使用无限视野冲击器建立单侧颈段脊髓损伤的挫伤模型

摘要

本文介绍了一种使用Infinite Horizon撞击器制备颈段单侧脊髓损伤的可靠且可重复的方法。该方法利用定制设计的框架和夹具来稳定脊柱。标准化的操作流程和生物力学损伤参数可产生充分且稳定的损伤效果。

摘要

尽管大多数人类脊髓损伤发生在颈段脊髓，但绝大多数实验室研究采用的是胸段脊髓损伤（SCI）的动物模型。此外，由于大多数人类脊髓损伤是由钝性、非穿透性创伤（如机动车事故、运动损伤）引起的，其中脊髓受到移位的骨骼或软组织猛烈撞击，因此大多数SCI研究人员认为，最具临床相关性的损伤模型是脊髓受到快速挫伤的模型。¹ 因此，在新型治疗方法进入临床转化之前的临床前评估中，一个重要的步骤是评估其在颈段脊髓挫伤模型中的有效性。本文描述了一种采用Infinite Horizon脊髓损伤撞击器建立的单侧颈段脊髓挫伤模型的技术细节，以及该模型所产生的解剖学和行为学结果。

Sprague Dawley 大鼠在 C5 节段左侧进行单侧椎板切除术。为了优化损伤模型在生物力学、功能和组织学结果上的可重复性，我们采用 150 kdyn 的冲击力、22.5° 的冲击轨迹（动物旋转 22.5°）以及偏离中线 1.4 mm 的冲击位置对脊髓进行挫伤。通过圆筒直立实验、水平梯子实验、理毛实验和改良的 Montoya 阶梯实验评估长达 6 周的功能恢复情况，之后对脊髓进行组织学评估，以检测白质和灰质的保留情况。

本文介绍的损伤模型可向脊髓施加一致且可重复的生物力学力，这是任何实验性脊髓损伤（SCI）模型的重要特征。该操作导致脊髓外侧半部出现明确的组织学损伤，且主要局限于损伤同侧。动物对该损伤耐受性良好，但在损伤后的数周内会出现显著且持续的前肢功能缺陷。本文介绍的颈段单侧损伤模型可为研究人员在开展临床转化前评估潜在有效疗法提供参考。

方案

1. 准备：用于固定动物的框架和夹具设计

1. 用于固定动物的框架和夹具为定制设计，以适配 Infinite Horizon (IH) 脊髓损伤撞击器。
2. 框架底座为一块铝制平台，尺寸切割为 30.2 cm × 20.3 cm × 1.3 cm，以便适配 IH 设备标配的台面导轨支架（图 1A）。
3. 在平台上安装四个 Flexaframe 支撑脚板（Fisher Scientific，Toronto，ON），并使用八个 Flexaframe 支撑连接件组装八根 Flexaframe 支撑杆（Fisher Scientific，Toronto，ON，30.5 cm）（图 1B）。
4. 两个额外的 Flexaframe 支撑连接件安装在中间两根支撑杆上，用于固定定制的夹具安装座（图 1B）。
5. 通过保持一根水平杆位置不变，调节另一根水平杆的高度，从而确定动物脊髓相对于垂直方向的旋转角度（图 2）。
6. 该夹具长 35.6 mm，高 25.4 mm，钳口宽 7.6 mm，设计用于从 C4 至 C6 节段牢固夹持横突下方结构（图 1C）。有关夹具设计的更多细节已在 Choo et al., 2009 年的研究中描述。

讨论

本文中，我们描述了一种使用 Infinite Horizon (IH) 撞击器建立的颈段单侧挫伤模型，其撞击参数为 150 kdyn 的作用力、偏离垂直方向 22.5° 的角度，以及距中线 1.4 mm 的侧向定位。采用这些参数，我们能够在同侧前肢诱导出持续的行为功能缺陷，且实质组织损伤主要局限于同侧，其中可见对红核脊髓束、网状脊髓束、前庭脊髓束和皮质脊髓束预期走行区域造成显著损伤。该模型的建立经历了三个连续实验，分别确定了最佳损伤力、偏离中线的撞击位置以及旋转角度。首先，我们发现低于 150 kdyn 的损伤力无法产生足够且持续的功能缺陷。此外，当撞击头垂直撞击脊髓（即无旋转）时，力-时间曲线中频繁出现尖峰，提示撞击头可能碰触到椎管腹侧的骨性结构。许多动物在此条件下也未表现出严重或持续的功能障碍。与此一致的是，组织学分析显示，出现突然力尖峰的动物其脊髓实质损伤较轻，且位置极为偏外侧。因此，我们将动物进行旋转，使撞击方向偏离垂直中线 22.5°。通过使撞击头更接近垂直于脊髓的路径，我们解决了撞击头触碰椎管腹侧底板的问题，但观察到脊髓对侧出现了明显的实质损伤。最后，我们在 150 kdyn 的撞击力和 22.5° 角度条件下，将撞击头分别.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Infinite Horizon Impactor	精密系统与仪器	IH-0400
铝金属板	Metalsupermarlets.com	APT6061/500
Flexaframe 支撑脚板	Fisher Scientific	1466625Q
Flexaframe 支撑杆	Fisher Scientific	1466610GQ
Flexaframe 支撑连接件	Fisher Scientific	1466620Q
夹钳1	定制		Choo 等., 2009
金属支架	定制		见上文
撞击头	定制		直径：1.15 mm
立体定位仪	David Kopf Instruments	Model 900
圆柱水平仪	YIJIA TOOLS	YJ-SL0620
显微镜	Leica		型号：MZ8
实验室剪刀式千斤顶	VWR	12620-902