Wir führen ein Gewebeverdrängungs-basiertes Continal-Rückenmarksverletzungsmodell ein, das bei erwachsenen Mäusen eine konsistente Verletzung des Rückenmarks verursachen kann.
Die Erzeugung einer konsistenten und reproduzierbaren kontinentalen Rückenmarksverletzung (SCI) ist entscheidend für die Minimierung von Verhaltens- und histologischen Variabilitäten zwischen Versuchstieren. Mehrere konsequente SCI-Modelle wurden entwickelt, um Verletzungen mit verschiedenen Mechanismen zu produzieren. Die Schwere des SCI basiert auf der Höhe, dass ein gegebenes Gewicht fallen gelassen wird, die Verletzungskraft oder die Rückenmarksverschiebung. In der aktuellen Studie stellen wir ein neuartiges Maus-Continuous-SCI-Gerät vor, das Louisville Injury System Apparatus (LISA) Impaktor, das ein verdrängtes SCI mit hoher Verletzungsgeschwindigkeit und Genauigkeit erzeugen kann. Dieses System nutzt Laserentfernungssensoren kombiniert mit fortschrittlicher Software, um abgestufte und hochreproduzierbare Verletzungen zu erzeugen. Wir führten bei den Mäusen einen Continuous SCI bei der vierten Thoraxvertebral (T10) Ebene durch, um das Schritt-für-Schritt-Verfahren zu demonstrieren. Das Modell kann auch auf die Hals- und Lendenwirbelsäule angewendet werden.
Die häufigste Rückenmarksverletzung (SCI), die beim Menschen auftritt, ist ein kontaktiver SCI 1 . Um die Mechanismen der Verletzung und die verschiedenen therapeutischen Strategien nach SCI zu untersuchen, ist ein präzises, konsistentes und reproduzierbares, konsequentes SCI-Modell bei Nagetieren erforderlich.
Bei der experimentellen SCI-Forschung wurden 2 , 3 , 4 , 5 , 6 viele Rückenmarksverletzungsmodelle mit verschiedenen Verletzungserzeugungsmechanismen verwendet. Drei konsequente SCI-Modelle – speziell die Toleranz-basierte New York University (NYU) / Multicenter Animal Spinal Cord Injury Studies (MASCIS) Impaktor 3 , 6 , die Ohio State University (OSU) Impaktor / elektromagnetische SCI-Gerät (ESCID) 5 , 7 , einD der Infinite Horizon (IH) Impaktor 4 , 8 – sind weithin im SCI-Forschungsgebiet akzeptiert. Der NYU / MASCIS-Impaktor oder ein Äquivalent produziert Verletzungen, indem er ein festes Gewicht von verschiedenen Höhen auf das Ziel-Rückenmark ablegt, um mehrere Verletzungsschweregrade 3 , 6 zu erzeugen. Die OSU / ESCID verursacht Verletzungen durch Verursachung der Gewebeverdrängung 5 , 7 . Der IH-Impaktor erzeugt eine Verletzung durch unterschiedliche Kräfte auf das Rückenmark 4 , 8 . Jeder Impaktor verwendet eine andere Geschwindigkeit, die ein wichtiger Parameter ist, der die Verletzungsergebnisse beeinflusst. Das NYU / MASCIS Gerät erzeugt Geschwindigkeiten von 0,33-0,9 m / s. Das IH-Gerät hat eine maximale Geschwindigkeit von 0,13 m / s 4 . Der OSU / ESCID-Impaktor hat eine feste Geschwindigkeit von 0,148 m / s 5 . Bemerkenswert, die Geschwindigkeiten derSe Modelle sind niedriger als die in klinischen Geschwindigkeiten, die in der Regel 1,0 m / s 9 .
Hier stellen wir eine neuartige Verschiebungs-basierte Continuity-SCI-Vorrichtung vor, die Louisville Injury System Apparatus (LISA) genannt wird, um SCI bei Mäusen mit einer hohen Aufprallgeschwindigkeit 10 zu erzeugen. Dieses System umfasst einen Wirbelstabilisator, der den Wirbel am Verletzungsort fest stabilisiert und so die Produktion eines konstanten, reproduzierbaren SCI ermöglicht. Der Lasersensor des Gerätes sorgt für die genaue Bestimmung der Gewebeverdrängung und die daraus resultierende Schwere des SCI. Die Geschwindigkeit des Stößels an der Berührungsstelle mit dem Rückenmark kann von 0,5 bis 2 m / s eingestellt werden. Diese Verletzungsparameter replizieren die traumatischen SCI genau klinisch.
Im Jahr 1911 beschrieb Allen das erste Gewichtstropfenmodell mit einem festen Gewicht, um Verletzungen an den exponierten Rückenmarken von Hunden 12 zu induzieren. Ähnliche Gewichtstropfenmodelle wurden auf der Basis des Allen-Modells entwickelt, darunter der NYU / MASCIS-Impaktor 3 , 6 , 13 , 14 . Zusätzlich zum Gewichtstropfenmodell wurden weitere SCI-Geräte erstellt. Das OSU / ESCID 5 , 7- Modell verwendet einen Gewebeverdrängungsmechanismus, um die Verletzungsschwere zu steuern, und das IH-Modell 4 , 8 verwendet Kraft, um ein abgestuftes SCI zu erzeugen. In diesen Systemen wird die Wirbelstabilisierung durch Klemmen der Dornfortsätze rostral und kaudal zur Verletzungsstelle erreicht. Diese Geräte verwenden niedrige Verletzungsgeschwindigkeiten, speziell 0,33 – 0,9 m / s (NYU / MASCIS), 0,148 m / s (OSU / ESCID),Und 0,13 m / s (IH). Die Stabilisierung der rostralen und kaudalen Dornfortsätze kann die Wirbelsäulenflexibilität und die Wirbelsäulenbewegung während des Aufpralls hervorrufen, was die Verletzungsgenauigkeit beeinträchtigen kann.
Die LISA-Methode versucht, die Mängel der bestehenden Modelle zu überwinden, insbesondere in Bezug auf die Wirbelsäuleninstabilität und die geringe Verletzungsgeschwindigkeit. Diese Methode verwendet bilaterale Facettenstabilisierung und vermeidet Bewegungsartefakte, die mit der Verletzung verbunden sind. Diese Vorrichtung nutzt eine Hochschlaggeschwindigkeit, die zwischen 0,5-2 m / s 11 , 15 eingestellt werden kann. Der Lasersensor ist weiter vorgerückt als der im ESCID-Modell verwendete Ling-Vibrator und misst präzise den Abstand von der Oberfläche des Rückenmarks, ohne dass ein Gewebekontakt erforderlich ist. Das Modell wurde ursprünglich entwickelt, um ein Ratten-SCI zu produzieren, und es wurde nun angepasst, um SCI auf Mäusen und an nichtmenschlichen Primaten 16 zu produzieren, mit Modifikationen.
WirbelsäuleDie Abilisierung verringert die Variabilität bei allen experimentellen SCI-Methoden, insbesondere bei Gewebeverdrängungsmodellen. Der Laserentfernungssensor bestimmt die Größe der Gewebeverdrängung des Rückenmarks bei Atembewegungen. Es ist wichtig, dass der Punkt des Rückenmarks, auf dem der Laser fokussiert ist, der identische Punkt sein sollte, der vom Impaktor getroffen wird. Dieser Schritt wird während des Kalibrierungsschrittes ( Fig. 3 ) durchgeführt, wenn die Impaktorspitze und der Laserstrahl ausgerichtet sind. Eine mögliche Schwäche dieses Modells ist, dass die Größe der Gewebeverdrängung von der Duraloberfläche gemessen wird. Obwohl die Dicke der Dura einen vernachlässigbaren Unterschied zwischen den Tieren darstellt, kann eine signifikante Variabilität im Subarachnoidalraum mit Cerebrospinalflüssigkeit (CSF) auftreten. Variabilität bei Verletzungsergebnissen kann auftreten, wenn eine sehr milde Kontusionsverletzung unter Verwendung einer kleinen Gewebeverdrängung erzeugt wird. Insgesamt ist die Konsistenz der Verletzung vor allem abhängigAuf die Genauigkeit der Gewebeverdrängung und auch auf die Geschwindigkeits- und Gewebekontaktzeit des Kolbens.
Der Bereich der Gewebeverdrängung ist breit (Genauigkeit: 0-10 ± 0,005 mm). Basierend auf früheren Pilotdaten und veröffentlichten Informationen bei Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten ergibt eine Verschiebung von 20% des anteroposterioren Durchmessers des SC ein mildes SCI, eine Verdrängung von 30-40% ergibt eine moderate SCI und eine Verschiebung von> 50% Produziert schwere SCI bei einer Geschwindigkeit von 1 m / s. Es gibt leichte Unterschiede je nach Tierart. Die Verweilzeit ist von 0 bis 5 s über ein Zeitrelais einstellbar. In unserer Studie wurde die Verweilzeit auf 300 ms eingestellt. Dies kann leicht angepasst werden, um die Verweilzeiten anderer SCI-Geräte, einschließlich der NYU- und IH-Modelle, zu replizieren.
Zusammenfassend haben wir ein verschiebungsbasiertes Modell von Continuous SCI bei erwachsenen Mäusen entwickelt. Das Modell verwendet einen U-förmigen Stabilisator, um die bilateralen Wirbelsäulenfacetten zu stabilisieren, wodurch die Schnur vermieden wirdBewegungsartefakte, die mit der lasergeführten Messung der Kordoberfläche verbunden sind. Dieses Modell kann Hochgeschwindigkeitsschnurverletzungen von 0,5-2 m / s erzeugen. Der Lasersensor ist genauer als die herkömmliche Methode, um die Geschwindigkeit und den Abstand zur Aufprallfläche zu bestimmen. Das Modell kann auf allen Ebenen Verletzungen des Rückenmarks hervorrufen, von mild bis schwer. Wenn es modifiziert wird, kann dieses Gerät auch Verletzungen bei Ratten und großen Tieren wie nichtmenschlichen Primaten hervorrufen.
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde teilweise durch NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562 unterstützt; Merit Review Award I01 BX002356 aus dem US Department of Veterans Affairs; Craig H Neilsen Stiftung 296749; Indiana-Rückenmark und Hirnverletzung Forschungsstiftung und Mari Hulman George Endowment Funds (XMX); Norton Healthcare, Louisville, KY (YPZ); Der Staat Indiana ISDH 13679 (XW); Und die NeuroCures-Stiftung.
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Buprenorphine(0.03mg/ml) | Patterson Veterinary | 07-891-9756 | Pain relief agent |
Carprofen | Patterson Veterinary | 07-844-7425 | antibiotic agent |
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LISA | Louisville Impactor System | N/A | Produce an experimental contusion injury of the spinal cord in mice |