Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

En Contusive Modell av Unilateral Cervical ryggmargsskade Bruke Infinite Horizon impactor

Published: July 24, 2012 doi: 10.3791/3313
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1,2
1International Collaboration on Repair Discoveries (ICORD), University of British Columbia, 2Department of Orthopaedics, University of British Columbia

Summary

En pålitelig og repeterbar måte å produsere en cervical ensidig ryggmargsskade bruke Infinite Horizon impactor er beskrevet. Metoden utnytter et spesialdesignet ramme og klemme for å stabilisere ryggraden. Den standardiserte prosedyre og biomekanisk skade parametere resultat i tilstrekkelige og vedvarende skader.

Abstract

Mens flertallet av menneskelige ryggmargsskade oppstå i cervical ryggmargen, sysselsetter de aller fleste av laboratorieundersøkelser dyremodeller av ryggmargsskader (SCI) der thorax ryggmargen er skadet. I tillegg, fordi de fleste menneskelige ledningen skadene oppstår som følge av stump, ikke-penetrerende traume (f.eks motorkjøretøy ulykke, sportslige skade) hvor ryggmargen er voldsomt rammet av fordrevne bein eller bløtvev, flertallet av SCI forskere er av den oppfatning at de fleste klinisk relevante skader modellene er de som ryggmargen raskt contused. 1 Derfor er et viktig skritt i den prekliniske evaluering av nye behandlinger på vei til menneskelig oversettelse en vurdering av effekt deres i en modell av kontusjon SCI innenfor cervical ryggmargen. Her beskriver vi de tekniske aspekter og resulterende anatomiske og atferdsmessige utfall av en ensidig contusive modell av livmorhalskreft SCI som sysselsetterInfinite Horizon ryggmargsskade impactor.

Sprague Dawley rotter gjennomgikk en venstre-sidig ensidig laminektomi på C5. For å optimalisere reproduserbarhet av de biomekaniske, funksjonelle, og histologiske utfall av skaden modellen, contused vi ryggmargen med en slagkraft på 150 kdyn, en innvirkning bane på 22,5 ° (dyr rotert på 22,5 °), og en effekt plassering av av midtlinjen på 1,4 mm. Funksjonell restitusjon ble vurdert ved hjelp av sylinderen oppdra testen, horisontal stige test, grooming test og modifisert Montoya sin trapp test for opptil 6 uker, hvoretter ryggmargen ble undersøkt histologisk for hvit og grå materie sparsom.

Skaden modellen som er presentert her formidler konsistente og reproduserbare biomekaniske krefter til ryggmargen, en viktig funksjon i enhver eksperimentell SCI modell. Dette resulterer i diskret histologisk skade på laterale halvdel av ryggmargen som stort sett inneholdt til than ipsilaterale side av skade. Skaden er godt tolerert av dyrene, men ikke resulterer i funksjonelle underskudd på forbena som er betydelig og vedvarende i ukene etter skaden. Cervical ensidig skade modell presenteres her kan være en ressurs for forskere som ønsker å vurdere potensielt lovende behandlinger før menneskelig oversettelse.

Protocol

1. Sett opp: Ramme og Clamp Design for Holding Animal

  1. Rammen og klemme for å holde dyret var spesiallaget for å imøtekomme Infinite Horizon (IH) ryggmargsskade impactor.
  2. Bunnen av rammen er av aluminium plattform kuttet inn i følgende dimensjoner (30,2 cm x 20,3 cm x 1.3 cm) for å passe inn i tabellen guiden braketten som leveres som standard med IH enheten (figur 1A).
  3. Fire Flexaframe støtte skrittflate (Fisher Scientific, Toronto, ON) er festet til plattformen og åtte Flexaframe støtte stengene (Fisher Scientific, Toronto, ON, 30,5 cm) er satt sammen ved hjelp av åtte Flexaframe støtte kontakter (Figur 1B).
  4. To ekstra Flexaframe støtte kontakter, knyttet til de midterste to stenger, hus den skreddersydde holder for klemmen (Figur 1B).
  5. Vinkelen der dyrets ryggmargen er rotert med hensyn til vertikal er etablert ved Holderg en av den horisontale stangen på plass og varierende høyde på andre horisontal stang (figur 2).
  6. Klemmen er 35,6 mm lang, 25,4 mm høy og med en 7,6 mm kjeven utformet for å strengt ta tak under den tverrgående prosessen fra C4 til C6 (figur 1C). Ytterligere detaljer om klemmen design har blitt beskrevet tidligere av Choo et al., 2009.

2. Kirurgi

  1. Mann Sprague Dawley rotter (Charles River Laboratories) som veier 300-350 g var bedøvet av isofluran (4% for induksjon og 2% for vedlikehold) i oksygen (1 L / min).
  2. Når dyrene er under flyet av anestesi, blir dyret plasseres i en stereotaxic ramme (Kopf, Tujunga, CA).
  3. For å minimere blødning under den kirurgiske prosedyren 0,4 ml lidokain (20 mg / ml; Bimeda - MTC Animal Health Inc., Cambridge, Ontario, Canada) med adrenalin injiseres intramuskulært rundt operasjonsstedet i dorsal nakkeregionen.
  4. En 4-5 cm dorsal midtlinjen innsnitt er laget ved hjelp av en steril skalpell (# 15), fra bunnen av hodeskallen og utvide caudally.
  5. Sterile Adson tang brukes til å rett ut dissekere gjennom dorsal muskulaturen for å nå ryggraden, og et sterilt Alm retractor (Fin Science Verktøy, North Vancouver, BC) er satt inn for å holde musklene spredt fra hverandre.
  6. Bruke 15 skalpell, musklene overliggende lamellene av C4-C7 er skrapt av, starter i midtlinjen og feiing dem ut sidelengs.
  7. Et snitt med en steril skalpell (15) er gjort til muskel festet til de tverrgående prosessene på begge sider av ryggraden for å passe den klemmen under de tverrgående prosessene i C4 til C6.
  8. Med en steril fin tippet Friedman-Pearson Rongeur (Fin Science Verktøy, North Vancouver, BC), er den venstre C5 lamina fjernes forsiktig å visualisere dura og ryggmargen.
  9. En stang med en diameter på 1,5 mm er skled under armeneå støtte dyret opp, og dermed heve ryggraden litt og tilrettelegge klemme innsetting.
  10. Monter kjeven av sterilt klemmen på laterale tverrgående prosesser av C4 til C6 og stram skruene.
  11. Fjern Alm retractor.

3. Ryggmargsskade

  1. Etter klemmen er montert på dyret, blir dyret flyttet til IH impactor.
  2. Klemmen settes inn i metall innehavere på de to midterste stenger av rammen som er sikret med en vinkel på 22,5 ° off av horisontal (figur 2).
  3. Den saks jack som gir stabile høydejusteringer, (VWR, Mississauga, ON) er hevet opp til dyret ligger flatt.
  4. Sørg for at klemmen er vannrett ved å plassere en liten sylinder nivå på toppen av klemmen og ved å stramme skruene. Det er viktig at alle skruene er stramme og oppsettet er stiv uten bevegelse.
  5. Resten av prosedyren er utført under en microscope (Leica MZ8).
  6. Senk og sikter impactor spissen (15 mm i diameter, med avrundede kanter) med vertikal justering knott og de to horisontale justeringsknottene på IH impactor inntil midten av impactor spissen svever over toppen av C6 spinous prosess.
  7. Når impactor spissen er sentrert, skru y-aksen justering knott én og to femte tur (1,4 mm) for å flytte spissen sidelengs mot venstre side, og x-aksen horisontal justering knott å flytte impactor tips til sentrum av C5.
  8. Senk spissen til den er like over dura å bekrefte at impactor spissen satser den laterale halvdel av grå materie.
  9. Vri vertikal justering knott to omdreininger for å heve spissen 4 mm over dura.
  10. Sørg for at nedslagsfeltet er tørr ved hjelp av en bomullspinne eller pinne.
  11. Still inn ønsket kraft til 150 kdyn på programmet, og klikk "Start Experiment" for å utløse impactor.
  12. Etter skaden, er såret lukket i Layers med 5-0 vicryl suturer. Buprenorfin (0,03 mg / kg SC, Temgesic, Schering-Plough Corporation, Kenilworth, NJ) og saltvann (10 ml) administreres subkutant før og to ganger daglig i to dager etter operasjonen. Dyr er nøye to ganger om dagen i 2 uker og én uke i 6 uker etter skade.

4. Representative Resultater

Twenty Nine mannlige Sprague Dawley rotter (Charles River Laboratories) som veier 300-350 g ble skadd i en kraft innstilling på 150 kdyn. Den impactor Tipset ble rettet 1,4 mm lateralt for midtlinjen, med en vinkel på 22,5 ° ut av vertikal. Middelverdien faktiske styrken var 155,55 ± 0,73 kdyn. Middelverdien displacement var 1512,72 ± 27,86 mikrometer og hastigheten var 120,24 ± 0,52 mm / s (figur 3).

Behavior utfallsmål

Funksjonell restitusjon ble vurdert ved hjelp av horisontale stigen testen, sylinder oppdrettsvirksomhet test, grooming test,og modifisert Montoya trapp test 1. Dyrene ble trent før skade og vurderes på 2, 4 og 6 uker etter skade. Det var betydelige forbena nedskrivninger opprettholdt gjennom hele forsøksperioden.

Horisontal Stige test. Før skaden gjorde bare dyr 4.75 ± 0.73% feil på ipsilaterale forbena mens traversering over uregelmessig linjeavstand horisontalt stige. Etter skaden, viste dyrene markert økning i prosentandelen av forbena feil. De ipsilaterale forbena prosent feil var 26,97 ± 2,92%, 26,23 ± 2,84% og 22,06 ± 2,05% ved 2, 4 og 6 uker etter skade, henholdsvis (Figur 4A). Viktigere ble forbena verdifall på denne testen vedvarende for de 6 ukene.

Sylinder oppdrett test. Andelen ipsilaterale forbena (venstre + begge) bruk ved leting sunket betraktelig etter SCI.Før skaden, brukte dyrene den ipsilaterale forbena 75,12 ± 2,25%. Etter skaden dyrene brukte ipsilaterale forbena 8.59 ± 1.80% etter 2 uker, 14,25 ± 2,65% ved 4 uker og 11,76 ± 2,66% ved 6 uker (Figur 4B).

Modifisert Montoya Staircase test. Antallet pellets hentet med ipsilaterale forbena sunket dramatisk etter skaden. Før skaden, samlet dyrene 84,85 ± 2,88% av maten belønninger. Men på 2, 4 og 6 uker etter skade, hentet dyrene bare 30,91 ± 4,03%, 28,94 ± 4,38% og 25,86 ± 3,09% av pellets (Figur 4C).

Grooming test. Det var dramatiske nedgang i grooming score etter skade. Etter SCI, var ipsilaterale grooming resultatet 2 uker: 2,00 ± 0,17, 4 uker: 1,83 ± 0,17 og 6 uker: 1,79 ± 0,11 (Figure 4D).

Histologiske utfall

Hvit substans og Grå materie sparsom. Et eksempel på en ryggmargsskade ved en kraft på 150 kdyn, vinkel på 22,5 ° og lateral mål på 1,4 mm er presentert i figur 5. Skaden førte til betydelig skade på grå og hvit substans på ipsilaterale side. Både corticospinal og rubrospinal traktene ble skadd og 23 ut av 29 dyr hadde parenkymatøs skade inneholdt på ipsilaterale side. Den langsgående skadeomfanget av det hvite og grå materie var 2400 rostrally og 2400 caudally (figur 6). Når du legger delene for å gi en brutto estimering av "kumulative spredning" av hvit og grå materie sparsom (2000 mikrometer rostral og kaudale til episenteret) hadde ipsilaterale side bare 51,8% av den hvite substansen spart og 39,7% av grå materie gjenstående forhold til motsatt side (figur 6).

<img alt = "Figur 1" src = "/ files/ftp_upload/3313/3313fig1.jpg" />
Figur 1. Infinite Horizon ryggmargsskade impactor. A. Infinite Horizon impactor og generell satt opp. B. Ramme satt opp. C. Close-up bilde av klemmen for å holde livmorhalsen tverrgående prosesser. D. Spesifikasjon (enhet: tomme) av klemmen. Foreslått toleranse <0,002 i (Choo et al. 2009). Klikk her for å se større figur .

Figur 2
Figur 2. A. Illustrasjon og tilsvarende ramme satt opp for å oppnå ryggmargen rotasjon av 0 ° (nøytral) eller B. 22,5 ° med den laterale mål på 1,4 mm.

Figur 3
Figur 3. Representant kraft og forskyvning grafer for Infinite Horizon impactor. Pilen indicates tiden at impactor spissen har nådd 20 kdyn og punktet når innspillingen av deplasement er initiert. Selve styrken leses fra toppen av kraften vs tidskurven og tilsvarende forskyvning beregnes. Grafene nedenfor viser en typisk 150 kdyn kontusjon, A. Slagvolum vs tid grafen, B. Force vs Tid grafen. Disse grafene viser at den faktiske styrken oppnådd var 152 kdyn, og impactor forskyvning inn i ledningen ble målt til å være 1287 mikrometer. Klikk her for å se større figur .

Figur 4
Figur 4. Behavioral vurderinger for kraft på 150 kdyn, impactor vinkling av 22,5 ° og målet 1,4 mm igjen av midtlinjen. A. Horisontal stige test. B. Sylinder oppdrett test. C. Modified Montoya trapp test. D. Grooming test. Den ipsilaterale forbena resulterte i betydelig og bærened nedskrivninger i forhold til kontralaterale forbena.

Figur 5
Figur 5. Representative bilder av den skadde ryggmargen fra rostral 1600 mikrometer til kaudal 1600 mikrometer.

Figur 6
Figur 6. Histologiske vurderinger. A. Prosent hvite og grå materie spart. Materie rundt 2000 mikrometer i episenteret av skaden ble i stor grad spart. B. Kumulativ hvit og grå materie spart innen 2000 mikrometer fra episenteret av skade. Den ipsilaterale side hadde signifikant mindre spart hvit og grå materie i forhold til motsatt side. Klikk her for å se større figur .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne artikkelen beskriver vi en cervical ensidig contusion modellen ved hjelp av Infinite Horizon (IH) impactor ved en kraft på 150 kdyn, en vinkel på 22,5 ° ut av vertikal og en lateral mål på 1,4 mm fra midtlinjen. Med disse innstillingene, klarte vi å produsere vedvarende atferdsmessige underskudd i ipsilaterale forbena med parenkymatøs avbrudd inneholdt i hovedsak til ipsilaterale side, hvor det viste seg at betydelig skade inntraff til regionene hvor rubrospinal, reticulospinal, vestibulospinal og corticospinal traktater kan forventes å løpe. Utviklingen av denne modellen skjedde i en serie på tre eksperimenter som etablerte den optimale skaden kraft, effekt plassering av av midtlinjen, og graden av rotasjon. For det første fant vi at skader styrkene under 150 kdyn ikke produsere tilstrekkelige og vedvarende funksjonelle underskudd. I tillegg, med impactor spissen traff ledningen vertikalt (dvs. uten rotasjon), vi ofte observert toppene i fOrce vs tid kurver, noe som tyder på at impactor Tipset ble treffer beinet på den ventrale siden av spinalkanalen. Mange av disse dyrene heller ikke ha alvorlige eller vedvarende funksjonelle underskudd. I samsvar med dette, avslørte Histologisk analyse skader i disse dyrene med de plutselige kraft piggene, parenkymatøs skader som var både mild og svært lateralt plassert i ryggmargen. Derfor roterte dyrene slik at banen til impactor var 22,5 ° ut av den vertikale midtlinjen. Ved å ha den impactor spissen kommer i mer vinkelrett på ryggmargen, løst vi problemet med spissen treffer ventrale gulvet i spinalkanalen, men vi observerte betydelige parenkymatøs skade på motsatt side av ryggmargen. Til slutt rettet vi impactor på tre forskjellige distanser ut av midtlinjen, 1,0, 1,2 og 1,4 mm, med en 150 kdyn kraft og en vinkel på 22,5 °. Vi observerte at det var ingen atferdsmessige forskjeller mellom 1,0, 1,2 og 1,4 mm SEttings, men som målet i sammenstøtet ble flyttet sidelengs, var det mer sannsynlig at brutto parenkymatøs skaden kunne ligge på ipsilaterale side. Vi har derfor kommet til våre nåværende ensidige kontusjon innstillinger for en 150 kdyn skade levert på 22,5 ° ut av vertikal, med impactor spissen rettet 1,4 mm til venstre for midtlinjen.

Begrunnelsen for å gjøre livmorhalsen skader modeller tilgjengelig for testing av SCI behandlingsformer er klart: de fleste individer lider ledningen skader i cervical spine, er overekstremitet funksjon viktig for disse individene, og kliniske studier av nye nervecellene eller neuroregenerative intervensjoner er i økende grad fokuserer på livmorhalsen SCI pasienter for å bruke segmental motor utvinning som en endepunkt. Skade på cervical ryggmargen kan skje via sårskader, kompresjon, eller kontusjon. Blant disse skade modellene, kontusjon og komprimering skader best representerer den patofysiologiske prosessen OBservert i menneskelig SCI. 1,2,3 Ifølge en fersk undersøkelse av SCI forskningsmiljøet, 72% av de 324 respondentene er enige om at contusion skade er den mest klinisk relevant skade modell av SCI. 1

Siden Reginald Allen beskrivelse av den første eksperimentelle vekt-drop-enhet for å generere ryggmargsskader i laboratoriet innstillingen 4, har en rekke kontusjon enheter er utviklet i et forsøk på å optimalisere reproduserbarhet og generelt simulere patologi personskader. 3 The New York University impactor bruker elektromekaniske komponenter for å måle skader fortrengning og hastighet under vekten dråpe. 5,6 Her er skadegradstetthet diktert av høyden fra hvor vekten blir droppet. I kontrast, i Ohio State University (OSU) impactor og multimechanism skade systemet designet av Choo et al. (2009), er den maksimale forskyvning av ryggmargen bestemt, og kraften imparted til ledningen er så målt. Den IH impactor er tydelig i at brukeren dikterer kraften, og deretter forskyvning måles. Selv om hver av disse systemene (vekt-drop versus displacement-kontroll versus kraft-kontroll) har sine teoretiske fordeler, det er relativt enkelt i bruk, næringseiendom tilgjengelighet og tilgjengeligheten av teknisk støtte fra produsenten av IH impactor har gjort det stadig mer populære i siste årene.

Fra et teknisk perspektiv, bør vi være oppmerksom på at vesentlige endringer ble gjort i metoden for fastspenning dyrene og sikre dem før sammenstøtet (figur 1). For å forbedre konsistensen av våre skader og for å imøtekomme den unike anatomi av cervicalcolumna, stabiliserte vi dyrene med en spesialbygd fastspenning system som fast griper de tverrgående prosessene i cervicalcolumna. 7 som klemmer som er gitt med IH impactor er ment å holde SPInous prosesser i thorax ryggraden, følte vi at de ikke var så godt egnet for de mye mindre spinous prosesser av nakkesøylen. Rammen og fastspenning system holder dyrene veldig stivt under virkningen, med praktisk talt ingen "glidning" mellom klemmen og ryggraden. 7. fastspenning Enheten er relativt enkel å bruke og gjelder for ryggraden. En rekke lærlinger og teknikere i laboratoriet har brukt det med konsekvent suksess. Ytterligere disseksjon av de myke vev mer sidelengs utenfor dorsal del av cervicalcolumna er imidlertid nødvendig for å forstå de tverrgående prosessene, og blødning kan være oppstått i å gjøre det. Hemostase er vanligvis oppnås ved bare å bruke milde press med et lite stykke kirurgisk svamp. I tillegg er klemmen utviklet spesielt for dyrene i 300-350 gm vektområde, og ville trenge modifikasjon for å imøtekomme mindre dyr (selv om dette kan trolig oppnås med avstandsstykker fremlagt between de to armene av klemmen).

Med hensyn til den tiltenkte målet for skaden, rettet vi til å skade både corticospinal (CST) og rubrospinal (RST) traktene av ipsilaterale side bare, da disse både spille en rolle i forbena funksjon i gnagere. 8 I vår studie, funksjonell underskudd ble vurdert med den horisontale stige testen, sylinder oppdrettsvirksomhet test, grooming test og Montoya trapp test. Både den horisontale stige test og sylinder oppdrett er verdifulle vurderinger etter livmorhalsen skade modeller. 8,9,10,11 Den horisontale stigen testen tvinger dyrene til å bruke begge sine skadde og friske forbein for å komme over stigen, og dermed Testen måler kompenserende og adaptive funksjon av forbena. Under pre-skade trening, dyr vanligvis vil "ta" eller plassere sine forlabben på barer med sine tall, mens krysset stigen. Etter alvorlige eller moderate celleforandringer ensidige contusions, er mesteparten av denne motorisk funksjon abolished, og dyr er ikke lenger i stand til å konsekvent plassere eller ta tak i trinnene. 2,12 Sylinderen oppvekst Testen undersøker utvinning naturlig ved å analysere frivillig forbena bruk. Vanligvis er bruk av skadde forbena mens du utforsker dramatisk redusert etter skade. Tapet av disse funksjonene er sannsynligvis knyttet til en kombinasjon av både aksonal avbrudd og til utryddelsen av motoriske nevroner ved lesjon episenteret, som innerverer slike muskler som deltamuskelen, biceps, extensor carpi radialis longus og extensor carpi radialis brevis muskler. 13 Den grooming test, som sylinderen oppdra testen, undersøker brutto naturlig atferd av dyrene. Den modifiserte Montoya trapp evaluerer sifrede funksjoner, eller fin kontroll, av forbein. Overraskende til dags dato, er det bare én studie som har benyttet den modifiserte Montoya sin trapp test i livmorhalsen SCI. 14 Sammen utgjør disse testene vurdere både fine og grove komponenter i den generelleforbena funksjoner.

Andre studier har også beskrevet cervikale kontusjon modeller, som har typisk blitt utviklet med litt modifikasjon til en pre-eksisterende Thoracale contusion enhet. 2,12,15,16,17 Dunham et al. (2011), Popovich et al. (2010) og Sandrow et al. (2008) all utnyttet IH impactor. Dunham et al. (2011) karakteriserte skaden modellen med 100, 200 og 300 kdyn ved å evaluere sylinderen oppdra testen, Catwalk ganganalyse, vermicelli håndtering test og horisontale stige test. Popovich et al. (2010) skadet nakken ryggmargen på en kraft av 175 kdyn og observert de funksjonelle utfallene ved hjelp av skråning flyet testen, sylinder oppdrett test og BBB test. Sandrow et al. (2008) brukte en kraft på 200 kdyn og resulterende forskyvningen av 1.6 til 1.8 mm og så vurdert atferdsmessige utfall med tvungen bevegelse testen, forbena åpent jorde bevegelse, grep styrke test og nettleie Walk test. Tidligere arbeid fra vårt laboratorium brukt Ohio State University impactor på 1.5mm forskyvning å teste ensidige livmorhalsen contusions (med en maksimal skyvkraft på 200 kdyn). 18 Gensel et al. (2006) brukte en Mascis / New York University impactor bruker 10 g på 6,5 mm og 12,5 mm høyde og vurderes atferdsmessige utfall med grooming testen, horisontal stige test, sylinder oppdrett test og halvautomatisk Walkway test (Catwalk ganganalyse). Soblosky et al. (2001) brukte en modifisert Allen vekt fall enhet (10,5 g) å skade dyr på 5,00, 2,50 eller 1,25 mm høyder på en 25,0 ° vinkel, og evaluert den horisontale stige test og sylinder oppdrett test for å vurdere atferdsmessige utvinning. Det er vanskelig å sammenligne våre skade modell til studiet ved Sandrow et al. (2008), siden ingen av funksjonelle tester overlapper med vår nåværende studien. Når vi sammenligner de funksjonelle resultatene til andre studier, er vår nåværende IH skade modell generelt mindre alvorlig til 300kdyn gruppe fra Dunham et al. (2011), men mer alvorlig i forhold til andre livmorhalsen ensidige kontusjon rapporter. Dyrene i vår skade modellen var ikke i stand til å utføre funksjonstester før to uker etter skaden mens andre skader modeller starte funksjonstester med start en uke etter skade. For den horisontale stigen testen, Soblosky et al. (2001) rapporterte det totale antall slips uten det totale antall skritt. Den ipsilaterale prosent feil ved 6 uker etter skade for vår nåværende modell var om lag 25%, sammenlignet med studere ved Lee et al. (2010) og Gensel et al. (2006), rapportert som feil i størrelsesorden 10 - 15% og Dunham et al. (2011) som rapporterte 40% feil for 300 kdyn gruppen og 20% ​​for de 100 og 200 kdyn grupper. For sylinderen oppdra testen, Popovich et al. (2010) rapporterte varigheten av steile. Vår 15-20% av ipsilaterale forbena bruken for 22,5 ° vinkel var sammenlignbar med den som er rapportert med en fem.0 mm vekt dråpe. 12 Sammenligning av atferdsmessige underskudd som resulterte fra NYU impactor, Gensel et al. (2006) rapporterer om en fullstendig avskaffelse av ipsilaterale forlabben bruk for 12,5 mm høyde. Dunham et al. (2011) rapporterte om 5, 10 og 20% ​​ipsilaterale forbena bruk for 100, 200 og 300 kdyn dyr. For grooming testen, scoret våre dyr mindre enn skadetallene gruppene rapporteres av Gensel et al. (2006).

Histologisk, presenterte skaden modell her generelt induserer større parenkymatøs skader i forhold til andre livmorhalsen hemicontusion skader modeller, men mindre enn skaden rapportert av Popovich et al. (2010). Den rostral og kaudale forlengelse av skade vår var 4,8 mm, sammenlignet med 8,0 mm i Popovich et al., 4,0 mm i Lee et al. og 3,6 mm i Gensel et al. studier ved hjelp av IH impactor, OSU impactor og NYU impactor, henholdsvis. 2,18 Ved lesjon episenteret, fant vica 20% grå materie spart i vår skade-modell, sammenlignet med Lee et al. (2010) på 10%, Gensel et al. (2006) ved 20-50%, og Soblosky et al. (2001) ved 31-99%. For hvit substans sparsom, presenterte skaden modell her igjen om 20% vev gjenstår på episenteret mot 30% i Lee et al, (2010), 5 -. 10% i Gensel et al, (2006) og 18 -. 62 % i Soblosky et al., (2001) ved lesjon episenteret. I studien, ved Lee et al., (2010) den rubrospinal skrift led betydelige skader, men corticospinal skrift ofte dukket intakt. Popovich et al. (2010) rapporterte fullstendig avskaffelse av de to traktater. Gensel et al. (2006) rapporterte delvis skade på corticospinal luftveiene og fullstendig ødeleggelse av rubrospinal skrift for både høyde innstillinger. Soblosky et al. (2001) rapporterer delvis skade på rubrospinal skrift, men ingen skade på corticospinal luftveiene. Disse rapportene videre håndheve Betydningen av skader både stigende trakter for å produsere tilstrekkelig funksjonelle underskudd. 19 Det er også verdt å merke seg at i Popovich et al. (2010), Gensel et al. (2006) og Soblosky et al. (2001), skader også utvidet til motsatt side. Betydningen av dette problemet for forlengelse til motsatt side i vår modell er diskutabelt, gitt at det var ingen atferdsmessige forskjeller mellom de skadene rettet 1.0, 1.2 og 1.4 mm ut av midtlinjen (upubliserte data), men det ville være ønskelig inneholde skade på ipsilaterale side, siden vi brukte motsatt side som "friske" kontroll. Mens det var, i noen dyr, noen crossover av parenchmyal skade på motsatt side, var dette minimal. Når man sammenligner representasjon av hvit og grå materie skade som enten et forhold mellom ipsilaterale og kontralateral sider, eller som den absolutte omfanget av skadene, var det nesten ingen forskjell (upubliserte data).

e_content "> Som konklusjon, rapporterer vi utviklingen av en ensidig contusion skade, og håper å gi tilstrekkelig detalj om sin utvikling og teknikk. Andre som ønsker å studere prekliniske SCI terapier kan ansette en slik modell, ved hjelp av en impactor enhet som er allment tilgjengelig (den Infinite Horizon impactor). Vi er i ferd utnytte modellen til å vurdere nervecellene intervensjoner, med håp om å gi viktig preklinisk bevismessige støtte til konkrete behandlinger før menneskelig oversettelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklært.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Infinite Horizon Impactor Precision Systems and Instrumentation IH-0400
Aluminum metal sheet Metalsupermarlets.com APT6061/500
Flexaframe support foot plates Fishers Scientific 1466625Q
Flexaframe support rods Fishers Scientific 1466610GQ
Flexaframe Support Connectors Fishers Scientific 1466620Q
Clamp1 Custom made Choo et al., 2009
Metal holders Custom made See above
Impactor tip Custom made Diameter: 1.15 mm
Stereotaxic frame David Kopf Instruments Model 900
Cylinder Level YIJIA TOOLS YJ-SL0620
Microscope Leica Model #: MZ8
Laboratory scissor jack VWR 12620-902

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lee, J. H., Tigchelaar, S., Liu, J., Stammers, A. M., Streijger, F., Tetzlaff, W., Kwon, B. K. Lack of neuroprotective effects of simvastatin and minocycline in a model of cervical spinal cord injury. Exp. Neurol. 225, 219-230 (2010).
  2. Kwon, B. K., Hillyer, J., Tetzlaff, W. Translational research in spinal cord injury: a survey of opinion from the SCI community. J. Neurotrauma. 27, 21-33 (2010).
  3. Gensel, J. C., Tovar, C. A., Hamers, F. P., Deibert, R. J., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. Behavioral and histological characterization of unilateral cervical spinal cord contusion injury in rats. J. Neurotrauma. 23, 36-54 (2006).
  4. Kwon, B. K., Borisoff, J. F., Tetzlaff, W. Molecular targets for therapeutic intervention after spinal cord injury. Mol. Interv. 2, 244-258 (2002).
  5. Allen, A. R. Surgery of experimental lesions of spinal cord equivalent to crush injury of fracture dislocation. J. Am. Med. Assoc. 57, 878-880 (1911).
  6. Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection. Exp Neurol. 139, 244-256 (1996).
  7. Gruner, J. A. A monitored contusion model of spinal cord injury in the rat. J. Neurotrauma. 9, 123-128 (1992).
  8. Choo, A. M., Liu, J., Liu, Z., Dvorak, M., Tetzlaff, W., Oxland, T. R. Modeling spinal cord contusion, dislocation, and distraction: characterization of vertebral clamps, injury severities, and node of Ranvier deformations. J. Neurosci. Methods. 181, 6-17 (2009).
  9. Whishaw, I. Q., Piecharka, D. M., Drever, F. R. Complete and partial lesions of the pyramidal tract in the rat affect qualitative measures of skilled movements: impairment in fixations as a model for clumsy behavior. Neural. Plast. 10, 77-92 (2003).
  10. Jones, T. A., Schallert, T. Overgrowth and pruning of dendrites in adult rats recovering from neocortical damage. Brain Res. 581, 156-160 (1992).
  11. Liu, Y., Kim, D., Himes, B. T., Chow, S. Y., Schallert, T., Murray, M., Tessler, A., Fischer, I. Transplants of fibroblasts genetically modified to express BDNF promote regeneration of adult rat rubrospinal axons and recovery of forelimb function. J. Neurosci. 19, 4370-4387 (1999).
  12. Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 39, 777-787 (2000).
  13. Soblosky, J. S., Song, J. H., Dinh, D. H. Graded unilateral cervical spinal cord injury in the rat: evaluation of forelimb recovery and histological effects. Behav. Brain Res. 119, 1-13 (2001).
  14. McKenna, J. E., Prusky, G. T., Whishaw, I. Q. Cervical motoneuron topography reflects the proximodistal organization of muscles and movements of the rat forelimb: a retrograde carbocyanine dye analysis. J. Comp. Neurol. 419, 286-296 (2000).
  15. Sandrow, H. R., Shumsky, J. S., Amin, A., Houle, J. D. Aspiration of a cervical spinal contusion injury in preparation for delayed peripheral nerve grafting does not impair forelimb behavior or axon regeneration. Exp. Neurol. 210, 489-500 (2008).
  16. Popovich, P. G., Lemeshow, S., Gensel, J. C., Tovar, C. A. Independent evaluation of the effects of glibenclamide on reducing progressive hemorrhagic necrosis after cervical spinal cord injury. Exp. Neurol. 233, 615-622 (2012).
  17. Dunham, K. A., Siriphorn, A., Chompoopong, S., Floyd, C. L. Characterization of a graded cervical hemicontusion spinal cord injury model in adult male rats. J. Neurotrauma. 27, 2091-2106 (2010).
  18. Lee, J. H., Roy, J., Sohn, H. M., Cheong, M., Liu, J., Stammers, A. T., Tetzlaff, W., Kwon, B. K. Magnesium in a polyethylene glycol formulation provides neuroprotection after unilateral cervical spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 35, 2041-2048 (2010).
  19. Alstermark, B., Isa, T., Lundberg, A., Pettersson, L. G., Tantisira, B. The effect of low pyramidal lesions on forelimb movements in the cat. Neurosci. Res. 7, 71-75 (1989).

Tags

Medisin Neuroscience fysiologi Infinite Horizon ryggmargsskade Device SCI cervical ensidig kontusjon forbena funksjon
En Contusive Modell av Unilateral Cervical ryggmargsskade Bruke Infinite Horizon impactor
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lee, J. H. T., Streijger, F.,… More

Lee, J. H. T., Streijger, F., Tigchelaar, S., Maloon, M., Liu, J., Tetzlaff, W., Kwon, B. K. A Contusive Model of Unilateral Cervical Spinal Cord Injury Using the Infinite Horizon Impactor. J. Vis. Exp. (65), e3313, doi:10.3791/3313 (2012).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter