Name: 基于组织位移的小鼠脊髓损伤模型 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-06-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: 学习基于组织位移的挫伤性脊髓损伤模型，用于成年小鼠神经科学研究。该方法利用新型撞击器产生可重复的分级损伤，为探索脊髓损伤机制和评估实验性治疗策略提供可靠工具。

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本工作部分由美国国立卫生研究院（NIH）NS059622、NS073636项目，美国国防部CDMRP W81XWH-12-1-0562项目，美国退伍军人事务部杰出研究奖I01 BX002356，Craig H Neilsen基金会296749项目，印第安纳州脊髓与脑损伤研究基金会及Mari Hulman George捐赠基金（XMX），肯塔基州路易斯维尔Norton Healthcare（YPZ），印第安纳州卫生部ISDH 13679项目（XW）以及NeuroCures基金会资助。

所有外科手术和动物操作均按照《实验动物护理和使用指南》（美国国家研究委员会）以及印第安纳大学医学院机构动物护理和使用委员会指南的规定批准后进行。
1. 动物准备及T10脊髓椎板切除术操作
<ol>
	<li>将手术器械和金属脊柱稳定器在高压灭菌器中灭菌。清洁手术操作台。将加热垫预热至37 °C。将加热垫放置在手术台上，并覆盖无菌手术单。整个手术过程中均采用无菌操作技术。</li>
	<li>使用10周龄的雌性成年C57/6J小鼠进行本研究。通过腹腔注射（i.p.）给予每只动物氯胺酮（87.7 mg/kg）和赛拉嗪（12.3 mg/kg）混合物进行麻醉。通过施加足垫夹捏诱发的伤害性刺激，确认动物无反应，以判断麻醉完全。
	<ol>
		<li>皮下注射镇痛剂布托啡诺（0.01–0.05 mg/kg）和非甾体抗炎药卡洛芬（5 mg/kg）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用电动剃刀剃除胸腰段脊柱区域的毛发。用聚维酮碘溶液和70%酒精擦拭液清洁皮肤。</li>
	<li>手术期间在角膜上涂抹眼药膏，以保护眼睛免于干燥。</li>
	<li>使用手术刀在动物背部正中做一条1.5 cm的皮肤切口，以暴露第9节th 至 11th 胸椎椎板。将皮下脂肪组织向头侧推开。从棘突和椎板处游离椎旁肌，向两侧的侧块方向解剖。</li>
	<li>将小鼠置于稳定器的U形槽中图2A 和 2B). 在T10椎骨暴露的关节突下方，用不锈钢臂进行双侧夹紧（图 4A）并使用臂部附带的拇指螺丝拧紧图2A).</li>
	<li>使用显微咬骨钳切除T10棘突和椎板（椎板切除术），暴露覆盖脊髓的硬脑膜图4B).</li>
</ol>
2. 使用 LISA 撞击器进行 T10 挫伤损伤操作
<ol>
	<li>将氮气罐上压力调节器的旋钮转动，将压缩氮气压力设定为 20 PSI 或 138 kPa（图1A本研究使用了该试剂盒。 
	注意：压力可在10-120 psi范围内调节。较高的压力将产生更高速度的冲击。直径为1.2 mm的脊髓损伤（SCI）装置尖端适用于小鼠，直径为2.2 mm的尖端适用于大鼠。当从小鼠转换为大鼠实验时，可通过在金属尖端（内径1.2 mm/外径2.2 mm）上加装一个环来形成较大直径的尖端。本小鼠脊髓损伤研究中使用的是1.2 mm尖端。使用前对SCI尖端进行灭菌处理。</li>
	<li>打开计算机以启动软件。按下按钮1（图1B）以将撞击头激活至完全伸展位置（图3A-1). 
	注意：按钮1的功能是手动启动或关闭气动气缸。</li>
	<li>将装有小鼠的U形容器放置于载物台上（图2B）。通过拧紧支架上的滚花螺钉将载物台固定到位（图2B).</li>
	<li>在……之下 &#34;设定零点水平&#34; 区域（绿色），通过点击设置零位，使用激光传感器测量至完全伸出的柱塞尖端的距离 &#34;开始阅读&#34; 按钮（图3A）。距离将在 &#34;范围&#34; 此区域的参数（图3A）。点击 &#34;设为零&#34; 按钮（图3A），并会显示一个以毫米为单位的数值 &#34;零&#34; 参数框（例如， 8.951 mm，如图所示 图3A).</li>
	<li>按下按钮1（图1B）以撤回撞击器尖端（图3B-1，由上方箭头指示）并松开固定螺丝1（图2B）。将螺丝拉至正确位置（图3B-1，用侧向箭头指示）将探针移离激光束路径，并顺时针旋转螺丝90°以锁定。</li>
	<li>通过调节前部和侧向的微调驱动装置来移动载物台（图1C) 将激光束对准暴露的背侧脊髓中心。确定损伤位置后，通过点击测量组织距离 &#34;开始阅读&#34; 按钮位于下方 &#34;设定损伤程度&#34; 区（蓝色）（图3B 和 3B-1).</li>
	<li>通过垂直微调驱动器缓慢调节传感器与脊髓之间的距离（图1C）以达到所需的位移参数（例如， 0.500 mm，如图所示 &#34;损伤&#34; 参数框）中的 &#34;设定损伤程度&#34; 区（蓝色）图3B).
	<ol>
		<li>当达到预期的损伤位移时，记录组织距离（例如， 8.451 mm，如图所示 &#34;范围&#34; 参数框）（图3B）。定义期望的位移（损伤）= 尖端距离（零点）- 组织距离（范围）（图3B）。当达到预期损伤（例如， 0.500 mm 组织位移）时达到（图3B），点击 &#34;设定损伤&#34; 按钮位于下方 &#34;设定损伤程度&#34; 用于设定损伤区域。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将螺钉1逆时针旋转90°以解锁，将冲击头推回激光束光路中（图3C-1，箭头所示方向），并通过顺时针旋转90°拧紧螺钉1。</li>
	<li>点击红色区域下方的运行按钮 &#34;运行实验&#34; 区域（图3C）以执行撞击。该区域下方的参数框将显示损伤时间（s）、力（mV）、速度（m/s）和损伤位移（mm）（图3C).</li>
	<li>在记录并保存所有损伤数据后，将带有小鼠的U形槽从平台上取下。在手术显微镜下直观确认脊髓损伤情况图4C).</li>
	<li>使用3-0丝线（Henry Schein，776-SK）连续缝合椎旁肌、浅筋膜和皮肤。</li>
	<li>皮下注射0.9%生理盐水1 mL以补充水分，并将动物置于控温垫上直至完全恢复意识。将小鼠放入笼中，提供可自由获取的食物和饮水。</li>
	<li>术后护理中，需手动排空膀胱，直至自主排尿功能恢复。 &#160;用于镇痛，皮下注射布托啡诺（Buprenorphine，0.05–2.0 mg/kg，每日8–12小时一次），持续2天。若发生膀胱感染，皮下注射拜耳瑞（Baytril，5–10 mg/kg溶于0.1 mL，每日1次），持续7–10天。若发生局部或全身感染，皮下注射庆大霉素（Gentamycin，5–8 mg/kg，溶于1 mL无菌生理盐水中，每8–12小时一次），持续4天。</li>
	<li>在脊髓损伤（SCI）后14天拆除缝合线。&#160;</li>
	<li>损伤后第42天，小鼠将通过灌注法处死。在按照1.2节进行适当麻醉后，依次用30 ml 0.01 M磷酸盐缓冲液（PBS）和30 ml含4%多聚甲醛的0.01 M PBS进行灌注。取包含损伤中心在内的1厘米脊髓组织，用于切片及组织学分析。</li>
</ol>

<ol><li>Young, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spinal+cord+contusion+models%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Spinal cord contusion models.</a> Prog. Brain Res. 137, 231-255 (2002).</li>
<li>Gale, K., Kerasidis, H., Wrathall, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spinal+cord+contusion+in+the+rat%3A+behavioral+analysis+of+functional+neurologic+impairment%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Spinal cord contusion in the rat: behavioral analysis of functional neurologic impairment.</a> Exp. Neurol. 88 (1), 123-134 (1985).</li>
<li>Gruner, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+monitored+contusion+model+of+spinal+cord+injury+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">A monitored contusion model of spinal cord injury in the rat.</a> J. Neurotrauma. 9 (2), 126-128 (1992).</li>
<li>Scheff, S. W., Rabchevsky, A. G., Fugaccia, I., Main, J. A., Lumpp, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+modeling+of+spinal+cord+injury%3A+Characterization+of+a+force-defined+injury+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Experimental modeling of spinal cord injury: Characterization of a force-defined injury device.</a> J. Neurotrauma. 20 (2), 179-193 (2003).</li>
<li>Stokes, B. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+spinal+cord+injury%3A+a+dynamic+and+verifiable+injury+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Experimental spinal cord injury: a dynamic and verifiable injury device.</a> J. Neurotrauma. 9 (2), 129-134 (1992).</li>
<li>Young, W. MASCIS spinal cord contusion model. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYoung%2C+W+%22Animal+Models+of+Acute+Neurological+Injuries%22">Animal Models of Acute Neurological Injuries</a>. Chen, J., Xu, X. M., Xu, Z. C., Zhang, J. H. , Humana Press. 411-422 (2009).</li>
<li>Jakeman, L. B., McTigue, D. M., Walters, P., Stokes, B. T. The Ohio State University ESCID spinal cord contusion model. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJakeman%2C+LB+%22Animal+Models+of+Acute+Neurological+Injuries%22">Animal Models of Acute Neurological Injuries</a>. Chen, J., Xu, X. M., Xu, Z. C., Zhang, J. H. , Humana Press. 433-448 (2009).</li>
<li>Scheff, S., Roberts, K. N. Infinite Horizon spinal cord contusion model. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aScheff%2C+S+%22Animal+Models+of+Acute+Neurological+Injuries%22">Animal Models of Acute Neurological Injuries</a>. Chen, J., Xu, X. M., Xu, Z. C., Zhang, J. H. , Humana Press. 423-433 (2009).</li>
<li>Sances, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/6373138">The biomechanics of spinal injuries.</a> Crit. Rev. Biomed. Eng. 11 (1), 1-76 (1984).</li>
<li>Zhang, Y. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spinal+cord+contusion+based+on+precise+vertebral+stabilization+and+tissue+displacement+measured+by+combined+assessment+to+discriminate+small+functional+differences%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Spinal cord contusion based on precise vertebral stabilization and tissue displacement measured by combined assessment to discriminate small functional differences.</a> J. Neurotrauma. 25 (10), 1227-1240 (2008).</li>
<li>Walker, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+vertebral+stabilization+method+for+producing+contusive+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">A novel vertebral stabilization method for producing contusive spinal cord injury.</a> J. Vis. Exp. (95), (2015).</li>
<li>Allen, A. R. <a target="_blank" href="http://jamanetwork.com/journals/jama/article-abstract/448138">Surgery of experimental lesion of spinal cord equivalent to crush injury of fracture dislocation of spinal column. A preliminary report.</a> J. A. M. A. 57, 878-880 (1911).</li>
<li>Jakeman, L. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traumatic+spinal+cord+injury+produced+by+controlled+contusion+in+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Traumatic spinal cord injury produced by controlled contusion in mouse.</a> J. Neurotrauma. 17 (4), 299-319 (2000).</li>
<li>Rivlin, A. S., Tator, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+duration+of+acute+spinal+cord+compression+in+a+new+acute+cord+injury+model+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Surg.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Effect of duration of acute spinal cord compression in a new acute cord injury model in the rat.</a> Surg. Neurol. 10 (1), 38-43 (1978).</li>
<li>Zhang, Y. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+cervical+laceration+injury+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Controlled cervical laceration injury in mice.</a> J. Vis. Exp. (75), (2013).</li>
<li>Ma, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+controlled+spinal+cord+contusion+for+the+rhesus+macaque+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">A controlled spinal cord contusion for the rhesus macaque monkey.</a> Exp. Neurol. 279, 261-273 (2016).</li>
</ol>

Christopher B. Shields 博士拥有由 Louisville Impactor System, LLC 生产的 Louisville 损伤系统装置（LISA）的所有权。

1911年，Allen首次描述了使用固定重量撞击暴露的犬脊髓以诱导损伤的落锤模型12。此后，基于Allen模型开发了多种类似的落锤模型，包括NYU/MASCIS撞击器3,6,13,14。除了落锤模型外，还开发了其他脊髓损伤（SCI）装置。OSU/ESCID5,7模型采用组织位移机制来控制损伤程度，而IH模型4,8则通过施加可控力来产生可分级的脊髓损伤。在这些系统中，通过夹住损伤部位头侧和尾侧的棘突来实现椎体稳定。这些装置使用的损伤速度较低，分别为0.33–0.9 m/s（NYU/MASCIS）、0.148 m/s（OSU/ESCID）和0.13 m/s（IH）。固定头侧和尾侧棘突可能在撞击过程中引起脊柱柔韧性及移动，从而影响损伤的精确性。
LISA 方法旨在克服现有模型的不足之处，特别是脊柱不稳定性和损伤速度较低的问题。该方法采用双侧关节突稳定技术，避免了与损伤相关的运动伪影。该装置利用高冲击速度，可在 0.5–2 m/s11,15 范围内设定。激光传感器比 ESCID 模型中使用的 Ling 振动器更为先进，能够精确测量距脊髓表面的距离，且无需与组织接触。该模型最初用于制备大鼠脊髓损伤（SCI）模型，现已经过改良，可应用于小鼠和非人灵长类动物的脊髓损伤建模16。
脊柱稳定化可降低所有实验性脊髓损伤（SCI）方法的变异性，尤其是在组织位移模型中。激光测距传感器用于确定脊髓在呼吸运动期间的组织位移程度。必须确保激光聚焦的脊髓位置与撞击器作用的位置完全一致。此步骤在标定阶段完成（图3），此时需对准撞击器尖端与激光束。该模型的一个潜在局限在于，组织位移的测量是从硬脊膜表面进行的。尽管硬脊膜厚度在不同动物之间差异可忽略不计，但充满脑脊液（CSF）的蛛网膜下腔可能存在显著的个体差异。当使用较小的组织位移制造极轻度挫伤时，可能导致损伤结果的变异性。总体而言，损伤的一致性主要取决于组织位移的精确性，同时也依赖于撞杆的速度及其与组织的接触时间。
组织位移的范围较广（精度：0–10 ± 0.005 mm）。根据前期预实验数据以及啮齿类和非人灵长类动物的已发表信息，脊髓（SC）前后径20%的位移可导致轻度脊髓损伤（SCI），30–40%的位移产生中度SCI，而在1 m/s速度下，&#62;50%的位移则导致重度SCI。不同动物物种之间可能存在轻微差异。停留时间可通过时间继电器在0至5秒范围内调节。在本研究中，停留时间设定为300 ms。该参数可轻松调整，以模拟其他脊髓损伤装置（包括NYU和IH模型）的停留时间。
综上所述，我们建立了一种基于位移的成年小鼠脊髓 contusive 损伤模型。该模型采用U形稳定器固定双侧脊柱关节突，避免了激光引导测量脊髓表面时可能产生的脊髓移动伪影。该模型可产生速度为0.5–2 m/s的高速脊髓损伤。激光传感器在确定冲击速度和距离冲击面的距离方面比传统方法更为精确。该模型可在所有损伤程度范围内（从轻度到重度）产生各节段脊髓损伤。经过适当改装后，该装置还可用于大鼠以及非人灵长类等大型动物的损伤建模。

人类最常见的脊髓损伤（SCI）是挫伤性脊髓损伤1。为了研究脊髓损伤的机制以及损伤后各种治疗策略，需要建立一种精确、一致且可重复的啮齿类动物挫伤性脊髓损伤模型。
在实验性脊髓损伤（SCI）研究中，已采用多种不同致伤机制的脊髓挫伤模型2,3,4,5,6。其中三种挫伤性SCI模型在SCI研究领域被广泛接受：基于重物下落的纽约大学（NYU）/多中心动物脊髓损伤研究（MASCIS）撞击器3,6、俄亥俄州立大学（OSU）撞击器/电磁脊髓损伤装置（ESCID）5,7，以及无限地平线（Infinite Horizon, IH）撞击器4,8。NYU/MASCIS撞击器或其等效装置通过将固定重量从不同高度下落至目标脊髓，从而产生不同程度的损伤3,6。OSU/ESCID通过诱导组织位移造成损伤5,7。IH撞击器则通过对脊髓施加不同的作用力来产生损伤4,8。每种撞击器使用不同的撞击速度，而速度是影响损伤结果的重要参数。NYU/MASCIS装置产生的速度范围为0.33–0.9 m/s。IH装置的最大速度为0.13 m/s4。OSU/ESCID撞击器的速度固定为0.148 m/s5。值得注意的是，这些模型的速度均低于临床观察到的损伤速度，后者通常超过1.0 m/s9。
本文介绍了一种基于位移的新型压迫性脊髓损伤（SCI）装置，称为路易斯维尔损伤系统装置（Louisville Injury System Apparatus, LISA），可用于以高冲击速度在小鼠中诱导脊髓损伤10。该系统包含一个椎体稳定器，可牢固固定损伤部位的椎骨，从而产生稳定且可重复的脊髓损伤。装置的激光传感器可精确定量组织位移，进而准确评估脊髓损伤的严重程度。撞击杆在接触脊髓时的速度可在0.5至2 m/s之间调节。这些损伤参数能够很好地模拟临床中所见的创伤性脊髓损伤情况。

<table><tbody><tr><td>氯胺酮 (7.2 mg/mL)/赛拉嗪 (0.475 mg/mL)/乙酰丙嗪</td><td>Patterson Veterinary</td><td>07-890-8598/07-869-7632/07-808-1947</td><td>麻醉剂</td></tr><tr><td>丁丙诺啡(0.03 mg/mL)</td><td>Patterson Veterinary</td><td>07-891-9756</td><td>镇痛剂</td></tr><tr><td>卡洛芬</td><td>Patterson Veterinary</td><td>07-844-7425</td><td>抗生素剂</td></tr><tr><td>普渡产品聚维酮碘外科洗手液</td><td>Fisher Scientific</td><td>19-027132</td><td>用于皮肤消毒</td></tr><tr><td>杜卡尔纱布海绵</td><td>Fisher Scientific</td><td>22-415-490</td><td>用于皮肤消毒</td></tr><tr><td>Decon 无水乙醇（200 proof）</td><td>Fisher Scientific</td><td>04-355-450</td><td>用于皮肤消毒</td></tr><tr><td>1 mL NORM-JECT 注射器</td><td>HENKE SASS WOLF</td><td>D-78532</td><td>用于麻醉/镇痛/抗生素药物注射</td></tr><tr><td>10 mL 注射器</td><td>TERUMO</td><td>REF SS-10L</td><td>用于生理盐水注射</td></tr><tr><td>人工泪液眼膏</td><td>Webster Veterinary</td><td>07-870-5261</td><td>防止眼睛干燥</td></tr><tr><td>抗生素软膏</td><td>Webster Veterinary</td><td>07-877-0876</td><td>预防手术切口感染</td></tr><tr><td>棉签</td><td>Fisher Scientific</td><td>1006015</td><td>止血</td></tr><tr><td>器械灭菌器</td><td>Fine Science Tools</td><td>18000-50</td><td>用于手术器械灭菌</td></tr><tr><td>精细镊子</td><td>Fine Science Tools</td><td>11223-20</td><td>夹持组织</td></tr><tr><td>手术刀</td><td>Fine Science Tools</td><td>10003-12</td><td>皮肤切开</td></tr><tr><td>手术刀片 #15</td><td>Fisher Scientific</td><td>10015-00</td><td>皮肤切开</td></tr><tr><td>止血钳</td><td>Fine Science Tools</td><td>13004-14</td><td>止血</td></tr><tr><td>咬骨钳</td><td>Fine Science Tools</td><td>16021-14</td><td>椎板切除术</td></tr><tr><td>阿格里科拉牵开器</td><td>Fine Science Tools</td><td>17005-04</td><td>保持手术视野开放</td></tr><tr><td>精细剪刀</td><td>Fine Science Tools</td><td>14040-10</td><td>用于肌肉与脊柱分离</td></tr><tr><td>无菌缝合线</td><td>Fine Science Tools</td><td>12051-10</td><td>皮肤缝合</td></tr><tr><td>小鼠脊椎稳定器</td><td>Louisville Impactor System</td><td>N/A</td><td>稳定并暴露椎骨</td></tr><tr><td>LISA</td><td>Louisville Impactor System</td><td>N/A</td><td>在小鼠中产生实验性脊髓挫伤</td></tr></tbody></table>

一种基于组织位移的挫伤性小鼠脊髓损伤模型

A Tissue Displacement-based Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice

生产出一致且可重复的脊髓挫伤（SCI）对于最大限度地减少实验动物间的行为学和组织学变异性至关重要。目前已开发出多种脊髓挫伤模型，通过不同的机制造成损伤。脊髓损伤的严重程度通常依据下落重物的高度、损伤力或脊髓位移量来确定。在本研究中，我们介绍了一种新型的小鼠脊髓挫伤装置——路易斯维尔损伤系统装置（Louisville Injury System Apparatus, LISA）撞击器，该装置能够以高损伤速度和精确度实现基于位移的脊髓损伤。该系统结合激光测距传感器与先进软件，可产生分级且高度可重复的损伤。我们在第10th 小鼠胸椎（T10）水平，以演示逐步操作过程。该模型也可应用于颈椎和腰椎脊髓水平。

该装置由五个主要部件组成：（1）带有撞击头的主体（图1C），（2）配备软件的计算机（图1B），（3）电控箱（图1B），（4）脊柱稳定器（图2A），以及（5）用于气动控制系统的压缩空气（图1A）。为实现精确的组织位移，系统依赖激光传感器测量完全伸出的撞针头端与目标脊髓背侧表面之间的距离。软件在计算时会考虑撞针头4 mm的厚度，因为激光束仅能到达撞击器的反射面（图2B 和 图3A-1）。撞针头可置于两个位置：（1）激光束路径中（图3A-1），或（2）远离激光束路径的侧向位置（图3B-1）。当撞针位于激光束路径中时（图3A-1），系统测量撞击头端的距离，并在撞针伸出与回缩运动过程中监测其速度；当撞针位于远离激光束路径的侧向位置时（图3B-1），系统测量激光与脊髓之间的距离。
使用我们的椎体稳定器对 T10 椎骨进行固定是该操作的关键步骤之一（图 2A）10,11。激光传感器进行可靠的距离测量依赖于靶标位置的稳定性，若存在移动则可能导致测量失真。为评估该系统的准确性和一致性，对 8 只小鼠实施了 0.5 mm 的位移损伤。这些动物的位移变异范围为 ± 0.001 mm（± SD），表明该系统具有高度的准确性和可重复性。图 4 展示了在稳定器中固定的靶向椎骨（图 4A），以及在撞击损伤前（图 4B）和损伤后（图 4C）于手术显微镜下暴露的 T10 脊髓。
压缩空气的压力控制损伤发生时撞击器的速度。我们的数据显示，在138 kPa压力下，撞击速度为0.81 ± 0.0345 m/s（均值 ± 标准差）。电气箱上的旋钮（图1B）用于控制损伤后探针与绳索接触的持续时间（停留时间），可在0至5,000 ms之间调节。在大多数实验中，探针-绳索停留时间设定为0.32 ± 0.0147 s（均值 ± 标准差）（图5）。使用该装置，可在成年小鼠中产生严重程度依赖性的挫伤损伤，组织位移分别为0 mm（假手术对照）、0.2 mm（轻度损伤）、0.5 mm（中度损伤）和0.8 mm（重度损伤）（图6）。
<img alt="压缩空气冲击系统；控制界面，激光传感器；实验装置示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54988/54988fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图1"> 
图1：路易斯维尔损伤系统装置（LISA）。（A）该系统由一个冲击器、一个控制系统和一个压缩空气源组成。（B）控制系统包括一个控制箱和一台笔记本电脑。控制箱的软件和控制按钮允许用户设定损伤参数。（C）激光传感器是该设备的关键组件，用于测量损伤靶点的位置、脊髓与传感器之间的距离以及损伤速度。冲击头的快速上下运动由压缩空气驱动。损伤位置和组织位移程度通过微驱动器进行调节，微驱动器可控制三维方向上的运动。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54988/54988fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="用于啮齿类动物研究中精确颅骨定位的立体定位手术装置与激光校准系统。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54988/54988fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 2"> 
图 2：稳定器与小鼠固定装置。（A）脊柱稳定器由一个U形槽和两个用于固定小鼠椎骨的金属臂组成。（B）随后将稳定器安装在撞击装置上。红线表示激光束的路径。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54988/54988fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
<img alt="用于损伤测量的 Louisville 冲击器系统设置；软件界面中显示的数据读取阶段 A 至 C。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54988/54988fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图 3"> 
图 3：制备挫伤性脊髓损伤的方法。（A-C）显示了具有三个损伤参数/区域的图形用户界面（GUI）软件。（A、A-1）绿色区域（SET ZERO LEVEL）用于校准撞杆尖端的距离。红线表示激光束路径。（B、B-1）蓝色区域用于设定损伤水平（SET INJURY LEVEL）。冲击器被向上提起并向右侧横向移动，以允许激光束到达脊髓背侧表面，从而设定零位。红线表示激光束路径。（C、C-1）在冲击前，将撞杆尖端移回激光束路径上以执行损伤操作（RUN）。损伤参数位于红色区域下方（RUN EXPERIMENT）。红线表示激光束路径。 <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54988/54988fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="脊髓减压；T9-T11 椎骨，手术显微镜，骨科手术，医学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54988/54988fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="图4"> 
图4：损伤暴露与评估。（A）脊柱稳定器的金属臂固定T10椎骨。（B）T10椎板切除术暴露脊髓，背侧血管清晰可见。（C）脊髓背侧表面的撞击所致挫伤（箭头）证实损伤成立。比例尺 = 2 mm。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54988/54988fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="位移、速度和停留时间变量的静态平衡数据图表。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54988/54988fig5.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 5"> 
图5：损伤参数。 一致的损伤参数包括组织位移（mm）、损伤速度（m/s）和探头停留时间（s）。N = 8，均值 ± 标准差。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54988/54988fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="甲苯胺蓝-伊红染色的脑组织、示意图、厚度变化分析、组织学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/54988/54988fig6.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Figure 6"> 
图6：组织学评估。 使用LISA装置在T10水平造成假手术（0 mm）（A）、轻度（0.2 mm）（B）、中度（0.5 mm）（C）和重度（0.8 mm）（D）挫伤性脊髓损伤后，脊髓的代表性横切面经甲苯胺蓝和伊红染色显示损伤程度与位移严重性相关。图像取自损伤中心部位。比例尺 = 500 µm。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54988/54988fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

我们介绍一种基于组织位移的挫伤性脊髓损伤模型，可在成年小鼠中产生一致的挫伤性脊髓损伤。

制造一致且可重复的挫伤性脊髓损伤（SCI）对于最大限度减少行为学和组织学上的个体间差异至关重要……

本视频的总体目标是介绍一种基于组织位移的新型挫伤性脊髓损伤模型，该模型可在成年小鼠中产生一致的挫伤性脊髓损伤。这种挫伤模型有助于解答实验性脊髓损伤领域的关键问题。该技术的主要优势在于能够产生高度一致的脊髓损伤。该技术在脊髓损伤治疗方面具有重要意义，因为此模型为研究损伤机制及实验性疗法的效果提供了可靠且可重复的工具。通常，初次接触该方法的研究人员会遇到困难，原因是他们对新型撞击器不熟悉。由于该方法涉及手动操作和软件操作等多个难以掌握的步骤，因此对其进行可视化演示至关重要。首先，将高压灭菌的外科手术器械和金属脊柱稳定器移至洁净的手术台。将加热垫预热至 37 摄氏度，然后将其放置在手术台上，并覆盖无菌手术巾。本研究使用10周龄雌性C57BL6J小鼠。通过腹腔注射氯胺酮和赛拉嗪后，以足垫夹捏诱发的伤害性刺激无反应为标准，确认麻醉效果。皮下注射镇痛剂布托啡诺和非甾体类抗炎药卡洛芬。使用电推剪剃除胸腰段脊柱区域的毛发。用聚维酮碘溶液和70%酒精棉片擦拭皮肤。在角膜上涂抹眼用软膏，以防止眼睛干燥。在动物背部第九至第十一胸椎椎板区域的中线上做一道1.5厘米长的皮肤切口后，将皮下脂肪组织向头侧推开。使用精细剪刀、精细镊子和Agricola牵开器，从棘突和椎板处向两侧的侧方小关节方向分离椎旁肌肉。将小鼠置于稳定器的U形槽内，将不锈钢夹臂双侧夹紧于暴露的T10椎骨小关节下方，并通过其附带的拇指螺丝拧紧固定。使用微型咬骨钳切除T10棘突和椎板，以暴露覆盖在脊髓上方的硬膜模型。将带有小鼠的U形容器放置在撞击器的载物台上，并通过拧紧固定装置上的拇指螺丝来固定载物台。设置撞击器时，首先调节氮气罐上压力调节阀的旋钮，将压缩氮气压力设定为20磅每平方英寸（即138千帕），用于本研究。用70%酒精对1.2毫升撞击头进行灭菌。然后，在计算机上打开软件程序。按下控制盒上的按钮一，使撞击头完全伸出至工作位置。在计算机屏幕上，在“设置零位”下方点击“开始读取”，以测量至完全伸出的推杆尖端的距离。该距离将在此区域中显示为量程参数。然后点击“设置零位”，零位参数框中将显示一个以毫升为单位的数值。接下来，按下控制盒上的按钮一，以收回撞击头。然后，松开固定螺钉，将螺钉拉出，使撞击头远离激光束光路，并顺时针旋转螺钉90度以锁定。现在通过调节前部和侧向的微调驱动器移动支架平台，使激光束对准暴露的背侧脊髓中心。确定损伤位置后，通过点击“设定损伤程度”下方的“开始读数”按钮来测量组织距离。使用垂直微动驱动器缓慢调节传感器与脊髓之间的距离，直至达到所需的位移参数。该操作位于“设定损伤程度”部分的损伤参数框内。当达到预期的损伤位移时，记录范围参数框中显示的组织距离，然后通过从零点处的探针尖端距离减去组织距离或范围，来定义预期的位移或损伤。接着，在“设置损伤水平”下方点击“设置损伤”。随后，将螺钉逆时针旋转90度以解锁。将冲击探头推回激光束的路径中，并顺时针旋转螺丝90度将其固定；点击“运行实验”下方的运行按钮以执行冲击。参数框将显示损伤时间（秒）、力（微伏）、速度（米/秒）和损伤位移（毫米）。在所有损伤数据记录并保存后，从载物台上取下带有小鼠的U形槽。然后，在手术显微镜下肉眼确认脊髓损伤情况。逐层缝合切口后，皮下注射1毫升0.9%生理盐水以补充水分，并将动物置于温度可控的加热垫上，直至意识恢复。随后将小鼠饲养在清洁的笼具中，提供易于获取的饮水和饲料。这些数据表明损伤参数存在不一致性，但证明了撞击器能够产生可靠且可重复的损伤。该代表性横截面经焦油紫-伊红染色，显示假手术损伤后脊髓 T10 区域，位移为 0 毫米。此图像显示使用位移为 0.2 毫米的装置造成的 T10 节段轻度挫伤性脊髓损伤的中心区域。这种中度损伤是通过0.5毫米的位移实现的。最后，这种重度损伤是由0.8毫米的位移造成的。这些图像表明，这种新型撞击器能够产生分级的挫伤损伤。一旦掌握，若操作得当，该技术可在30分钟内完成。在实施该操作时，重要的是要记住将撞击器尖端在脊髓靶点处归零。该技术建立后，为脊髓损伤领域的研究人员探索小鼠、大鼠和非人灵长类动物的机制和治疗方法铺平了道路。观看本视频后，您应能够充分掌握如何使用该撞击器制备挫伤性脊髓损伤模型。

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基于组织位移的小鼠脊髓损伤模型

使用无限视野冲击器建立单侧颈段脊髓损伤的挫伤模型

来源：Elzat, E. Y. Y.，等，基于微创技术建立小鼠挫伤性脊髓损伤模型。J. Vis.

使用脊髓损伤同轴平台在小鼠模型中诱导脊髓挫伤

来源：Kumar, S.，等. 脊髓损伤后压疮的小鼠模型。J. Vis. Exp.

构建脊髓损伤小鼠模型

一种可重复的新型技术 体内 描述了一种小鼠颈段脊髓切割损伤模型。该技术基于通过固定颈椎关节突实现脊柱稳定，并使用振荡刀片对脊髓进行切割，切割精度为±0.01...

小鼠可控性宫颈撕裂损伤模型

脊髓损伤是一种导致严重发病率和高死亡率的创伤性疾病。在本研究中，我们详细描述了一种小鼠脊髓损伤的挫伤模型，随后进行神经干细胞移植。...

脊髓损伤实验性挫伤模型中的神经干细胞移植

脊髓损伤模型应具有高度可重复性。我们证明，校准的镊子压迫法是一种易于使用的手术方法，可用于在小鼠脊髓上诱导出可重复的损伤。...

校准镊子模型用于脊髓压迫性损伤

本文介绍了一种在新生小鼠中建立可重复性脊髓压迫损伤（SCI）的方法。该模型为研究自发性功能恢复背后的适应性可塑性机制提供了一个有利的平台。...

一种新生小鼠脊髓压迫性损伤模型

本方案描述了如何在小鼠模型中创建精确的椎板切除术，以诱导稳定的横断型脊髓损伤，同时最大限度地减少附带损伤，适用于脊髓损伤研究。...

小鼠完全横断型脊髓损伤的诱导

微创技术与简易实验装置通过减少对实验动物的手术损伤并维持解剖形态，提高了脊髓损伤模型的可重复性。该方法具有重要价值，因为可靠的结果和可重复的操作流程有助于深入研究疾病修复的机制。...

基于微创技术建立小鼠挫伤性脊髓损伤模型

本方案通过在小鼠中模拟中央束综合征（CCS），提高了实验的可重复性，并最大限度地减少了对实验动物的操作损伤，避免过度破坏解剖结构。本研究的策略具有优势，因其能够产生一致的结果，从而有利于对损伤机制的研究。...

C57BL/6J 小鼠中央束综合征模型的建立

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

学习基于组织位移的挫伤性脊髓损伤模型，用于成年小鼠神经科学研究。该方法利用新型撞击器产生可重复的分级损伤，为探索脊髓损伤机制和评估实验性治疗策略提供可靠工具。

一种基于组织位移的挫伤性小鼠脊髓损伤模型

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