Automatisierter Impaktor für das Modell einer kontusiven Rückenmarksverletzung bei Mäusen

Eine Rückenmarksverletzung führt in der Regel zu einer dauerhaften Dysfunktion des Rückenmarks unterhalb des verletzten Segments. Es wird hauptsächlich durch Gegenstände verursacht, die auf die Wirbelsäule treffen, und durch Überstreckung der Wirbelsäule, wie Verkehrsunfälle und Stürze¹. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit wirksamer Behandlungsmöglichkeiten für Querschnittlähmungsverletzungen wird die Aufklärung der Pathogenese von Querschnittlähmungen im Tiermodell für die Entwicklung geeigneter Behandlungsansätze aufschlussreich sein. Das Kontusionsmodell der Rückenmarksverletzung, die durch einen Aufprall auf das Rückenmark verursacht wird, führt zur Entwicklung von Tiermodellen mit ähnlichen Pathologien wie die meisten klinischen Fälle von Rückenmarksverletzungen ^2,3. Daher ist es wichtig, genaue, reproduzierbare und praktische Tiermodelle für Rückenmarksverletzungen herzustellen.

Seit Allens Erfindung des ersten Tiermodells für Rückenmarksverletzungen im Jahr 1911 gab es große Fortschritte bei der Entwicklung von Instrumenten zur Erstellung von Tiermodellen für Rückenmarksverletzungen ^4,5. Basierend auf Verletzungsmechanismen werden Rückenmarksverletzungsmodelle als Prellung, Kompression, Distraktion, Luxation, Durchtrennung oder chemisch^{klassifiziert 6}. Unter ihnen kommen die Kontusionsmodelle, die äußere Kräfte verwenden, um das Rückenmark zu verschieben und zu verletzen, der klinischen Ätiologie der meisten Patienten mit Rückenmarksverletzungen am nächsten. Daher wurde das Prellungsmodell von vielen Forschern in Studien zu Rückenmarksverletzungen verwendet ^3,7. Verschiedene Instrumente werden verwendet, um Modelle für Rückenmarksverletzungen zu entwickeln. Der multizentrische MASCIS-Impaktor (Animal Spinal Cord Injury Studies) der New York University (NYU) erzeugt Rückenmarksverletzungen mit einem Gewichtsabfallgerät⁸. Nach mehreren aktualisierten Versionen wird der MASCIS Impaktor häufig zur Entwicklung von Tiermodellen für Rückenmarksverletzungen verwendet⁹. Wenn der Aufprallstab von MASCIS jedoch fällt und auf das Rückenmark trifft, können mehrere Verletzungen auftreten, was sich auf den Verletzungsgrad bei Rückenmarksverletzungsmodellen auswirkt. Darüber hinaus ist es auch eine Herausforderung, mechanische Präzision zu erreichen, um die Genauigkeit des Instruments und die Wiederholbarkeit des Fertigungsmodells zu gewährleisten. Die Stößel mit unendlichem Horizont verursachen Prellungen, indem sie die auf das Rückenmark ausgeübte Kraft kontrollieren und nicht schwere Stürze¹⁰. Es verwendet einen Computer, der mit einem Sensor verbunden ist, um die Aufprallkraft zwischen dem Schlagkörper und dem Rückenmark direkt zu messen. Wenn der Schwellenwert erreicht ist, wird der Schlagkörper sofort eingefahren, wodurch ein Rückprall des Gewichts vermieden und die Genauigkeit verbessert^{wird 10,11}. Die Verwendung dieser feinmotorischen Modalität zur Verursachung von Schäden kann jedoch zu inkonsistenten Schäden und funktionellen Defiziten führen⁶. Das Gerät der Ohio State University (OSU) komprimiert die dorsale Oberfläche des Rückenmarks mit einer transienten Rate durch einen elektromagnetischen Treiber^12,13. Dieses Gerät ähnelt den Stößen mit unendlichem Horizont, da es Kompressionen über kurze Entfernungen verwendet, um Rückenmarksverletzungen zu verursachen. Es hat jedoch verschiedene Einschränkungen, da die anfängliche Bestimmung des Nullpunkts aufgrund des Vorhandenseins der Zerebrospinalflüssigkeit zu Fehlern führt ^6,14. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es viele Instrumente gibt, die zur Entwicklung von Tiermodellen für Rückenmarksverletzungen verwendet werden können, aber sie alle haben einige Einschränkungen, die zu einer unzureichenden Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Tiermodellen führen. Um genauere, bequemere und reproduzierbarere Modelle von Maus-Kontusionsmodellen für Rückenmarksverletzungen zu erstellen, wird daher ein automatisierter und intelligenter Schlagkörper für Rückenmarksverletzungen benötigt.

Wir präsentieren einen neuartigen Impaktor für Rückenmarksverletzungen, das intelligente Rückenmarksverletzungssystem der Guangzhou Jinan University (G smart SCI-System; Abbildung 1) zur Erstellung von Modellen für Rückenmarksverletzungen verwendet wurden. Das Gerät verwendet einen Laser-Entfernungsmesser als Positionierungsgerät, kombiniert mit einer automatisierten mobilen Plattform, um Schläge gemäß den eingestellten Schlagparametern zu automatisieren, einschließlich Schlaggeschwindigkeit, Schlagtiefe und Verweilzeit. Der automatisierte Betrieb reduziert menschliche Faktoren und verbessert die Genauigkeit sowie Reproduzierbarkeit von Tiermodellen.