Un modello contusivo unilaterale di lesioni del midollo spinale cervicale Uso della Impactor Infinite Horizon
24 luglio 2012
Un modo affidabile e ripetibile per produrre una lesione cervicale unilaterale del midollo spinale utilizzando il dispositivo di simulazione Infinite Horizon è descritto. Il metodo si avvale di un telaio progettato e bloccare per stabilizzare la colonna vertebrale. La procedura standardizzata e biomeccanica risultato lesioni parametri lesioni sufficienti e durature.
L'obiettivo generale di questa procedura è indurre un modello di contusione unilaterale a livello cervicale utilizzando l'impatore infinite horizon. Questo risultato si ottiene innanzitutto costruendo un telaio e una pinza appositamente progettati. Successivamente, la colonna cervicale viene fissata sulla pinza.
L'animale viene quindi posizionato nell'impatto sul cordone spinale in previsione della lesione. L'ultimo passaggio della procedura consiste nel provocare una lesione al midollo spinale cervicale. Questa procedura genera un modello di lesione riproducibile, con deficit funzionali sostenuti e sufficienti.
In definitiva, la riproducibilità e la bassa morbosità di questo modello di lesione riducono il numero di animali utilizzati per la ricerca sulle lesioni del midollo spinale. A dimostrare la procedura sarà J Lee, un associato di ricerca del mio laboratorio, che negli ultimi anni ha fortemente sostenuto lo sviluppo di questo modello al fine di applicare forze biomeccaniche costanti e riproducibili al midollo spinale. Questa procedura utilizza l'impatto sul midollo spinale infinite horizon o IH, un impattore, una pinza e un telaio per il fissaggio.
L'animale è stato progettato e realizzato su misura per adattarsi all'impatore IH. Dopo aver verificato che l'animale ha raggiunto un piano chirurgico di anestesia, posizionare l'animale in un telaio stereotassico ed eseguire con attenzione la dissezione attraverso la muscolatura dorsale per esporre la colonna vertebrale. Una volta esposta la lamina da C4 a C6, praticare un'incisione al di sotto dei processi trasversi su entrambi i lati della colonna vertebrale per inserire la pinza sotto i processi trasversi da C4 a C6, utilizzando un forbici Friedman Pearson a punta fine.
Rimuovere con attenzione la lamina sinistra di C5 per visualizzare la dura e il midollo spinale, facilitando così l'inserimento della pinza. Far scivolare un'asta di diametro 1,5 cm sotto le braccia per sostenere l'animale ed elevare la colonna vertebrale, montare la ganascia della pinza sui processi trasversi laterali da C4 a C6, quindi stringere le viti. Inserire la pinza nei supporti metallici sui due bastoni centrali del telaio, fissati a un angolo di 22,5 gradi.
Sollevare il martinetto a forbice fino a quando l'animale non si trova in posizione orizzontale. Assicurarsi che la morsa sia in posizione orizzontale posizionando un piccolo livello cilindrico sulla parte superiore della morsa. Stringere tutte le viti in modo che siano ben serrate e il sistema risulti rigido, senza alcun movimento.
Abbassi e punti la punta dell'impattore utilizzando la manopola di regolazione verticale e le due manopole di regolazione orizzontali sull'impattore IH, finché il centro della punta dell'impattore non si trova sopra l'apice del processo spinoso di C6. Una volta centrata la punta dell'impattore, ruoti la manopola di regolazione sull'asse Y di 1,4 millimetri per spostare lateralmente la punta sul lato sinistro. Usi la manopola di regolazione orizzontale sull'asse X per spostare la punta al centro di C5.
Successivamente, abbassare la punta fino a quando non si trova appena sopra la dura madre e la punta dell'impatto deve essere puntata sulla metà laterale della sostanza grigia. Ruotare la manopola di regolazione verticale per sollevare la punta di quattro millimetri al di sopra della dura madre. Assicurarsi che l'area di impatto sia asciutta utilizzando un bastoncino di cotone sul software dell'impatto IH.
Impostare la forza desiderata a 150 kilodoni nel programma e selezionare "inizia esperimento" per attivare l'impatto. Questa animazione illustra, su una sezione trasversale del midollo spinale cervicale, come viene prodotta una lesione unilaterale con una forza di 150 kilodoni e un angolo di 22 gradi e mezzo. Il grafico forza rispetto al tempo è mostrato come insetto.
Questi grafici mostrano il tempo registrato in funzione dello spostamento e il tempo in funzione della forza di una contusione tipica da 150 kilo D erogata con l'impatto IH. La freccia rossa indica il momento in cui l'impatto ha raggiunto i 20 kilodoni e l'acquisizione dello spostamento è stata avviata. I tracciati mostrano che la forza effettivamente raggiunta è stata di 152 kilodoni e l'impatto, ovvero lo spostamento all'interno del midollo, è stato misurato pari a 1.287 micrometri. Qui.
I risultati di quattro test comportamentali hanno mostrato che la lesione del midollo spinale ha provocato deficit statisticamente significativi nei quattro arti, persistenti per tutto il periodo sperimentale, limitati esclusivamente all'arto controlaterale. In tutti i casi, il deficit è persistito per un intero periodo di sei settimane dopo la lesione. Una serie di sezioni del midollo spinale che attraversano una tipica contusione di 150 chilodine mostra che la lesione ha causato danni alla sostanza grigia e bianca del lato ipsilaterale.
Sia il tratto rubrospinale che quello corticospinale sul lato della lesione sono inclusi nell'area interessata. Tuttavia, non si può escludere un certo risparmio degli assoni in questi tratti. Più dell'80% degli animali presentava danni al parenchima limitati al lato ipsilaterale.
La quantificazione di sezioni aggiuntive fornisce una stima approssimativa della diffusione cumulativa del risparmio di sostanza bianca e grigia, che in questo caso è di 2.400 micrometri, in senso rostrale e caudale rispetto al centro della lesione. Il lato ipsilaterale presentava solo il 51,8% della sostanza bianca risparmiata e il 39,7% della sostanza grigia residua rispetto al lato controlaterale. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come produrre lesioni spinali cervicali unilaterali riproducibili utilizzando l'impatore Infinite Horizon.
Questo modello di lesione fornirà non solo uno strumento prezioso per testare potenziali terapie precliniche per il trauma del midollo spinale, ma la riproducibilità di questo modello ci permetterà anche di ridurre il numero di animali utilizzati per questo tipo di ricerca sulle lesioni del midollo spinale. Un altro aspetto di questo modello, che riteniamo particolarmente interessante, è il fatto che la morbosità per gli animali viene ridotta al minimo. I deficit si limitano a un solo arto anteriore, e riteniamo che questi sforzi volti a minimizzare la morbosità rappresentino un aspetto importante nella conduzione della ricerca preclinica sulle lesioni del midollo spinale.
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Panoramica
Questo articolo descrive un metodo affidabile per produrre una lesione unilaterale del midollo spinale a livello cervicale utilizzando l'impatore Infinite Horizon. La procedura prevede l'uso di una struttura e di una pinza appositamente progettate per stabilizzare la colonna vertebrale, garantendo lesioni costanti e sostenute.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Modelli di lesione del midollo spinale
- Biomeccanica
Sfondo
- Le lesioni del midollo spinale possono provocare deficit funzionali significativi.
- Modelli affidabili sono essenziali per lo studio dei meccanismi lesivi e delle potenziali terapie.
- L'impatore Infinite Horizon è uno strumento utilizzato per indurre lesioni controllate del midollo spinale.
- Tecniche personalizzate di stabilizzazione migliorano la riproducibilità dei modelli lesivi.
Scopo dello studio
- Stabilire una procedura standardizzata per indurre lesioni unilaterali del midollo spinale a livello cervicale.
- Garantire che le lesioni prodotte siano consistenti e adeguate ai fini della ricerca.
- Facilitare ulteriori studi sui meccanismi di lesione e recupero del midollo spinale.
Metodi Utilizzati
- Costruzione di un telaio e di una pinza personalizzati per la stabilizzazione spinale.
- Montaggio della colonna cervicale sulla pinza.
- Posizionamento dell'animale nell'impatto Infinite Horizon.
- Induzione della lesione del midollo spinale mediante impatto controllato.
Risultati principali
- La procedura produce un modello consistente di contusione cervicale unilaterale.
- Le lesioni provocano deficit funzionali persistenti.
- Il metodo è ripetibile e affidabile per applicazioni di ricerca.
- I parametri biomeccanici sono standardizzati per garantire la riproducibilità.
Conclusioni
- Questo metodo fornisce uno strumento prezioso per lo studio delle lesioni del midollo spinale.
- Permette l'analisi dei processi di recupero e degli interventi terapeutici.
- Ulteriori ricerche possono basarsi su questo modello di lesione standardizzato.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La creazione di modelli preclinici clinicamente rilevanti di lesione del midollo spinale cervicale è fondamentale per ridurre i rischi associati ai candidati terapeutici mirati ai deficit motori unilaterali. Questo modello consente una somministrazione riproducibile dell'infortunio di natura biomeccanica, sostenendo letture funzionali costanti per la validazione degli obiettivi e l'ottimizzazione dei composti promettenti nei percorsi di scoperta nel campo delle neuroscienze. La sua progettazione unilaterale e il deficit protratto agli arti anteriori offrono una piattaforma allineata alla traduzione clinica per valutare interventi mirati dal punto di vista meccanicist游戏副本
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Consente l'analisi di ipotesi terapeutiche relative ai percorsi unilaterali del midollo spinale cervicale e al recupero funzionale laterale.
- Valore operativo: Fornisce un modello standardizzato di contusione con danni istologici quantificabili nella sostanza grigia e bianca controlaterali, supportando la verifica dell'interazione con il bersaglio e la chiarificazione dei percorsi.
- Valore predittivo: Deficit persistenti degli arti anteriori in diversi test comportamentali consentono una valutazione longitudinale della riduzione del rischio meccanicistico e una maggiore affidabilità predittiva nei candidati principali.
Sviluppo di screening e saggi
- Prontezza del saggio: Genera deficit comportamentali bilaterali costanti, limitati al membro anteriore controlaterale, consentendo uno screening affidabile di composti con endpoint funzionali ben definiti.
- Riproducibilità: Parametri d'impatto standardizzati (forza di 150 kdyn, traiettoria di 22,5°, offset laterale di 1,4 mm) garantiscono una bassa variabilità nella gravità della lesione tra diversi studi, favorendo la scalabilità del saggio e la comparabilità tra laboratori.
- Output quantitativo: La quantificazione istologica del tessuto risparmiato (ad esempio, 51,8% di sostanza bianca, 39,7% di sostanza grigia mantenuta controlateralmente) fornisce biomarcatori oggettivi per l'analisi dose-risposta e dell'efficacia.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Rilevanza per la Patologia: Modella un trauma contusivo cervicale unilaterale, rispecchiando la patologia laterale osservata nei traumi spinali cervicali contusivi umani causati da incidenti stradali o in ambito sportivo.
- Continuità Translazionale: Permette il passaggio dalla validazione del bersaglio alla sperimentazione preclinica dell'efficacia terapeutica, fornendo una piattaforma stabile per studi di intervento terapeutico durante periodi di recupero di sei settimane.
- Progressione Basata sul Rischio: Consente la valutazione di terapie mirate al risparmio assonale o alla riorganizzazione dei circuiti nei tratti corticospinale e rubrospinale, fornendo indicazioni per decisioni di prosecuzione o interruzione basate sulla preservazione istologica e funzionale.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il modello si inserisce nel percorso che va dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo la verifica delle ipotesi nella fase iniziale della scoperta, la standardizzazione dei saggi nell'analisi di screening e la validazione meccanicistica nella ricerca traslazionale, fornendo risultati direttamente utili per le decisioni relative al portafoglio progettuale.
- Biologia della scoperta: Facilita la verifica di ipotesi riguardo al coinvolgimento unilaterale delle vie del midollo spinale e delle risposte neuroinfiammatorie o rigenerative lateralizzate.
- Screening: Fornisce deficit funzionali e profili istologici di lesione riproducibili, adatti alla valutazione accurata di composti e alla conferma di bersagli terapeutici.
- Analisi: Fornisce parametri quantitativi di tipo biomeccanico, comportamentale e istologico (spostamento di forza, asimmetria nell'uso degli arti, metriche di risparmio del tessuto) per l'analisi comparativa tra condizioni diverse.
- Ricerca traslazionale: Modella un infortunio cervicale unilaterale clinicamente rilevante, favorendo l'allineamento dei biomarcatori e la continuità preclinica per terapie mirate al recupero motorio.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una piattaforma chirurgica riutilizzabile e a bassa morbilità, che riduce l'impiego di animali aumentando al contempo l'affidabilità dei dati in diversi programmi terapeutici.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Riduce l'ambiguità meccanicistica isolando gli effetti di lesioni cervicali unilaterali e permettendo la correlazione tra danno istologico e deficit funzionali persistenti.
- Valore operativo: Garantisce riproducibilità attraverso parametri standardizzati del percussore e una stabilizzazione spinale rigida, minimizzando la variabilità inter-individuale.
- Valore strategico: Migliora la sicurezza nelle decisioni di avanzamento o interruzione progettuale fornendo fenotipi di lesione predittivi per la traduzione clinica, con bassa morbilità e alta coerenza tra studi.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione basata sul rischio di candidati che dimostrano risparmio assonale o recupero funzionale nei saggi sulle zampe anteriori controlaterali.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche in chirurgia spinale su roditori, posizionamento stereotassico e calibrazione dell'impatto.
- È subordinato all'accesso a un impattore Infinite Horizon, un telaio personalizzato, una pinza e un sistema stereotassico.
- Necessita di una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro dei protocolli chirurgici, di impatto e istologici per ottenere risultati riproducibili.
- Le considerazioni per l'adattamento includono modelli di lesione bilaterali rispetto a unilaterali e la scala anatomica specifica per specie.
- I limiti pratici comprendono la complessità chirurgica e la necessità di un posizionamento laterale preciso dell'impatto per mantenere il confinamento della lesione unilaterale.
