Presentamos un modelo de lesión en la médula espinal basado en el desplazamiento del tejido que puede producir una lesión consistente de la médula espinal contusa en ratones adultos.
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Presentamos un modelo de lesión en la médula espinal basado en el desplazamiento del tejido que puede producir una lesión consistente de la médula espinal contusa en ratones adultos.
La producción de una lesión de la médula espinal contundente y reproducible es esencial para minimizar las variabilidades de comportamiento e histológicas entre los animales de experimentación. Se han desarrollado varios modelos de SCI contusivos para producir lesiones utilizando diferentes mecanismos. La gravedad de la LME se basa en la altura en la que un peso dado se deja caer, la fuerza de lesión o el desplazamiento de la médula espinal. En el presente estudio, introducimos un nuevo dispositivo SCI contusivo de ratón, el impacto de LISA (Louisville Injury System Apparatus), que puede crear un SCI basado en el desplazamiento con una alta velocidad y exactitud de las lesiones. Este sistema utiliza sensores de distancia láser combinados con software avanzado para producir lesiones graduadas y altamente reproducibles. Se realizó un SCI contusivo en el nivel de la 10ª columna vertebral torácica (T10) en ratones para demostrar el procedimiento paso a paso. El modelo también se puede aplicar a los niveles cervicales y lumbares espinales.
La lesión de la médula espinal más común (SCI) que ocurre en los seres humanos es una contusiva SCI 1 . Para investigar los mecanismos de lesión y las diversas estrategias terapéuticas después de la LME, se necesita un modelo SCI contuso, preciso, consistente y reproducible en roedores.
Muchos modelos de lesión contusiva de la médula espinal con diversos mecanismos productores de lesiones se han utilizado en la investigación experimental de SCI 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Tres impactantes modelos SCI -específicamente, el peso de impacto de la Universidad de Nueva York (NYU) / Multicenter Animal Spinal Cord Injury Studies (MASCIS) impactor 3 , 6 , la Universidad del Estado de Ohio (OSU) impactor / dispositivo electromagnético SCI (ESCID) 7 , unD el impactador del Horizonte Infinito (IH) 4 , 8 - son ampliamente aceptados en el campo de investigación de SCI. El impactador NYU / MASCIS o un equivalente produce lesión al bajar un peso fijo de diferentes alturas a la médula espinal objetivo para crear múltiples gravedad de lesiones 3 , 6 . El OSU / ESCID causa lesión induciendo el desplazamiento del tejido 5 , 7 . El impactador IH produce lesiones aplicando diferentes fuerzas a la médula espinal 4 , 8 . Cada impactador utiliza una velocidad diferente, que es un parámetro importante que influye en los resultados de la lesión. El aparato NYU / MASCIS genera velocidades que van desde 0,33-0,9 m / s. El dispositivo IH tiene una velocidad máxima de 0,13 m / s 4 . El impactador OSU / ESCID tiene una velocidad fija de 0,148 m / s 5 . En particular, las velocidadesSe modelos son más bajos que el observado en las velocidades clínicas, que por lo general exceden 1,0 m / s [ 9] .
Aquí, introducimos un nuevo dispositivo SCI contusivo basado en el desplazamiento, denominado LISA (Louisville Injury System Apparatus), para producir SCI en ratones con una alta velocidad de impacto 10 . Este sistema incluye un estabilizador vertebral, que estabiliza firmemente la vértebra en el sitio de la lesión, permitiendo la producción de un SCI constante y reproducible. El sensor láser del dispositivo asegura la determinación precisa del desplazamiento del tejido y la gravedad resultante del SCI. La velocidad del émbolo en el punto de contacto con la médula espinal puede ajustarse de 0,5 a 2 m / s. Estos parámetros de lesión reproducen estrechamente la SCI traumática vista clínicamente.
Todos los procedimientos quirúrgicos y de manipulación de animales fueron realizados según lo aprobado en la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio (Consejo Nacional de Investigación) y las Guías del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Escuela de Medicina de la Universidad de Indiana.
1. Preparación del animal y realización de la laminectomía torácica T10
2. Realización de la lesión por contusión T10 utilizando el impactor LISA
Este dispositivo consta de cinco componentes principales: (1) un cuerpo con una punta de impactador ( Figura 1C ), (2) un ordenador con software ( Figura 1B ), (3) una caja de control eléctrica ( Figura 1B ), (4) a Estabilizador vertebral ( Figura 2A ), y (5) aire comprimido para el sistema de control neumático ( Figura 1A ). Para inducir un desplazamiento tisular preciso, el sistema se basa en un sensor láser para medir la distancia entre la punta del émbolo completamente extendida y la superficie dorsal de la médula espinal objetivo. El software tiene en cuenta el grosor de 4 mm de la punta debido al hecho de que el rayo láser sólo alcanza la superficie reflectora del impactador ( Figura 2B y Figura 3A -1 ). Hay dos posiciones en las que se puede colocar la punta del émbolo: (1) iN la trayectoria del rayo láser ( Figura 3A -1 ) o (2) en una posición lateral alejada del rayo láser ( Figura 3B -1 ). Cuando el émbolo está en la trayectoria del rayo láser ( Figura 3A -1 ), mide la distancia desde la punta del impactador y supervisa la velocidad de la punta del impactador durante el movimiento entre extensión y retracción. Cuando el émbolo está en la posición lateral alejada de la trayectoria del rayo láser ( Figura 3B -1 ), se mide la distancia entre el láser y la médula espinal.
La estabilización de la vértebra T10 utilizando nuestro estabilizador vertebral es un componente integral del procedimiento ( Figura 2A ] 10 , 11 . Mediciones fiables de la distancia utilizando el sensor láser dependen de la sDel objetivo, que puede distorsionarse si hay movimiento. Para determinar la exactitud y consistencia de este sistema, 8 ratones fueron sometidos a lesiones de desplazamiento de 0,5 mm. Estos animales mostraron una variabilidad de desplazamiento de ± 0,001 mm (± SD), lo que indica que el sistema es altamente preciso y reproducible. La Figura 4 muestra las vértebras diana inmovilizadas en el estabilizador ( Figura 4A ) y la médula espinal T10 expuesta antes de ( Figura 4B ) y después de la contusión ( Figura 4C ) bajo un microscopio quirúrgico.
La presión del aire comprimido controla la velocidad del impactador en el momento de la lesión. Nuestros datos demuestran que la velocidad de impacto es 0.81 ± 0.0345 m / s (media ± DE) a una presión de 138 kPa. El mando ( Figura 1B ) en los controles de la caja eléctricaLa duración del contacto de la punta del cordón (tiempo de permanencia) después de la lesión, y se puede ajustar entre 0 y 5.000 ms. El tiempo de permanencia del cable de la punta en la mayoría de los experimentos se establece en 0,32 ± 0,0147 s (media ± DE) ( Figura 5 ). Utilizando este dispositivo, se pueden producir lesiones contusionantes dependientes de la gravedad con desplazamientos tisulares de 0 mm (control simulado), 0,2 mm (lesión leve), 0,5 mm (lesión moderada) y 0,8 mm (lesión grave) en ratones adultos ( Figura 6). ).

Figura 1: El aparato del sistema de lesiones de Louisville (LISA). ( A ) El sistema consiste en un impactador, un sistema de control y una fuente de aire comprimido. ( B ) El sistema de control incluye una caja de control y un ordenador portátil. El software y los botones de control de la caja de control permiten al usuario establecerLos parámetros de lesión. ( C ) El sensor láser es el componente clave del dispositivo y mide la posición del blanco de lesión, la distancia desde la médula espinal al sensor y la velocidad de lesión. El rápido movimiento hacia abajo y hacia arriba de la punta de impacto es impulsado por aire comprimido. La ubicación de la lesión y la gravedad del desplazamiento del tejido se ajustan mediante microdiscos que controlan el movimiento en tres dimensiones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: El estabilizador y el sostenedor del ratón. ( A ) El estabilizador de la columna vertebral se compone de un canal en forma de U y dos brazos metálicos para sostener la vértebra del ratón. ( B ) El estabilizador se monta entonces en el dispositivo de impacto. TLa línea roja indica la trayectoria del rayo láser. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Método para producir un SCI contusivo. ( A - C ) Se muestra el software de interfaz gráfica de usuario (GUI) con tres parámetros / zonas de lesiones. ( A , A-1 ) La zona verde (SET ZERO LEVEL) calibra la distancia de la punta del émbolo. La línea roja indica la trayectoria del rayo láser. ( B , B-1 ) La zona azul se utiliza para ajustar el nivel de lesión (SET NIVEL DE LESIÓN). El impactador se eleva y se mueve lateralmente hacia el lado derecho para permitir que el rayo láser alcance la superficie dorsal de la médula espinal para establecer el nivel cero. La línea roja indica el láser b Eam camino ( C , C-1 ) Antes del impacto, la punta se mueve de nuevo sobre la trayectoria del rayo láser para ejecutar la lesión (RUN). Los parámetros de lesión se encuentran bajo la zona roja (RUN EXPERIMENT). La línea roja indica la trayectoria del rayo láser. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Exposición y evaluación de lesiones. ( A ) Los brazos metálicos del estabilizador estabilizan la vértebra T10. ( B ) T10 laminectomía para exponer la médula espinal, con los vasos dorsales claramente visto. ( C ) La contusión inducida por el impacto (flecha) en la superficie dorsal de la médula espinal confirma la lesión. Barra de escala = 2 mm.G4large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Parámetros de Lesión. Los parámetros de lesión consistentes incluyen desplazamiento del tejido (mm), velocidad de lesión (m / s) y tiempo (s) de reposo de la punta. N = 8, Media ± SD. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Evaluación histológica. Las secciones transversales representativas de las médulas espinales, teñidas con violeta de cresilo y eosina, muestran lesiones dependientes de la gravedad del desplazamiento después de ( A ) farsa (0 mm), ( B ) leve (0,2 mm), ( C D ) severa (0,8 mm) con SCI en T10 usando el dispositivo LISA. Las imágenes fueron tomadas en el epicentro de la lesión. Barra de escala = 500 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
En 1911, Allen describió el primer modelo de caída de peso usando un peso fijo para inducir lesiones en las médulas espinales expuestas de los perros 12 . Se han desarrollado modelos de caída de peso similares basados en el modelo Allen, incluyendo el impactador NYU / MASCIS 3 , 6 , 13 , 14 . Además del modelo de caída de peso, se han creado otros dispositivos SCI. El modelo OSU / ESCID 5 , 7 utiliza un mecanismo de desplazamiento del tejido para controlar la gravedad de las lesiones, y el modelo IH 4 , 8 utiliza la fuerza para crear un SCI graduable. En estos sistemas, la estabilización vertebral se obtiene sujetando los procesos espinosos rostrales y caudales al sitio de la lesión. Estos dispositivos utilizan velocidades de lesiones bajas, específicamente 0,33-0,9 m / s (NYU / MASCIS), 0,148 m / s (OSU / ESCID),Y 0,13 m / s (1H). La estabilización de los procesos espinosos rostrales y caudales puede causar flexibilidad de la columna vertebral y movimiento de la columna durante el impacto, lo que puede afectar la precisión de la lesión.
El método LISA intenta superar las deficiencias de los modelos existentes, particularmente en lo que respecta a la inestabilidad de la columna vertebral y la baja velocidad de lesión. Este método utiliza bilateral facet estabilización y evita los artefactos de movimiento asociados con la lesión. Este dispositivo utiliza una velocidad de alto impacto que puede establecerse entre 0,5-2 m / s 11 , 15 . El sensor láser es más avanzado que el Vibrador Ling utilizado en el modelo ESCID y mide con precisión la distancia desde la superficie de la médula espinal sin necesidad de contacto tisular. El modelo se desarrolló originalmente para producir un SCI de rata, y ahora se ha adaptado para producir SCI en ratones y en primates no humanos 16 , con modificaciones.
Columna vertebralAbilization reduce la variabilidad en todos los métodos experimentales de SCI, particularmente en modelos del desplazamiento del tejido. El sensor de distancia láser determina la magnitud del desplazamiento tisular de la médula espinal durante los movimientos respiratorios. Es importante que el punto de la médula espinal en el que se centra el láser debe ser el punto idéntico golpeado por el impactador. Esta etapa se realiza durante la etapa de calibración ( Figura 3 ), cuando la punta del impactador y el haz láser están alineados. Una debilidad potencial de este modelo es que la magnitud del desplazamiento tisular se mide desde la superficie dural. Aunque el grosor de la duramadre constituye una diferencia insignificante entre los animales, puede existir variabilidad significativa en el espacio subaracnoideo lleno de líquido cefalorraquídeo (LCR). La variabilidad en los resultados de las lesiones puede ocurrir al producir una lesión de contusión muy leve usando un pequeño desplazamiento del tejido. En general, la consistencia de la lesión depende principalmenteSobre la precisión del desplazamiento del tejido y también sobre la velocidad y el tiempo de contacto con el tejido del émbolo.
El rango de desplazamiento tisular es amplio (precisión: 0-10 ± 0,005 mm). Sobre la base de datos experimentales previos e información publicada en roedores y primates no humanos, un desplazamiento del 20% del diámetro anteroposterior del SC produce un SCI leve, un desplazamiento del 30-40% produce un SCI moderado y un desplazamiento> 50% Produce SCI severa a una velocidad de 1 m / s. Habrá ligeras diferencias dependiendo de la especie animal. El tiempo de parada es ajustable de 0 a 5 s con un relé de tiempo. En nuestro estudio, el tiempo de permanencia se estableció en 300 ms. Esto se puede ajustar fácilmente para reproducir los tiempos de permanencia de otros dispositivos SCI, incluyendo los modelos NYU e IH.
En resumen, hemos desarrollado un modelo basado en el desplazamiento de SCI contusiva en ratones adultos. El modelo utiliza un estabilizador en forma de U para estabilizar las facetas espinales bilaterales, evitando el cordónArtefactos de movimiento asociados con la medición guiada por láser de la superficie del cordón. Este modelo puede producir lesiones de la cuerda de alta velocidad de 0.5-2 m / s. El sensor láser es más preciso que el método convencional para determinar la velocidad y la distancia a la superficie de impacto. El modelo puede producir lesiones de la médula espinal en todos los niveles, de leve a severo. Cuando se modifica, este dispositivo también puede producir lesiones en ratas y animales grandes, tales como primates no humanos.
Christopher B. Shields, MD tiene propiedad del aparato del sistema de lesiones de Louisville (LISA) producido por Louisville Impactor System, LLC.
Este trabajo fue apoyado en parte por NIH NS059622, NS073636, DOD CDMRP W81XWH-12-1-0562; Premio al Examen del Mérito I01 BX002356 del Departamento de Asuntos de Veteranos de los Estados Unidos; Fundación Craig H Neilsen 296749; Fundación Indiana para Investigación de Lesiones Cerebrales y Médula Espinal y Fondos de Dotación Mari Hulman George (XMX); Norton Healthcare, Louisville, KY (YPZ); El Estado de Indiana ISDH 13679 (XW); Y la Fundación NeuroCures.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Ketamina (7,2 mg/mL)/Xilacina (0,475 mg/mL)/Acepromazina | Patterson Veterinary | 07-890-8598/07-869-7632/07-808-1947 | Agente anestésico |
| Buprenorfina (0,03 mg/mL) | Patterson Veterinary | 07-891-9756 | Agente analgésico |
| Carprofeno | Patterson Veterinary | 07-844-7425 | antibiótico |
| Purdue Products Betadine Surgerical Scrub | Fisher Scientific | 19-027132 | para esterilizar la piel |
| Esponjas de gasa Dukal | Fisher Scientific | 22-415-490 | para esterilizar la piel |
| Decon Ethanol 200 Proof | Fisher Scientific | 04-355-450 | para esterilizar la piel |
| 1 mL NORM-JECT | HENKE SASS WOLF | D-78532 | para anestesia/alivio del dolor/inyección de agente antibiótico |
| Jeringa de 10 mL | TERUMO | REF SS-10L | para inyección de solución salina |
| Lágrimas artificiales ungüento para los ojos | Webster Veterinary | 07-870-5261 | Provent eyes from dry |
| Ungüento antibiótico | Webster Veterinary | 07-877-0876 | Provent surgery cortado de la infección |
| Aplicadores con punta de algodón | Fisher Scientific | 1006015 | detener el sangrado |
| Esterilizador de instrumentos | Fine Science Tools | 18000-50 | para esterilizar herramienta de cirugía |
| Pinzas finas | Herramientas de ciencia fina | 11223-20 | tejido de agarre |
| Bisturí | Fine Science Tools | 10003-12 | corte de piel |
| hoja de bisturí #15 | Fisher Scientific | 10015-00 | corte de piel |
| Hemostat | Fine Science Tools | 13004-14 | el sangrado |
| Rongeur | Fine Science Tools | 16021-14 | laminectomía |
| Retractor Agricola | Fine Science Tools | 17005-04 | Mantenga abierta la vista de la cirugía |
| Tijeras finas | Fine Science Tools | 14040-10 | para músculos separados de la columna vertebral |
| Suturas estériles | Fine Science Tools | 12051-10 | cutáneo |
| Ratón Estabilizador vertebral | Louisville Impactor System | N/A | Estabilizar y exponer la vértebra |
| LISA | Louisville Impactor System | N/A | Producir una lesión experimental por contusión de la médula espinal en ratones |