Geautomatiseerde impactor voor kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen

Dwarslaesie resulteert meestal in permanente disfunctie van het ruggenmerg onder het gewonde segment. Het wordt meestal veroorzaakt door voorwerpen die de wervelkolom raken en hyperextensie van de wervelkolom, zoals verkeersongevallen^{en valpartijen1}. Vanwege de beperkte beschikbaarheid van effectieve behandelingsopties voor dwarslaesie, zal opheldering van de pathogenese van ruggenmergletsels met behulp van diermodellen informatief zijn voor de ontwikkeling van geschikte behandelingsbenaderingen. Het kneuzingsmodel van dwarslaesie veroorzaakt door impact op het ruggenmerg resulteert in de ontwikkeling van diermodellen met vergelijkbare pathologieën als de meeste^{klinische gevallen van} ruggenmergletsel2,3. Daarom is het belangrijk om nauwkeurige, reproduceerbare en handige diermodellen voor kneuzing van ruggenmergletsel te produceren.

Sinds Allen’s uitvinding van het eerste diermodel van dwarslaesie in 1911, is er grote vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van instrumenten voor het vaststellen van diermodellen voor dwarslaesie ^4,5. Op basis van letselmechanismen worden dwarslaesiemodellen geclassificeerd als kneuzing, compressie, afleiding, ontwrichting, doorsnede of chemische^{stof 6}. Onder hen zijn de kneuzingsmodellen, die externe krachten gebruiken om het ruggenmerg te verplaatsen en te verwonden, het dichtst bij de klinische etiologie van de meeste dwarslaesiepatiënten. Daarom is het kneuzingsmodel door veel onderzoekers gebruikt in onderzoeken naar dwarslaesie ^3,7. Verschillende instrumenten worden gebruikt om modellen voor dwarslaesie te ontwikkelen. De impactor van de New York University (NYU) met multicenter dwarslaesie bij dieren (MASCIS) veroorzaakt kneuzingen van ruggenmergletsels door middel van een apparaat met gewichtdruppel⁸. Na verschillende bijgewerkte versies wordt de MASCIS-impactor veel gebruikt om diermodellen met dwarslaesie te ontwikkelen⁹. Wanneer de impactstaaf van MASCIS echter valt en het ruggenmerg raakt, kunnen er meerdere verwondingen optreden, wat van invloed is op de mate van letsel in dwarslaesiemodellen. Bovendien is het ook een uitdaging om mechanische precisie te bereiken om de nauwkeurigheid van het instrument en de herhaalbaarheid van het productiemodel te garanderen. De impactoren met oneindige horizon veroorzaken kneuzingen door de kracht die op het ruggenmerg wordt uitgeoefend te beheersen in plaats van zware druppels¹⁰. Het maakt gebruik van een computer die is aangesloten op een sensor om de impactkracht tussen de impactor en het ruggenmerg direct te meten. Wanneer de drempel is bereikt, wordt het botslichaam onmiddellijk ingetrokken, waardoor gewichtsterugkaatsing wordt voorkomen en de nauwkeurigheid wordt verbeterd^10,11. Het gebruik van deze fijne motoriek om schade toe te brengen kan echter leiden tot inconsistente schade en functionele tekorten⁶. Het apparaat van de Ohio State University (OSU) comprimeert het dorsale oppervlak van het ruggenmerg met een voorbijgaande snelheid door een elektromagnetische driver ^12,13. Dit apparaat is vergelijkbaar met de oneindige horizon-impactoren, omdat het compressies over korte afstand gebruikt om ruggenmergletsels te veroorzaken. Het heeft echter verschillende beperkingen in die zin dat de eerste bepaling van het nulpunt fouten zal veroorzaken als gevolg van de aanwezigheid van het hersenvocht ^6,14. Samenvattend zijn er veel instrumenten die kunnen worden gebruikt om diermodellen voor dwarslaesie te ontwikkelen, maar ze hebben allemaal enkele beperkingen die leiden tot onvoldoende nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van diermodellen. Om nauwkeuriger, handiger en reproduceerbaarder muiskneuzingsmodellen van ruggenmergletsel te maken, is daarom een geautomatiseerde en intelligente dwarslaesie-impactor nodig.

We presenteren een nieuwe impactor voor dwarslaesie, Guangzhou Jinan University smart spinal cord injury system (G smart SCI system; Figuur 1), voor het maken van modellen voor dwarslaesiekneuzingen. Het apparaat maakt gebruik van een laserafstandsmeter als positioneringsapparaat, gecombineerd met een geautomatiseerd mobiel platform om aanvallen te automatiseren volgens ingestelde slagparameters, waaronder slagsnelheid, slagdiepte en verblijftijd. Geautomatiseerde bediening vermindert menselijke factoren en verbetert de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van diermodellen.