Scientific | 1006015 | stop bleeding |
Instrument Sterilizer | Fine Science Tools | 18000-50 | for sterilizing surgery tool |
Fine Forceps | Fine Science Tools | 11223-20 | grasp tissue |
Scalpel | Fine Science Tools | 10003-12 | skin cut |
Scalpel Blade #15 | Fisher Scientific | 10015-00 | skin cut |
Hemostat | Fine Science Tools | 13004-14 | stop bleeding |
Rongeur | Fine Science Tools | 16021-14 | laminectomy |
Agricola Retractor | Fine Science Tools | 17005-04 | keep the surgery view open |
Fine scissors | Fine Science Tools | 14040-10 | for muscle seperated from spine |
Sterile sutures | Fine Science Tools | 12051-10 | skin closure |
Mouse Vertebral stabilizer | Louisville Impactor System | N/A | Stabilize and expose the vertebra |
LISA | Louisville Impactor System | N/A | Produce an experimental contusion injury of the spinal cord in mice |