דגם Contusive של פגיעה בחוט השדרה באמצעות צוואר הרחם חד צדדית Impactor אופק אינסופי
24 ביולי 2012
באופן אמין לשחזור לייצר פגיעה בחוט השדרה הצווארי חד צדדית באמצעות impactor אופק אינסופי מתואר. השיטה מנצלת את מסגרת שנועדה מותאם אישית לצבוט לייצב את עמוד השדרה. הליך סטנדרטי ופגיעה פרמטרים ביומכנית לגרום פציעות די מתמשכת.
המטרה הכללית של הליך זה היא להשרות מודל של חבטה חד-צדדית צווארית באמצעות פוגע בעל אופק אינסופי (infinite horizon impactor). דבר זה מושג תחילה על ידי בניית מסגרת ותפס בעיצוב מותאם אישית. לאחר מכן, עמוד השדרה הצווארי מורכב על התפס.
לאחר מכן מניחים את בעל החיים בתוך מכשיר ההשחקה (impactor) כהכנה לפגיעה בחוט השדרה. השלב האחרון של ההליך הוא גרימת הפגיעה בחוט השדרה הצווארי. הליך זה יוצר מודל פגיעה עקבי עם גירעונות תפקודיים מתמשכים ומספיקים.
בסופו של דבר, השחזוריות ואחוזי התחלואה הנמוכים של מודל פגיעה זה מפחיתים את מספר בעלי החיים המשמשים למחקר על פגיעות בחוט השדרה. את הפרוצדורה תדגים j Lee, עובדת מחקר מהמעבדה שלי, שהובילה את פיתוח המודל הזה במהלך השנים האחרונות, במטרה להפעיל כוחות ביומכניים עקביים ושחזירים על חוט השדרה. פרוצדורה זו משתמשת ב-infinite horizon או IH spinal cord injury impactor, בתוספת לסএব ותומך להחזקה.
החיה תוכננה ונבנתה באופן מותאם כדי להתאימה למכשיר ההטבעה (impactor) של IH. לאחר אישור שהחיה הגיעה למישור הרדמה כירורגי, מקמו את החיה במסגרת סטריאוטקסיקו ובצעו דיסקציה זהירה דרך השרירים הגביים כדי לחשוף את עמוד השדרה. לאחר חשיפת הלמינות (laminae) של C4 עד C6, בצעו חתך מתחת לתהליכים הרוחביים בשני צידי עמוד השדרה, כדי לאפשר התאמה של התסבך מתחת לתהליכים הרוחביים של C4 עד C6 באמצעות מלקחי Friedman-Pearson בעלי קצה דק.
הסר בזהירות את הלוחיות (laminae) השמאליות של C five כדי לחשוף את הקשיחה (dura) ואת חוט השדרה כדי להקל על הכנסת התפסן. החלק מוט בעובי 1.5 סנטימטר מתחת לזרועות כדי להגביה את בעל החיים ולהרים את עמוד השדרה. הצמד את לועו של התפסן אל הזרועות הרוחביות הלטרליות של C four עד C six, ולאחר מכן הדק את הברגים. הכנס את התפסן למחזיקים המתכתיים בשני המוטים המרכזיים של המסגרת, המקובעים בזווית של 22.5 מעלות.
הגביהו את ג'ק המספריים עד שהחיה שוכבת בצורה שטוחה. ודאו שהתפס אופקי על ידי הנחת פלס גלילי קטן על גבי התפס. לאחר מכן הידקו את הברגים; חשוב שכל הברגים יהיו הדוקים ושהמערך יהיה קשיח ללא כל תזוזה.
הורד וכוון את קצה המבקיע (impactor) באמצעות כפתור הכוונון האנכי ושני כפתורי הכוונון האופקיים במבקיע IH, עד שמרכז קצה המבקיע ירחף מעל שיא התהליך הz (spinous process) של חוליה C6. לאחר שקצה המבקיע ממורכז, סובב את כפתור כוונון ציר Y ב-1.4 מילימטרים כדי להזיז את הקצה לצד שמאל. השתמש בכפתור הכוונון האופקי של ציר x כדי להזיז את הקצה למרכז של חוליה C5.
בשלב הבא, הורד את הראש עד שיהיה מעט מעל הקשייה (dura), כאשר ראש הפוגע (impactor) צריך להיות מכוון לחצי הלטרלי של החומר האפור. סבב את כפתור הכוונון האנכי כדי להרים את הראש ארבעה מילימטרים מעל הקשייה. ודא שאזור הפגיעה יבש באמצעות מקלוני צמרon בתוכנת ה-IH impactor.
הגדירו בתוכנה את הכוח הרצוי ל-150 kilodons ובחרו ב-"start experiment" כדי להפעיל את הפגיעה. אנימציה זו ממחישה בחתך רוחבי של חוט השדרה הצווארי כיצד נוצרת פגיעה חד-צדדית בהגדרת כוח של 150 kilodons ובזווית של 22.5 מעלות. גרף הכוח כפונקציה של הזמן מופיע כחלון צדדי.
גרפים אלו מציגים את הזמן הרשום לעומת ההעתקה ואת הזמן לעומת הכוח עבור חבלה טיפוסית של 150 kD בחוט השדרה שבוצעה באמצעות ה-IH impactor. החץ האדום מציין את הזמן שבו ה-impactor הגיע ל-20 kilodons ותחילת רישום ההעתקה. הרישומים מראים כי הכוח הממשי שהושג היה 152 kilodons, והחבטה או ההעתקה לתוך החוט נמדדה כ-1,287 micrometers.
תוצאותיהם של ארבעה מבחנים התנהגותיים הראו כי הפגיעה בחוט השדרה גרמה לליקויים משמעותיים סטטיסטית בארבע הגפיים שנמשכו לאורך תקופת הניסוי, והוגבלו רק לגפה האיפסי לטרלית. בכל המקרים, הליקוי נמשך שישה שבועות מלאים לאחר הפגיעה. סדרה של חתכים בחוט השדרה החוצים פגיעת חבטה טיפוסית במיקום C9 הראתה כי הפגיעה גרמה לנזק לחומר האפור והלבן בצד האיפסי לטרלי.
שני המסלולים, הרוברו-ספיינלי והקורטיקו-ספיינלי, בצד הפגיעה נכללים באזור הפגיעה. עם זאת, לא ניתן לשלול שימור חלקי של אקסונים במסלולים אלו. ליותר מ-80% מהבעלי החיים היה נזק פרהנכימלי המוגבל לצד האיפסילטראלי.
כימות של חתכים נוספים מספק הערכה גסה של ההתפשטות המצטברת של שימור החומר הלבן והאפור, שבמקרה זה היא 2,400 micrometers, באופן rostral ו-coddle למרכז הפגיעה. בצד האיפסילטרלי נשמרו רק 51.8% מהחומר הלבן ו-39.7% מהחומר האפור בהשוואה לצד הקונטרלטרלי. לאחר צפייה בסרטון זה, צריכה להיות לכם הבנה טובה לגבי האופן שבו ניתן להסב פגיעות חד-צדדיות עקביות בחוט השדרה הצווארי באמצעות ה-infinite horizon impactor.
מודל פגיעה זה לא רק יספק כלי בעל ערך לבחינת טיפולים פרה-קליניים פוטנציאליים לפגיעות בחוט השדרה, אלא שהשחזוריות של מודל פגיעה זה תאפשר לנו גם להפחית את מספר בעלי החיים המשמשים למחקר מסוג זה של פגיעות בחוט השדרה. היבט נוסף של מודל זה, אשר אנו מוצאים אותו כמרשים מאוד, הוא העובדה שתחלואת בעלי החיים ממוזערת. הגסרות מוגבלת לגפה קדמית אחת, ואנו סבורים כי מאמצים אלו למיזעור התחלואה הם היבט חשוב בביצוע מחקר פרה-קליני על פגיעות בחוט השדרה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מתאר שיטה מהימנה להסבת פגיעה חד-צדדית בחוט השדרה הצווארי באמצעות ה-Infinite Horizon impactor. הפרוצדורה כוללת מסגרת ותפס בעיצוב מותאם אישית לייצוב עמוד השדרה, כדי להבטיח פגיעות עקביות ובנות-קיימא.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- מודלים של פגיעה בחוט השדרה
- ביומכניקה
רקע
- פגיעות בחוט השדרה עלולות להוביל לליקויים תפקודיים משמעותיים.
- מודלים מהימנים חיוניים לחקר מנגנוני פגיעה וטיפולים פוטנציאליים.
- ה-Infinite Horizon impactor הוא כלי המשמש להשראת פגיעות מבוקרות בחוט השדרה.
- טכניקות ייצוב מותאמות אישית משפרות את השחזוריות של מודלים של פציעה.
מטרת המחקר
- ביסוס פרוצדורה סטנדרטית להשראת פגיעות חד-צדדיות בחוט השדרה הצווארי.
- הבטחה כי הפגיעות שנוצרו הן עקביות ומספיקות למטרות מחקר.
- סיוע למחקרים עתידיים על פגיעות בחוט השדרה ומנגנוני התאוששות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בנייה של מסגרת ותפסנים בהתאמה אישית לייצוב עמוד השדרה.
- קיבוע של עמוד השדרה הצווארי על התפסנים.
- מיקום בעל החיים בתוך מכשיר ההדפה ה-Infinite Horizon.
- השראת פגיעה בחוט השדרה באמצעות הדפה מבוקרת.
תוצאות עיקריות
- הפרוצדורה מייצרת מודל עקבי של חבלה חד-צדדית בחוליות הצוואר.
- הפציעות גורמות לליקויים תפקודיים מתמשכים.
- השיטה ניתנת לשחזור ואמינה עבור יישומים מחקריים.
- פרמטרים ביומכניים סטנדרטיים לצורך הדירות.
מסקנות
- שיטה זו מספקת כלי בעל ערך לחקר פגיעות בחוט השדרה.
- היא מאפשרת חקירה של תהליכי החלמה והתערבויות טיפוליות.
- מחקרים עתידיים יכולים להתבסס על מודל פגיעה סטנדרטי זה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הקמת מודלים פרה-קליניים רלוונטיים מבחינה קלינית של פגיעה בחוט השדרה הצווארי היא קריטית להפחתת סיכונים של מועמדים טיפוליים המכוונים לליקויים מוטוריים חד-צדדיים. מודל זה מאפשר הבלגה שחזרה של פגיעה ביו-מכנית, ובכך תומך בקבלת מדדים פונקציונליים עקביים לצורך תיקוף מטרה ואופטימיזציה של מולקולות מובילות במסלולי גילוי במדעי העצבים. התכנון החד-צדדי שלו והליקוי המתמשך בגפה הקדמית מספקים פלטפורמה המיושרת תרגומית להערכת התערבויות ממוקדות-מכניסטית לפני מעבר לניסויים בבני אדם.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות הקשורות למסלולים חד-צדדיים בחוט השדרה הצווארי ולהתאוששות תפקודית לטרלית.
- ערך תפעולי: מספק מודל חבלה (contusion) סטנדרטי עם נזק היסטולוגי מדיד בחומר האפור והלבן האיפסילטרליים, התומך באישור מעורבות המטרה ובהבהרת המסלול.
- ערך ניבוי: גרעונות מתמשכים בגפה הקדמית לאורך מספר בדיקות התנהגותיות מאפשרים הערכה אורךית של הפחתת סיכונים מכניסטית וביטחון ניבויי לגבי מועמדים מובילים.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות הבדיקה: יוצרת ליקויים התנהגותיים דו-צדדיים עקביים המוגבלים לגפה הקדמית האיפסילטרלית, מה שמאפשר סריקת תרכובות אמינה עם נקודות קצה פונקציונליות מוגדרות.
- שחזוריות: פרמטרי אימפקט סטנדרטיים (כוח של 150 kdyn, מסלול של 22.5°, היסט לטרלי של 1.4 mm) מבטיחים שונות נמוכה בחומרת הפגיעה בין מחקרים, ובכך תומכים במדרגיות הבדיקה וב khả năng השוואה בין מעבדות.
- פלט כמותי: כימות היסטולוגי של שימור רקמה (לדוגמה, שימור של 51.8% חומר לבן ו-39.7% חומר אפור בצד האיפסילטרלי) מספק ביומרקרים אובייקטיביים לניתוח תגובת-מינון ויעילות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: מדמה טראומה של חבלה צווארית חד-צדדית, המשקפת את הפתולוגיה הלטרלית הנראית בפגיעות קהות של חוט השדרה הצווארי בבני אדם כתוצאה מתאונות דרכים או אירועי ספורט.
- המשכיות תרגומית: תומכת במעבר מאישוש של המטרה לבדיקות יעילות פרה-קליניות, על ידי אספקת פלטפורמה יציבה למחקרי התערבות טיפולית לאורך תקופות החלמה של שישה שבועות.
- קידום מותאם סיכון: מאפשרת הערכה של טיפולים שמטרתם שימור אקסונים או ארגון מחדש של מעגלים במסלולים הקורטיקו-ספינליים והרוברו-ספינליים, ובכך מסייעת בקבלת החלטות של go/no-go בהתבסס על שימור היסטולוגי ותפקודי.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
המודל משתלב ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומאפשר בדיקת השערות בשלבי גילוי מוקדמים, סטנדרטיזציה של בדיקות בתהליכי סריקה ותיקוף מכניסטי במחקר תרגומי, כאשר התוצרים משפיעים ישירות על החלטות בנוגע לתיק הפיתוח.
- ביולוגיה של הגילוי: מאפשרת בחינת השערות לגבי מעורבות של מסלולים חד-צדדיים בחוט השדרה ותגובות נוירו-דלקתיות או רגנרטיביות לטרליזיות.
- סריקה: מספקת גריעות תפקודיות ופרופילים היסטולוגיים של נגעים הניתנים לשחזור, המתאימים להערכת תרכובות ברמת דיוק גבוהה ולאישור מטרות.
- אנליטיקה: מספקת מדדי קריאה ביו-מכניים, התנהגותיים והיסטולוגים כמותיים (העתקת כוח, אסימטריה בשימוש בגפיים, מדדי שימור רקמה) לצורך ניתוח השוואתי של מצבים.
- מחקר תרגומי: ממדלת פגיעה צווארית חד-צדדית רלוונטית קלינית, התומכת בהלימה של סמנים ביולוגיים וברציפות פרה-קלינית עבור טיפולים המכוונים להתאוששות מוטורית.
- שימוש חוזר בארגון: מבססת פלטפורמה כירורגית בעלת תחלואה נמוכה וניתנת לשימוש חוזר, המפחיתה את מספר בעלי החיים בשימוש תוך הגברת אמינות הנתונים בתוכניות טיפוליות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מפחית עמימות מכניסטית על ידי בידוד השפעות של פגיעה צווארית חד-צדדית ומאפשר מתאם בין נזק היסטולוגי לבין ליקויים תפקודיים מתמשכים.
- ערך תפעולי: מבטיח שחזוריות באמצעות פרמטרי פגיעה סטנדרטיים וייצוב עמוד שדרה קשיח, תוך מזעור השונות בין בעלי החיים.
- ערך אסטרטגי: משפר את הביטחון בקבלת החלטות של go/no-go על ידי אספקת פנוטיפים של פגיעה בעלי יכולת ניבוי תרגומית, עם תחלואה נמוכה ועקביות גבוהה בין מחקרים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעדוף מותאם-סיכון של מועמדים המראים שימור אקסונלי או התאוששות תפקודית בבדיקות של הגפה הקדמית האיפסילטרלית.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בניתוחי עמוד השדרה של מכרסמים, במיקום סטריאוטקסי ובכיול של מכשיר ההכתה (impactor).
- תלוי בגישה למכשיר הכתה מסוג Infinite Horizon, למסגרת מותאמת אישית, לסוגר ולתשתית של מסגרת סטריאוטקסית.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולים כירורגיים, פרוטוקולי הכתה ופרוטוקולים היסטולוגיים כדי להבטיח תוצאות הניתנות לשחזור.
- שיקולי התאמה כוללים מודלים של פגיעה דו-צדדית לעומת חד-צדדית, והתאמה אנטומית ספציפית למין.
- מגבלות מעשיות כוללות את המורכבות הכירורגית ואת הצורך במיקום מדויק של ההכתה הלטרלית כדי לשמור על הגבלת הפגיעה לצד אחד.
