Wij introduceren een weefselverplaatsingsgebaseerd contusief ruggenmergbeseringsmodel dat een consequente contusieve ruggengraatbesering in volwassen muizen kan veroorzaken.
Het produceren van een consistente en reproduceerbare aanhoudende ruggenmergbesering (SCI) is van cruciaal belang om de gedrags- en histologische variabiliteit tussen proefdieren te minimaliseren. Verschillende contusieve SCI modellen zijn ontwikkeld om letsels te produceren met behulp van verschillende mechanismen. De ernst van de SCI is gebaseerd op de hoogte van een bepaald gewicht, de schadekracht of de ruggengraatverplaatsing. In het huidige onderzoek introduceren we een nieuw muisonderdrukkend SCI-apparaat, de LISA-beveiligingsinstallatie van Louisville, die een verplaatsingsgerichte SCI kan creëren met hoge snelheid en nauwkeurigheid. Dit systeem maakt gebruik van laserafstandsensoren gecombineerd met geavanceerde software om gegradueerde en zeer reproduceerbare verwondingen te produceren. We hebben een incusive SCI uitgevoerd op het 10de thoracale vertebrale niveau (T10) in muizen om de stap-voor-stap procedure te demonstreren. Het model kan ook worden toegepast op de cervicale en lumbale ruggengraat.
Het meest voorkomende ruggenmergletsel (SCI) dat bij mensen voorkomt, is een aanstootgevend SCI 1 . Om de mechanismen van letsel en de verschillende therapeutische strategieën na SCI te onderzoeken, is een nauwkeurig, consistent en reproduceerbaar contrasterend SCI-model bij knaagdieren nodig.
Veel experimentele SCI-onderzoeken 2 , 3 , 4 , 5 , 6 hebben veel voorkomende letselsmodellen met verschillende mechanismen voor schade veroorzaakt. Drie incusive SCI-modellen – in het bijzonder de weight-based New York University (NYU) / Multicenter Animal Spine Cord Injury Studies (MASCIS) impactor 3 , 6 , de Ohio State University (OSU) impactor / elektromagnetische SCI device (ESCID) 5 , 7 , anD de Infinite Horizon (IH) impactor 4 , 8 – worden algemeen geaccepteerd in het SCI onderzoeksgebied. De NYU / MASCIS impactor of een equivalent veroorzaakt letsel door een vast gewicht van verschillende hoogten op het ruggegraat te laten vallen om meerdere verwondingsstoornissen 3 , 6 te veroorzaken. De OSU / ESCID veroorzaakt letsel door het induceren van weefselverplaatsing 5 , 7 . De IH-impactor veroorzaakt letsel door verschillende krachten op het ruggenmerg 4 , 8 aan te brengen . Elke impactor gebruikt een andere snelheid, die een belangrijke parameter is die de schadeuitkomsten beïnvloedt. Het NYU / MASCIS apparaat genereert snelheden, variërend van 0,33-0,9 m / s. Het IH-apparaat heeft een maximale snelheid van 0,13 m / s 4 . De OSU / ESCID-impactor heeft een vaste snelheid van 0.148 m / s 5 . Met name de snelheden van deSe modellen zijn lager dan die waargenomen in klinische snelheden, die meestal 1,0 m / s 9 overschrijden.
Hier introduceren we een nieuw verplaatsingsgerelateerd SCI-apparaat, genaamd de Louisville Injury System Apparatus (LISA), om SCI te produceren in muizen met een hoge slagsnelheid 10 . Dit systeem omvat een vertebrale stabilisator, die de wervel stevig stabiliseert op de plaats van letsel, waardoor de productie van een constante, reproduceerbare SCI mogelijk is. De lasersensor van het apparaat zorgt voor de nauwkeurige bepaling van weefselverplaatsing en de daaruit voortvloeiende ernst van de SCI. De snelheid van de plunjer bij het contactpunt met het ruggenmerg kan van 0,5 tot 2 m / s worden ingesteld. Deze verwondingsparameters nauwkeurig repliceren traumatische SCI gezien klinisch.
In 1911 beschreef Allen het eerste gewichtdruppelmodel met een vast gewicht om verwondingen op de blootgestelde ruggengraat van honden 12 te veroorzaken. Vergelijkbare gewichtsverliesmodellen zijn ontwikkeld op basis van het Allen-model, inclusief de NYU / MASCIS-impactor 3 , 6 , 13 , 14 . Naast het gewichtdruppelmodel zijn er ook andere SCI-apparaten gemaakt. Het OSU / ESCID 5 , 7- model maakt gebruik van een weefselverplaatsingsmechanisme om de ernst van het letsel te beheersen en het IH-model 4 , 8 gebruikt kracht om een SCI te creëren. In deze systemen wordt vertebrale stabilisatie verkregen door de spinale processen rostral en caudale te klemmen op de schadeplaats. Deze apparaten gebruiken lage schade snelheden, in het bijzonder 0,33 – 0,9 m / s (NYU / MASCIS), 0,148 m / s (OSU / ESCID),En 0,13 m / s (1H). Stabilisatie van de rostrale en caudale spinous processen kan de buik flexibiliteit en ruggengraat beweging veroorzaken tijdens de impact, die de verwondingsnauwkeurigheid kan beïnvloeden.
De LISA-methode probeert de tekortkomingen van bestaande modellen te overwinnen, met name met betrekking tot ruggengraatinstabiliteit en lage letselsnelheid. Deze methode maakt gebruik van bilaterale fasetstabilisatie en voorkomt bewegingsartifacten die verband houden met het letsel. Dit apparaat maakt gebruik van een hoge slagsnelheid die kan worden ingesteld tussen 0,5-2 m / s 11 , 15 . De lasersensor is meer geavanceerd dan de Ling Vibrator die in het ESCID-model wordt gebruikt en meet nauwkeurig de afstand van het oppervlak van het ruggenmerg zonder dat het weefselcontact vereist. Het model werd oorspronkelijk ontwikkeld om een rat SCI te produceren en is nu aangepast om SCI op muizen en op niet-menselijke primaten 16 te produceren, met modificaties.
Spine stAbilisatie vermindert de variabiliteit in alle experimentele SCI-methoden, met name in weefselverplaatsingsmodellen. De laserafstandsensor bepaalt de omvang van de weefselverplaatsing van het ruggenmerg tijdens ademhalingsbewegingen. Het is belangrijk dat het punt van het ruggenmerg waarop de laser gericht is, hetzelfde punt zijn dat de impactor slaat. Deze stap wordt bereikt tijdens de kalibratiestap ( Figuur 3 ), wanneer de slagstift en de laserbundel uitlijnen. Een mogelijke zwakte van dit model is dat de grootte van de weefselverplaatsing wordt gemeten van het dure oppervlak. Hoewel de dura dikte een verwaarloosbaar verschil tussen dieren vormt, kan er een significante variabiliteit bestaan in de subarachnoïde ruimte gevuld met cerebrospinale vloeistof (CSF). Variabiliteit in letselsuitkomsten kan optreden bij het produceren van een zeer mild contusie letsel met behulp van een kleine weefselverplaatsing. Over het algemeen is de consistentie van het letsel hoofdzakelijk afhankelijkOp de nauwkeurigheid van weefselverplaatsing en ook op de snelheids- en weefselcontacttijd van de plunjer.
Het bereik van weefselverplaatsing is breed (nauwkeurigheid: 0-10 ± 0,005 mm). Op basis van eerdere pilootgegevens en gepubliceerde informatie bij knaagdieren en niet-menselijke primaten levert een verplaatsing van 20% van de anteroposterior diameter van het SC een milde SCI op, een 30-40% verplaatsing produceert een matige SCI en een> 50% verplaatsing Produceert ernstige SCI met een snelheid van 1 m / s. Er zijn kleine verschillen afhankelijk van de diersoorten. De verblijftijd is instelbaar van 0 tot 5 s met behulp van een tijdrelais. In onze studie werd de verblijftijd ingesteld op 300 ms. Dit kan gemakkelijk worden aangepast om de verblijftijden van andere SCI-apparaten te herhalen, inclusief de NYU- en IH-modellen.
Samengevat hebben we een verplaatsingsmodel ontwikkeld van contusive SCI bij volwassen muizen. Het model maakt gebruik van een U-vormige stabilisator om de bilaterale ruggengraat facetten te stabiliseren, waardoor het snoer wordt vermedenBewegingsartifacten geassocieerd met de lasergeleide meting van het koordoppervlak. Dit model kan hoge snelheidsnelheidsklachten veroorzaken van 0,5-2 m / s. De lasersensor is nauwkeuriger dan de conventionele methode om de snelheid en de afstand tot het slagvlak te bepalen. Het model kan op alle niveaus schade veroorzaken van het ruggenmerg, van mild tot ernstig. Bij het wijzigen kan dit apparaat ook letsels veroorzaken bij ratten en grote dieren, zoals niet-menselijke primaten.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562; Merit Review Award I01 BX002356 van het Amerikaanse ministerie van Veteranen Zaken; Craig H Neilsen Stichting 296749; Indiana Spinal Cord en Brain Injury Research Foundation en Mari Hulman George Endowment Funds (XMX); Norton Healthcare, Louisville, KY (YPZ); De staat van indiana ISDH 13679 (XW); En de 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 |