JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يظهر هنا جهاز كدمة آلي جديد لإصابة الحبل الشوكي للفئران ، والذي يمكنه إنتاج نماذج كدمة إصابة الحبل الشوكي بدقة بدرجات متفاوتة.

Abstract

ترتبط إصابة الحبل الشوكي (SCI) بسبب الإصابات الرضحية مثل حوادث السيارات والسقوط بخلل وظيفي دائم في الحبل الشوكي. يؤدي إنشاء نماذج كدمة لإصابة الحبل الشوكي عن طريق التأثير على الحبل الشوكي إلى أمراض مماثلة لمعظم إصابات الحبل الشوكي في الممارسة السريرية. تعد النماذج الحيوانية الدقيقة والقابلة للتكرار والمريحة لإصابة الحبل الشوكي ضرورية لدراسة إصابة الحبل الشوكي. نقدم جهازا آليا جديدا لكدمة إصابة الحبل الشوكي للفئران ، وهو نظام إصابة الحبل الشوكي الذكي بجامعة قوانغتشو جينان ، والذي يمكنه إنتاج نماذج كدمة إصابة الحبل الشوكي بدقة وقابلية للتكرار والراحة. ينتج النظام بدقة نماذج بدرجات متفاوتة من إصابة الحبل الشوكي عبر مستشعرات المسافة بالليزر جنبا إلى جنب مع منصة متنقلة آلية وبرامج متقدمة. استخدمنا هذا النظام لإنشاء ثلاثة مستويات من نماذج الفئران المصابة بالحبل الشوكي ، وحددنا درجات مقياس باسو للفأر (BMS) ، وأجرينا فحوصات سلوكية وكذلك تلطيخ لإثبات دقتها وقابليتها للتكاثر. نعرض كل خطوة من خطوات تطوير نماذج الإصابة باستخدام هذا الجهاز ، وتشكيل إجراء موحد. تنتج هذه الطريقة نماذج فئران كدمة إصابة الحبل الشوكي القابلة للتكرار وتقلل من عوامل التلاعب البشري من خلال إجراءات المناولة المريحة. النموذج الحيواني المطور موثوق به لدراسة آليات إصابة الحبل الشوكي وطرق العلاج المرتبطة بها.

Introduction

عادة ما تؤدي إصابة الحبل الشوكي إلى خلل دائم في الحبل الشوكي أسفل الجزء المصاب. يحدث في الغالب بسبب الأجسام التي تضرب العمود الفقري وفرط تمدد العمود الفقري ، مثل حوادث المرور والسقوط1. نظرا لمحدودية توافر خيارات العلاج الفعالة لإصابة الحبل الشوكي ، فإن توضيح التسبب في إصابات الحبل الشوكي باستخدام النماذج الحيوانية سيكون مفيدا لتطوير أساليب العلاج المناسبة. يؤدي نموذج الكدمة لإصابة الحبل الشوكي الناجم عن التأثير على الحبل الشوكي إلى تطوير نماذج حيوانية ذات أمراض مماثلة لمعظم حالات إصابة الحبل الشوكي السريرية 2,3. لذلك ، من المهم إنتاج نماذج حيوانية دقيقة وقابلة للتكرار ومريحة لكدمة إصابة الحبل الشوكي.

منذ اختراع ألين لأول نموذج حيواني لإصابة الحبل الشوكي في عام 1911 ، كان هناك تقدم كبير في تطوير أدوات لإنشاء نماذج حيوانية لإصابة الحبل الشوكي 4,5. بناء على آليات الإصابة ، تصنف نماذج إصابة الحبل الشوكي على أنها كدمة أو ضغط أو إلهاء أو خلع أو استئصال أو مادةكيميائية 6. من بينها ، نماذج الكدمات ، التي تستخدم قوى خارجية لإزاحة وإصابة الحبل الشوكي ، هي الأقرب إلى المسببات السريرية لمعظم مرضى إصابات الحبل الشوكي. لذلك ، تم استخدام نموذج الكدمة من قبل العديد من الباحثين في دراسات إصابة الحبل الشوكي 3,7. تستخدم أدوات مختلفة لتطوير نماذج كدمة إصابة الحبل الشوكي. ينتج جهاز الصدمة الخاص بدراسات إصابات الحبل الشوكي الحيواني (MASCIS) بجامعة نيويورك (NYU) كدمات إصابة الحبل الشوكي بواسطة جهاز إنقاص الوزن8. بعد عدة إصدارات محدثة ، يستخدم جهاز التصادم MASCIS على نطاق واسع لتطوير نماذج حيوانية لكدمة إصابة الحبل الشوكي9. ومع ذلك ، عندما يسقط قضيب تأثير MASCIS ويضرب الحبل الشوكي ، قد تحدث إصابات متعددة ، مما يؤثر على درجة الإصابة في نماذج إصابة الحبل الشوكي. علاوة على ذلك ، فإن تحقيق الدقة الميكانيكية لضمان دقة الأداة وتكرار نموذج التصنيع يمثل تحديا أيضا. تسبب صدمات الأفق اللانهائية كدمات من خلال التحكم في القوة المطبقة على الحبل الشوكي بدلا من القطرات الثقيلة10. يستخدم جهاز كمبيوتر متصل بجهاز استشعار لقياس قوة التأثير مباشرة بين الصدمة والحبل الشوكي. عند الوصول إلى العتبة ، يتم سحب المؤثر على الفور ، وبالتالي تجنب ارتداد الوزن وتحسين الدقة10,11. ومع ذلك ، فإن استخدام هذه الطريقة الحركية الدقيقة لإلحاق الضرر يمكن أن يؤدي إلى ضرر غير متسق وعجز وظيفي6. يقوم جهاز جامعة ولاية أوهايو (OSU) بضغط السطح الظهري للحبل الشوكي بمعدل عابر بواسطة محرك كهرومغناطيسي12,13. يشبه هذا الجهاز صدمات الأفق اللانهائية ، حيث يستخدم ضغطات قصيرة المدى للتسبب في إصابات الحبل الشوكي. ومع ذلك ، فإن لها قيودا مختلفة في أن التحديد الأولي لنقطة الصفر سيؤدي إلى حدوث أخطاء بسبب وجود السائل النخاعي 6,14. باختصار ، هناك العديد من الأدوات التي يمكن استخدامها لتطوير نماذج حيوانية لكدمة إصابة الحبل الشوكي ، ولكن جميعها لها بعض القيود التي تؤدي إلى عدم كفاية الدقة وقابلية استنساخ النماذج الحيوانية. لذلك ، من أجل إنشاء نماذج كدمة الفئران لإصابة الحبل الشوكي بشكل أكثر دقة وملاءمة وتكرارا ، هناك حاجة إلى مؤثر آلي وذكي لإصابة الحبل الشوكي.

نقدم مؤثرا جديدا لإصابة الحبل الشوكي ، نظام إصابة الحبل الشوكي الذكي بجامعة قوانغتشو جينان (نظام G smart SCI ؛ نظام إصابات النخاع الشوكي الذكي G ؛ نظام إصابات النخاع الشوكي الذكي G ؛ نظام إصابات الحبل الشوكي الذكي ؛ الشكل 1) ، لإنتاج نماذج كدمة إصابة الحبل الشوكي. يستخدم الجهاز جهاز تحديد المدى بالليزر كجهاز لتحديد المواقع ، جنبا إلى جنب مع منصة متنقلة آلية لأتمتة الضربات وفقا لمعايير الإضراب المحددة ، بما في ذلك سرعة الضربة وعمق الضربة ووقت السكون. يقلل التشغيل الآلي من العوامل البشرية ويحسن دقة النماذج الحيوانية وقابليتها للتكرار.

Protocol

تمت مراجعة الدراسات التي شملت والموافقة عليها من قبل لجنة الأخلاقيات بجامعة جينان.

1. تخدير واستئصال الصفيحة الفقرية الشوكية T10

  1. استخدم الفئران البالغة من العمر 8 أسابيع C57 / 6J لهذه الدراسة. تخدير الفئران عن طريق الحقن داخل الصفاق من الكيتامين (100 ملغم / كغم) والديازيبام (5 ملغ / كغ). تحقق من التخدير الناجح المشار إليه بفقدان منعكس الألم. ضع مرهم الطبيب البيطري على العينين لمنع الجفاف تحت التخدير.
  2. حلق الشعر على ظهر الفئران باستخدام ماكينة حلاقة للكشف عن الجلد. تطهير الجلد مع ثلاث جولات بالتناوب من اليودوفور والكحول.
  3. قم بعمل شق طولي وسطي 2.5 سم في الجلد الظهري باستخدام مشرط وكشف العمود الفقري على مستوى T9-T11 باستخدام الملقط.
  4. إصلاح جوانب T10 بشكل ثنائي باستخدام مثبت العمود الفقري. تأكد من إصلاح العمود الفقري بثبات. تأكد من تجريد العضلات شبه الفقرية وإزالة العملية الشائكة وكذلك الصفيحة باستخدام مثقاب الطحن الدقيق لكشف الحبل الشوكي لجزء T10.

2. كدمة الحبل الشوكي T10 باستخدام نظام G smart SCI

  1. قم بتشغيل المفتاح وانتظر حتى يعود الجهاز تلقائيا إلى حالته الأصلية. ضع مثبت العمود الفقري في نظام G smart SCI وقم بتثبيته باستخدام البراغي.
  2. باستخدام شاشة التشغيل التي تعمل باللمس (الشكل 2A) ، قم بتعيين معلمات الضرر ، بما في ذلك سرعة التأثير (1 م / ث) ، وعمق التأثير (0.5 مم ، 0.8 مم ، و 1.1 مم لثلاث مجموعات مختلفة من الفئران) ووقت السكون (500 مللي ثانية) 15.
  3. قم بمحاذاة محدد المدى بالليزر في مركز الحبل الشوكي المكشوف عن طريق تحريك المنصة. (الشكل 2 ب)
  4. انقر فوق الزر جاهز على الشاشة باللمس (الشكل 2C). سيتم ضبط رأس التأثير تلقائيا على ارتفاع معين بناء على معلمات الإعداد. تحرك الطاولة الحاملة موقع ارتطام الحبل الشوكي تلقائيا أسفل رأس التصادم.
  5. اضغط يدويا على رأس التصادم لتحديد موقع الارتطام بشكل أكبر. انقر فوق الزر "ابدأ " ، وسيضرب رأس التأثير الحبل الشوكي بناء على المعلمات المحددة.
  6. أخرج الفئران من الجهاز وراقب تحت المجهر المجسم (20x) لتحديد إصابة الحبل الشوكي (الشكل 3). لتحديد نجاح تطوير النموذج ، لاحظ الاحتقان المحلي والانهيار وتمزق الغشاء الشوكي.
  7. خياطة العضلات واللفافة والجلد طبقة تلو الأخرى باستخدام 3-0 الغرز. ضع الفئران في صندوق دافئ وانتظر شفاءها.

3. رعاية ما بعد الجراحة

  1. حقن ميلوكسيكام (5 ملغ/كغ) تحت الجلد يوميا لمدة 7 أيام بعد الجراحة. أفرغ المثانة يدويا كل 8 ساعات حتى تتم استعادة وظائف المثانة.
  2. في 14 يوما بعد العملية ، قم بإزالة خيوط الخياطة.

4. اختبار آثار إصابة العمود الفقري

  1. احسب درجات BMS للفئران من اليوم الأول بعد الجراحة16,17.
  2. فييوم 30 بعد الجراحة ، قم بإجراء تجارب سلوكية حيوانية ، بما في ذلك المنصة وخطأ القدم والروتارود16,17. المنصة: مسافة قياسية تبلغ 45 سم ؛ الحد الأقصى لمدة التشغيل 8 ثوان ؛ كسب الكاميرا 28.02 ؛ عتبة الشدة 0.01. خطأ القدم: سجل 60 خطوة لكل ماوس. روتارود: السرعة 20 دورة في الدقيقة. سجل وقت سقوط الماوس وسجله على أنه 120 ثانية لأكثر من 120 ثانية.
  3. في اليوم 31 بعد العملية الجراحية ، قم بتخدير الفئران عن طريق الحقن داخل الصفاق للكيتامين (100 مجم / كجم) والديازيبام (5 مجم / كجم) ثم القتل الرحيم للفئران عن طريق التروية باستخدام 4٪ PFA. قم بإزالة الحبل الشوكي بعناية ، واعترض 5 مم فوق وتحت موقع الإصابة لتضمين البارافين. جعل قسم 5 ميكرومتر من مركز إصابة الحبل الشوكي الماوس وأداء تلطيخ الهيماتوكسيلين ويوزين17.
  4. للتحليل الإحصائي استخدام البرامج التجارية. التعبير عن البيانات كمتوسط ± الخطأ المعياري للمتوسط (SEM) والمقارنة باستخدام ANOVA أحادي الاتجاه ؛ P < 0.05 اعتبر مهما.

النتائج

تم إجراء استئصال الصفيحة الفقرية على 24 فأرا أنثى (8 أسابيع من العمر) كما هو موضح أعلاه. لم تتعرض الفئران في المجموعة الوهمية (ن = 6) لإصابة الحبل الشوكي ، في حين أن بقية الفئران ، بما في ذلك مجموعة 0.5 مم (ن = 6) ، ومجموعة 0.8 مم (ن = 6) ، ومجموعة 1.1 ملم (ن = 6) تعرضت لأعماق مختلفة من اصطدام الحبل الشوكي. تم ?...

Discussion

يمكن أن تؤدي إصابة الحبل الشوكي إلى عجز حسي وحركي ، مما قد يؤدي إلى إعاقات جسدية وعقلية شديدة. في الصين ، تتراوح حالات إصابات الحبل الشوكي في مقاطعات مختلفة من 14.6 إلى 60.6 لكل مليون18. ستؤدي الزيادة في انتشار اصابات النخاع الشوكي إلى زيادة الضغط على نظام الرعاية الصحية. حاليا ، هن?...

Disclosures

يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، رقم 82102314 (إلى ZSJ) ، و 32170977 (إلى HSL) ومؤسسة العلوم الطبيعية بمقاطعة قوانغدونغ ، أرقام 2022A1515010438 (إلى ZSJ) و 2022A1515012306 (إلى HSL). تم دعم هذه الدراسة من قبل برنامج تكنولوجيا الحدود السريرية لأول مستشفى تابع لجامعة جينان ، الصين ، رقم JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (إلى HSL). تم دعم هذه الدراسة من قبل مشروع خطة قوانغتشو للعلوم والتكنولوجيا ، رقم 202201020018 (إلى HSL) ، 2023A04J1284 (إلى ZSJ) و 2023A03J1024 (إلى HSL).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
0.01M PBS (powder, pH7.2-7.4)Solarbio Life SciencesP1010
2,2,2-TribromoethanolMacklin75-80-9
4% paraformaldehyde tissue fixativeBiosharp life scienceBL539A
BiomicroscopeLeicaLCC50 HD
CatWalk Noldus Information TechnologyCatWalk XT 9.1
Cover glassCITOTEST Scientific10212432C
Embedding machineChangzhou Zhongwei Electronic InstrumentBMJ-A
Ethanol absoluteDAMAO64-17-5
FootFaultScanClever Sys Inc.-
Glass slideCITOTEST Scientific80302-2104
Hematoxylin and Eosin Staining KitBeyotime BiotechnologyC0105S
micro-grinding drill FEIYUBIO19-7010
Mouse spinal fixatorRWD Life Science68094
Paraffin microtomeThermoshandon finesse 325
RotaRod for MiceUgo Basile47600
StereomicroscopeKUY NICESZM-7045
Tert-Amyl alcoholMacklin75-85-4
XyleneChina National Pharmaceutical#10023418

References

  1. 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).
  2. Chiu, C. W., Cheng, H., Hsieh, S. L. Contusion Spinal Cord Injury Rat Model. Bio Protocol. 7 (12), e2337 (2017).
  3. 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).
  4. Anderson, T. E. A controlled pneumatic technique for experimental spinal cord contusion. Journal of Neuroscience Methods. 6 (4), 327-333 (1982).
  5. 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).
  6. Cheriyan, T., et al. Spinal cord injury models: a review. Spinal Cord. 52 (8), 588-595 (2014).
  7. 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).
  8. Gruner, J. A. A monitored contusion model of spinal cord injury in the rat. Journal of Neurotrauma. 9 (2), 123-126 (1992).
  9. Ghnenis, A. B., et al. Evaluation of the Cardiometabolic Disorders after Spinal Cord Injury in Mice. Biology (Basel). 11 (4), 495 (2022).
  10. 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).
  11. Hong, Y. R., et al. Ultrasound stimulation improves inflammatory resolution, neuroprotection, and functional recovery after spinal cord injury. Scientific Reports. 12 (1), 3636 (2022).
  12. Noyes, D. H. Electromechanical impactor for producing experimental spinal cord injury in animals. Medical & Biological Engineering & Computing. 25 (3), 335-340 (1987).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Wu, X., et al. A Tissue Displacement-based Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice. Journal of Visualized Experiments. (124), 54988 (2017).
  16. 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).
  17. Ji, Z. S., et al. Highly bioactive iridium metal-complex alleviates spinal cord injury via ROS scavenging and inflammation reduction. Biomaterials. 284, 121481 (2022).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Bilgen, M. A new device for experimental modeling of central nervous system injuries. Neurorehabilitation and Neural Repair. 19 (3), 219-226 (2005).
  23. Khan, M., et al. GSNOR and ALDH2 alleviate traumatic spinal cord injury. Brain Research. 1758, 147335 (2021).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

JoVE 203

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved