El protocolo actual, que simula el síndrome del cordón central (CCS) en ratones, ha mejorado la repetibilidad y minimizado el daño operativo a los animales de experimentación, evitando alterar excesivamente la estructura anatómica. La estrategia de este estudio es ventajosa porque permite investigar los mecanismos de lesión al producir resultados consistentes.
Los modelos animales del síndrome de la médula central (CCS, por sus siglas en inglés) podrían beneficiar sustancialmente la investigación preclínica. Las vías anatómicas identificables pueden proporcionar enfoques de exposición mínimamente invasivos y reducir las lesiones adicionales a los animales de experimentación durante la operación, lo que permite mantener una morfología anatómica consistente y estable durante los experimentos para minimizar las diferencias conductuales e histológicas entre los individuos para mejorar la reproducibilidad de los experimentos. En este estudio, la médula espinal a nivel de C6 se expuso utilizando una plataforma coaxial de lesión medular (SCICP) y en combinación con una técnica mínimamente invasiva. Con la ayuda de un estabilizador vertebral, fijamos las vértebras y comprimimos la médula espinal de ratones C57BL/6J con pesas de 5 g/mm2 y 10 g/mm2 con SCICP para inducir diferentes grados de lesión medular C6. De acuerdo con la descripción previa de CCS, los resultados revelan que la lesión en este modelo se concentra en la sustancia gris alrededor del cordón central, lo que permite una mayor investigación sobre CCS. Finalmente, se proporcionan los resultados histológicos como referencia para los lectores.
En los últimos años se ha observado un aumento constante de la incidencia de lesiones medulares (LME), con más lesiones en personas mayores por tauma1 menos violentas. Estas lesiones afectan con mayor frecuencia a la columna cervical y con mayor frecuencia conducen a una disfunción neurológica incompleta2.
En el siglo XXI, la CCS es el tipo más prevalente de LME incompleta, representando más de la mitad de todas las LME. En comparación con la LME incompleta convencional, la CCS se caracteriza por un deterioro desproporcionadamente mayor de las extremidades superiores que de las inferiores3. Se caracteriza por una debilidad predominante de las extremidades superiores con disfunción sensorial y vesical menos significativa. Se cree que el CCS es causado por una hemorragia y edema postraumáticos de la región central o, como se propuso recientemente, por la degeneración walleriana por compresión de la médula espinal en la estenosis del canal espinal. El manejo del CCS carece de evidencia de alto nivel para orientar, lo que requiere una comprensión integral de su fisiopatología4. Sin embargo, no se han reportado modelos de CCS. Los modelos animales adecuados son esenciales para la comprensión de la fisiopatología, lo que puede proporcionar una base de investigación para estudios clínicos y preclínicos 5,6,7,8,9,10.
En este estudio, se establece un modelo de CCS en ratones con una plataforma coaxial de lesión medular (SCICP) y un plan de operación mínimamente invasivo, lo que permite una mayor investigación y comprensión de la CCS. La validez del modelo se ha demostrado en el curso del proceso de investigación mediante análisis histológico, de resonancia magnética (RM) y de inmunofluorescencia.
De los numerosos tipos de lesión medular, la CCS es uno de los tipos de lesión potencialmente más tratables 3,4. Debido a la falta de modelos de investigación de laboratorio, las investigaciones sobre CCS de la década de 1950 se centraron en estudios clínicos e investigaciones de disección cadavérica 3,16,17. El presente estudio muestra el uso de herramientas compatibles y procedimientos mínimamente invasivos para establecer el modelo CCS de ratones. Desde el punto de vista técnico, esta plataforma tiene una gran operatividad y una buena reproducibilidad. Dado que los resultados del experimento demuestran la validez, nuestra técnica para establecer el modelo más cercano al estándar que estudios previos han definido para CCS4.
Los estudios previos de lesión por compresión han empleado principalmente clips de aneurisma, balones y pinzas calibradas 9,10,18. Además, la mayoría de las lesiones ocurrieron a nivel de la médula espinal torácica18. La médula espinal a nivel de C6 fue elegida como segmento lesionado en este estudio para investigar las características del CCS. Vale la pena prestar atención a que la tasa de supervivencia del modelo CCS también es un factor esencial para garantizar la consistencia experimental. El presente estudio informa que causa lesiones por compresión bilateral en la médula espinal cervical del ratón, mientras que las lesiones traumáticas de la médula espinal de alto nivel, especialmente las lesiones bilaterales, podrían ser fatales para los animales de experimentación si son demasiado graves. Según El-Bohy, es más probable que la médula espinal C4/5 afecte el tracto bulboespinal descendente y las motoneuronas relacionadas con la respiración, lo que lleva a los animales de experimento a la depresión respiratoria y a la muerte 18,19,20,21,22,23., En este estudio, los ratones con diferentes grados de compresión en la médula espinal cervical C6 tienen características de lesión significativamente diferenciadas sugeridas por pruebas histológicas. A pesar de que hubo diferencias significativas de comportamiento e histológicas en el modelo de pinzamiento de la médula espinal cervical de ratón reportado por Forgione, se requirió la interrupción de los pedículos, los procesos articulares, las láminas e incluso las raíces nerviosas para pinzar la médula espinal con las pinzas modificadas, lo que tuvo una influencia significativa en la estabilidad de las estructuras cervicales24. Otro estudio de lesiones cervicales relató el uso de la apófisis transversa como sitio de fijación5. A pesar de que se evitó que se dañaran los procesos articulares, la descomposición excesiva del tejido muscular también podría tener un impacto en la estabilidad de la médula espinal. En el presente estudio, solo se resecó la6ª lámina cervical para mantener la estabilidad de la médula espinal cervical, preservando las articulaciones adyacentes y evitando el daño muscular excesivo. Al mismo tiempo, la compresión desde arriba de la médula espinal evita el daño a las raíces nerviosas.
Los resultados de la EH sugieren que el área de daño a la médula espinal cervical de los ratones de cada grupo fue principalmente en la sustancia gris cerca de la médula central, que caracterizó a la CCS, con diferencias significativas en el alcance de la lesión entre los diferentes grupos. En particular, las secciones patológicas que mostramos pueden haber aliviado la manifestación de la lesión porque las muestras se recolectaron unos días después de la lesión. La inmunofluorescencia (NF-200) mostró menos daño a los tractos neurales en la región de la sustancia blanca de la médula espinal, lo que también confirmó que el daño en CCS se concentraba principalmente alrededor de la médula central. El resultado de la inmunofluorescencia se vio agravado por los resultados histológicos previos de la patología. Estudios previos han demostrado que el CCS conduce a un edema cerca de la médula central, lo que conduce a un hematoma y, en última instancia, a una disfunción en la porción medial del tracto corticoespinal lateral3. La hemorragia ha sido reportada como un componente típico del CCS, pero rara vez se observa en estudios de imagen y autopsia posteriores17. En este estudio, los resultados de la EH a los 7 días después de la lesión sugirieron signos de edema tisular en todos los grupos; sin embargo, no se encontraron glóbulos rojos residuales en el área de la lesión. Por lo tanto, se utilizó azul de Prusia para examinar el área de la lesión en busca de hemorragia, y los resultados se correspondieron con la hemosiderosis observada en el área de la lesión del grupo de lesión grave a los 7 días después de la lesión, mientras que el grupo leve no lo hizo. Las imágenes de RM T2 mostraron que tanto las lesiones leves como las graves tenían áreas de señal baja en el área dañada de la lesión a los 7 días después de la lesión. indicando aquí la deposición de lisado de reticulocitos. Estos resultados proporcionan evidencia circunstancial de que la discrepancia entre los hallazgos previamente reportados probablemente se deba a que la prueba de RM es potencialmente más sensible que la prueba histológica14, además de la gravedad de la lesión, lo que también puede influir en la cantidad de hemorragia en el área de la lesión. La GFAP también se expresó ampliamente en la zona dañada. Al mismo tiempo, también se observó expresión de Iba-1 en áreas intactas, lo que sugiere la persistencia de una respuesta inflamatoria, consistente con los resultados de la resonancia magnética, donde un anillo de señal hiperintensa alrededor del área de señal hipointensa en la lesión sugiere la presencia de una respuesta inflamatoria. Finalmente, con base en los resultados del presente estudio, el área de lesión en el modelo se centró en la sustancia gris alrededor del cordón central, lo que en general es consistente con las descripciones reportadas anteriormente13. Desafortunadamente, no realizamos resonancias magnéticas de forma repetitiva en todos los animales de experimentación para mostrar cómo el sitio de la lesión cambia dinámicamente con el tiempo. Los futuros investigadores pueden incluir esto en su trabajo para una mejor investigación sobre la CAC. Además, se puede incluir en el estudio el inmunomarcaje con marcadores neuronales como NeuN, que definen la materia gris.
En conclusión, las características de los hallazgos sobre patología y resonancia magnética tienen grandes similitudes con las descritas para la CCS en estudios previos4. El presente protocolo que modela de forma factible la CCS permite una mayor investigación y comprensión de la CCS.
The authors have nothing to disclose.
Este estudio contó con el apoyo del Proyecto Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de Investigación de Células Madre y Transformación (2019YFA0112100) y el Programa Estatal Clave de Ciencias Naturales Nacionales de China (81930070).
4% fixative solution | Solarbio | P1110 | 4% |
Anti-Neurofilament heavy polypeptide antibody | Abcam | ab8135 | Dilution ratio (1:2000) |
Eosin Staining Solution (water soluble) | Biosharp | BL727B | |
Ethanol | Fuyu Reagent | ||
Fluorescent microscope | KEYENCE | BZ-X800 | |
Frozen Slicer | Leica | ||
GFAP (GA5) Mouse mAb | Cell Signaling TECHNOLOGY | #3670 | Dilution ratio (1:600) |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor Plus 488 | ThermoFisher SCIENTIFIC | A32723TR | Dilution ratio (1:1000) |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor Plus 594 | ThermoFisher SCIENTIFIC | A32740 | Dilution ratio (1:1000) |
Hematoxylin Staining Solution | Biosharp | BL702A | |
Mice | Jinan Pengyue Experimental AnimalCompany | C57BL/6J | |
Microsurgery apparatus | Shandong ULT Biotechnology Co., Ltd | All the surgey instruments are custom-made | Ophthalmic scissors, micro mosquito forceps, microsurgery forceps, micro scissors |
Normal sheep serum for blocking (working solution) | Zhong Shan Jin Qiao | ZLI-9022 | working solution |
O.C.T. Compound | SAKURA | 4583 | |
Phosphate buffered solution (PBS) | Solarbio | P1020 | pH 7.2–7.4 |
Prussian Blue Iron Stain Kit (With Eosin) | Solarbio | G1424 | |
RWD Laboratory inhalation anesthetic station | RWD Life Science Co., Ltd | R550 | |
Small animal in vivo microCT imaging system | PerkinElmer | Quantum GX2 | |
Spinal cord injury coaxial platform | Shandong ULT Biotechnology Co., Ltd | Custom-made(Feng's standard) | https://shop43957633.m.youzan.com/wscgoods/detail/367x5ovgn69q18g?banner_id=f.81386274~goods.7~ 1~b0yRFKOq&alg_id= 0&slg=tagGoodList-default%2COpBottom%2Cuuid% 2CabTraceId&components_ style_layout =1&reft=1659409105184&spm= g.930111970_f.81386274&alias= 367x5ovgn69q18g&from_uuid= 1362cc46-ffe0-6886-2c65-01903 dbacbba&sf=qq_sm&is_share= 1&shopAutoEnter=1&share_cmpt =native_wechat&is_silence_auth=1 |
Surgery microscope | Zumax Medical Co., Ltd. | zumax, OMS2355 | |
Tris Buffered Saline+Tween (TBST) | Solarbio | T1082 | Dilution ratio (1:19) |
Xylene | Fuyu Reagent |