私たちは、成体マウスにおいて一貫して厄介な脊髄損傷を生じさせることができる組織変位ベースの偽性脊髄損傷モデルを紹介する。
一貫した再現性のある脊髄傷害(SCI)の生成は、実験動物間の行動および組織学的変動を最小化するために重要である。異なるメカニズムを用いて傷害を引き起こすために、いくつかの厄介なSCIモデルが開発されている。 SCIの重症度は、所定の体重を落とした高さ、負傷力、または脊髄の変位に基づく。今回の研究では、傷害速度と精度の高い変位ベースのSCIを作成することができる、新規なマウス擬制SCI装置、LISA(Louisville Injury System Apparatus)インパクタを紹介する。このシステムは、高度なソフトウェアと組み合わせたレーザー距離センサーを使用して、段階的かつ再現性のある損傷を生成します。我々は段階的手順を実証するために、マウスの10 番目の胸椎(T10)レベルで厄介なSCIを行った。このモデルは、頚椎および腰椎のレベルに適用することもできます。
ヒトで起こる最も一般的な脊髄損傷(SCI)は、厄介なSCI 1である。傷害のメカニズムおよびSCIに続く種々の治療戦略を調べるために、げっ歯類における正確で、一貫性があり、再現性のある厄介なSCIモデルが必要である。
種々の損傷生成機構を有する多くの脊髄損傷傷害モデルが、実験SCI研究2,3,4,5,6に用いられている。オハイオ州立大学(OSU)のインパクタ/電磁波SCI装置(ESCID)5、3つの厄介なSCIモデル、具体的には、ニューヨーク大学(NYU)/多施設動物脊髄損傷試験(MASCIS) 図7において、(IH)インパクタ4,8は、SCIの研究分野で広く受け入れられています。 NYU / MASCISインパクタまたはこれと同等のものは、異なる高さから固定錘を標的脊髄に落として複数の傷害重症度を生成することによって傷害を生じる3,6。 OSU / ESCIDは、組織の変位を誘発することによって傷害を引き起こす5,7 。 IHインパクタは、脊髄4,8に異なる力を加えることによって傷害を生じる。各インパクタは異なる速度を使用しますが、これは怪我の結果に影響を与える重要なパラメータです。 NYU / MASCIS装置は、0.33〜0.9m / sの範囲の速度を生成する。 IH装置の最大速度は0.13m / sです。 OSU / ESCIDインパクタの固定速度は0.148m / sです。特に、臨床モデルで観察されたものよりも低く、通常は1.0m / sを超える。
ここでは、衝撃速度10の高いマウスでSCIを生成するために、Louisville Injury System Apparatus(LISA)と呼ばれる新しい変位ベースのcontusive SCIデバイスを紹介します。このシステムは、傷害部位で椎骨をしっかりと安定させ、一定で再現性のあるSCIの生成を可能にする椎骨安定装置を含む。デバイスのレーザーセンサーは、組織変位の正確な決定と結果としてのSCIの重症度を保証します。脊髄との接触点におけるプランジャの速度は0.5〜2m / sに調整することができる。これらの損傷パラメータは、臨床的に見られる外傷性SCIを再現する。
1911年、アレンは犬12の露出した脊髄に傷害を誘発するために固定重量を用いた最初の体重減少モデルを説明しました12 。類似の体重減少モデルは、NYU / MASCISインパクタ3,6,13,14を含むAllenモデルに基づいて開発されている。重量減少モデルに加えて、他のSCIデバイスも作成されています。 OSU / ESCID 5,7モデルは組織変位機構を用いて傷害の重症度を制御し、IHモデル4,8は力を利用して漸変可能なSCIを生成する。これらのシステムでは、脊椎安定化は、吻側および尾側の棘突起を損傷部位に締め付けることによって得られる。これらの装置は、低い損傷速度、具体的には0.33~0.9m / s(NYU / MASCIS)、0.148m / s(OSU / ESCID)、0.13m / s(1H)。吻側および尾側の棘状突起を安定させると、衝撃時に脊柱の柔軟性および背骨の動きが生じ、怪我の正確さに影響することがあります。
LISA法は、特に背骨の不安定性および低傷害速度に関して、既存のモデルの欠点を克服しようと試みる。この方法は、両側ファセット安定化を使用し、怪我に伴う運動アーチファクトを回避する。この装置は、0.5~2m / sの間で設定可能な衝撃の速い速度を使用する。レーザーセンサーは、ESCIDモデルで使用されるLing Vibratorよりも高度であり、組織接触を必要とせずに脊髄の表面からの距離を正確に測定します。このモデルはもともとラットSCIを産生するために開発されたもので、マウスおよび非ヒト霊長類のSCIを改変して産生するようになっています。
スパインセントすべての実験的SCI法、特に組織変位モデルにおけるばらつきを低減する。レーザ距離センサは、呼吸運動中の脊髄の組織変位の大きさを決定する。レーザーが集束される脊髄の点は、インパクターによって打たれた同一点であることが重要です。このステップは、インパクタ先端とレーザビームとの位置合わせが行われる較正ステップ( 図3 )中に行われる。このモデルの潜在的な弱点は、組織変位の大きさが硬膜表面から測定されることである。硬膜の厚さは動物間の差はごくわずかですが、脳脊髄液(CSF)で満たされたくも膜下腔にはかなりの変動が存在する可能性があります。小さな組織変位を用いて非常に軽度の挫傷傷害を生じる場合、傷害転帰の変動が起こり得る。全体として、傷害の一貫性は、主に依存している組織変位の正確さ、ならびにプランジャの速度および組織接触時間に依存する。
組織変位の範囲は広い(精度:0-10±0.005mm)。げっ歯類および非ヒト霊長類における以前のパイロットデータおよび公表された情報に基づいて、SCの前後方向の直径の20%の変位は軽度のSCIを生じ、30〜40%の変位は中程度のSCIをもたらし、> 50%変位1m / sの速度で深刻なSCIを生じる。動物種によって若干の違いがあります。滞留時間は、時間リレーを使用して0〜5秒まで調整できます。我々の研究では、滞留時間は300msに設定された。これは、NYUおよびIHモデルを含む他のSCIデバイスの休止時間を再現するように容易に調整することができます。
要約すると、我々は、成体マウスにおける痙攣性SCIの変位に基づくモデルを開発した。このモデルでは、U字型のスタビライザを使用して、両側の脊柱面を安定させ、コードを回避しますコード表面のレーザー誘導測定に関連した運動アーチファクト。このモデルは、0.5-2m / sの高速傷害を引き起こす可能性があります。レーザセンサは、衝突面までの速度および距離を決定する従来の方法よりも正確である。このモデルは、軽度から重度まで、あらゆるレベルで脊髄の傷害を引き起こす可能性があります。改変された場合、このデバイスはまた、ラットおよび非ヒト霊長類のような大きな動物において傷害を引き起こす可能性がある。
The authors have nothing to disclose.
この研究は、NIH NS059622、NS073636、DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562によって部分的に支持された。米国退役軍人局からの功績審査賞I01 BX002356; Craig H Neilsen Foundation 296749;インディアナ脊髄および脳損傷研究財団およびマリ・ハルマン・ジョージ・エンダプライズ・ファンド(XMX)ノートン・ヘルスケア、ルイビル、ケンタッキー州(YPZ);インディアナ州のISDH 13679(XW); NeuroCures Foundationとの間で締結されました。
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 |