Yetişkin farelerde tutarlı bir kontüzif omurilik yaralanması üretebilen doku yer değiştirme tabanlı kontüzyon omurilik hasarı modelini sunuyoruz.
Tutarlı ve tekrarlanabilir kontüzif omurilik hasarı (SCI) üretmek, deney hayvanları arasındaki davranışsal ve histolojik değişkenliklerin en aza indirgenmesi için önemlidir. Farklı mekanizmaları kullanarak yaralanmalar üretmek için çeşitli kasık SCI modelleri geliştirildi. SCI şiddeti belirli bir ağırlığın düştüğü yüksekliğe, yaralanma kuvvetine veya omuriliğin yer değiştirmesine dayanır. Bu çalışmada, yaralanma hızı ve doğruluğu yüksek bir yer değiştirme tabanlı SCI oluşturabilen yeni bir fare kontüzif SCI cihazı, Louisville Yaralanma Sistemi Aparatı (LISA) çarpma aracı tanıtıyoruz. Bu sistem kademeli ve tekrar üretilebilir yaralanmalar üretmek için gelişmiş yazılımla birlikte lazer mesafe sensörlerini kullanmaktadır. Adım adım prosedürü göstermek için farelerde 10. torasik vertebra (T10) seviyesinde kontrast SCI uyguladık. Model ayrıca servikal ve lomber spinal seviyelerine de uygulanabilir.
İnsanlarda meydana gelen en yaygın omurilik yaralanması (SCI) kontra SCI 1'dir . SCI'yi takiben yaralanma mekanizmalarını ve çeşitli terapötik stratejileri araştırmak için kemirgenlerde kesin, tutarlı ve tekrarlanabilir kontüzif SCI modeli gereklidir.
Deneysel SCI araştırmasında 2 , 3 , 4 , 5 , 6 numaralı çeşitli yaralanma üreten mekanizmalara sahip birçok omurilik kasılması yaralanma modelleri kullanılmıştır. Özellikle ağırlık düşüşüne dayalı New York Üniversitesi (NYU) / Çok Merkezli Hayvan Spinal Kord Yaralanması Araştırmaları (MASCIS) çarpma tertibatı 3 , 6 , Ohio State Üniversitesi (OSU) çarpma / elektromanyetik SCI cihazı (ESCID) 5 , 7 , birD Sonsuz Ufuk (IH) çarpma tertibatı 4 , 8 – SCI araştırma alanında yaygın şekilde kabul edilmektedir. NYU / MASCIS darbe alıcısı veya eşdeğeri , birden fazla yaralanma şiddeti 3 , 6 yaratmak için hedef omuriliğe farklı yüksekliklerden sabit bir ağırlık düşürerek yaralanma meydana getirir. OSU / ESCID, doku yer değiştirmesini başlatarak yaralanmaya neden olur 5 , 7 . IH darbe üreteci omurilik 4 , 8'e farklı kuvvetler uygulayarak yaralanır. Her impaktör, yaralanma sonuçlarını etkileyen önemli bir parametre olan farklı bir hız kullanır. NYU / MASCIS cihazı, 0.33-0.9 m / s aralığında hızlar üretir. IH cihazının maksimum hızı 0,13 m / s 4'tür . OSU / ESCID çarpma tertibatı 0.148 m / s sabit bir hıza sahiptir 5 . Özellikle,Se modelleri, klinik hızlarda gözlemlenenden daha düşük olup, genellikle 1.0 m / s 9'u aşmaktadır.
Burada, yüksek çarpma hızı 10 olan farelerde SCI üretmek için, Louisville Yaralanma Sistemi Aparatı (LISA) adı verilen yeni bir yer değiştirme tabanlı kirletici SCI cihazı sunuyoruz. Bu sistem, sabit, tekrarlanabilir bir SCI üretilmesine olanak sağlayarak, omurgayı yaralanma yerine sıkıca sabitleyen bir omurgalı sabitleyici içerir. Cihazın lazer sensörü, doku yer değiştirmesinin kesin olarak belirlenmesini ve sonuçta ortaya çıkan SCI şiddetini sağlar. Omurilik ile temas noktasındaki pistonun hızı 0.5 ila 2 m / s arasında ayarlanabilir. Bu yaralanma parametreleri, klinik olarak görülen travmatik SCI'yi yakından taklit eder.
1911'de Allen, köpekler 12'nin maruz kalmış omurilik kordlarında yaralanmalara neden olmak için sabit bir ağırlık kullanarak ilk ağırlık düşüş modelini tarif etti. Benzer düşme düşüş modelleri, NYU / MASCIS çarpma tertibatı 3 , 6 , 13 , 14 dahil olmak üzere Allen modeline dayalı olarak geliştirildi. Ağırlık düşüş modeline ek olarak, diğer SCI cihazları da oluşturuldu. OSU / ESCID 5 , 7 modeli yaralanma şiddetini kontrol etmek için bir doku değiştirme mekanizması kullanır ve IH modeli 4,8, kademeli bir SCI oluşturmak için kuvvet kullanır. Bu sistemlerde, vertebral stabilizasyon, burun ve kaudal spinöz proseslerin hasar alanına sıkıştırılmasıyla elde edilir. Bu cihazlar, özellikle 0.33 – 0.9 m / s (NYU / MASCIS), 0.148 m / s (OSU / ESCID) düşük yaralanma hızları kullanırlar;Ve 0.13 m / s (İH). Rstral ve kaudal spinöz prosesleri stabilize etmek, çarpma esnasında omurga esnekliği ve omurga hareketine neden olabilir ve bu da yaralanma hassasiyetini etkileyebilir.
LISA yöntemi, özellikle omurga instabilitesi ve düşük yaralanma hızı açısından mevcut modellerin eksikliklerinin üstesinden gelmeye çalışmaktadır. Bu yöntem, bilateral faset stabilizasyonunu kullanır ve yaralanma ile ilişkili hareket eserlerinden kaçınır. Bu cihaz, 0.5-2 m / s 11 , 15 arasında ayarlanabilen yüksek etkili bir hız kullanmaktadır. Lazer sensörü ESCID modelinde kullanılan Ling Vibratör'den daha ileri seviyedeydi ve doku temasını gerektirmeden omuriliğin yüzeyinden olan mesafeyi hassas bir şekilde ölçer. Model başlangıçta sıçan SCI üretmek üzere geliştirildi ve şimdi farelerde ve insan olmayan primatlarda 16 değişiklikler yaparak SCI üretmek üzere uyarlandı.
Omurga stAbilizasyon, tüm deneysel SCI yöntemlerinde, özellikle doku yer değiştirme modellerinde değişkenliği azaltır. Lazer mesafe sensörü, solunum hareketleri sırasında omuriliğin doku yer değiştirmesinin büyüklüğünü belirler. Lazerin odaklandığı omuriliğin burulma noktasının vurduğu aynı noktanın olması önemlidir. Bu adım, çarpma uçları ve lazer ışını hizalandığında kalibrasyon adımı ( Şekil 3 ) sırasında gerçekleştirilir. Bu modelin potansiyel zayıflığı, dokuların yer değiştirmesinin büyüklüğünün dura yüzeyinden ölçülmesidir. Dura kalınlığı hayvanlar arasında ihmal edilebilir bir fark oluştursa da, beyin omurilik sıvısı (BOS) ile doldurulmuş subaraknoid alanda belirgin değişkenlik olabilir. Yaralanma sonuçlarındaki değişkenlik, küçük doku yer değiştirmesini kullanarak çok hafif bir kontüzyon yaralanması üretirken ortaya çıkabilir. Genel olarak, yaralanmanın tutarlılığı esas olarak bağlıdırDoku deplasmanının doğruluğuna ve ayrıca pistonun hızı ve doku temas süresine bağlıdır.
Doku yer değiştirmesi aralığı geniş (doğruluk: 0-10 ± 0.005 mm). Kemirgenlerde ve insan olmayan primatlardaki daha önceki pilot verilere ve yayınlanmış bilgiye dayanarak, SC'nin ön-arka çapının% 20'lik bir yer değiştirmesi hafif bir SCI,% 30-40'lık bir yer değiştirme orta SCI ve% 50'den fazla yer değiştirme üretir 1 m / s hızında şiddetli SCI üretir. Hayvan türüne bağlı olarak hafif farklılıklar olacaktır. Bekleme süresi, bir zaman rölesi kullanarak 0 ila 5 saniye arasında ayarlanabilir. Çalışmamızda, bekleme süresi 300 ms olarak ayarlanmıştır. Bu, NYU ve IH modelleri de dahil olmak üzere diğer SCI aygıtlarının bekleme sürelerini çoğaltmak için kolayca ayarlanabilir.
Özetle, yetişkin farelerde kontüzif SCI'ye yer değiştirme tabanlı bir model geliştirdik. Model, bilateral spinal yamtakları stabilize etmek için kordondan kaçınarak U şeklinde bir stabilizatör kullanırKord bezi yüzeyinin lazer kılavuzlu ölçümü ile ilişkili hareket eserleridir. Bu model 0.5-2 m / s'lik yüksek hızlı kord yaralanmaları üretebilir. Lazer sensörü, hız ve çarpma yüzeyine olan uzaklığı belirlemek için geleneksel yöntemden daha doğrudur. Model omurilik yaralanmalarını hafiften şiddetliye kadar her seviyede üretebilir. Değiştirildiğinde, bu cihaz sıçanlarda ve insan olmayan primatlar gibi büyük hayvanlarda da yaralanmalara neden olabilir.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma kısmen NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562 tarafından desteklenmiştir; ABD Gazi İşleri Bakanlığı'ndan Merhere İnceleme Ödülü I01 BX002356; Craig H Neilsen Vakfı 296749; Indiana Spinal Cord ve Beyin Hasarı Araştırma Vakfı ve Mari Hulman George Teşvik Fonu (XMX); Norton Healthcare, Louisville, KY (YPZ); Indiana Eyaleti ISDH 13679 (XW); Ve NeuroCures Vakfı.
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 |