Name: 挫伤模型脊髓严重损伤的保护作用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min
Description: 学习建立大鼠脊髓挫伤模型的标准化手术技术，包括术前无菌准备、T10椎板切除及计算机控制冲击器操作。该方法为神经科学研究提供可重复的实验模型。

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作者感谢 N. Banik 博士和 D. Mitchell 博士在本模型开发过程中提供的指导。

1. 脊髓损伤前的准备工作
本手术所需的手术器械包括手术刀、有齿和无齿镊子、止血钳、自持式牵开器、精细咬骨钳、持针器、可吸收缝线以及皮肤缝合钉施用器。其他所需手术用品包括手术单、无菌铺巾、纱布块、棉签和金属箔。手术前对所有手术器械和用品进行高压灭菌。每只动物使用单独的一套器械和用品。使用酒精擦拭清洁手术区域及设备（撞击器、光源、立体定位仪、玻璃珠灭菌器和加热垫）。
打开手术巾，使用无菌手套小心地铺设手术区域，避免污染。以无菌方式打开各手术器械，并小心放置于手术区域内。用无菌金属箔覆盖手术过程中可能用到的设备旋钮和手柄。开启玻璃珠灭菌器，使其处于待用状态。
2. 动物的准备
在正式实验前数小时将大鼠转移至实验室区域。在预计手术开始前至少1小时给予镇痛药物（通常为皮下注射0.006 mg/ml的丁丙诺啡1.5 ml）。术前给予抗生素（通常为皮下注射拜耳锐，剂量4 mg/kg）。使用90 mg/kg的氯胺酮对大鼠进行麻醉，直至其对足趾夹捏无反应。触诊胸椎中最突出的棘突，该位置通常对应于T10棘突。根据T10标记拟手术节段的位置。在本实验室中，我们实施T10节段的损伤。以下叙述描述T10脊髓损伤（SCI）的操作技术。在T10水平纵向剃除一块3 cm × 6 cm的矩形区域，中心位于T10。用聚维酮碘溶液清洁皮肤三次。在每只眼睛上涂抹眼用润滑剂。小心地将大鼠转移至手术区域，保持体位舒适，并避免污染。插入直肠温度探头以监测核心体温，并相应调节加热装置，使动物体温尽可能接近正常值（约37.5 °C）。用带有手术窗的手术巾覆盖大鼠，暴露手术部位。
3. 手术步骤
使用10号刀片在T10标记处做一长约4 cm的切口。耐心地分离T9-T11棘突和椎板处的筋膜和肌肉层。放置牵开器，将肌肉和筋膜从骨面牵开。固定T9棘突后，用精细剪刀锐性切断T9与T10之间的棘间韧带。同样，固定T10棘突后，切断T10与T11之间的棘间韧带。使用放大镜辅助，继续切断韧带，直至完全切开黄韧带（图1）。黄韧带断开后，硬膜囊即清晰可见。使用精细咬骨钳，在T10节段双侧小心地分块进行椎板切除术。操作时需格外谨慎，避免对硬膜囊施加向下的压力，并防止咬骨钳尖端造成意外损伤。最终完全切除T10的椎板及棘突。
将动物放置在稳定平台上并调整位置。使用固定夹通过夹住T11椎体的侧面，随后夹住T9椎体的侧面来固定脊柱。注意不要用固定夹将大鼠过度压向平台，以免限制呼吸运动空间并对动物造成不必要的应激。固定脊柱后，检查计算机控制撞击器的参数设置。通常采用直径3.0 mm的撞击头，以4 cm/s的速度，撞击深度为2 mm，停留时间为0.3秒。伸出撞击头并缓慢下降，直至其刚好接触脊髓表面。回撤撞击头，再将装置向脊髓表面降低2 mm。以4 cm/sec的速度释放活塞，造成严重的挫伤性脊髓损伤。止血时仅施加足够固定棉签头的压力，注意避免对脊髓产生额外压力。使用可吸收缝线以“8”字缝合法缝合肌肉和筋膜层，注意不要打结过紧。用至少2个小型钉皮钉关闭皮肤切口；若前2或3个钉皮钉使用后仍有部分切口未闭合，可使用最多4至5个钉皮钉。
3. 术后护理
术后将大鼠置于约 33–35 °C 的温暖环境中 24 小时。在大鼠意识未恢复期间，应使用恒温箱；一旦大鼠开始活动，则转移至加热的笼具环境。当大鼠完全清醒后，皮下注射 5 ml 生理盐水、1.5 ml（0.006 mg/ml）布托啡诺以及 0.1 ml 拜耳奇。布托啡诺在术后最初 24–48 小时内每天皮下注射两次，拜耳奇则每日皮下注射一次，持续 7 天。膀胱应每日手动排空三次，直至膀胱功能恢复（连续 3 天清晨排尿量 &lt;2 ml）。在此期间还应每日检查动物是否出现感染（尿液中带血、呈乳白色或有恶臭）、活动量减少或伤口愈合问题。如发现感染迹象，应咨询当地兽医，增加抗生素剂量或重新开始抗生素治疗。术后次日起每日称重大鼠体重，以评估其恢复情况。

<ol><li>Blesch, A., Tuszynski, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spinal+cord+injury%3A+plasticity%2C+regeneration+and+the+challenge+of+translational+drug+development%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Spinal cord injury: plasticity, regeneration and the challenge of translational drug development.</a> Trends Neurosci. 32, 41-47 (2009).</li>
<li>Dobkin, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Curiosity+and+cure%3A+translational+research+strategies+for+neural+repair-mediated+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Dev.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Curiosity and cure: translational research strategies for neural repair-mediated rehabilitation.</a> Dev. Neurobiol. 67, 1133-1147 (2007).</li>
<li>Fehlings, M. G., Cadotte, D. W., Fehlings, L. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+series+of+systematic+reviews+on+the+treatment+of+acute+spinal+cord+injury%3A+a+foundation+for+best+medical+practice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">A series of systematic reviews on the treatment of acute spinal cord injury: a foundation for best medical practice.</a> J. Neurotrauma. 28, 1329-1333 (2011).</li>
<li>Iseda, T., Okuda, T., Kane-Goldsmith, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single%2C+high-dose+intraspinal+injection+of+chondroitinase+reduces+glycosaminoglycans+in+injured+spinal+cord+and+promotes+corticospinal+axonal+regrowth+after+hemisection+but+not+contusion%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Single, high-dose intraspinal injection of chondroitinase reduces glycosaminoglycans in injured spinal cord and promotes corticospinal axonal regrowth after hemisection but not contusion.</a> J. Neurotrauma. 25, 334-349 (2008).</li>
<li>Khan, T., Havey, R. M., Sayers, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+of+spinal+cord+contusion+injuries%5BTitle%5D)+AND+%22Laboratory+Animal+Science%22%5BJournal%5D)">Animal models of spinal cord contusion injuries.</a> Laboratory Animal Science. 49, 161-172 (1999).</li>
<li>Kim, B. G., Kang, Y. M., Phi, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implantation+of+polymer+scaffolds+seeded+with+neural+stem+cells+in+a+canine+spinal+cord+injury+model%5BTitle%5D)+AND+%22Cytotherapy%22%5BJournal%5D)">Implantation of polymer scaffolds seeded with neural stem cells in a canine spinal cord injury model.</a> Cytotherapy. 12, 841-845 (2010).</li>
<li>Kim, J. H., Tu, T. W., Bayly, P. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+speed+does+not+determine+severity+of+spinal+cord+injury+in+mice+with+fixed+impact+displacement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Impact speed does not determine severity of spinal cord injury in mice with fixed impact displacement.</a> Journal of Neurotrauma. 26, 1395-1404 (2009).</li>
<li>Kwon, B. K., Hillyer, J., Tetzlaff, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+research+in+spinal+cord+injury%3A+a+survey+of+opinion+from+the+SCI+community%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Translational research in spinal cord injury: a survey of opinion from the SCI community.</a> J. Neurotrauma. 27, 21-33 (2010).</li>
<li>Kwon, B. K., Okon, E. B., Tsai, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+grading+system+to+evaluate+objectively+the+strength+of+pre-clinical+data+of+acute+neuroprotective+therapies+for+clinical+translation+in+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">A grading system to evaluate objectively the strength of pre-clinical data of acute neuroprotective therapies for clinical translation in spinal cord injury.</a> J. Neurotrauma. 28, 1525-1543 (2011).</li>
<li>Norenberg, M. D., Smith, J., Marcillo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+pathology+of+human+spinal+cord+injury%3A+defining+the+problems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">The pathology of human spinal cord injury: defining the problems.</a> J. Neurotrauma. 21, 429-440 (2004).</li>
<li>Siegenthaler, M. M., Tu, M. K., Keirstead, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+extent+of+myelin+pathology+differs+following+contusion+and+transection+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">The extent of myelin pathology differs following contusion and transection spinal cord injury.</a> J. Neurotrauma. 24, 1631-1646 (2007).</li>
<li>Talac, R., Friedman, J. A., Moore, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+of+spinal+cord+injury+for+evaluation+of+tissue+engineering+treatment+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Animal models of spinal cord injury for evaluation of tissue engineering treatment strategies.</a> Biomaterials. 25, 1505-1510 (2004).</li>
<li>Tator, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+treatment+trials+in+human+spinal+cord+injury%3A+issues%2C+difficulties%2C+and+recommendations%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Review of treatment trials in human spinal cord injury: issues, difficulties, and recommendations.</a> Neurosurgery. 59, 957-982 (2006).</li>
</ol>

财务公开——无 资金来源公开——无。

近年来，多种新型治疗方法在脊髓损伤（SCI）研究领域显示出初步的应用前景。3 在具有临床相关性的SCI模型中对这些治疗方法进行严谨评估，对于筛选出最具转化潜力的治疗策略至关重要。近期已建立一种评分体系，用于评估临床前研究的强度。9 该体系强调了采用严重脊髓损伤挫伤模型的重要性。本文描述了一种严重的SCI挫伤模型，其损伤体积和功能评分具有一致性，并与横断模型相似。该模型可作为“概念验证”模型，用于确立神经保护和神经再生策略的治疗有效性。
制备均匀的压迫性脊髓损伤（SCI）模型仍具挑战性。为了确保可重复性，必须尽可能使损伤过程保持一致。需要在每只动物间准确识别脊髓的靶向节段。在椎板切除过程中应小心去除骨组织，以确保脊髓管内不留骨碎片；这些残留物可能引起压迫性损伤，并导致损伤机制和恢复潜力出现不必要的变异。我们已采用多个步骤来确保一致性，包括撞击器尺寸、通过带固定臂的框架对脊柱进行刚性固定、使用统一的撞击速度和撞击深度。当用固定镊夹持椎体时，应确保大鼠体位舒适。脊柱排列的任何变异或夹持过程中的过度应力均可能改变撞击的生物力学特性。我们选用直径为...

选择合适的损伤模型对于脊髓损伤（SCI）新型治疗方法的临床前评估至关重要。1,2,13 在最近一项针对神经创伤领域医生和科学家的调查中，挫伤模型相较于半横断或完全横断模型，被普遍认为具有临床相关性。8 这一观点基于以下观察：人类脊髓损伤的大多数情况属于挫伤性损伤。10 挫伤的生物学特性似乎也与半切或横切模型不同。11 伊塞达， 等 分别比较了脊髓内注射软骨素酶ABC在半横断和挫伤模型中对神经再生的影响。4 在半横断脊髓损伤模型中，神经元桥接区域观察到轴突再生，但在挫伤型脊髓损伤组中未观察到。半横断或完全横断模型所造成的条件，仅在极少数临床情况下存在。例如，已有若干研究者采用基于支架的干预措施，在半横断或完全横断后的损伤腔内植入支架以促进再生。6 这种方法在临床上是不相关的，因为在受损的脊髓内制造空腔是不切实际的，并且可能是不道德的。 
功能恢复的变异性仍是挫伤模型面临的主要挑战5,12。通过使用计算机控制的撞击装置，并在撞击前对脊柱进行稳定，可实现对脊髓体积（尤其是腹侧的运动通路）施加均匀的力，从而最大限度地减少这种变异性。需要注意的是，损伤后功能恢复的主要机制是存活轴突的可塑性及其侧支代偿作用1。因此，即使挫伤技术存在微小差异，也可能导致显著不同的结果。为此，我们建立了一种重度脊髓损伤模型，该模型可产生一致的挫伤体积，并实现与横断模型相当的功能恢复。该模型可用于验证神经保护和神经再生策略的治疗效果，作为概念验证工具。

<table><tbody><tr><td>计算机控制撞击器</td><td>Leica 或 Infinite Horizons（原 OSU）撞击器</td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">&lt;em&gt;手术器械&lt;/em&gt;</td></tr><tr><td>剪刀</td><td>Fine Science Tools 公司</td><td>14094-11 或 14060-09</td><td></td></tr><tr><td>镊子</td><td>Fine Science Tools 公司</td><td>11006-12 和 11027-12 或 11506-12</td><td></td></tr><tr><td>止血钳</td><td>Fine Science Tools 公司</td><td>13009-12</td><td></td></tr><tr><td>牵开器</td><td>Fine Science Tools 公司</td><td>17011-10</td><td></td></tr><tr><td>咬骨钳</td><td>Fine Science Tools 公司</td><td>16020-14</td><td></td></tr><tr><td>持针器</td><td>Fine Science Tools 公司</td><td>12001-13</td><td></td></tr><tr><td>立体定位仪</td><td>Leica 或 RWD Life Science 公司 或 TSE systems</td><td></td><td></td></tr><tr><td>布托啡诺</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>拜耳灵</td><td>拜耳公司</td><td></td><td></td></tr><tr><td>氯胺酮</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

大鼠重度脊髓损伤挫伤模型

A Contusion Model of Severe Spinal Cord Injury in Rats

应于严重的脊髓损伤（SCI）挫伤模型中评估新型治疗手段的转化潜力。本文详细描述了一种获得稳定严重SCI模型的方法学。使用立体定位架和计算机控制的撞击器可实现可重复性损伤的构建。术后期间，低体温和尿路感染构成重大挑战。通过每日记录体重和膀胱排空对动物进行密切监测，可早期发现术后并发症。该挫伤模型的功能学结果与横断模型相当。该挫伤模型可用于评估神经保护和神经再生策略的有效性。

病灶体积
通过采用上述技术，我们获得了较大且一致的病灶体积。使用Luxol快蓝染色，得到的平均病灶体积为2.04 mm3（95%置信区间为1.9–2.18）（n = 5只动物）。图2展示了平均病灶体积，并通过病灶中心的Luxol快蓝代表性染色图像进行说明。
功能评分
通过Basso、Beattie、Bresnahan（BBB）评分法测定的行为学评分如图3所示。在12周时，对照组大鼠的平均BBB评分为2.2±1.1（n = 10只动物）。
其他参数
根据我们最近32例动物手术的经验，该技术的存活率为93.4%。所有死亡病例均与持续性尿路感染（UTI）有关，随后为避免动物遭受过度疼痛和痛苦而实施安乐死。完成为期7天的抗生素疗程后，16.7%的动物仍发生尿路感染。术后检测到尿路感染的平均时间为14...

介绍了一种严重的脊髓损伤挫伤模型。详细描述了为获得稳定模型所需的术前、术中和术后各个步骤。

新型治疗方法的转化潜力应在严重的脊髓损伤（SCI）挫伤模型中进行研究。一种详细的实验方法是……

本视频的投稿作者包括美国南卡罗来纳医科大学神经科学系神经外科部的住院医师主管 VOR Krishna 博士、南卡罗来纳医科大学神经科学教授及南卡罗来纳州退伍军人医疗中心职业科学家 Mark Kendi 博士，以及该校医学院二年级学生 Hampton Andrews。本视频将演示手术动物在无菌环境中的准备、手术操作过程以及术后护理方法。首先，在建立手术区域之前，所有手术器械和用品必须经过高压灭菌处理。如果需要进行多个手术操作，请务必为每只动物额外准备并高压灭菌一套手术器械。接下来，使用酒精擦拭清洁手术区域及所有组件。手术区域准备就绪后，将所有手术器械整齐摆放在无菌铺巾上。我们将使用一只成年雌性喷雾鼠 Dolly 大鼠来演示今天的实验步骤。请在实验开始前几小时将大鼠带至实验室。在手术前至少一小时，即麻醉前，皮下注射 1.5 毫升浓度为 0.006 毫克/毫升的丁丙诺啡。按 4 毫克/千克剂量给予 0.1 毫升皮下注射的阿扑吗啡。然后通过腹腔注射 90 毫克/千克的氯胺酮对动物进行麻醉，并等待动物进入睡眠状态。触诊并标记胸椎显著的第10胸椎（T10）棘突。用电剃刀剃除标记周围区域的毛发。然后用聚维酮碘溶液对该区域消毒三次，将大鼠舒适地置于手术区域，并确保其位于加热垫上。通过夹捏尾巴确认麻醉效果。维持对抗牵引后，使用10号手术刀片在T10标记处做一长约4厘米的切口。剪除下方疏松的结缔组织，暴露脊柱周围的肌肉和韧带。使用拉钩分离皮肤和疏松结缔组织，暴露这些肌肉和韧带。仔细且耐心地解剖胸椎 T9 至 T11 的棘突和椎板处的筋膜和肌肉层。使用拉钩将肌肉和筋膜从骨骼分离，暴露脊柱，同时锐性固定第9胸椎（T9）的棘突。用小剪刀解剖第9胸椎（T9）与第10胸椎（T10）之间的棘间韧带。重复此操作，解剖第10胸椎（T10）与第11胸椎（T11）之间的棘间韧带。使用精细尖端的咬骨钳，小心地穿过黄韧带，逐步完成T10节段的双侧分块椎板切除术。在骨质切除过程中，注意避免对硬膜囊施加向下的压力。彻底切除T10的椎板和棘突。待脊髓完全暴露且无骨碎片残留后，将大鼠移至立体定位仪平台上并固定到位。使用立体定位钳通过夹住 T11 椎体的侧面，随后夹住 T9 椎体的侧面来固定脊柱。固定脊柱后，确认计算机控制撞击器的设置。本模型采用的速度为每秒 4 厘米，深度为 2 毫米。伸出撞击器的尖端，将其降低至刚好接触脊髓的位置，然后回缩尖端。再将撞击器下降两毫米，并注意保持其位于脊髓正上方的位置不变。现在启动活塞以造成严重的挫伤损伤。将大鼠从立体定位夹中取出，然后使用棉签轻轻按压以实现止血。采用“8”字缝合技术，用可吸收缝线将肌肉层和筋膜层缝合。然后使用至少两个小型钉皮钉闭合皮肤。手术完成后，将大鼠置于温暖环境中，术后约24小时。待动物完全清醒后，皮下注射5毫升生理盐水、1.5毫升布托啡诺和0.1毫升阿托

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一种用于建立大鼠开放性脊髓损伤模型的微创、快速脊髓侧半切技术

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基于微创技术建立小鼠挫伤性脊髓损伤模型

本文展示了一种用于小鼠的新型自动化脊髓损伤挫伤装置，该装置能够精确地制备不同程度的脊髓损伤挫伤模型。...

用于小鼠脊髓挫伤模型的自动化撞击器

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