Introduciamo un modello di lesioni del midollo spinale basato sullo spostamento tissutale che può produrre una lesione contusiva del midollo spinale in topi adulti.
Produzione di una lesione del midollo spinale contusivo coerente e riproducibile (SCI) è fondamentale per ridurre al minimo le variabilità comportamentali ed istologiche tra animali sperimentali. Sono stati sviluppati diversi modelli di contusive SCI per produrre lesioni con meccanismi diversi. La gravità dello SCI si basa sull'altezza che viene lasciato cadere un dato peso, la forza di lesioni o lo spostamento del midollo spinale. Nello studio in corso, abbiamo introdotto un nuovo dispositivo SCI a contusivo del mouse, l'impatto dell'impatto dell'impianto di lesioni di Louisville (LISA), che può creare un SCI a base di spostamento con elevata velocità e precisione di lesioni. Questo sistema utilizza sensori di distanza laser combinati con software avanzato per produrre lesioni classificate e altamente riproducibili. Abbiamo eseguito un SCI contusivo al 10 ° livello toracico vertebrale (T10) nei topi per dimostrare la procedura passo-passo. Il modello può essere applicato anche ai livelli spinali cervicali e lombari.
Il più comune lesione del midollo spinale (SCI) che si verifica negli esseri umani è un SCI 1 contusivo. Per studiare i meccanismi di lesione e le varie strategie terapeutiche a seguito di SCI, è necessario un modello SCI contusivo preciso, coerente e riproducibile nei roditori.
Molti modelli di lesioni del contusivo del midollo spinale con vari meccanismi di produzione di lesioni sono stati utilizzati nella ricerca sperimentale SCI 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Tre modelli contusivi SCI – in particolare, l'impatto di misura di 3 ( 6 ) dell'Università di New York (NYU) / Multicenter Animal Spinal Cord Injury Studies (MASCIS), l'impulso di impulso dell'Università di Stato dell'Ohio (OSU) e il dispositivo SCI (ESCID) elettromagnetico 5 , 7 , unD l'impatto di impulso Infinite Horizon (IH) 4 , 8 – sono ampiamente accettati nel campo della ricerca SCI. Il misuratore NYU / MASCIS o un equivalente produce lesioni, riducendo un peso fisso da diverse altezze sul midollo spinale di destinazione per generare più severità di lesioni 3 , 6 . L'OSU / ESCID provoca lesioni inducendo lo spostamento dei tessuti 5 , 7 . L'impatto a impatto IH produce ferite applicando forze diverse al midollo spinale 4 , 8 . Ogni imputatore utilizza una velocità diversa, che è un parametro importante che influenza i risultati del pregiudizio. L'apparecchio NYU / MASCIS genera velocità che vanno da 0,33-0,9 m / s. Il dispositivo IH ha una velocità massima di 0,13 m / s 4 . Il dispositivo di impatto OSU / ESCID ha una velocità fissa di 0,148 m / s 5 . In particolare, le velocità delSe i modelli sono inferiori a quelli osservati nelle velocità cliniche, che di solito superano 1,0 m / s 9 .
Qui introduciamo un dispositivo SCI contusivo basato sullo spostamento, chiamato l'apparato di sistema di lesioni di Louisville (LISA), per produrre SCI nei topi con una velocità di impatto elevata 10 . Questo sistema include uno stabilizzatore vertebrale, che stabilizza saldamente la vertebra nel luogo di lesioni, consentendo la produzione di un SCI costante e riproducibile. Il sensore laser del dispositivo assicura la precisa determinazione dello spostamento dei tessuti e la conseguente gravità dello SCI. La velocità dello stantuffo al punto di contatto con il midollo spinale può essere regolata da 0,5 a 2 m / s. Questi parametri di lesione strettamente replicano SCI traumatico visto clinicamente.
Nel 1911, Allen descrisse il primo modello di caduta di peso usando un peso fisso per indurre lesioni sui cavi spinali esposti dei cani 12 . Modelli di goccia di peso simili sono stati sviluppati in base al modello Allen, incluso l'impatto dell'impulso NYU / MASCIS 3 , 6 , 13 , 14 . Oltre al modello di drop weight, sono stati creati altri dispositivi SCI. Il modello OSU / ESCID 5 , 7 utilizza un meccanismo di spostamento dei tessuti per controllare la gravità del pregiudizio e il modello IH 4 , 8 utilizza la forza per creare un SCI graduabile. In questi sistemi, la stabilizzazione vertebrale è ottenuta bloccando i processi spinosi rostral e caudali al sito di lesioni. Questi dispositivi utilizzano basse velocità di lesioni, in particolare 0,33-0,9 m / s (NYU / MASCIS), 0,148 m / s (OSU / ESCID),E 0,13 m / s (IH). Stabilizzare i processi spinosi rostrali e caudali possono causare flessibilità della colonna vertebrale e spine durante l'impatto, che possono influenzare l'accuratezza dei lesioni.
Il metodo LISA tenta di superare le carenze dei modelli esistenti, in particolare per quanto riguarda l'instabilità della colonna vertebrale e la bassa velocità di lesione. Questo metodo utilizza la stabilizzazione bilaterale delle facce e evita gli artefatti di movimento associati al pregiudizio. Questo dispositivo utilizza una velocità ad alta impatto che può essere impostata tra 0,5-2 m / s 11 , 15 . Il sensore laser è più avanzato del Vibrator Ling utilizzato nel modello ESCID e misura esattamente la distanza dalla superficie del midollo spinale senza richiedere alcun contatto tissutale. Il modello è stato originariamente sviluppato per produrre un ratto SCI ed è stato adattato per produrre SCI sui topi e sui primati non umani 16 con modifiche.
Colonna vertebraleL'abilizzazione riduce la variabilità in tutti i metodi sperimentali SCI, in particolare nei modelli di spostamento dei tessuti. Il sensore di distanza laser determina la grandezza dello spostamento del midollo spinale durante i movimenti respiratori. È importante che il punto del midollo spinale in cui il laser sia concentrato dovrebbe essere il punto identico colpito dall'impulso. Questo passaggio viene eseguito durante la fase di calibrazione ( Figura 3 ), quando la punta dell'impulso e il raggio laser sono allineati. Una potenziale debolezza di questo modello è che la grandezza dello spostamento dei tessuti è misurata dalla superficie dura. Sebbene lo spessore della dura costituisca una differenza trascurabile tra gli animali, può esistere una variabilità significativa nello spazio subaracnoideo pieno di fluido cerebrospinale (CSF). La variabilità nei risultati di lesioni può verificarsi quando si produce una ferita di contusione molto lieve usando un piccolo spostamento dei tessuti. Nel complesso, la coerenza del pregiudizio dipende prevalentemente dall'altoSulla precisione dello spostamento dei tessuti e anche sulla velocità e sul tempo di contatto del tessuto dello stantuffo.
La portata dello spostamento dei tessuti è ampia (precisione: 0-10 ± 0.005 mm). Sulla base dei dati pilota precedenti e delle informazioni pubblicate su roditori e primati non umani, uno spostamento del 20% del diametro anteroposteriore della SC produce un leggero SCI, uno spostamento del 30-40% produce un SCI moderato e uno spostamento> 50% Produce gravi SCI ad una velocità di 1 m / s. Ci saranno delle lievi differenze a seconda delle specie animali. Il tempo di sosta è regolabile da 0 a 5 s utilizzando un relè tempo. Nel nostro studio, il tempo di dimora è stato impostato a 300 ms. Questo può essere facilmente regolato per replicare i tempi di attesa di altri dispositivi SCI, inclusi i modelli NYU e IH.
In sintesi, abbiamo sviluppato un modello basato sullo spostamento di SCUS contusivo nei topi adulti. Il modello utilizza uno stabilizzatore a forma di U per stabilizzare le sfaccettature laterali bilaterali evitando il cavoManufatti di movimento associati alla misura guidata dal laser della superficie del cavo. Questo modello può produrre lesioni a corda ad alta velocità da 0,5-2 m / s. Il sensore laser è più preciso del metodo convenzionale per determinare la velocità e la distanza dalla superficie di impatto. Il modello può produrre lesioni del midollo spinale a tutti i livelli, da lievi a gravi. Quando modificato, questo dispositivo può anche causare lesioni nei ratti e negli animali di grandi dimensioni come i primati non umani.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato sostenuto in parte da NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562; Premio Merit Review I01 BX002356 del Dipartimento degli Affari Esteri degli Stati Uniti; Fondazione Craig H Neilsen 296749; Indiana Spinal Cord e Brain Injury Research Foundation e Mari Hulman George Funds Funds (XMX); Norton Healthcare, Louisville, KY (YPZ); Lo stato dell'Indiana ISDH 13679 (XW); E la NeuroCures Foundation.
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 |