我们介绍一种基于组织移位的挫伤脊髓损伤模型,可以在成年小鼠中产生一致的挫伤性脊髓损伤。
产生一致和可重复的挫伤性脊髓损伤(SCI)对于最小化实验动物之间的行为和组织学变化至关重要。已经开发了几种迂回的SCI模型,以使用不同的机制产生伤害。 SCI的严重程度是基于给定体重下降的高度,伤害力或脊髓位移。在本研究中,我们引入了一种新型的小鼠瘟疫SCI装置,路易斯维尔伤害系统装置(LISA)冲击器,可以创造出具有高伤害速度和精度的基于位移的SCI。该系统利用激光距离传感器与先进的软件相结合,产生分级和高度重现的伤害。我们在小鼠的第十个胸椎(T10)水平进行了一个迂回的SCI,以证明一步一步的程序。该模型也可应用于颈椎和腰椎脊柱水平。
在人类中发生的最常见的脊髓损伤(SCI)是脓性SCI 1 。为了研究SCI后的损伤机制和各种治疗策略,需要在啮齿动物中进行精确,一致和可重现的迂回SCI模型。
在实验性SCI研究2,3,4,5,6中已经使用了许多具有各种损伤机制的脊髓挫伤损伤模型。三个肆意的SCI模型 – 具体来说,纽约大学(NYU)/多中心动物脊髓损伤研究(MASCIS)影响因子3,6 ,俄亥俄州立大学(OSU)冲击/电磁SCI装置(ESCID) 5 , 7 ,ad无限景观(IH)影响器4,8在国际SCI研究领域被广泛接受。 NYU / MASCIS冲击器或等效物质通过将不同高度的固定重量下降到目标脊髓上造成伤害,造成多重伤害严重性3,6 。 OSU / ESCID通过诱导组织移位造成伤害5,7 。 IH冲击器通过向脊髓4,8施加不同的力而产生损伤。每个冲击器使用不同的速度,这是影响伤害结果的重要参数。 NYU / MASCIS设备产生的范围从0.33-0.9米/秒。 IH装置的最大速度为0.13m / s 4 。 OSU / ESCID冲击器的固定速度为0.148 m / s 5 。值得注意的是,se模型低于在临床速度观察到的模型,其通常超过1.0m / s 9 。
在这里,我们介绍一种新型的基于位移的迂回SCI装置,称为路易斯维尔损伤系统装置(LISA),以在高冲击速度10的小鼠中产生SCI。该系统包括一个脊椎稳定器,可以在损伤部位牢固地稳定椎骨,从而允许产生一个恒定的,可重复的SCI。该装置的激光传感器确保精确确定组织位移以及由此产生的SCI严重程度。在与脊髓接触点处的柱塞的速度可以从0.5至2m / s调节。这些损伤参数临床上严重复制创伤性SCI。
在1911年,艾伦描述了使用固定重量的第一个减重模型,以在狗的暴露脊髓上引起伤害12 。已经基于Allen模型开发了类似的减重模型,包括NYU / MASCIS冲击器3,6,13,14。除了减重模型,还创建了其他SCI设备。 OSU / ESCID 5,7模型使用组织置换机制来控制伤害严重程度,IH模型4,8使用力创建可分级的SCI。在这些系统中,椎体稳定是通过将棘突和尾部夹在受伤部位而获得的。这些装置利用低伤害速度,特别是0.33-0.9m / s(NYU / MASCIS),0.148m / s(OSU / ESCID)和0.13m / s(1H)。稳定脊柱和尾部棘突可能会导致脊柱的弹性和脊柱在冲击过程中移动,这可能会影响伤害的准确性。
LISA方法试图克服现有模型的缺点,特别是在脊柱不稳定性和低伤害速度方面。该方法使用双侧面稳定并避免与损伤相关的运动伪影。该装置利用可设置在0.5-2m / s 11,15之间的高冲击速度。激光传感器比ESCID模型中使用的Ling振动器更先进,并且精确地测量距离脊髓表面的距离,而不需要任何组织接触。该模型最初被开发用于产生大鼠SCI,并且现在已经适应于在小鼠和非人灵长类动物16上产生SCI,并进行修改。
脊椎在所有实验性SCI方法,特别是在组织置换模型中,消除减少变异性。激光距离传感器确定呼吸运动期间脊髓组织位移的大小。重要的是,激光聚焦的脊髓点应该是冲击器撞击的相同点。当冲击器尖端和激光束对准时,该步骤在校准步骤( 图3 )期间完成。该模型的潜在缺点是从硬脑膜表面测量组织位移的大小。尽管硬脑膜的厚度在动物之间构成微不足道的差异,但蛛网膜下腔充满脑脊髓液(CSF)可能存在明显的变异性。当使用小组织置换产生非常轻微的挫伤伤害时,可能发生损伤结果的变异性。总的来说,伤害的一致性主要依赖于关于组织位移的准确性以及柱塞的速度和组织接触时间。
组织位移范围宽(精度:0-10±0.005 mm)。根据以前的试验数据和在啮齿动物和非人灵长类动物中发表的信息,SC的前后径的20%位移产生轻度SCI,30-40%的置换产生中度SCI,> 50%的位移以1 m / s的速度产生严重的SCI。根据动物种类,会有轻微的差异。停留时间可以使用时间继电器从0到5 s调整。在我们的研究中,停留时间设定为300 ms。这可以轻松调整,以复制其他SCI设备的驻留时间,包括NYU和IH型号。
总之,我们已经在成年小鼠中开发了一种基于位移的脓性SCI模型。该模型使用U形稳定器来稳定双侧脊柱面,避免绳索与激光引导测量绳表面相关的运动伪影。该模型可以产生0.5-2米/秒的高速线损伤。激光传感器比常规方法更精确,以确定速度和到冲击表面的距离。该模型可以在轻度到重度的各个层面产生脊髓损伤。修改后,该装置也可能在大鼠和大型动物如非人灵长类动物中产生损伤。
The authors have nothing to disclose.
这项工作部分由NIH NS059622,NS073636,DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562支持;美国退伍军人事务部优异评审奖I01 BX002356; Craig H Neilsen基金会296749;印第安纳脊髓和脑损伤研究基金会和马里·胡尔曼乔治基金会基金(XMX); Norton Healthcare,Louisville,KY(YPZ);印第安纳州ISDH 13679(XW);和神经科学基金会。
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