Method Article
Существующий протокол, моделирующий синдром центрального пуповинного мозга (CCS) у мышей, улучшил воспроизводимость и минимизировал операционные повреждения экспериментальных животных, избегая чрезмерного нарушения анатомической структуры. Стратегия, описанная в данном исследовании, является выгодной, поскольку она позволяет исследовать механизмы травм путем получения последовательных результатов.
Животные модели синдрома центрального пуповинного мозга (CCS) могут принести существенную пользу в доклинических исследованиях. Идентифицируемые анатомические пути могут обеспечить минимально инвазивные подходы к воздействию и уменьшить дополнительные травмы экспериментальных животных во время работы, позволяя поддерживать последовательную и стабильную анатомическую морфологию во время экспериментов, чтобы свести к минимуму поведенческие и гистологические различия между индивидуумами для улучшения воспроизводимости экспериментов. В этом исследовании спинной мозг уровня C6 подвергался воздействию с использованием коаксиальной платформы для травмы спинного мозга (SCICP) и комбинации с минимально инвазивной техникой. С помощью стабилизатора позвонков мы фиксировали позвонки и сжимали спинной мозг мышей C57BL/6J весами 5 г/мм2 и 10 г/мм2 SCICP, чтобы индуцировать различные степени повреждения спинного мозга C6. В соответствии с предыдущим описанием CCS, результаты показывают, что поражение в этой модели сосредоточено в сером веществе вокруг центрального спинного мозга, что позволяет проводить дальнейшие исследования CCS. Наконец, гистологические результаты приводятся в качестве справочного материала для читателей.
В последние годы наблюдается постоянный рост заболеваемости травмами спинного мозга (ТСМ), при этом у пожилых людей больше травм из-за менее жестокой таума1. Эти травмы чаще затрагивают шейный отдел позвоночника и чаще приводят к неполной неврологической дисфункции2.
В XXI веке CCS является наиболее распространенным типом неполной ТСМ, на долю которого приходится более половины всех ТСМ. По сравнению с обычной неполной ТСМ, CCS характеризуется непропорционально большим поражением верхних, чем нижних конечностей3. Характеризуется преимущественно слабостью верхних конечностей с менее выраженной сенсорной дисфункцией и дисфункцией мочевого пузыря. Считается, что CCS вызывается посттравматическим кровоизлиянием и отеком центральной области или, как недавно было предложено, валлеровской дегенерацией в результате сдавливания спинного мозга при стенозе позвоночного канала. При ведении УХУ отсутствуют фактические данные высокого уровня, которыми можно руководствоваться, что требует всестороннего понимания его патофизиологии4. Тем не менее, о моделях CCS не сообщалось. Подходящие животные модели имеют важное значение для понимания патофизиологии, что может обеспечить исследовательскую базу для клинических и доклинических исследований 5,6,7,8,9,10.
В этом исследовании была создана модель CCS у мышей с коаксиальной платформой при повреждении спинного мозга (SCICP) и минимально инвазивным планом операции, что позволяет проводить дальнейшие исследования и понимать CCS. Достоверность модели подтверждается гистологическим, магнитно-резонансным томографом (МРТ) и иммунофлуоресцентным анализом.
Эксперименты были одобрены Комитетом по этике и благополучию лабораторных животных Медицинского колледжа Чилу Шаньдунского университета (номер одобрения: 22021). Они проводились в соответствии с Руководством по уходу за лабораторными животными и их использованию, опубликованным Национальными институтами здравоохранения (NIH Publications No. 85-23, пересмотрено в 1996 году). Все мыши, использованные в этом исследовании, были 9-10-недельными самками C57BL/6J, приобретенными у компании Jinan Pengyue Experimental Animal Company (Цзинань, Китай). В общей сложности 9 мышей, участвовавших в этом исследовании, были в равной степени рандомизированы в контрольную, легкую и тяжелую группы. Через 7, 28 и 70 дней после травмы в жертву приносили по одной мыши из каждой группы.
1. Ламинэктомия С6 и обнажение спинного мозга
ПРИМЕЧАНИЕ: Экспонирование проводилось под микроскопом. Кровотечения можно избежать, обратив внимание на два аспекта: (i) следует избегать всех кровеносных сосудов. (ii) Мышцы должны быть разделены в точках начала и окончания мышцы.
2. Компрессионная травма шейного отдела спинного мозга
3. Гистологический анализ
4. Магнитно-резонансная томография
Сагиттальный срез ПЭ позволяет предположить, что, несмотря на то, что поврежденный участок в сером веществе был шире в тяжелой группе, непрерывность по белому веществу присутствовала. Кроме того, разница в зоне повреждения серого вещества между группами тяжелой и легкой степени подтверждает обоснованность настройки группы в протоколе (рис. 4).
Корональные срезы ПЭ показывают, что поражение в основном имеется в сером веществе в обеих группах. В тяжелой группе структура белого вещества, окружающего серое вещество, с большей вероятностью подвергалась воздействию, но очертания белого вещества все еще сохранялись (рис. 5). Иммунофлюоресценция NF-200 позволяет предположить, что, несмотря на то, что белое вещество, окружающее серое вещество, было поражено в тяжелой группе, белое вещество все еще оставалось относительно неповрежденным. Эти результаты согласуются с характеристиками, описанными для CCS в предыдущем исследовании4 (рис. 6).
Эритроциты не были обнаружены в сагиттальных срезах ПЭ через 7 дней после травмы как в легкой, так и в тяжелой группе. Прусское синее окрашивание не выявило гемосидероза в легкой группе, но в тяжелой группе. Эти результаты указывают на то, что индуцирование кровоизлияния может потребовать относительно тяжелой степени повреждения (рис. 7).
Иммунофлуоресценция выявила участки повышенной экспрессии GFAP и Iba-1 как при легкой, так и при тяжелой травме, что свидетельствует о воспалительной реакции и образовании глиального рубца в очаге поражения. Кроме того, в тяжелой группе площадь поражения была больше, чем в группе легкой формы (рис. 8).
МРТ является относительно малоинвазивным методом наблюдения за спинным мозгом. Полученные результаты свидетельствуют о том, что как в легкой, так и в тяжелой группах наблюдается гипоинтенсивное изменение сигнала в очаге поражения с высоким контуром сигнала. В тяжелой группе наблюдалась значительно большая область гипоинтенсивного сигнала (рис. 9). Гипоинтенсивный сигнал указывает на осадок из лизата ретикулоцитов в этой области, а окружающий гиперинтенсивный сигнал предполагает воспалительную реакцию. В нашем предыдущем исследовании мы провели несколько поведенческих тестов. Например, тест на силу хвата передних конечностей выявляет существенную разницу15.
Рисунок 1: Втулка и грузы SCICP. Площадь поверхности наконечника была рассчитана на 1,3 мм x 1,6 мм на основе открытой области спинного мозга, измеренной после ламинэктомии C6. Груз покрыт ПТФЭ, что эффективно снижает трение между внутренней стенкой гильзы и грузом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Обнажение и компрессия спинного мозга. (А) Продольный разрез кожи; (Б) Отделить мышцы рострально от остистого отростка Т2; (В) Отделить мышцы над пластинками; (D) Ламинэктомия С6; (E) Фиксация тела позвонка; (F) Определение места сжатия; (G) Компрессия спинного мозга; (H) Отсутствие значительного повреждения белого вещества над спинным мозгом после компрессии спинного мозга. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Анатомия шейного скелета мыши. Участок, обозначенный стрелкой, является остистым отростком Т2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Сагиттальные срезы, окрашенные HE. (A) Сагиттальный отдел шейного отдела спинного мозга. (В,В) Тяжелая группа имела более серьезные повреждения, чем группа с легкой формой, но обе были сосредоточены на сером веществе вокруг центрального спинного мозга. Изображения с разрешением 7, 28 и 70 dpi свидетельствуют об отсутствии существенных различий в выражении травмы в одной и той же группе повреждений в разные периоды и о том, что непрерывность белого вещества в верхнем и нижнем отделах спинного мозга сохраняется. Масштабная линейка: 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Повреждение шейного отдела спинного мозга корональными HE-окрашенными срезами. (А-С) Повреждение в первую очередь затрагивает серое вещество, окружающее центральный спинной мозг, как видно на панелях B и C. Группа с тяжелыми травмами страдает от более обширного спектра повреждений, чем группа с легкой травмой, которая с большей вероятностью затрагивает белое вещество. Масштабная линейка: 400 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6: Корональная иммунофлуоресценция NF-200 после травмы. Реакция NF-200 без существенных различий в очертаниях белого вещества. Масштабная линейка: 400 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7: Прусское синее окрашивание. (А-С) Гемосидероз наблюдался в тяжелой группе, но не в группе легкой. Масштабная линейка: 400 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 8: Сагиттальная иммунофлуоресценция GFAP и Iba-1 после травмы. (А-С) По мере увеличения степени поражения площадь ответа GFAP и Iba-1 увеличивается. Масштабная линейка: 1 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 9: Сагиттальная МРТ после травмы шейного отдела спинного мозга (Т2-взвешенные изображения). Область травмы наблюдалась как гипоинтенсивный сигнал в группах легкой и тяжелой травмы, со значительно более широкой областью гипоинтенсивного сигнала в группе тяжелой травмы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Из многочисленных типов повреждений спинного мозга CCS является одним из наиболее потенциально излечимых типов повреждений 3,4. Из-за отсутствия моделей лабораторных исследований исследования CCS с 1950-х годов были сосредоточены на клинических исследованиях и исследованиях вскрытия трупов 3,16,17. В настоящем исследовании показано использование совместимых инструментов и минимально инвазивных процедур для создания модели CCS на мышах. С технической точки зрения эта платформа обладает высокой работоспособностью и хорошей воспроизводимостью. Учитывая, что результаты эксперимента демонстрируют валидность, наша методика создания модели, наиболее близкой к стандарту предыдущих исследований, определена для CCS4.
В предыдущих исследованиях компрессионных повреждений в основном использовались зажимы для аневризмы, баллоны и калиброванные щипцы 9,10,18. При этом большинство травм происходило на уровне грудного отдела спинного мозга18. Спинной мозг на уровне С6 был выбран в качестве поврежденного сегмента в этом исследовании для изучения характеристик CCS. Стоит обратить внимание на то, что выживаемость модели CCS также является существенным фактором в обеспечении экспериментальной согласованности. В настоящем исследовании сообщается о том, что двустороннее компрессионное повреждение шейного отдела спинного мозга мыши, в то время как травматическое повреждение спинного мозга высокой степени, особенно двустороннее, может быть смертельным для подопытных животных, если оно слишком серьезное. По словам Эль-Бохи, спинной мозг C4/5 с большей вероятностью влияет на нисходящий бульбоспинальный тракт и связанные с дыханием мотонейроны, что приводит подопытных животных к угнетению дыхания и смерти 18,19,20,21,22,23., В этом исследовании мыши с разной степенью компрессии на шейном отделе спинного мозга С6 имели значительно дифференцированные характеристики повреждения, предложенные гистологические исследования. Несмотря на то, что были выявлены значительные поведенческие и гистологические различия в мышиной модели пережатия шейного отдела спинного мозга, о которой сообщил Forgione, для того, чтобы пережать спинной мозг модифицированными зажимами, потребовалось разрушение ножек, суставных отростков, пластинок и даже нервных корешков, что оказало значительное влияние на стабильность шейных структур24. В другом исследовании травм шейного отдела сообщалось об использовании поперечного отростка в качестве места фиксации5. Несмотря на то, что суставные отростки были предотвращены от повреждения, чрезмерное разрушение мышечной ткани также могло привести к влиянию на стабильность спинного мозга. В настоящем исследовании была удалена только6-я шейная пластинка для поддержания стабильности шейного отдела спинного мозга, при этом прилегающие суставные суставы были сохранены, а чрезмерные мышечные повреждения были предотвращены. В то же время компрессия сверху спинного мозга предотвращает повреждение нервных корешков.
Результаты ПЭ свидетельствуют о том, что площадь повреждения шейного отдела спинного мозга мышей в каждой группе была в основном в сером веществе вблизи центрального спинного мозга, что характеризовало CCS, со значительными различиями в масштабах повреждения между различными группами. Примечательно, что патологические срезы, которые мы продемонстрировали, возможно, смягчили проявления травмы, потому что образцы были собраны через несколько дней после травмы. Иммунофлуоресценция (NF-200) показала меньшее повреждение нервных путей в области белого вещества спинного мозга, что также подтвердило, что повреждение при CCS было в основном сосредоточено вокруг центрального спинного мозга. Результат иммунофлюоресценции усугублялся предшествующими гистологическими результатами патологии. Предыдущие исследования показали, что CCS приводит к отеку вблизи центрального спинного мозга, что приводит к гематоме и, в конечном счете, к дисфункции в медиальной части латерального кортикоспинального тракта3. Сообщалось, что кровоизлияние является типичным компонентом CCS, но редко встречается в последующих исследованиях визуализации и аутопсии17. В этом исследовании результаты ПЭ через 7 дней после травмы свидетельствуют о признаках отека тканей во всех группах; Однако в области повреждения не было обнаружено никаких остаточных эритроцитов. Таким образом, прусская синяя использовалась для обследования области повреждения на предмет кровоизлияния, и результаты соответствовали гемосидерозу, наблюдаемому в области повреждения в группе тяжелой травмы через 7 дней после травмы, в то время как в группе легкой степени этого не произошло. Снимки МРТ Т2 показали, что как легкие, так и тяжелые травмы имели участки с низким сигналом в поврежденной области травмы через 7 дней после травмы, Здесь указывается на отложение лизата ретикулоцитов. Эти результаты являются косвенным доказательством того, что расхождение между ранее опубликованными результатами, вероятно, связано с тем, что МРТ-тест потенциально более чувствителен, чем гистологический тест14, в дополнение к тяжести травмы, которая также может повлиять на величину кровоизлияния в области травмы. GFAP также был широко выражен в поврежденной области. В то же время экспрессия Iba-1 также наблюдалась в интактных областях, что указывает на персистенцию воспалительной реакции, что согласуется с результатами МРТ, где кольцо гиперинтенсивного сигнала вокруг гипоинтенсивной сигнальной области в очаге поражения указывает на наличие воспалительной реакции. В конечном счете, основываясь на результатах настоящего исследования, область повреждения в модели была сосредоточена на сером веществе вокруг центрального спинного мозга, что в целом согласуется с описаниями, приведенными ранее13. К сожалению, мы не проводили МРТ многократно на каждом экспериментальном животном, чтобы показать, как место повреждения динамически меняется со временем. Будущие исследователи могут включить это в свою работу для лучшего изучения CCS. Кроме того, в исследование может быть включено иммуномечение с помощью нейронных маркеров, таких как NeuN, которые определяют серое вещество.
В заключение следует отметить, что характеристики результатов патологоанатомического и МРТ-сканирования имеют близкое сходство с теми, которые были описаны для CCS в предыдущих исследованиях4. Настоящий протокол, реально моделирующий CCS, позволяет проводить дальнейшие исследования и понимать CCS.
Авторам нечего раскрывать.
Данное исследование выполнено при поддержке Национального ключевого научно-исследовательского проекта по изучению стволовых клеток и трансформации (2019YFA0112100) и Государственной ключевой программы национальных естественных наук Китая (81930070).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены