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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Las técnicas mínimamente invasivas y un dispositivo de laboratorio simple mejoran la reproducibilidad del modelo de lesión de la médula espinal al reducir el daño operatorio a los animales de experimentación y permitir el mantenimiento de la morfología anatómica. El método vale la pena porque los resultados confiables y el procedimiento reproducible facilitan las investigaciones de los mecanismos de reparación de enfermedades.
El uso de métodos mínimamente invasivos para modelar la lesión de la médula espinal (LME) puede minimizar las diferencias de comportamiento e histológicas entre los animales de experimentación, mejorando así la reproducibilidad de los experimentos.
Estos métodos necesitan dos requisitos para cumplirse: claridad de la vía anatómica quirúrgica y simplicidad y conveniencia del dispositivo de laboratorio. De manera crucial para el operador, una vía anatómica clara proporciona una exposición mínimamente invasiva, lo que evita daños adicionales al animal experimental durante los procedimientos quirúrgicos y permite al animal mantener una morfología anatómica consistente y estable durante el experimento.
En este estudio, se investiga el uso de una novedosa plataforma integrada llamada plataforma coaxial SCI para lesiones de la médula espinal en animales pequeños para exponer la médula espinal a nivel T9 de una manera mínimamente invasiva y estabilizar e inmovilizar la vértebra de ratones utilizando un estabilizador vertebral y, finalmente, se utiliza un impactador de gravedad coaxial para contusar la médula espinal de ratones para acercarse a diferentes grados de lesión de la médula espinal T9. Finalmente, los resultados histológicos se proporcionan como referencia para los lectores.
La lesión traumática de la médula espinal (LME) predispone fácilmente al individuo a consecuencias graves1; Sin embargo, actualmente no existe un tratamiento eficaz 1,2. Los modelos de contusión animal son uno de los principales métodos para estudiar la LME 3,4.
De 2004 a 20144, las ratas se utilizaron como organismos modelo en 289 de 407 estudios (71%) y ratones en 69 (16,9%). De hecho, la proporción de experimentos con ratones ha aumentado gradualmente a lo largo de los años debido a sus ventajas sobre otros modelos, especialmente el gran potencial para los estudios de regulación génica 3,4,5. Por lo tanto, se requieren herramientas más compatibles para realizar más estudios utilizando el ratón como modelo debido a la gran importancia otorgada a la consistencia del modelo6. Los dispositivos comunes reportados en estudios anteriores se basan básicamente en el principio de impacto de la médula espinal de Allen, por ejemplo, el impactador básico de caída de peso7,8, el impactador 1,9 de la Universidad de Nueva York (NYU) / Multicenter Animal Spinal Cord Injury Studies (MASCIS) y elimpactador Infinite Horizon (IH)10,11 . El impactador de pérdida de peso y el impactador NYU / MASCIS comparten el mismo principio de apuntar a la médula espinal objetivo y dejar caer un peso fijo desde diferentes alturas para hacer diferentes gravedades de lesión. El impactador IH crea la lesión de la médula espinal de acuerdo con diferentes fuerzas.
Para facilitar el uso del modelo de ratón en estudios de LME y para establecer las bases para métodos de tratamiento efectivos, se desarrolla una plataforma integrada de lesión por impacto de la médula espinal en ratones, llamada plataforma coaxial de lesión de la médula espinal (SCICP). La plataforma consta de cuatro componentes principales: (1) una mesa de operaciones para animales diseñada para una posición adecuada para ratones operados, que es muy compacta y proporciona comodidad sin restricción de posición; (2) un micro-retractor en ambos lados para sostener los músculos paravertebrales durante la operación; (3) un estabilizador vertebral para sostener la vértebra antes del procedimiento de LME (dos estabilizadores vertebrales están disponibles para operar en animales más grandes como ratas); (4) un manguito, una punta de impactador, pesas y un pasador de tracción. Las tres partes deben ensamblarse en un brazo extraíble X-Y-Z. Para una orientación precisa, se coloca una punta de impacto en la superficie de la médula espinal, y el brazo X-Y-Z se desciende suavemente a la altura esperada con la ayuda de la marca entre la punta del impactador y el manguito. La punta del impactador está hecha de una aleación de aluminio de 0,12 g para evitar daños en la médula espinal atribuidos a la compresión de gran peso antes del procedimiento. El pasador de tracción es para sostener los pesos en la parte superior de la manga para preparar la caída de peso (Figura 1).
En estudios anteriores, la división de la fuerza de impacto se definió de acuerdo con los datos de fuerza de impacto del dispositivo IH, que son 30 Kdyn, 50 Kdyn y 70 Kdyn, respectivamente 6,10. Durante el proceso de investigación, se demostró que los grados seriados de los modelos de LME se establecieron con base en SCICP, que se pueden utilizar en diversos estudios. Por lo tanto, antes de comenzar oficialmente el experimento, las fuerzas de impacto generadas por varios pesos de diferentes masas se probaron utilizando un dispositivo de prueba de presión máxima. Como resultado, se seleccionaron tres modelos de ratón SCI representativos estandarizados como tres grados diferentes de lesión, incluidos los grupos leves, moderados y severos graduados, respectivamente 6,10, y los pesos se liberaron a la misma altura, con un peso de 1,3 g para daño leve, 2,0 g para moderado y 2,7 g para daño severo.
Como otro medio para garantizar la operatividad y la precisión, se informa de un enfoque operativo novedoso y mínimamente invasivo. A través de la investigación de la anatomía de ratones normales, se encuentra un nuevo método para localizar el espacio interespinoso de T12-T13. El método de localización de vértebras en los pasos de operación es fácil de dominar y preciso, lo que garantiza una localización precisa para operaciones mínimamente invasivas.
Con suerte, esta técnica de lesión por contusión puede ayudar a la investigación y comprensión de la lesión de la médula espinal, incluida la comprensión fisiopatológica, la evaluación del manejo, etc.
NOTA: Todos los experimentos fueron aprobados por el Comité de Ética y Bienestar de Animales de Laboratorio de la Facultad de Medicina Cheeloo de la Universidad de Shandong (número de aprobación: 21L60) y se realizaron de acuerdo con la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio publicada por los Institutos Nacionales de Salud (NIH Publications No. 85-23, revisada en 1996).
1. Mecanismo de la lesión de la médula espinal plataforma coaxial y pruebas mecánicas
2. Localización y laminectomía de la9ª vértebra torácica (T9)
NOTA: Los ratones hembra C57BL / 6J de 9-10 semanas de edad fueron comprados a Jinan Pengyue Experimental Animal Company (Jinan, China).
3. Lesión por contusión T9
4. Cuidado de los animales
5. Perfusión transcárdica, tinción e inmunotinción
Para probar la precisión del dispositivo, se midió la fuerza que tres masas diferentes de pesos hicieron desde la misma altura utilizando un dispositivo de prueba de presión máxima. Se realizaron veinticuatro pruebas con diferentes grupos de pesos, resultando en (media ± DE) 0,323 N ± 0,02 N para pesos de 1,3 g, 0,543 N ± 0,15 N para pesos de 2,0 g y 0,723 N ± 0,26 N para pesos de 2,7 g (Figura 7). Estudios previos adoptaron dyne (dyn) o Kilodyne (Kdyn) como unidades para medir las intensidades de contusión. Para una mejor comparación con estudios previos, se enumeran las conversiones entre Newtons (N) y dina/Kilodina (1 N = 1 kg × 1 m/s 2 = 1 × 10 3 g × 1 × 100 cm/s2 = 1 × 105 dina; 0,323 N = 32,3 Kdyn; 0,543 N = 54,3 Kdyn; 0,723 N = 72,3 Kdyn).
La Tabla 1 y la Figura 4 muestran datos de las lesiones de los grupos leve, moderado y severo en secciones coronales. A juzgar por la Figura 4, en el día 28 después de la lesión, la continuidad de los límites distinguibles de la materia gris y blanca en los grupos leve, moderado y severo disminuyó sucesivamente, con el área de tejido cicatricial creciendo y una proporción creciente en la sección transversal del centro de la lesión. Hubo diferencias morfológicas obvias en todos los grupos experimentales en comparación con el grupo normal. Esto demostró la racionalidad de la división de los grados de lesión en los grupos experimentales.
La Tabla 2 y la Figura 5 describen la lesión de la médula espinal en el 1er y 56º día después de la lesión en las secciones sagitales. Se puede ver que el área de la lesión aumentó gradualmente significativamente de los grupos leves a severos en el 1er día después de la lesión. Mientras tanto, la continuidad de la sustancia blanca en ambos lados de la médula espinal fue mejor en el grupo leve, con pequeñas vacuolas redondas observables, que son las características del edema intersticial. En el grupo moderado, la sustancia blanca mostró poca continuidad, y la estructura de la sustancia blanca ventral no fue ordenada. En el grupo severo, la sustancia blanca ventral exhibió una interrupción más severa, y apareció una gran área de la cavidad en el centro de la lesión. Además, el tejido circundante mostró un llenado obvio de los glóbulos rojos, y los glóbulos rojos cerca del canal central se reunieron en tiras. En el día 56 después de la lesión, se observó formación de cicatrices en el centro de lesiones de los tres grupos, cuya área aumentó de acuerdo con la gravedad de la lesión.
La integridad del neurofilamento de la médula espinal en el día 56 después de la lesión también se puede derivar del análisis de los resultados de la tinción de inmunofluorescencia (Figura 6). La figura también muestra que los astrocitos formadores de cicatrices superpuestos eran visibles en el centro de los tres grupos de lesiones, con la longitud del área de la lesión aumentando con la gravedad de la lesión, mientras que el diámetro de la cicatriz disminuyó. Esto sugiere la presencia de contractura cicatricial, que puede conducir a una disminución en el diámetro de la médula espinal.

Figura 1: Una exposición completa y parcial de la plataforma coaxial de la lesión de la médula espinal. (A) El brazo X-Y-Z y la mesa de operaciones se pueden separar, lo que deja espacio adecuado para el procedimiento de operación durante el cual la médula espinal de un animal pequeño está expuesta. La mesa de operaciones se puede mover libremente durante la operación, lo que reduce la posible dificultad operativa atribuida a las limitaciones de posición. El cuerpo del estabilizador vertebral tiene un brazo universal de tres articulaciones para la asistencia de dirección, lo que aumenta su flexibilidad. (B) Coloque la punta del impactador en el manguito y ensamble este último en el brazo X-Y-Z. Coloque la punta del pasador de tracción en los orificios del peso para evitar que el peso caiga y coloque el peso en la manga. Con las piezas ensambladas, ubique el área de lesión objetivo bajo el microscopio. Luego, baje el brazo X-Y-Z hasta que el extremo de la punta del impactador sea consistente con el nivel inferior de la ventana de observación, lo que indica que se ha alcanzado una altura de contusión unificada (la altura entre el peso y la punta del impactador es de 22 mm cuando comienza la caída). Tire del pasador de tracción y el impacto estará hecho. (C) Después de que el área de la lesión esté expuesta, use los clips para sujetar y fijar la columna vertebral del ratón y el perno de apriete para estabilizar el estabilizador vertebral. (D) Funciones recomendadas para ranuras en la mesa de operaciones. Se supone que el animal experimental debe colocarse en el surco medio, con la cabeza hacia la parte torácica anterior en la pendiente. El brazo X-Y-Z está separado de la mesa de operaciones. (E) Una exhibición del SCICP ensamblado. Las flechas indican las piezas. Con la punta apuntando al área de contusión objetivo, para iniciar la contusión, saque el pasador de tracción y el peso caerá sobre la punta del impactador para conusar la médula espinal. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Un gráfico de imágenes del método de localización de vértebras costovertebrales T13. (A) La 13ª costilla y T13 son estructuras anatómicas relativamente constantes. El ángulo costovertebral T13 se puede detectar fácilmente bajo el microscopio, desde el cual el operador puede sondear hacia el proceso espinoso y encontrar el espacio interespinoso T12-T13. Luego, sondee hacia el lado rostral sucesivamente para encontrar la vértebra de la lesión objetivo (por ejemplo, T9). (B) Una 9ª laminectomía torácica mínimamente invasiva puede preservar la lámina adecuada y las articulaciones facetarias entre los cuerpos vertebrales adyacentes. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Exposición y contusión de la médula espinal a nivel de T9 en ratones . (A) Sondear el ángulo costovertebral T13. (B) Con el músculo paraespinal retraído por micro-retractores para hacer espacio adecuado para la operación, exponga el T9. (C) Realizar laminectomía T9 con micro tijeras. (D) Estabilizar la vértebra con los clips del estabilizador vertebral. (E) Apunte al área de contusión objetivo con la punta del impactador. (F) Se observa edema y congestión en el área de la lesión después de la contusión. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Secciones representativas en el día 28 después de diferentes grados de LME en ratones (secciones coronales). (A) Médula espinal torácica normal del ratón. Barra de escala = 500 μm. (B) Para el grupo leve, se puede observar una lesión leve en la cara dorsal de la médula espinal, mientras que la morfología de la sustancia blanca y gris preservadas se conserva sustancialmente. (C) Para el grupo moderado, se observa tejido cicatricial obvio en la médula espinal (indicado por el asterisco rojo). Las características diferenciadoras entre la materia blanca y la materia gris apenas se pueden distinguir. (D) Comparativamente, la médula espinal del grupo severo casi ha perdido su morfología original y casi ha sido reemplazada por tejido cicatricial. La línea discontinua verde indica el área de daño, y la línea discontinua negra indica el límite de la materia gris observable. A medida que aumentaba la gravedad de la lesión, apareció una lesión más grande y una estructura menos preservada en la médula espinal del ratón, con el borde de la materia gris apenas distinguible. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Secciones representativas en los días 1 y 56 después de la lesión de la médula espinal de ratones (secciones sagitales). (A) Médula espinal torácica normal del ratón. (B) B1-B3 representan, respectivamente, la médula espinal en el primer día después de la lesión en los grupos leve, moderado y grave. Se puede ver que, a medida que aumentaba el daño, un área más grande se interrumpía o licuaba en el centro de la lesión. La continuidad de la sustancia blanca en la médula espinal ventral difirió debido a diferentes intensidades de lesión. B1 muestra que la sustancia blanca en la médula espinal ventral tiene una mejor continuidad con un ligero edema. B2 muestra una continuidad más pobre de la sustancia blanca en la médula espinal ventral y un edema más severo. El tejido en el centro de la LME B3 ha perdido casi toda continuidad, y hay edema extenso en el área fuera del centro de la lesión. (C) C1-C3 representan, respectivamente, la médula espinal en el día 56 después de la lesión en los grupos leve, moderado y grave. Diferentes grados de contractura cicatricial se manifestaron en el centro de lesión entre diferentes grupos, y hubo una diferencia significativa en el diámetro del área de la lesión. Barra de escala = 500 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Secciones representativas en el día 56 después de la lesión de la médula espinal en ratones (secciones sagitales). (A) Sección representativa del grupo leve. NF200 indica el neurofilamento, mientras que GFAP indica astrocitos. Se observan astrocitos superpuestos en el epicentro de la lesión, mientras que el neurofilamento en la parte ventral de la médula espinal está en buena continuidad. (B) Sección representativa del grupo moderado. Se pueden observar dos centros cicatriciales (indicados con asteriscos rojos) además de astrocitos superpuestos, mientras que el neurofilamento en la cara ventral tiene continuidad. (C) Sección representativa del grupo severo, con un amplio rango de lesiones y astrocitos formadores de cicatrices masivas. No se observa un centro de cicatriz obvio, y el neurofilamento tiene poca continuidad. Barra de escala = 500 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Fuerza generada desde la misma altura pero con diferentes pesos. Antes del experimento, la fuerza generada por diferentes masas de pesos liberadas desde la misma altura se detectaba utilizando un dispositivo de detección de presión máxima. Después de que cada grupo completó 24 detecciones, se obtuvieron datos de gravedad más confiables para la referencia de la fuerza de golpeo. Los datos fueron analizados utilizando el software estadístico SPSS19.0. Los datos se presentan como media ± DE, n = 24 en cada grupo. Las comparaciones entre más grupos se basaron en un análisis unidireccional de varianza (ANOVA) utilizado para probar las diferencias; p < 0,05 fue considerado estadísticamente significativo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| 28 dpi | |||
| Grupo | GMR (%) | WMR (%) | DR (%) |
| Normal | 35.44 | 64.57 | 0 |
| Leve | 11.59 | 64.88 | 23.53 |
| Moderado | 0 | 41.14 | 58.86 |
| Muy fuerte | 0 | 0 | 100 |
Tabla 1: Tasa de sustancia blanca, materia gris y daño en el día 28 después de la lesión. Abreviaturas: dpi = días después de la lesión, DA = área dañada; GMR = tasa de materia gris; WMR = tasa de sustancia blanca; DR = tasa de daños.
| Grupo | 1dpi DA (μm2) | 56dpi DA (μm2) |
| Normal | 0 | 0 |
| Leve | 2391250 | 666091 |
| Moderado | 4383381 | 1263191 |
| Muy fuerte | 5118833 | 1943962 |
Tabla 2: Comparaciones entre la lesión en secciones sagitales en el 1er y 56º día después de la lesión.
El profesor Shiqing Feng es propietario de la plataforma coaxial de la lesión de la médula espinal.
Las técnicas mínimamente invasivas y un dispositivo de laboratorio simple mejoran la reproducibilidad del modelo de lesión de la médula espinal al reducir el daño operatorio a los animales de experimentación y permitir el mantenimiento de la morfología anatómica. El método vale la pena porque los resultados confiables y el procedimiento reproducible facilitan las investigaciones de los mecanismos de reparación de enfermedades.
Este trabajo fue apoyado por el Programa Estatal Clave de Ciencias Naturales Nacionales de China (81930070).
| Solución fijadora al 4% | Solarbio | P1110 | 4% |
| Anticuerpo polipeptídico pesado anti-neurofilamento | ABCAM | AB8135 | Relación de dilución (1:2000) |
| Solución de tinción de eosina (soluble en agua) | biosharp | BL727B | |
| Etanol | Fuyu Reactivo | 64-17-5 | |
| Microscopio fluorescente | KEYENCE | BZ-X800 | |
| Cortadora de pelo congelada | leica | CM3050 S | |
| GFAP (GA5) Ratón mAb | Señalización celular TECNOLOGÍA | #3670 | Relación de dilución (1:600) |
| IgG anti-ratón de cabra (H+L) Anticuerpo secundario altamente adsorbido cruzado, Alexa Fluor Plus 488 | ThermoFisher SCIENTIFIC | A32723TR Relación de dilución (1:1000) | |
| IgG anti-conejo de cabra (H+L) Anticuerpo secundario altamente adsorbido cruzado, Alexa Fluor Plus 594 | ThermoFisher SCIENTIFIC | A32740 | Relación de dilución (1:1000) |
| Hematoxilina Solución de tinción | biosharp | BL702A | |
| Ratones | Jinan Pengyue Animal ExperimentalCompany | C57BL/6J | |
| Aparatos de microcirugía | Shandong ULT Biotechnology Co., Ltd | Todos los instrumentos de cirugía son | tijeras oftálmicas hechas a medida, micro pinzas para mosquitos, pinzas de microcirugía, micro tijeras |
| Suero de oveja normal para bloquear (solución de trabajo) | Zhong Shan Jin Qiao | ZLI-9022 | solución de trabajo |
| O.C.T. Compuesto | SAKURA | 4583 | |
| PBS (solución tamponada con fosfato) | Solarbio | P1020 | pH 7.2-7.4 |
| RWD Estación de anestesia inhalatoria de laboratorio | RWD Life Science Co., Ltd | R550 | |
| Sistema de imagen microCT in vivo para animales pequeños | PerkinElmer | Quantum GX2 | |
| Plataforma coaxial de lesión de la médula espinal | Shandong ULT Biotechnology Co., Ltd | Hecho a medida (estándar de Feng) | (https://shop43957633.m.youzan.com/wscgoods/detail/367x5ovgn69q18g?banner_id=f.81386274~goods.7~1 ~ b0yRFKOq& alg_id=0& slg=tagGood List-default%2COpBottom%2Cuuid %2CabTraceId& components_style_ layout=1& reft=1659409105184& sp m=g.930111970_f.81386274& alias =367x5ovgn69q18g& from_uuid=136 2cc46-ffe0-6886-2c65-01903dbacbb a& sf=qq_sm& is_share=1& shopAuto Enter=1& share_cmpt=native_ wechat& is_silence_auth=1) |
| Microscopio quirúrgico | Zumax Médico Co., Ltd. | zumax, OMS2355 | |
| TBST (Tris Buffered Saline+Tween) | Solarbio | T1082 | Relación de dilución (1:19) |
| Reactivo Xileno | Fuyu | 1330-20-7 |