אנו מציגים מודל תזוזה מבוסס חוט השדרה על חוט השדרה, שיכול לייצר פגיעה עקבית בחוט השדרה בעכברים מבוגרים.
הפקת פגיעה עקבית ושחזור של חוט השדרה (SCI) היא קריטית לצמצום ההבדלים ההתנהגותיים וההיסטולוגיים בין בעלי חיים ניסיוניים. כמה מודלים SCI contusive פותחו כדי לייצר פציעות באמצעות מנגנונים שונים. חומרת ה- SCI מבוססת על גובה שמשקל נתון יורד, כוח הפציעה או עקירה של חוט השדרה. במחקר הנוכחי, אנו מציגים עכבר חדשני עכבר SCI contusive, לואיסוויל פגיעה במערכת מכשיר (LISA) effector, אשר יכול ליצור SCI מבוסס תזוזה עם מהירות פגיעה גבוהה ודיוק. מערכת זו מנצלת חיישנים מרחק לייזר בשילוב עם תוכנה מתקדמת לייצר מדורגת מאוד לשחזור פציעות. ביצענו SCI contusive ב 10 חולית החזה (T10) רמת עכברים בעכברים כדי להדגים את ההליך צעד אחר צעד. המודל יכול להיות מיושם גם על רמות השדרה הצוואר הרחם המותני.
הנפגע השכיח ביותר בחוט השדרה (SCI) המתרחשים בבני אדם הוא SCI contusive 1 . כדי לחקור את מנגנוני הפציעה ואת אסטרטגיות טיפוליות שונות בעקבות SCI, מודל מדוייק מדויק, עקבי, לשחזור SCI במכרסמים יש צורך.
מודלים רבים של פגיעה בחוט השדרה, עם מנגנוני הפציעה השונים, שימשו במחקר SCI ניסיוני 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . שלושה דגמי SCI חמקמקים – במיוחד, המשקל הנגרם על-ידי אוניברסיטת ניו-יורק / ניו-יורק (NYU) / מולטיסינטר – פגיעה בחוט השדרה (MASCIS) , 3 , 6 , מכשיר ה- SCU אלקטרומגנטי של אוניברסיטת אוהיו (OSU) 7 , אD את האינסוף האינסופי (IH) effector 4 , 8 – מתקבלים נרחב בתחום המחקר SCI. אפקט ה- NYU / MASCIS או מקביל מייצר פגיעה על ידי הפלת משקל קבוע מגבהים שונים על חוט השדרה היעד כדי ליצור חומרת פגיעה מרובים 3 , 6 . OSU / ESCID גורם לפציעה על ידי גרימת עקירה רקמות 5 , 7 . גורם IH מייצר פגיעה על ידי הפעלת כוחות שונים על חוט השדרה 4 , 8 . כל אפקטור משתמש במהירות שונה, שהיא פרמטר חשוב המשפיע על תוצאות הפציעה. מנגנון ה- NYU / MASCIS מייצר מהירויות שבין 0.33-0.9 m / s. למכשיר IH יש מהירות מקסימלית של 0.13 מטר לשנייה. לחצני OSU / ESCID יש מהירות קבועה של 0.148 m / s 5 . יש לציין, את המהירות שלSE נמוך יותר מזה שנצפה במהירויות הקליניות, אשר בדרך כלל עולה על 1.0 m / s 9 .
כאן, אנו מציגים התקן חדש המבוסס על עקירה SCI מבוסס על תזוזה, הנקרא לואיסוויל פגיעה במערכת מערכת (LISA), כדי לייצר SCI בעכברים עם מהירות גבוהה השפעה 10 . מערכת זו כוללת מייצב חוליות, אשר מייצבת בחוזקה את החוליה באתר של פגיעה, המאפשר ייצור קבוע, לשחזור SCI. חיישן הלייזר של המכשיר מבטיח את הקביעה המדויקת של עקירת רקמות ואת חומרת כתוצאה של SCI. מהירות הבוכנה בנקודת המגע עם חוט השדרה יכולה להיות מותאמת בין 0.5 ל -2 m / s. אלה פרמטרים פגיעה מקרוב לשכפל טראומטית SCI לראות קלינית.
בשנת 1911, תיאר אלן את מודל הירידה במשקל הראשון באמצעות משקל קבוע כדי לגרום לפציעות על חוט השדרה החשוף של הכלבים 12 . מודלים דומים לירידה במשקל פותחו על פי מודל אלן, כולל השפעת ה- NYU / MASCIS 3 , 6 , 13 , 14 . בנוסף לדגם ירידה במשקל, התקני SCI אחרים נוצרו. OSU / ESCID 5 , 7 מודל משתמש מנגנון עקירה רקמות כדי לשלוט בחומרה פגיעה, ואת מודל IH 4 , 8 משתמש בכוח כדי ליצור SCI מדורגת. במערכות אלה, ייצוב חוליות מתקבל על ידי clamping את התהליכים spinous מקורי זנב לאתר הפציעה. התקנים אלה מנצלים מהירויות פגיעה נמוכות, במיוחד 0.33 – 0.9 m / s (NYU / MASCIS), 0.148 m / s (OSU / ESCID)ו 0.13 m / s (IH). ייצוב תהליכים spinral מקורי ו הזנב עלול לגרום גמישות עמוד השדרה ואת עמוד השדרה התנועה במהלך ההשפעה, אשר עשוי להשפיע על פגיעה דיוק.
שיטת LISA מנסה להתגבר על החסרונות של המודלים הקיימים, במיוחד בכל הנוגע לחוסר יציבות בעמוד השדרה ולמהירות פציעה נמוכה. שיטה זו משתמשת ביציבות פנים דו צדדית ונמנעת מרכבי התנועה הקשורים לפציעה. מכשיר זה מנצל מהירות גבוהה השפעה שניתן להגדיר בין 0.5-2 m / s 11 , 15 . חיישן הלייזר הוא מתקדם יותר מאשר ויברטורה לינג בשימוש במודל ESCID ומדויק בדיוק את המרחק מן פני השטח של חוט השדרה ללא צורך במגע רקמות. המודל פותח במקור כדי לייצר עכברוש SCI, וזה עכשיו כבר מותאם כדי לייצר SCI על עכברים על אדם לא פרימטים 16 , עם שינויים.
שדרהAbilization מפחית את השונות בכל שיטות SCI ניסיוני, במיוחד מודלים תזוזה רקמות. חיישן מרחק הלייזר קובע את גודל עקירת הרקמות של חוט השדרה במהלך תנועות נשימה. חשוב כי הנקודה של חוט השדרה שבו לייזר ממוקדת צריכה להיות זהה נקודה פגע על ידי effector. שלב זה נעשה במהלך שלב כיול ( איור 3 ), כאשר קצה effor ואת קרן לייזר מיושרים. חולשה פוטנציאלית של מודל זה היא כי גודל של עקירת רקמות נמדדת על פני השטח dural. למרות עובי הדורה מהווה הבדל זניח בין בעלי חיים, השתנות משמעותית עשויה להתקיים בחלל subarachnoid מלא נוזל מוחי (CSF). שונות בתוצאות הפציעה עלולה להתרחש בעת הפקת פגיעה קלה מאוד בהפרעה באמצעות עירוי רקמות קטן. בסך הכל, עקביות של הפציעה תלויה בעיקרעל הדיוק של עקירה רקמות וגם על מהירות וזמן רקמות מגע של הבוכנה.
טווח העקירה רקמות רחב (דיוק: 0-10 ± 0.005 מ"מ). בהתבסס על נתוני פיילוט קודמים ומידע שפורסם במכרסמים ובפריטים שאינם אנושיים, תזוזה של 20% מקוטר אנטרופוסטוריור של ה- SC מניבה SCI קלה, תזוזה של 30-40% מפיקה מדד מתון, ועלייה של 50% מייצרת SCI חמור במהירות של 1 מ ש. יהיו הבדלים קלים בהתאם למינים של בעלי חיים. זמן השהייה הוא מתכוונן מ 0 ל 5 s באמצעות ממסר זמן. במחקר שלנו, זמן השהייה נקבע ב 300 ms. זה יכול להיות מותאם בקלות כדי לשכפל את זמן השהייה של מכשירים אחרים SCI, כולל מודלים NY ו IH.
לסיכום, פיתחנו מודל תזוזה מבוסס של SCI contusive בעכברים בוגרים. המודל משתמש במייצב בצורת U כדי לייצב את פני השדרה הדו-צדדיים, תוך הימנעות מהכבלחפצי תנועה הקשורים למדידת הלייזר של משטח הכבל. מודל זה יכול לייצר במהירות גבוהה פגיעות חוט מ 0.5-2 m / s. חיישן הלייזר מדויק יותר מהשיטה הקונבנציונלית כדי לקבוע את המהירות ואת המרחק אל משטח ההשפעה. המודל יכול לייצר פציעות של חוט השדרה בכל הרמות, מתון עד חמור. כאשר שונה, מכשיר זה יכול גם לייצר פציעות בחולדות ובעלי חיים גדולים כגון פרימטים לא אנושיים.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה בחלקו על ידי NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562; סקירה פרסים סקירה I01 BX002356 של משרד החוץ של ארה"ב לענייני; קרן קרייג נילסן 296749; אינדיאנה חוט השדרה ומחקר פגיעה במוח קרן ומרי הולמן ג 'ורג' קרנות ההקדשה (XMX); נורטון בריאות, לואיוויל, KY (YPZ); מדינת אינדיאנה ISDH 13679 (XW); וקרן NeuroCures.
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 |