Мы вводим модель травмы спинного мозга на основе тканевого смещения, которая может приводить к последовательному повреждению спинного мозга у взрослых мышей.
Проведение последовательной и воспроизводимой травмы спинного мозга (SCI) имеет решающее значение для минимизации поведенческих и гистологических вариаций между экспериментальными животными. Было разработано несколько моделей оконечных SCI для получения травм с использованием различных механизмов. Тяжесть SCI основана на высоте падения данного веса, силе травмы или смещении спинного мозга. В текущем исследовании мы вводим новое устройство SCI для мыши с контузией мышц, ударный агент системы травмы Луисвилля (LISA), который может создавать SCI с вытеснением с высокой скоростью и точностью травмирования. Эта система использует лазерные дистанционные датчики в сочетании с передовым программным обеспечением для получения градуированных и сильно воспроизводимых травм. На мышах 10 -го торакального позвонка (T10) мы провели контузивный SCI, чтобы продемонстрировать пошаговую процедуру. Модель также может применяться к шейному и поясничному спинномозговым уровням.
Наиболее распространенная травма спинного мозга (SCI), встречающаяся у людей, представляет собой ошеломляющий SCI 1 . Чтобы исследовать механизмы травмирования и различные терапевтические стратегии после SCI, необходима точная, последовательная и воспроизводимая модель SCI для грызунов.
В экспериментальных исследованиях SCI 2 , 3 , 4 , 5 , 6 использовались многие модели травмы спинного мозга с различными механизмами травмирования. Три модели SCI на основе контузии – в частности, основанный на весовых категориях Нью-Йоркский университет (NYU) / Multicenter Animal Spinal Inchury Studies (MASCIS), 3 , 6 , импактор / 7 ,D Импульс Infinite Horizon (IH) 4 , 8 – широко распространен в области исследований SCI. Ударник NYU / MASCIS или эквивалент наносят урон, уменьшая фиксированный вес с разных высот на спинной мозг, чтобы создать множественные травмы 3 , 6 . OSU / ESCID вызывает травму, вызывая перемещение ткани 5 , 7 . Ионный ударник IH вызывает травму, применяя различные силы к спинному мозгу 4 , 8 . Каждый ударный элемент использует другую скорость, что является важным параметром, влияющим на результаты травм. Устройство NYU / MASCIS генерирует скорости от 0,33 до 0,9 м / с. Устройство IH имеет максимальную скорость 0,13 м / с 4 . Ударник OSU / ESCID имеет фиксированную скорость 0,148 м / с 5 . Примечательно, что скоростиSe моделей ниже, чем наблюдаемые в клинических скоростях, которые обычно превышают 1,0 м / с 9 .
Здесь мы вводим новое устройство SCI, основанное на вытеснении, которое называется аппаратом для лечения травм Луисвилля (LISA), для производства SCI у мышей с высокой скоростью удара 10 . Эта система включает в себя позвоночный стабилизатор, который надежно стабилизирует позвоночник в месте повреждения, позволяя производить постоянный воспроизводимый SCI. Лазерный датчик устройства обеспечивает точное определение перемещения ткани и результирующей тяжести SCI. Скорость плунжера в точке соприкосновения со спинным мозгом может регулироваться от 0,5 до 2 м / с. Эти параметры травматизма точно повторяют травматический SCI, наблюдаемый клинически.
В 1911 году Аллен описал первую модель снижения веса с использованием фиксированного веса, чтобы вызвать травмы на открытых спинномозговых клетках собак 12 . Аналогичные модели снижения веса были разработаны на основе модели Аллена, включая импактор NYU / MASCIS 3 , 6 , 13 , 14 . В дополнение к модели снижения веса были созданы другие устройства SCI. Модель OSU / ESCID 5 , 7 использует механизм перемещения ткани для контроля тяжести травматизма, а модель IH 4 , 8 использует силу для создания градируемого SCI. В этих системах стабилизация позвонков достигается за счет застегивания ростовых и каудальных отростков на место повреждения. Эти устройства используют низкие скорости травматизма, в частности 0,33-0,9 м / с (NYU / MASCIS), 0,148 м / с (OSU / ESCID),И 0,13 м / с (IH). Стабилизация рострального и каудального остистых процессов может привести к гибкости позвоночника и движению позвоночника во время удара, что может повлиять на точность травмирования.
Метод LISA пытается преодолеть недостатки существующих моделей, особенно в отношении нестабильности позвоночника и низкой скорости повреждения. Этот метод использует двустороннюю стабилизацию факела и позволяет избежать артефактов движения, связанных с травмой. Это устройство использует скорость удара, которая может быть установлена между 0,5-2 м / с 11 , 15 . Лазерный датчик более продвинут, чем вибратор Ling, используемый в модели ESCID, и точно измеряет расстояние от поверхности спинного мозга, не требуя контакта с телом. Модель первоначально была разработана для производства SCI крысы, и теперь она была адаптирована для производства SCI на мышах и на приматах 16 , не связанных с человеком, с изменениями.
СпиннойАбилитация уменьшает изменчивость во всех экспериментальных методах SCI, особенно в моделях перемещения тканей. Датчик расстояния лазера определяет величину перемещения ткани спинного мозга во время дыхательных движений. Важно, что точка спинного мозга, на которой фокусируется лазер, должна быть одинаковой точкой удара ударника. Этот шаг выполняется на этапе калибровки ( рис. 3 ), когда кончик ударника и лазерный луч выравниваются. Потенциальная слабость этой модели заключается в том, что величина смещения ткани измеряется от дуральной поверхности. Хотя толщина твердой мозговой оболочки представляет собой незначительную разницу между животными, значительная изменчивость может существовать в субарахноидальном пространстве, заполненном спинномозговой жидкостью (CSF). Изменчивость результатов травм может возникать при очень умеренном ушиблении при небольшом перемещении ткани. В целом, последовательность травмы в основном зависит отНа точность перемещения ткани, а также на скорость и время контакта ткани плунжера.
Диапазон перемещения ткани широкий (точность: 0-10 ± 0,005 мм). Основываясь на предыдущих пилотных данных и опубликованной информации у грызунов и нечеловеческих приматов, смещение 20% от переднего диаметра SC дает мягкий SCI, смещение 30-40% приводит к умеренному SCI и более> 50% смещению Производит сильный SCI со скоростью 1 м / с. В зависимости от вида животных будут незначительные различия. Время выдержки регулируется от 0 до 5 с с помощью реле времени. В нашем исследовании время пребывания было установлено в 300 мс. Это можно легко настроить для повторения времени пребывания других устройств SCI, включая модели NYU и IH.
Таким образом, мы разработали основанную на смещении модель контузивного SCI у взрослых мышей. Модель использует U-образный стабилизатор для стабилизации двусторонних спинальных фасеток, избегая шнураАртефакты движения, связанные с лазерным измерением поверхности корда. Эта модель может производить высокоскоростные повреждения шнура от 0,5-2 м / с. Лазерный датчик более точен, чем обычный метод определения скорости и расстояния до ударной поверхности. Модель может привести к травмам спинного мозга на всех уровнях – от легкой до тяжелой. При модификации это устройство может также приводить к травмам у крыс и крупных животных, таких как приматы нечеловеческих.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была частично поддержана NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562; Награда за заслуги I01 BX002356 от Департамента по делам ветеранов США; Фонд Крейга Н Нейлсена 296749; Индиана Спинальный мозг и Фонд исследования травм мозга и Марии Хулман Джордж Фондовые фонды (XMX); Norton Healthcare, Луисвилл, KY (YPZ); Штат Индиана ISDH 13679 (XW); И NeuroCures Foundation.
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 |