Farelerde Kontüsif Omurilik Yaralanması Modeli için Otomatik Çarpma Tertibatı
Summary
Burada sunulan, fareler için değişen derecelerde omurilik yaralanması kontüzyon modellerini doğru bir şekilde üretebilen yeni bir otomatik omurilik yaralanması kontüzyon cihazıdır.
Abstract
Araba kazaları ve düşmeler gibi travmatik yaralanmalara bağlı omurilik yaralanması (SKY), kalıcı omurilik disfonksiyonu ile ilişkilidir. Omurilik yaralanmasının omuriliğe çarparak kontüzyon modellerinin oluşturulması, klinik pratikte çoğu omurilik yaralanmasına benzer patolojilere neden olmaktadır. Omurilik yaralanmasının doğru, tekrarlanabilir ve kullanışlı hayvan modelleri, omurilik yaralanmasını incelemek için gereklidir. Fareler için yeni bir otomatik omurilik yaralanması kontüzyon cihazı olan Guangzhou Jinan Üniversitesi akıllı omurilik yaralanması sistemi, omurilik yaralanması kontüzyon modellerini doğruluk, tekrarlanabilirlik ve rahatlıkla üretebiliyoruz. Sistem, otomatik bir mobil platform ve gelişmiş yazılımla birleştirilmiş lazer mesafe sensörleri aracılığıyla çeşitli derecelerde omurilik yaralanması modellerini doğru bir şekilde üretir. Bu sistemi üç seviyeli omurilik yaralanması fare modeli oluşturmak için kullandık, Basso fare ölçeği (BMS) puanlarını belirledik ve doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini göstermek için davranışsal ve boyama testleri gerçekleştirdik. Bu cihazı kullanarak yaralanma modellerinin geliştirilmesinin her adımını gösteriyoruz ve standart bir prosedür oluşturuyoruz. Bu yöntem, tekrarlanabilir omurilik yaralanması kontüzyon fare modelleri üretir ve uygun kullanım prosedürleri ile insan manipülasyon faktörlerini azaltır. Geliştirilen hayvan modeli, omurilik yaralanması mekanizmalarını ve ilişkili tedavi yaklaşımlarını incelemek için güvenilirdir.
Introduction
Omurilik yaralanması genellikle yaralanan segmentin altında kalıcı omurilik disfonksiyonuna neden olur. Çoğunlukla trafik kazası ve düşme gibi omurgaya çarpan cisimler ve omurganın aşırı ekstansiyonu sonucu oluşur1. Omurilik yaralanması için etkili tedavi seçeneklerinin sınırlı olması nedeniyle, omurilik yaralanmalarının patogenezinin hayvan modelleri kullanılarak aydınlatılması, uygun tedavi yaklaşımlarının geliştirilmesi için bilgilendirici olacaktır. Omurilik üzerindeki darbenin neden olduğu omurilik yaralanmasının kontüzyon modeli, çoğu klinik omurilik yaralanması vakasına benzer patolojilere sahip hayvan modellerinin geliştirilmesine neden olur 2,3. Bu nedenle, omurilik yaralanması kontüzyonu için doğru, tekrarlanabilir ve uygun hayvan modelleri üretmek önemlidir.
Allen’ın 1911’de omurilik yaralanmasının ilk hayvan modelini icat etmesinden bu yana, omurilik yaralanması hayvan modellerini oluşturmak için aletlerin geliştirilmesinde büyük ilerlemeler olmuştur 4,5. Yaralanma mekanizmalarına göre, omurilik yaralanması modelleri kontüzyon, kompresyon, dikkat dağınıklığı, çıkık, transeksiyon veya kimyasal olarak sınıflandırılır6. Bunlar arasında, omuriliği yerinden çıkarmak ve yaralamak için dış kuvvetleri kullanan kontüzyon modelleri, çoğu omurilik yaralanması hastasının klinik etiyolojisine en yakın olanıdır. Bu nedenle, kontüzyon modeli omurilik yaralanması çalışmalarında birçok araştırmacı tarafından kullanılmıştır 3,7. Omurilik yaralanması kontüzyon modellerini geliştirmek için çeşitli aletler kullanılır. New York Üniversitesi (NYU)-çok merkezli hayvan omurilik yaralanması çalışmaları (MASCIS) çarpma tertibatı, ağırlık düşürme cihazı8 ile omurilik yaralanması kontüzyonları üretir. Birkaç güncellenmiş versiyondan sonra, MASCIS çarpma tertibatı, omurilik yaralanması kontüzyon hayvan modellerini geliştirmek için yaygın olarak kullanılmaktadır9. Bununla birlikte, MASCIS’in darbe çubuğu düşüp omuriliğe çarptığında, omurilik yaralanması modellerinde yaralanma derecesini etkileyen çoklu yaralanmalar meydana gelebilir. Ayrıca, cihazın doğruluğunu ve üretim modelinin tekrarlanabilirliğini sağlamak için mekanik hassasiyet elde etmek de zordur. Sonsuz horizon çarpma tertibatları, ağır damlalar yerine omuriliğe uygulanan kuvveti kontrol ederek kontüzyonlara neden olur10. Çarpma tertibatı ile omurilik arasındaki darbe kuvvetini doğrudan ölçmek için bir sensöre bağlı bir bilgisayar kullanır. Eşiğe ulaşıldığında, çarpma tertibatı hemen geri çekilir, böylece ağırlığın geri tepmesi önlenir ve doğruluk10,11 iyileştirilir. Bununla birlikte, hasar vermek için bu ince motor modalitesinin kullanılması, tutarsız hasara ve işlevsel eksikliklere neden olabilir6. Ohio Eyalet Üniversitesi (OSU) cihazı, omuriliğin dorsal yüzeyini elektromanyetik bir sürücü12,13 tarafından geçici bir oranda sıkıştırır. Bu cihaz, omurilik yaralanmalarına neden olmak için kısa mesafeli kompresyonlar kullandığından, sonsuz ufuk çarpma tertibatlarına benzer. Bununla birlikte, sıfır noktasının ilk tespitinin beyin omurilik sıvısınınvarlığından dolayı hatalara neden olacağı konusunda çeşitli sınırlamaları vardır 6,14. Özetle, omurilik yaralanması kontüzyonu hayvan modellerini geliştirmek için kullanılabilecek birçok araç vardır, ancak hepsinin hayvan modellerinin yetersiz doğruluğuna ve tekrarlanabilirliğine yol açan bazı sınırlamaları vardır. Bu nedenle, omurilik yaralanmasının fare kontüzyon modellerini daha doğru, rahat ve tekrarlanabilir bir şekilde oluşturmak için, otomatik ve akıllı bir omurilik yaralanması çarpma tertibatına ihtiyaç vardır.
Yeni bir omurilik yaralanması çarpma tertibatı sunuyoruz, Guangzhou Jinan Üniversitesi akıllı omurilik yaralanması sistemi (G akıllı SCI sistemi; Şekil 1), omurilik yaralanması kontüzyon modelleri üretmek için. Cihaz, vuruş hızı, vuruş derinliği ve bekleme süresi dahil olmak üzere ayarlanan vuruş parametrelerine göre vuruşları otomatikleştirmek için otomatik bir mobil platformla birlikte bir konumlandırma cihazı olarak bir lazer telemetre kullanır. Otomatik çalışma, insan faktörlerini azaltır ve hayvan modellerinin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini artırır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Omurilik yaralanması, ciddi fiziksel ve zihinsel bozukluklara neden olabilen duyusal ve motor eksikliklere yol açabilir. Çin’de, farklı illerde omurilik yaralanması insidansı milyonda 14,6 ila 60,6 arasında değişmektedir18. SCI prevalansındaki artış, sağlık sistemi üzerinde daha fazla baskı oluşturacaktır. Günümüzde, omurilik yaralanmaları ve patomekanizmaları ve onarım süreçleri henüz tam olarak anlaşılamamış olduğu için yaralanmalar için sınırlı etkili tedavi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, No. 82102314 (ZSJ’ye) ve 32170977 (HSL’ye) ve Guangdong Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı, No. 2022A1515010438 (ZSJ’ye) ve 2022A1515012306 (HSL’ye). Bu çalışma, Çin’deki Jinan Üniversitesi Birinci Bağlı Hastanesi’nin Klinik Sınır Teknolojisi Programı, No. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (HSL’ye). Bu çalışma, Guangzhou Bilim ve Teknoloji Planı Projesi, No. 202201020018 (HSL’ye), 2023A04J1284 (ZSJ’ye) ve 2023A03J1024 (HSL’ye) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| 0.01M PBS (powder, pH7.2-7.4) | Solarbio Life Sciences | P1010 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | Macklin | 75-80-9 | |
| 4% paraformaldehyde tissue fixative | Biosharp life science | BL539A | |
| Biomicroscope | Leica | LCC50 HD | |
| CatWalk | Noldus Information Technology | CatWalk XT 9.1 | |
| Cover glass | CITOTEST Scientific | 10212432C | |
| Embedding machine | Changzhou Zhongwei Electronic Instrument | BMJ-A | |
| Ethanol absolute | DAMAO | 64-17-5 | |
| FootFaultScan | Clever Sys Inc. | – | |
| Glass slide | CITOTEST Scientific | 80302-2104 | |
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| micro-grinding drill | FEIYUBIO | 19-7010 | |
| Mouse spinal fixator | RWD Life Science | 68094 | |
| Paraffin microtome | Thermo | shandon finesse 325 | |
| RotaRod for Mice | Ugo Basile | 47600 | |
| Stereomicroscope | KUY NICE | SZM-7045 | |
| Tert-Amyl alcohol | Macklin | 75-85-4 | |
| Xylene | China National Pharmaceutical | #10023418 |
References
- Venkatesh, K., Ghosh, S. K., Mullick, M., Manivasagam, G., Sen, D. Spinal cord injury: pathophysiology, treatment strategies, associated challenges, and future implications. Cell and Tissue Research. 377 (2), 125-151 (2019).
- Chiu, C. W., Cheng, H., Hsieh, S. L. Contusion Spinal Cord Injury Rat Model. Bio Protocol. 7 (12), e2337 (2017).
- Thygesen, M. M., Guldbæk-Svensson, F., Rasmussen, M. M., Lauridsen, H. Contusion Spinal Cord Injury via a Microsurgical Laminectomy in the Regenerative Axolotl. Journal of Visualized Experiments. (152), 60337 (2019).
- Anderson, T. E. A controlled pneumatic technique for experimental spinal cord contusion. Journal of Neuroscience Methods. 6 (4), 327-333 (1982).
- Allen, A. R. SURGERY OF EXPERIMENTAL LESION OF SPINAL CORD EQUIVALENT TO CRUSH INJURY OF FRACTURE DISLOCATION OF SPINAL COLUMN: A PRELIMINARY REPORT. Journal of the American Medical Association. LVII (11), 878-880 (1911).
- Cheriyan, T., et al. Spinal cord injury models: a review. Spinal Cord. 52 (8), 588-595 (2014).
- Yan, R., et al. A modified impactor for establishing a graded contusion spinal cord injury model in rats. Annals of Translational Medicine. 10 (8), 436 (2022).
- Gruner, J. A. A monitored contusion model of spinal cord injury in the rat. Journal of Neurotrauma. 9 (2), 123-126 (1992).
- Ghnenis, A. B., et al. Evaluation of the Cardiometabolic Disorders after Spinal Cord Injury in Mice. Biology (Basel). 11 (4), 495 (2022).
- Scheff, S. W., Rabchevsky, A. G., Fugaccia, I., Main, J. A., Lumpp, J. E. Experimental modeling of spinal cord injury: characterization of a force-defined injury device. Journal of Neurotrauma. 20 (2), 179-193 (2003).
- Hong, Y. R., et al. Ultrasound stimulation improves inflammatory resolution, neuroprotection, and functional recovery after spinal cord injury. Scientific Reports. 12 (1), 3636 (2022).
- Noyes, D. H. Electromechanical impactor for producing experimental spinal cord injury in animals. Medical & Biological Engineering & Computing. 25 (3), 335-340 (1987).
- Stokes, B. T., Noyes, D. H., Behrmann, D. L. An electromechanical spinal injury technique with dynamic sensitivity. Journal of Neurotrauma. 9 (3), 187-195 (1992).
- Pearse, D. D., et al. Histopathological and behavioral characterization of a novel cervical spinal cord displacement contusion injury in the rat. Journal of Neurotrauma. 22 (6), 680-702 (2005).
- Wu, X., et al. A Tissue Displacement-based Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice. Journal of Visualized Experiments. (124), 54988 (2017).
- Forgione, N., Chamankhah, M., Fehlings, M. G. A Mouse Model of Bilateral Cervical Contusion-Compression Spinal Cord Injury. Journal of Neurotrauma. 34 (6), 1227-1239 (2017).
- Ji, Z. S., et al. Highly bioactive iridium metal-complex alleviates spinal cord injury via ROS scavenging and inflammation reduction. Biomaterials. 284, 121481 (2022).
- Chen, C., Qiao, X., Liu, W., Fekete, C., Reinhardt, J. D. Epidemiology of spinal cord injury in China: A systematic review of the chinese and english literature. Spinal Cord. 60 (12), 1050-1061 (2022).
- Flack, J. A., Sharma, K. D., Xie, J. Y. Delving into the recent advancements of spinal cord injury treatment: a review of recent progress. Neural Regeneration Research. 17 (2), 283-291 (2022).
- Khuyagbaatar, B., Kim, K., Kim, Y. H. Conversion Equation between the Drop Height in the New York University Impactor and the Impact Force in the Infinite Horizon Impactor in the Contusion Spinal Cord Injury Model. Journal of Neurotrauma. 32 (24), 1987-1993 (2015).
- Alizadeh, A., Dyck, S. M., Karimi-Abdolrezaee, S. Traumatic Spinal Cord Injury: An Overview of Pathophysiology, Models and Acute Injury Mechanisms. Frontiers in Neurology. 10, 282 (2019).
- Bilgen, M. A new device for experimental modeling of central nervous system injuries. Neurorehabilitation and Neural Repair. 19 (3), 219-226 (2005).
- Khan, M., et al. GSNOR and ALDH2 alleviate traumatic spinal cord injury. Brain Research. 1758, 147335 (2021).
