2019年12月19日
本文介绍了一种在新生猪模型中对臂丛神经进行体内生物力学测试的方法。
该技术在幼猪这一高度相关的临床大型新生动物模型中,复制了臂丛神经的体内生物力学拉伸测试。这些方法不仅有助于理解拉伸损伤的机制,还可以报告新生个体臂丛神经功能和结构缺损的损伤阈值。本实验操作将由我实验室的研究生 Rachel Magee 进行演示。
确认无眼睑反射和退缩反射后,将麻醉的猪仰卧位放置于手术台上,上肢外展以暴露腋窝区域。用布单覆盖动物,使用10号手术刀片在标记的皮肤区域做切口。正中切口位于气管上方,向下延伸至胸骨上三分之一处,暴露脊柱两侧的臂丛神经复合体。
为暴露动物臂丛神经的一侧,从正中切口上端(对应C3)向手臂上部做一上方切口,再从正中切口下端(对应T3)向手臂上部做一下方切口。用镊子在切口两侧从胸骨上窝沿锁骨边缘分离组织至手臂上部,注意保留头静脉和贵要静脉。使用剪刀、镊子及钝性分离技术,翻开上方皮瓣以暴露臂丛神经的颈段,翻开下方皮瓣以暴露臂丛神经的胸段。
对浅层肌肉进行钝性分离,以暴露臂丛神经。然后仔细检查臂丛,寻找其分支分叉处,并将分叉下方靠近上肢的部分确定为束、神经,将分叉上方靠近脊柱的部分确定为根或干。设置生物力学测试装置时,先将装置底座固定于推车上,再使用大型C型夹将电动机械致动器固定在底座上。
将一个200牛顿的载荷传感器连接到致动器上,并拧紧带有缓冲垫的亚克力夹具,以防止夹持部位产生应力集中。使用三脚架安装一台相机,该相机能够以658×492像素的分辨率每秒录制100帧,并将相机、致动器和载荷传感器的USB线缆连接至计算机,以集成并同步整个装置的所有组件。然后将计算机、致动器和载荷传感器接入电源。
在记录施加的载荷之前,为校准负荷传感器,使用可调节手柄将致动器设置为90度角,使其垂直对齐,并用量角器检查角度。打开负荷传感器软件,点击“开始”以显示电压的实时读数。然后,以100克为增量,依次在夹具上悬挂0至1000克的砝码,并记录每次加载时测得的电压值。
记录完所有10个砝码对应的电压后,计算斜率和截距,以确定电压与重量之间的线性方程。对于离体臂丛神经的生物力学测试,使用精细剪刀切断神经,并使用定制夹具夹住神经的切断端。用黑色丙烯酸颜料标记被夹住的神经节段,并在动物体内平放一把1厘米刻度尺,为数据分析设定比例尺。
在相机软件中,将相机视野直接对准被测节段,以监测标记物的运动和/或位移,并确定特定时间点的实际组织应变。记录基线测量数据,例如神经插入体表的位置距桌面的高度、夹具距桌面的高度、驱动器的角度以及组织的全长。打开编程软件并点击运行。
输入文件名和位移值,然后点击初始化和去皮。点击开始以拉伸臂丛神经节段。组织将以每分钟500毫米的指定速率被拉伸,直至神经组织的任何节段发生完全断裂。
然后保存视频文件、施加的拉伸载荷、组织的位移以及测试持续时间,并记录失效部位为组织发生破裂的节段。在此项对四个臂丛神经节段的代表性测试中,新生神经组织样本在拉伸条件下测得的失效载荷为8.3牛顿,平均应变失效为35%。神经的某些区域所经历的应变高于其他区域,表明沿神经长度方向存在不均匀的损伤。
相机数据允许确定本实验中损伤位置位于椎间孔附近。实验中需确保以下几点:首先,动物应处于深度麻醉状态,且无任何疼痛或不适表现;其次,需对载荷传感器进行校准;第三,应牢固夹持组织。该体内动物模型可用于研究臂丛神经组织在不同程度牵拉后的功能及组织学变化,并可用于研究复杂的分娩情况。
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本文介绍了使用新生仔猪模型对臂丛神经进行体内生物力学测试的方法。该方法对于理解臂丛神经牵拉损伤机制以及确定新生个体臂丛神经损伤阈值至关重要。
新生儿臂丛神经的体内生物力学测试解决了神经损伤转化模型中的一个关键空白,能够直接测量损伤阈值,并为新生儿神经创伤的机制性风险排除提供依据。该方法提高了临床前模型的预测可信度,支持早期靶点验证,并为针对神经修复或保护的治疗策略提供风险调整后的研发组合决策依据。该方法所产生的定量数据使其成为专注于机制研究与转化连续性的跨职能研发团队的一项基础性技术能力。
这种体内生物力学测试方法可融入从发现到临床前研究的连续过程中,架起神经损伤治疗领域早期机制研究与转化研究之间的桥梁。