التقييم الطولي للهند ماوس الاطراف فقدان العظام بعد اصابة النخاع الشوكي به الرواية ، في الجسم الحي ، منهجية
Summary
وأجري الفحص طولية من فقدان العظام في femurs وظنبوب من فئران بالغة بعد إصابة الحبل الشوكي باستخدام متسلسلة جرعة منخفضة من الأشعة السينية بالاشعة. تم الكشف عن الساق فقدان العظام طوال فترة الدراسة ، في حين لم يتم الكشف عن فقدان العظام في عظم الفخذ حتى 40 إصابة آخر أيام.
Abstract
وغالبا ما يترافق اصابات الحبل الشوكي (النخاع الشوكي) من ترقق العظم في مناطق تحت الآفة من الحوض والأطراف السفلية ، مما أدى إلى ارتفاع وتيرة للكسور 1. وهذه الكسور كثيرا ما تحدث في المناطق التي فقدت الوظيفة الحسية العادية ، والمريض هو في خطر أكبر من الأمراض التي تعتمد على كسر ، بما في ذلك الوفاة. وقد عزا اصابات النخاع الشوكي التي تعتمد على الخسارة في كلا كثافة المعادن في العظام (BMD ، غرام / سم 2) والعظام المحتوى المعدني (BMC ، غراما) إلى الترك الميكانيكية 2 ، 3 إشارات العصبية الشاذة والتغيرات الهرمونية 4. ويمكن استخدام نماذج من القوارض اصابات النخاع الشوكي التي يسببها ترقق العظام توفر معلومات لا تقدر بثمن فيما يتعلق بآليات الكامنة وراء تطور هشاشة العظام بعد اصابات النخاع الشوكي وكذلك بيئة اختبار للجيل الجديد من العلاجات 5-7 (، واستعرض في 8). نماذج الماوس من اصابات النخاع الشوكي ذات أهمية كبيرة لأنها تسمح لنهج الاختزالية لآلية BA -تقييم الحوار الاقتصادي الاستراتيجي من خلال استخدام الفئران المعدلة وراثيا لاغية و. في حين أن مثل هذه النماذج قدمت بيانات مهمة ، لا تزال هناك حاجة لأساليب الحد الأدنى الغازية موثوق بها ، ويمكن استنساخه ، وقابلة للقياس في تحديد مدى فقدان العظام بعد اصابات النخاع الشوكي ، وخصوصا مع مرور الوقت وضمن نفس الفوج من حيوانات التجارب ، لتحسين التشخيص وأساليب العلاج ، و / أو الوقاية من اصابات النخاع الشوكي التي يسببها ترقق العظام.
سيكون وسيلة مثالية لقياس كثافة العظام لدى القوارض تسمح التعرض متعددة ، متتابعة (بمرور الوقت) إلى مستويات منخفضة من الأشعة السينية. هذه الدراسة توضح استخدام ماسح ضوئي لكامل حيوانية جديدة ، لومينا IVIS XR (الفرجار الآلات) التي يمكن استخدامها لتوفير الطاقة المنخفضة (milligray 1-3 (mGy)) عالية الدقة وعالية التكبير صور الأشعة السينية عظام أطرافهم هند الماوس مع مرور الوقت بعد اصابات النخاع الشوكي. واعتبرت خسارة كبيرة في الكثافة العظمية للظن من الفئران بنسبة 10 أيام آخر الشوكي transection مقارنة يصب السيطرة العمر المتطابقة ، (السذاجة) الفئران (13 ٪ انخفاضا ، ف <0.0005). كانت خسارة كثافة العظام في عظم الفخذ البعيدة أيضا كشفها اليوم 10 بعد اصابات النخاع الشوكي ، في حين أن فقدان كثافة في عظم الفخذ والداني لا يمكن كشفها حتى 40 إصابة آخر أيام (انخفاض بنسبة 7 ٪ ، P <0.05). وتم تأكيد اصابات النخاع الشوكي والتي تعتمد على فقدان كثافة عظم الفخذ الماوس بعد الوفاة من خلال استخدام الطاقة المزدوجة قياس امتصاص الأشعة السينية (DXA) ، و "المعيار الذهبي" الحالية لقياس كثافة العظم. يمكننا الكشف عن فقدان 12 ٪ من BMC في femurs من الفئران في 40 يوما بعد اصابات النخاع الشوكي باستخدام ومينا IVIS XR. هذا يقارن ايجابيا مع خسارة BMC ذكرت سابقا ، 13.5 ٪ بواسطة بيكار وزملائه الذين اعتادوا على تحليل DXA femurs الماوس بعد الوفاة 30 يوما بعد اصابات النخاع الشوكي 9. نتائجنا تشير الى ان لومينا IVIS XR يوفر رواية ، high-resolution/high-magnification طريقة لأداء على المدى الطويل ، والقياسات الطولي للهند أطرافهم كثافة العظام في الماوس بعد اصابات النخاع الشوكي.
Protocol
Discussion
هذه الدراسة تقدم الرواية ، غير الغازية طريقة لتقييم التغيرات في كثافة العظام الفردية (للظن وfemurs) طوليا ، ضمن فوج واحد من الفئران ، وذلك باستخدام IVIS الفرجار ومينا نظام التصوير XR. اصابات النخاع الشوكي تنتج انخفاضا في كثافة العظام في كل من femurs ظنبوب وعندما درس ضمن فوج واحد من spinally – مقطوع الفئران على مدى 40 يوما مقايسة مقارنة بالعمر المتطابقة ، لم يصب الفئران السيطرة. وقد أكد نتائجنا في عظم الفخذ ، بعد الوفاة ، من خلال استخدام DXA ، مما يوحي بأن تطبيق الصكوك الفرجار XR ومينا IVIS يمكن أن تكون بمثابة أداة قياس حساسة لتقييم الآثار الطويلة الأجل والتدريجي للاصابات النخاع الشوكي في فقدان العظام .
وإحدى هذه المنافع المحتملة للمحققين باستخدام هذا النظام هو القدرة على متابعة تطور طوليا تغيرات مرضية في العظام أطرافهم هند من الحيوانات التالية اصابات النخاع الشوكي. القدرة على تقييم فوج واحد على مدى فترات زمنية طويلة توفر شمزايا رونغ للمحقق من حيث : التكاليف) 1 المرتبطة شراء الحيوانات والرعاية الطويلة الأجل. بدلا من الدراسة التي تتطلب أعدادا كبيرة من الحيوانات التي تحتاج إلى أن تكون التضحية في نقطة زمنية محددة من أجل تقييم التغيرات التي تعتمد على الوقت ، يمكن اتباع هذه النتائج المرضية داخل الفوج نفسه خلال تلك الفترة الزمنية نفسها ، 2) التباين : بالإضافة إلى مقارنة مع الأفواج التحكم ، يمكن تقييم النتائج المتولدة داخل فوج واحد من الموضوعات المصابين ومقارنة بين نقاط الوقت نفسه للحيوانات في جميع أنحاء نطاق الدراسة ؛ مرة أخرى ، والحد من التقلبات سواء داخل الحيوان فضلا عن الحاجة للحصول على أكبر أفواج من الموضوعات التجريبية.
في حين أن IVIS الفرجار ومينا XR قدمت لنا معلومات هامة تتعلق طولية تطوير اصابات النخاع الشوكي التي يسببها ترقق العظام ، وهناك القيود التي ينبغي النظر فيها هي : 1) في حين أن هذا أتاح لنا منصة لتوليد عالية الدقة للأشعة السينية DATA في عظام أطرافهم هند من الفئران بعد اصابات النخاع الشوكي ، قد تكون محدودة فائدته إلى القوارض الصغيرة مثل الفئران. ارتفاع موضوع الحد الأقصى المسموح به داخل XR ومينا هو 2.8 سم. لا يمكن أي شيء أعلاه أن ارتفاع يمكن تصوير بنجاح باستخدام الأشعة السينية مكون من XR لومينا. في أيدينا ، وهذا يحول دون قدرتنا على دراسة الفئران في الوزن غرام 200-250. في حين أنه قد يكون من الممكن للفئران صورة تحت هذا النطاق الوزن أو غيرها من القوارض مثل الفئران البيضاء أو الجربوع ، وهذا يتطلب إجراء اختبارات إضافية من جانب بي. 2) التوجه المشترك. فمن الأهمية بمكان أن يقدم الباحث بعناية أطرافه في اتجاه استنساخه بسهولة من شأنها أن تسمح بالمقارنة بين نجاح جلسات التصوير. وتوحيد التنسيب أطرافهم السماح للمحقق لتوليد وتطبيق موحد لROI التي يمكن حفظها وتطبيقها عبر هذين الموضوعين والوقت.
عموما ، فإننا نعتقد أن لومينا IVIS XR يوفر منصة ممتازة مع الذي لنموذجتطوير اصابات النخاع الشوكي التي تعتمد على هشاشة العظام لدى الفئران. فإن القدرة على دراسة فقدان العظام طوليا داخل الفوج الماوس نفسه يسمح لنا : 1) فهم أفضل لطبيعة الزماني للخسارة العظم والنخاع الشوكي بعد التنقيه ، 2) تحديد ما إذا كانت هذه التغييرات استقرار مع مرور الوقت ، 3) يستكشف ، مع توافر على حد سواء وراثيا وخطوط الماوس فارغة ، والقدرة على دراسة الآليات الجزيئية الكامنة وراء هذه التغيرات المرضية بطريقة اختزالية ، و 4) من المحتمل جدا أن أهم ميزة ، والبدء في اختبار تدخلات جديدة ترمي إلى منع أي تطور مرض هشاشة العظام في مراحل مبكرة الإصابة ، أو لعكس هذه التغييرات ترقق العظام مرة واحدة وقد وضعت بالفعل. أخيرا ، لومينا XR ، بالإضافة إلى توفير إمكانيات ممتازة التصوير بالأشعة السينية ، ويمكن أن تستخدم أيضا لدراسة كل الإشارات bioluminescent والحيوانات التي تعيش في نيون. يمكن للمرء أن يتصور بسهولة دمج طرائق أخرى عرضت ضمن هذا النظام للنظر في مولtitude من العوامل التي تحدد ديناميات العظام ميكانيكيا بعد اصابات النخاع الشوكي أو أي مرض آخر عملية ينتج عنه هشاشة العظام.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر كل من بعثة الاتصال ومؤسسة Gillson – Longenbaugh لتوفير الأموال اللازمة لهذا المشروع. نود أيضا أن نشكر الدكتور كاثرين أمبروز لنصيحتها الحرجة واستخدام معدات DXA لها. أخيرا ، نود أن نشكر الدكتور كاوري أونو ، قسم البيولوجيا التكاملية وعلم الصيدلة ، للحصول على اقتراحات لها في الفخذ DXA تحليل العظام.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
|---|---|---|---|
| Beuthanasia | Butler Schein Animal Health |
001848 | |
| Ketathesia (Ketamine Hydrochloride) |
Butler Schein Animal Health |
023061 | |
| Xylazine | Butler Schein Animal Health |
037849 | |
| Bupivicaine | Butler Schein Animal Health |
021801 | |
| Gelfoam; 7MM | Fisher Scientific | NC0085178 | To promote hemostasis during surgery |
| IVIS Lumina XR | Caliper Life Sciences | 135400 | |
| ZFOV, 2.5 cm field of view lens |
Caliper Life Sciences | 127285 | Absolutely necessary to generate high magnification X-ray images of bone structure |
| QDR Bone Densitometer |
Hologic | Model used no longer in production |
References
- Jiang, S. D., Jiang, L. S., Dai, L. Y. Mechanisms of osteoporosis in spinal cord injury. Clin. Endocrinol. (Oxford). 65, 555-565 (2006).
- Uebelhart, D., Demiaux-Domenech, B., Roth, M., Chantraine, A. Bone metabolism in spinal cord injured individuals and in others who have prolonged immobilisation. A review. Paraplegia. 33, 669-673 (1995).
- Elefteriou, F. Neuronal signaling and the regulation of bone remodeling. Cell. Mol. Life. Sci. 62, 2339-2349 (2005).
- Finsen, V., Indredavik, B., Fougner, K. J. Bone mineral and hormone status in paraplegics. Paraplegia. 30, 343-347 (1992).
- Sugawara, H., Linsenmeyer, T. A., Beam, H., Parsons, J. R. Mechanical properties of bone in a paraplegic rat model. J. Spinal. Cord. Med. 21, 302-308 (1998).
- Kiratli, B. J., Smith, A. E., Nauenberg, T., Kallfelz, C. F., Perkash, I. Bone mineral and geometric changes through the femur with immobilization due to spinal cord injury. J. Rehabil. Res. Dev. 37, 225-233 (2000).
- Shen, J., Fan, L., Yang, J., Shen, A. G., Hu, J. M. A longitudinal Raman microspectroscopic study of osteoporosis induced by spinal cord injury. Osteoporos. Int. 21, 81-87 (2010).
- Guertin, P. A. A technological platform to optimize combinatorial treatment design and discovery for chronic spinal cord injury. J. Neurosci. Res. 86, 3039-3051 (2008).
- Picard, S., Lapointe, N. P., Brown, J. P., Guertin, P. A. Histomorphometric and densitometric changes in the femora of spinal cord transected mice. Anat. Rec. (Hoboken). 291, 303-307 (2008).
- Kuhn, P. L., Wrathall, J. R. A mouse model of graded contusive spinal cord injury. J. Neurotrauma. 15, 125-140 (1998).
- Tsujio, M. mineral analysis through dual energy X-ray absorptiometry in laboratory animals. J. Vet. Med. Sci. 71, 1493-1497 (2009).
