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
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מוצג כאן מכשיר חדשני אוטומטי לפגיעה בחוט השדרה עבור עכברים, שיכול לייצר במדויק מודלים של פגיעה בחוט השדרה בדרגות שונות.

Abstract

פגיעה בחוט השדרה (SCI) עקב פציעות טראומטיות כגון תאונות דרכים ונפילות קשורה לתפקוד לקוי קבוע של חוט השדרה. יצירת מודלים של קונטוזיה של פגיעה בחוט השדרה על ידי השפעה על חוט השדרה גורמת לפתולוגיות דומות לרוב פגיעות חוט השדרה בפרקטיקה הקלינית. מודלים מדויקים, ניתנים לשחזור ונוחים של פגיעה בחוט השדרה חיוניים לחקר פגיעה בחוט השדרה. אנו מציגים מכשיר חדשני אוטומטי לפגיעה בחוט השדרה עבור עכברים, מערכת הפגיעה החכמה בחוט השדרה של אוניברסיטת גואנגזו ג'ינאן, שיכולה לייצר מודלים של פגיעה בחוט השדרה בדיוק, שחזור ונוחות. המערכת מייצרת במדויק מודלים בדרגות שונות של פגיעה בחוט השדרה באמצעות חיישני מרחק לייזר בשילוב פלטפורמה ניידת אוטומטית ותוכנה מתקדמת. השתמשנו במערכת זו כדי ליצור שלוש רמות של מודלים של עכברים הסובלים מפגיעות בחוט השדרה, קבענו את ציוני סולם עכברי הבאסו (BMS) שלהם, וביצענו בדיקות התנהגותיות כמו גם מבחני צביעה כדי להדגים את הדיוק ויכולת השחזור שלה. אנו מראים כל שלב בפיתוח דגמי הפציעה באמצעות מכשיר זה, ויוצרים הליך סטנדרטי. שיטה זו מייצרת מודלים של עכברי פגיעה בחוט השדרה הניתנים לשחזור ומפחיתה גורמי מניפולציה אנושיים באמצעות הליכי טיפול נוחים. המודל החייתי שפותח אמין לחקר מנגנוני פגיעה בחוט השדרה וגישות טיפול נלוות.

Introduction

פגיעה בחוט השדרה גורמת בדרך כלל לתפקוד לקוי קבוע של חוט השדרה מתחת לקטע הפגוע. זה נגרם בעיקר על ידי חפצים הפוגעים בעמוד השדרה hyperextension של עמוד השדרה, כגון תאונות דרכים ונפילות1. בשל הזמינות המוגבלת של אפשרויות טיפול יעילות לפגיעה בחוט השדרה, הבהרת הפתוגנזה של פגיעות בעמוד השדרה באמצעות מודלים של בעלי חיים תהיה אינפורמטיבית לפיתוח גישות טיפול מתאימות. מודל החבלה של פגיעה בחוט השדרה הנגרמת כתוצאה מפגיעה בחוט השדרה מביא לפיתוח מודלים של בעלי חיים עם פתולוגיות דומות לרוב המקרים הקליניים של פגיעה בחוט השדרה 2,3. לכן, חשוב לייצר מודלים מדויקים, ניתנים לשחזור ונוחים של בעלי חיים עבור חבלה בחוט השדרה.

מאז המצאתו של אלן את המודל החייתי הראשון של פגיעה בחוט השדרה בשנת 1911, חלה התקדמות משמעותית בפיתוח מכשירים לביסוס מודלים של בעלי חיים הסובלים מפגיעה בחוט השדרה 4,5. בהתבסס על מנגנוני פציעה, מודלים של פגיעה בחוט השדרה מסווגים כחבלה, דחיסה, הסחת דעת, נקע, טרנסקציה או כימיקל6. ביניהם, מודלי החבלה, המשתמשים בכוחות חיצוניים כדי לעקור ולפצוע את חוט השדרה, הם הקרובים ביותר לאטיולוגיה הקלינית של רוב החולים הסובלים מפגיעות בעמוד השדרה. לכן, מודל החבלה שימש חוקרים רבים במחקרי פגיעה בחוט השדרה 3,7. מכשירים שונים משמשים לפיתוח מודלים של פגיעה בחוט השדרה. אוניברסיטת ניו יורק (NYU) - מחקרי פגיעה בחוט השדרה בבעלי חיים (MASCIS) מייצרת חבלות פגיעה בחוט השדרה על ידי מכשיר ירידה במשקל8. לאחר מספר גרסאות מעודכנות, MASCIS impactor נמצא בשימוש נרחב לפיתוח מודלים של בעלי חיים עם פגיעה בחוט השדרה9. עם זאת, כאשר מוט ההשפעה של MASCIS נופל ופוגע בחוט השדרה, עלולות להתרחש פציעות מרובות, המשפיעות על מידת הפגיעה במודלים של פגיעה בחוט השדרה. יתר על כן, השגת דיוק מכני כדי להבטיח את הדיוק של המכשיר ואת החזרתיות של מודל הייצור הוא גם מאתגר. משפיעי האופק האינסופי גורמים לחבלות על ידי שליטה בכוח המופעל על חוט השדרה במקום טיפות כבדות10. הוא משתמש במחשב המחובר לחיישן כדי למדוד ישירות את כוח הפגיעה בין המשפיע לחוט השדרה. כאשר מגיעים לסף, המשפיע נסוג מיד, ובכך נמנע ריבאונד משקל ושיפור דיוק10,11. עם זאת, השימוש בשיטה מוטורית עדינה זו כדי לגרום נזק יכול לגרום נזק לא עקבי וליקויים תפקודיים6. מכשיר אוניברסיטת אוהיו סטייט (OSU) דוחס את פני השטח הגביים של חוט השדרה בקצב חולף על ידי נהג אלקטרומגנטי12,13. מכשיר זה דומה למשפיעי האופק האינסופי, מכיוון שהוא משתמש בדחיסות למרחקים קצרים כדי לגרום לפציעות בעמוד השדרה. עם זאת, יש לו מגבלות שונות בכך שקביעה ראשונית של נקודת האפס תגרום לטעויות עקב נוכחות הנוזל השדרתי 6,14. לסיכום, ישנם מכשירים רבים שניתן להשתמש בהם כדי לפתח מודלים של פגיעה בחוט השדרה של בעלי חיים, אך לכולם יש כמה מגבלות שמובילות לדיוק לא מספיק ולשחזור של מודלים של בעלי חיים. לכן, על מנת ליצור בצורה מדויקת, נוחה ומשכפלת יותר מודלים של חבלה בעכבר של פגיעה בחוט השדרה, יש צורך במשפיע אוטומטי וחכם על פגיעה בחוט השדרה.

אנו מציגים השפעה חדשנית על פגיעה בחוט השדרה, מערכת פגיעה חכמה בחוט השדרה של אוניברסיטת גואנגזו ג'ינאן (מערכת G smart SCI; איור 1), לייצור מודלים של פגיעה בחוט השדרה. המכשיר משתמש במד טווח לייזר כמכשיר מיקום, בשילוב עם פלטפורמה ניידת אוטומטית לאוטומציה של תקיפות על פי פרמטרים קבועים של שביתה, כולל מהירות מכה, עומק מכה וזמן שהייה. פעולה אוטומטית מפחיתה גורמים אנושיים ומשפרת את הדיוק, כמו גם את יכולת השחזור של מודלים של בעלי חיים.

Protocol

המחקרים בהם היו מעורבים בעלי חיים נבדקו ואושרו על ידי ועדת האתיקה של אוניברסיטת ג'ינאן.

1. הרדמה של בעלי חיים וכריתת עמוד השדרה T10

  1. השתמשו בעכברות C57/6J צעירות בנות 8 שבועות למחקר זה. מרדימים את העכברים על ידי הזרקה תוך צפקית של קטמין (100 מ"ג/ק"ג) ודיאזפם (5 מ"ג/ק"ג). בדוק אם הרדמה מוצלחת מסומנת על ידי אובדן רפלקס כאב. יש למרוח משחה וטרינרית על העיניים כדי למנוע יובש בהרדמה.
  2. יש לגלח את השיער על גב העכברים באמצעות מכונת גילוח כדי לחשוף את העור. לחטא את העור עם שלושה סיבובים לסירוגין של יודופור ואלכוהול.
  3. יש לבצע חתך אורכי מדיאלי בקוטר 2.5 ס"מ בעור הגבי באמצעות אזמל ולחשוף את עמוד השדרה ברמת T9-T11 באמצעות פינצטה.
  4. תקן באופן דו-צדדי פאות T10 באמצעות קיבוע עמוד השדרה. ודא שעמוד השדרה קבוע ביציבות. ודא כי השרירים paravertebral מופשטים ולהסיר את תהליך עמוד השדרה, כמו גם laminae באמצעות מקדחה micro-grinding לחשוף את חוט השדרה של קטע T10.

2. חבלה של חוט השדרה T10 באמצעות מערכת G smart SCI

  1. הפעל את המתג והמתן עד שההתקן יחזור באופן אוטומטי למצבו המקורי. הכנס את מתקן קיבוע עמוד השדרה למערכת G smart SCI ואבטח אותו באמצעות ברגים.
  2. באמצעות מסך המגע התפעולי (איור 2A), הגדר פרמטרים של נזק, כולל מהירות פגיעה (1 מטר לשנייה), עומק פגיעה (0.5 מ"מ, 0.8 מ"מ ו-1.1 מ"מ עבור שלוש קבוצות שונות של עכברים) וזמן שהייה (500 מילישניות)15.
  3. יישר את מד טווח הלייזר במרכז חוט השדרה החשוף על ידי הזזת הפלטפורמה. (איור 2B)
  4. לחצו על הלחצן 'מוכן' במסך המגע (איור 2C). ראש הפגיעה יותאם אוטומטית לגובה מסוים בהתאם לפרמטרים המוגדרים. טבלת המנשאים מזיזה באופן אוטומטי את אתר הפגיעה בחוט השדרה מתחת לראש הפגיעה.
  5. לחץ ידנית על ראש הפגיעה כדי לקבוע עוד יותר את אתר הפגיעה. לחץ על התחל לחצן, ראש ההשפעה יפגע בחוט השדרה בהתבסס על פרמטרים מוגדרים.
  6. הוציאו את העכברים מהמכשיר והתבוננו תחת סטריאומיקרוסקופ (20x) כדי לקבוע פגיעה בעמוד השדרה (איור 3). כדי לקבוע את הצלחת פיתוח המודל, שימו לב לגודש מקומי, קריסה וקרע בקרום עמוד השדרה.
  7. תפרו את השריר, הפאשיה והעור שכבה אחר שכבה באמצעות 3-0 תפרים. הניחו את העכברים בקופסה חמה והמתינו להחלמתם.

3. טיפול לאחר הניתוח

  1. יש להזריק מלוקסיקם (5 מ"ג/ק"ג) תת עורית מדי יום במשך 7 ימים לאחר הניתוח. יש לרוקן ידנית את שלפוחית השתן כל 8 שעות עד לחידוש תפקודי שלפוחית השתן.
  2. לאחר 14 יום לאחר הניתוח, הסר את חוטי התפר.

4. בדיקת השפעות של פגיעה בעמוד השדרה

  1. חשב את ציוני BMS עבור עכברים מהיום הראשון שלאחר הניתוח16,17.
  2. ביוםה-30 לאחר הניתוח, בצעו ניסויים התנהגותיים בבעלי חיים, כולל מסלול, שבר כף רגל ורוטרוד16,17. מסלול: מרחק שיא של 45 ס"מ; משך הפעלה מרבי 8 שניות; רווח מצלמה 28.02; סף עוצמה 0.01. תקלת כף הרגל: הקלט 60 צעדים עבור כל עכבר. רוטרוד: מהירות 20 סל"ד. רשום את זמן נפילת העכבר ורשום אותו כ- 120 שניות למשך יותר מ- 120 שניות.
  3. ביום ה-31 לאחר הניתוח, יש להרדים את העכברים על ידי הזרקה תוך-צפקית של קטמין (100 מ"ג/ק"ג) ודיאזפם (5 מ"ג/ק"ג) ולאחר מכן להרדים את העכברים על ידי זילוח באמצעות 4% PFA. הסר את חוט השדרה בזהירות, ויירט 5 מ"מ מעל ומתחת לאתר הפציעה להטמעת פרפין. בצע חתך של 5 מיקרומטר ממרכז העכבר פגיעה בעמוד השדרה ובצע צביעת המטוקסילין ואאוזין17.
  4. לניתוח סטטיסטי השתמש בתוכנה מסחרית. הצג נתונים כממוצע ± שגיאת תקן של הממוצע (SEM) והשווה באמצעות ANOVA חד-כיווני; P < 0.05 נחשב משמעותי.

תוצאות

כריתת למינקטומיה בוצעה ב-24 נקבות עכברים (בנות 8 שבועות) כמתואר לעיל. עכברים בקבוצת הדמה (n=6) לא היו נתונים לפגיעה בחוט השדרה, בעוד ששאר העכברים, כולל קבוצת 0.5 מ"מ (n=6), קבוצת 0.8 מ"מ (n=6) וקבוצת 1.1 מ"מ (n=6) היו נתונים לפגיעות בחוט השדרה בעומקים שונים. ציוני BMS נרשמו באופן קבוע עד חודש לאחר הניתוח (

Discussion

פגיעה בחוט השדרה עלולה להוביל לליקויים סנסוריים ומוטוריים, שעלולים לגרום לליקויים פיזיים ונפשיים חמורים. בסין, שכיחות פגיעות בעמוד השדרה במחוזות שונים נעה בין 14.6 ל-60.6 למיליון18. העלייה בשכיחות של SCI תפעיל לחץ נוסף על מערכת הבריאות. כיום, אפשרויות הטיפול היעילות בפגיעה בחוט השד...

Disclosures

המחברים מצהירים כי אין אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, מס '82102314 (ל- ZSJ), ו- 32170977 (ל- HSL) והקרן למדעי הטבע של מחוז גואנגדונג, מס '2022A1515010438 (ל- ZSJ) ו- 2022A1515012306 (ל- HSL). מחקר זה נתמך על ידי התוכנית הטכנולוגית הקלינית של בית החולים המסונף הראשון של אוניברסיטת ג'ינאן, סין, Nos. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (ל- HSL). מחקר זה נתמך על ידי פרויקט תוכנית המדע והטכנולוגיה של גואנגז'ו, מס' 202201020018 (ל-HSL), 2023A04J1284 (ל-ZSJ) ו-2023A03J1024 (ל-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

JoVE203

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