Name: Impattatore automatizzato per il modello di lesione del midollo spinale contusivo nei topi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-19T12:55:00.000+00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Scopri come creare modelli di lesione contusiva del midollo spinale nei topi con un impattore automatizzato. Questo metodo consente di controllare con precisione la gravità dell'infortunio per studiare meccanismi di recupero e testare biomateriali.

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Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China, n. 82102314 (a ZSJ) e 32170977 (a HSL) e dalla Natural Science Foundation della provincia del Guangdong, n. 2022A1515010438 (a ZSJ) e 2022A1515012306 (a HSL). Questo studio è stato supportato dal Clinical Frontier Technology Program del First Affiliated Hospital dell'Università di Jinan, Cina, n. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (a HSL). Questo studio è stato supportato dal Guangzhou Science and Technology Plan Project, Nos. 202201020018 (to HSL), 2023A04J1284 (to ZSJ) e 2023A03J1024 (to HSL).

Gli studi sugli animali sono stati esaminati e approvati dal Comitato Etico dell'Università di Jinan.
1. Anestetizzazione degli animali e laminectomia spinale T10
<ol><li>Per questo studio, utilizzare topi C57/6J giovani adulti femmine di 8 settimane. Anestetizzare i topi mediante iniezione intraperitoneale di ketamina (100 mg/kg) e diazepam (5 mg/kg). Verificare che l'anestesia sia riuscita indicata dalla perdita del riflesso del dolore. Applicare un unguento veterinario sugli occhi per prevenire la secchezza sotto anestesia.</li>
	<li>Radere i peli sul dorso dei topi usando un rasoio per rivelare la pelle. Disinfettare la pelle con tre cicli alternati di iodoforo e alcool.</li>
	<li>Praticare un'incisione longitudinale mediale di 2,5 cm nella pelle dorsale utilizzando un bisturi ed esporre la colonna vertebrale a livello T9-T11 utilizzando una pinzetta.</li>
	<li>Fissare bilateralmente le faccette T10 utilizzando un fissatore spinale. Assicurarsi che la colonna vertebrale sia fissata in modo stabile. Assicurarsi che i muscoli paravertebrali siano spogliati e rimuovere il processo spinoso e le lamine utilizzando un trapano di micro-macinazione per esporre il midollo spinale del segmento T10.</li>
</ol>2. Contusione del midollo spinale T10 utilizzando il sistema G smart SCI
<ol><li>Accendi l'interruttore e attendi che il dispositivo torni automaticamente al suo stato originale. Posizionare il fissatore spinale nel sistema G smart SCI e fissarlo con le viti.</li>
	<li>Utilizzando il touch screen operativo (Figura 2A), impostare i parametri di danno, tra cui la velocità di impatto (1 m/s), la profondità di impatto (0,5 mm, 0,8 mm e 1,1 mm per tre diversi set di mouse) e il tempo di permanenza (500 ms)15.</li>
	<li>Allineare il telemetro laser al centro del midollo spinale esposto spostando la piattaforma. (Figura 2B)</li>
	<li>Fare clic sul pulsante Pronto sul touch screen (Figura 2C). La testa d'impatto si regolerà automaticamente a un'altezza specifica in base ai parametri di impostazione. Il tavolo portante sposta automaticamente il sito d'impatto del midollo spinale al di sotto della testa d'impatto.</li>
	<li>Premere manualmente la testa d'impatto per determinare ulteriormente il sito d'impatto. Fare clic sul pulsante Start , la testa d'impatto colpirà il midollo spinale in base ai parametri impostati.</li>
	<li>Rimuovere i topi dal dispositivo e osservarli al microscopio stereoscopico (20x) per determinare la lesione del midollo spinale (Figura 3). Per determinare il successo dello sviluppo del modello, osservare la congestione locale, il collasso e la rottura della membrana spinale.</li>
	<li>Suturare il muscolo, la fascia e la pelle strato per strato utilizzando punti di sutura 3-0. Metti i topi in una scatola calda e attendi che si riprendano.</li>
</ol>3. Cure post-operatorie
<ol><li>Iniettare meloxicam (5 mg/kg) per via sottocutanea ogni giorno per 7 giorni dopo l'intervento. Svuotare manualmente la vescica ogni 8 ore fino al ripristino delle funzioni della vescica.</li>
	<li>A 14 giorni dall'operazione, rimuovere i fili di sutura.</li>
</ol>4. Testare gli effetti della lesione spinale
<ol><li>Calcolare i punteggi BMS per i topi dal primo giorno postoperatorio 16,17.</li>
	<li>Il 30° giorno postoperatorio, eseguire esperimenti comportamentali sugli animali, tra cui passerella, guasto al piede e rotarod16,17. Passerella: distanza record di 45 cm; Durata massima della corsa 8 s; Guadagno fotocamera 28,02; Soglia di intensità 0,01. Errore del piede: registra 60 passi per ogni mouse. Rotarod: Velocità 20 giri/min. Registrare il tempo di caduta del mouse e registrarlo come 120 s per più di 120 s.</li>
	<li>Il 31° giorno postoperatorio, anestetizzare i topi mediante iniezione intraperitoneale di ketamina (100 mg/kg) e diazepam (5 mg/kg) e quindi eutanasia i topi mediante perfusione utilizzando PFA al 4%. Rimuovere con cautela il midollo spinale e intercettare 5 mm sopra e sotto il sito della lesione per l'inclusione della paraffina. Fare una sezione di 5 μm del centro della lesione del midollo spinale del topo ed eseguire la colorazione con ematossilina ed eosina17.</li>
	<li>Per l'analisi statistica utilizzare software commerciali. Esprimere i dati come media ± errore standard della media (SEM) e confrontarli utilizzando l'ANOVA unidirezionale; p < 0,05 è stato considerato significativo.</li>
</ol>

Un dispositivo per la contusione della lesione del midollo spinale per modelli murini accurati

<ol><li>Venkatesh, K., Ghosh, S. K., Mullick, M., Manivasagam, G., Sen, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spinal+cord+injury%3A+pathophysiology%2C+treatment+strategies%2C+associated+challenges%2C+and+future+implications%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+and+Tissue+Research%22%5BJournal%5D)">Spinal cord injury: pathophysiology, treatment strategies, associated challenges, and future implications.</a> Cell and Tissue Research. 377 (2), 125-151 (2019).</li>
<li>Chiu, C. W., Cheng, H., Hsieh, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contusion+Spinal+Cord+Injury+Rat+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Bio+Protocol%22%5BJournal%5D)">Contusion Spinal Cord Injury Rat Model.</a> Bio Protocol. 7 (12), e2337(2017).</li>
<li>Thygesen, M. M., Guldbæk-Svensson, F., Rasmussen, M. M., Lauridsen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contusion+Spinal+Cord+Injury+via+a+Microsurgical+Laminectomy+in+the+Regenerative+Axolotl%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">Contusion Spinal Cord Injury via a Microsurgical Laminectomy in the Regenerative Axolotl.</a> Journal of Visualized Experiments. (152), 60337(2019).</li>
<li>Anderson, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+controlled+pneumatic+technique+for+experimental+spinal+cord+contusion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A controlled pneumatic technique for experimental spinal cord contusion.</a> Journal of Neuroscience Methods. 6 (4), 327-333 (1982).</li>
<li>Allen, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SURGERY+OF+EXPERIMENTAL+LESION+OF+SPINAL+CORD+EQUIVALENT+TO+CRUSH+INJURY+OF+FRACTURE+DISLOCATION+OF+SPINAL+COLUMN%3A+A+PRELIMINARY+REPORT%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Medical+Association%22%5BJournal%5D)">SURGERY OF EXPERIMENTAL LESION OF SPINAL CORD EQUIVALENT TO CRUSH INJURY OF FRACTURE DISLOCATION OF SPINAL COLUMN: A PRELIMINARY REPORT.</a> Journal of the American Medical Association. LVII (11), 878-880 (1911).</li>
<li>Cheriyan, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spinal+cord+injury+models%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Spinal+Cord%22%5BJournal%5D)">Spinal cord injury models: a review.</a> Spinal Cord. 52 (8), 588-595 (2014).</li>
<li>Yan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+modified+impactor+for+establishing+a+graded+contusion+spinal+cord+injury+model+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">A modified impactor for establishing a graded contusion spinal cord injury model in rats.</a> Annals of Translational Medicine. 10 (8), 436(2022).</li>
<li>Gruner, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+monitored+contusion+model+of+spinal+cord+injury+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">A monitored contusion model of spinal cord injury in the rat.</a> Journal of Neurotrauma. 9 (2), 123-126 (1992).</li>
<li>Ghnenis, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+the+Cardiometabolic+Disorders+after+Spinal+Cord+Injury+in+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22Biology+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Evaluation of the Cardiometabolic Disorders after Spinal Cord Injury in Mice.</a> Biology (Basel). 11 (4), 495(2022).</li>
<li>Scheff, S. W., Rabchevsky, A. G., Fugaccia, I., Main, J. A., Lumpp, J. E. Jr <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+modeling+of+spinal+cord+injury%3A+characterization+of+a+force-defined+injury+device%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Experimental modeling of spinal cord injury: characterization of a force-defined injury device.</a> Journal of Neurotrauma. 20 (2), 179-193 (2003).</li>
<li>Hong, Y. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+stimulation+improves+inflammatory+resolution%2C+neuroprotection%2C+and+functional+recovery+after+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Ultrasound stimulation improves inflammatory resolution, neuroprotection, and functional recovery after spinal cord injury.</a> Scientific Reports. 12 (1), 3636(2022).</li>
<li>Noyes, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromechanical+impactor+for+producing+experimental+spinal+cord+injury+in+animals%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+%26+Biological+Engineering+%26+Computing%22%5BJournal%5D)">Electromechanical impactor for producing experimental spinal cord injury in animals.</a> Medical & Biological Engineering & Computing. 25 (3), 335-340 (1987).</li>
<li>Stokes, B. T., Noyes, D. H., Behrmann, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+electromechanical+spinal+injury+technique+with+dynamic+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">An electromechanical spinal injury technique with dynamic sensitivity.</a> Journal of Neurotrauma. 9 (3), 187-195 (1992).</li>
<li>Pearse, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histopathological+and+behavioral+characterization+of+a+novel+cervical+spinal+cord+displacement+contusion+injury+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Histopathological and behavioral characterization of a novel cervical spinal cord displacement contusion injury in the rat.</a> Journal of Neurotrauma. 22 (6), 680-702 (2005).</li>
<li>Wu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Tissue+Displacement-based+Contusive+Spinal+Cord+Injury+Model+in+Mice%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">A Tissue Displacement-based Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice.</a> Journal of Visualized Experiments. (124), 54988(2017).</li>
<li>Forgione, N., Chamankhah, M., Fehlings, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Mouse+Model+of+Bilateral+Cervical+Contusion-Compression+Spinal+Cord+Injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">A Mouse Model of Bilateral Cervical Contusion-Compression Spinal Cord Injury.</a> Journal of Neurotrauma. 34 (6), 1227-1239 (2017).</li>
<li>Ji, Z. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+bioactive+iridium+metal-complex+alleviates+spinal+cord+injury+via+ROS+scavenging+and+inflammation+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Highly bioactive iridium metal-complex alleviates spinal cord injury via ROS scavenging and inflammation reduction.</a> Biomaterials. 284, 121481(2022).</li>
<li>Chen, C., Qiao, X., Liu, W., Fekete, C., Reinhardt, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epidemiology+of+spinal+cord+injury+in+China%3A+A+systematic+review+of+the+chinese+and+english+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Spinal+Cord%22%5BJournal%5D)">Epidemiology of spinal cord injury in China: A systematic review of the chinese and english literature.</a> Spinal Cord. 60 (12), 1050-1061 (2022).</li>
<li>Flack, J. A., Sharma, K. D., Xie, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Delving+into+the+recent+advancements+of+spinal+cord+injury+treatment%3A+a+review+of+recent+progress%5BTitle%5D)+AND+%22Neural+Regeneration+Research%22%5BJournal%5D)">Delving into the recent advancements of spinal cord injury treatment: a review of recent progress.</a> Neural Regeneration Research. 17 (2), 283-291 (2022).</li>
<li>Khuyagbaatar, B., Kim, K., Kim, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conversion+Equation+between+the+Drop+Height+in+the+New+York+University+Impactor+and+the+Impact+Force+in+the+Infinite+Horizon+Impactor+in+the+Contusion+Spinal+Cord+Injury+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Conversion Equation between the Drop Height in the New York University Impactor and the Impact Force in the Infinite Horizon Impactor in the Contusion Spinal Cord Injury Model.</a> Journal of Neurotrauma. 32 (24), 1987-1993 (2015).</li>
<li>Alizadeh, A., Dyck, S. M., Karimi-Abdolrezaee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Traumatic+Spinal+Cord+Injury%3A+An+Overview+of+Pathophysiology%2C+Models+and+Acute+Injury+Mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">Traumatic Spinal Cord Injury: An Overview of Pathophysiology, Models and Acute Injury Mechanisms.</a> Frontiers in Neurology. 10, 282(2019).</li>
<li>Bilgen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+device+for+experimental+modeling+of+central+nervous+system+injuries%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehabilitation+and+Neural+Repair%22%5BJournal%5D)">A new device for experimental modeling of central nervous system injuries.</a> Neurorehabilitation and Neural Repair. 19 (3), 219-226 (2005).</li>
<li>Khan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GSNOR+and+ALDH2+alleviate+traumatic+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">GSNOR and ALDH2 alleviate traumatic spinal cord injury.</a> Brain Research. 1758, 147335(2021).</li>
</ol>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

La lesione del midollo spinale può portare a deficit sensoriali e motori, che possono provocare gravi menomazioni fisiche e mentali. In Cina, l'incidenza di lesioni del midollo spinale nelle diverse province varia da 14,6 a 60,6 per milione18. L'aumento della prevalenza della lesione midollare eserciterà una maggiore pressione sul sistema sanitario. Attualmente, le opzioni terapeutiche efficaci per le lesioni del midollo spinale e le lesioni sono limitate, perché i suoi meccanismi patologici e i processi di riparazione devono ancora essere pienamente compresi19. È necessario creare modelli animali accurati e riproducibili di lesioni del midollo spinale per studiare i meccanismi patogenetici e i processi di riparazione delle lesioni del midollo spinale. A tal fine, abbiamo sviluppato uno strumento accurato, ripetibile e semplice per le lesioni del midollo spinale.
Molti dispositivi, tra cui l'impattatore NYU-MASCIS, l'impattatore a orizzonte infinito e l'impattatore OSU, vengono utilizzati per creare modelli di contusione delle lesioni del midollo spinale 8,9,12,13,20. Questi dispositivi sono complessi da utilizzare e possono produrre grandi errori a causa delle diverse competenze del personale. Inoltre, ci sono vari difetti nella progettazione di questi dispositivi che li rendono meno accurati e riproducibili6. La posizione specifica della lesione del midollo spinale ne determina la gravità, quindi durante la creazione di modelli di lesione del midollo spinale, il metodo di posizionamento determina l'accuratezza della modellazione21. Il sistema G smart SCI utilizza un telemetro laser per localizzare il sito della lesione del midollo spinale e regola l'altezza della testa d'impatto in base ai dati del telemetro per impostare la profondità del colpo. Un altro dispositivo a percussione che utilizza il posizionamento laser è l'impattatore del Louisville Injury System Apparatus (LISA) della Indiana University Schoolof Medicine 15. Sebbene LISA utilizzi il posizionamento laser, richiede la determinazione e la regolazione manuale dell'altezza della testa d'impatto per ottenere una profondità di battuta controllata, che aumenta l'intervento umano. Nel frattempo, LISA utilizza i riscontri pneumatici e il controllo del laptop, che richiedono più spazio sperimentale e aumentano i costi operativi10. Il sistema G smart SCI riduce gli errori umani semi-automatizzando il processo operativo ed è facile da spostare grazie al suo design leggero.
Sulla base dei parametri impostati, il dispositivo può avere un impatto accurato sul midollo spinale dei topi, creando così modelli con diversi gradi di lesioni del midollo spinale. In questo studio, i topi con diversi gradi di lesioni del midollo spinale hanno mostrato differenze significative nelle funzioni degli arti posteriori. È importante sottolineare che i saggi sono riproducibili e possono generare costantemente modelli di lesione midollare.
Nel protocollo, i passaggi più critici includono l'esecuzione accurata della laminectomia, la stabilizzazione delle spine dei topi e l'utilizzo del laser per un posizionamento accurato per garantire l'accuratezza e la ripetibilità dell'esperimento. Durante il processo di progettazione, abbiamo apportato alcuni miglioramenti al dispositivo. Abbiamo scoperto che dopo il colpo, il livello non poteva tornare facilmente al punto di distanza, quindi abbiamo aggiunto un pulsante per tornare al punto di distanza. Inoltre, i parametri desiderati non potevano essere regolati rapidamente, quindi abbiamo aggiunto una tastiera numerica per l'input. Anche l'azionamento elettromagnetico a carica lenta nella prima versione è stato migliorato. Questo dispositivo è attualmente limitato alla creazione di modelli murini con contusione da lesione del midollo spinale toracico. Devono essere condotti studi a sostegno dell'uso di questo strumento nella creazione di modelli di lesione del midollo spinale di ratto o modelli di lesione del midollo spinale cervicale.
Inoltre, il dottor Bilgen della University of Kansas Medical School ha descritto un dispositivo di impatto controllato da computer, che può indurre lesioni al sistema nervoso centrale (SNC), tra cui lesioni cerebrali traumatiche (TBI) e lesioni del midollo spinale (SCI)22. Simile al nostro dispositivo, anche questo dispositivo utilizza una varietà di apparecchiature e sistemi commercializzati, quindi è stato commercializzato e utilizzato con successo23. L'apparecchiatura che descriviamo ha le caratteristiche di automazione, precisione e convenienza e si prevede che sarà commercializzata in futuro e andrà a beneficio di un maggior numero di ricercatori sulle lesioni del midollo spinale. 
In sintesi, abbiamo progettato un impattatore automatizzato del midollo spinale del topo per creare modelli di contusione midollare. Il dispositivo migliora la precisione con un telemetro laser e riduce gli errori umani grazie a un processo operativo automatizzato. Inoltre, il sistema G smart SCI è più facile da usare e trasportare rispetto ad altri dispositivi, offrendo comodità alla ricerca sulle lesioni del midollo spinale. È importante sottolineare che il dispositivo è in grado di creare in modo accurato e riproducibile diverse classi di modelli murini SCI a seconda delle esigenze dell'esperimento.

La lesione del midollo spinale di solito provoca una disfunzione permanente del midollo spinale al di sotto del segmento lesionato. È principalmente causato da oggetti che colpiscono la colonna vertebrale e dall'iperestensione della colonna vertebrale, come incidenti stradali e cadute1. A causa della limitata disponibilità di opzioni terapeutiche efficaci per le lesioni del midollo spinale, la delucidazione della patogenesi delle lesioni del midollo spinale utilizzando modelli animali sarà informativa per lo sviluppo di approcci terapeutici appropriati. Il modello di contusione della lesione del midollo spinale causata dall'impatto sul midollo spinale porta allo sviluppo di modelli animali con patologie simili alla maggior parte dei casi clinici di lesione del midollo spinale 2,3. Pertanto, è importante produrre modelli animali accurati, riproducibili e convenienti per la contusione della lesione del midollo spinale.
Dall'invenzione da parte di Allen del primo modello animale di lesione del midollo spinale nel 1911, ci sono stati importanti progressi nello sviluppo di strumenti per stabilire modelli animali di lesione del midollo spinale 4,5. Sulla base dei meccanismi di lesione, i modelli di lesione del midollo spinale sono classificati come contusione, compressione, distrazione, lussazione, transezione o chimica6. Tra questi, i modelli di contusione, che utilizzano forze esterne per spostare e danneggiare il midollo spinale, sono i più vicini all'eziologia clinica della maggior parte dei pazienti con lesione del midollo spinale. Pertanto, il modello della contusione è stato utilizzato da molti ricercatori negli studi sulle lesioni del midollo spinale 3,7. Vari strumenti vengono utilizzati per sviluppare modelli di contusione da lesione del midollo spinale. L'impattatore MASCIS (Multicenter Animal Spinal Cord Injury Studies) della New York University (NYU) produce contusioni da lesioni del midollo spinale mediante un dispositivo di caduta del peso8. Dopo diverse versioni aggiornate, l'impattatore MASCIS è ampiamente utilizzato per sviluppare modelli animali di contusione da lesioni del midollo spinale9. Tuttavia, quando l'asta d'impatto di MASCIS cade e colpisce il midollo spinale, possono verificarsi lesioni multiple, che influenzano il grado di lesione nei modelli di lesione del midollo spinale. Inoltre, è difficile raggiungere la precisione meccanica per garantire l'accuratezza dello strumento e la ripetibilità del modello di produzione. Gli impattatori dell'orizzonte infinito causano contusioni controllando la forza applicata al midollo spinale piuttosto che pesanti cadute10. Utilizza un computer collegato a un sensore per misurare direttamente la forza d'impatto tra l'impattatore e il midollo spinale. Quando viene raggiunta la soglia, il dispositivo d'urto viene immediatamente retratto, evitando così il rimbalzo del peso e migliorando la precisione10,11. Tuttavia, l'uso di questa modalità motoria fine per infliggere danni può causare danni incoerenti e deficit funzionali6. Il dispositivo dell'Ohio State University (OSU) comprime la superficie dorsale del midollo spinale a una velocità transitoria mediante un driver elettromagnetico12,13. Questo dispositivo è simile agli impatti a orizzonte infinito, in quanto utilizza compressioni a breve distanza per causare lesioni al midollo spinale. Tuttavia, presenta vari limiti in quanto la determinazione iniziale del punto zero causerà errori dovuti alla presenza del liquido cerebrospinale 6,14. In sintesi, ci sono molti strumenti che possono essere utilizzati per sviluppare modelli animali di contusione da lesione del midollo spinale, ma tutti hanno alcune limitazioni che portano a un'insufficiente accuratezza e riproducibilità dei modelli animali. Pertanto, al fine di creare in modo più accurato, conveniente e riproducibile modelli di contusione murina di lesione del midollo spinale, è necessario un impattatore di lesioni del midollo spinale automatizzato e intelligente.
Presentiamo un nuovo impattatore per lesioni del midollo spinale, il sistema intelligente per lesioni del midollo spinale dell'Università di Guangzhou Jinan (sistema SCI intelligente G; Figura 1), per la produzione di modelli di contusione con lesione del midollo spinale. Il dispositivo utilizza un telemetro laser come dispositivo di posizionamento, combinato con una piattaforma mobile automatizzata per automatizzare i colpi in base ai parametri di sciopero impostati, tra cui la velocità di colpo, la profondità di colpo e il tempo di permanenza. Il funzionamento automatizzato riduce i fattori umani e migliora l'accuratezza e la riproducibilità dei modelli animali.

<table><tbody><tr><td>0,01 M PBS (polvere, pH7,2-7,4)</td><td>Solarbio Life Sciences</td><td>P1010</td><td></td></tr><tr><td>2,2,2-Tribromoetanolo</td><td>Macklin</td><td>75-80-9</td><td></td></tr><tr><td>4% paraformaldeide fissativo tissutale</td><td>Biosharp life science</td><td>BL539A</td><td></td></tr><tr><td>Biomicroscopio</td><td>Leica</td><td>LCC50 HD</td><td></td></tr><tr><td>CatWalk&nbsp;</td><td>Noldus Information Technology</td><td>CatWalk XT 9.1</td><td></td></tr><tr><td>Vetro di copertura</td><td>CITOTEST Scientific</td><td>10212432C</td><td></td></tr><tr><td>Macchina per l'inclusione</td><td>Changzhou Zhongwei Strumento elettronico</td><td>BMJ-A</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo assoluto</td><td>DAMAO</td><td>64-17-5</td><td></td></tr><tr><td>FootFaultScan</td><td>Clever Sys Inc.</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Vetrino</td><td>CITOTEST Scientific</td><td>80302-2104</td><td></td></tr><tr><td>Kit di colorazione ematossilina ed eosina</td><td>Beyotime Biotechnology</td><td>C0105S</td><td></td></tr><tr><td>trapano per micromolazione&nbsp;</td><td>FEIYUBIO</td><td>19-7010</td><td></td></tr><tr><td>Fissatore spinale di topo</td><td>RWD Life Science</td><td>68094</td><td></td></tr><tr><td>Microtomo di paraffina</td><td>Thermo</td><td>shandon finesse 325</td><td></td></tr><tr><td>RotaRod per topi</td><td>Ugo Basile</td><td>47600</td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscopio</td><td>KUY NICE</td><td>SZM-7045</td><td></td></tr><tr><td>Alcool terz-amilico</td><td>Macklin</td><td>75-85-4</td><td></td></tr><tr><td>Xilene</td><td>Cina Nazionale Farmaceutica</td><td>#10023418</td><td></td></tr></tbody></table>

impattatore automatizzato per il modello di lesione del midollo spinale contusivo nei topi

Automated Impactor for Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice

La lesione del midollo spinale (SCI) dovuta a lesioni traumatiche come incidenti stradali e cadute è associata a una disfunzione permanente del midollo spinale. La creazione di modelli di contusione della lesione del midollo spinale impattando sul midollo spinale provoca patologie simili alla maggior parte delle lesioni del midollo spinale nella pratica clinica. Modelli animali accurati, riproducibili e convenienti di lesione del midollo spinale sono essenziali per lo studio della lesione del midollo spinale. Presentiamo un nuovo dispositivo automatizzato per la contusione delle lesioni del midollo spinale per topi, il sistema intelligente per lesioni del midollo spinale dell'Università di Guangzhou Jinan, in grado di produrre modelli di contusione per lesioni del midollo spinale con precisione, riproducibilità e praticità. Il sistema produce con precisione modelli di vari gradi di lesione del midollo spinale tramite sensori di distanza laser combinati con una piattaforma mobile automatizzata e un software avanzato. Abbiamo utilizzato questo sistema per creare tre livelli di modelli di topi con lesione del midollo spinale, abbiamo determinato i loro punteggi della scala di topo Basso (BMS) e abbiamo eseguito saggi comportamentali e di colorazione per dimostrarne l'accuratezza e la riproducibilità. Mostriamo ogni fase dello sviluppo dei modelli di lesione utilizzando questo dispositivo, formando una procedura standardizzata. Questo metodo produce modelli murini riproducibili di contusione per lesioni del midollo spinale e riduce i fattori di manipolazione umana attraverso comode procedure di manipolazione. Il modello animale sviluppato è affidabile per lo studio dei meccanismi di lesione del midollo spinale e degli approcci terapeutici associati.

La laminectomia è stata eseguita su 24 topi femmina (8 settimane di età) come descritto sopra. I topi del gruppo sham (n = 6) non sono stati sottoposti a lesioni del midollo spinale, mentre il resto dei topi, compreso il gruppo da 0,5 mm (n = 6), il gruppo da 0,8 mm (n = 6) e il gruppo da 1,1 mm (n = 6) sono stati sottoposti a diverse profondità di conflitto del midollo spinale. I punteggi BMS sono stati regolarmente registrati fino a 1 mese dopo l'intervento (Figura 4). Ci sono state differenze significative nei punteggi BMS postoperatori dei topi in diversi gruppi. Dopo 1 mese, i topi nel gruppo di 0,5 mm hanno avuto da 4 a 6 punteggi postoperatori e si sono ripresi a un livello simile a quello del gruppo sham. I topi nei gruppi di 0,8 mm e 1,1 mm hanno avuto da 1 a 2 punteggi postoperatori. Dopo 1 mese, il gruppo da 0,8 mm ha recuperato da 4 a 6 punti, mentre i topi nel gruppo da 1,1 mm si sono ripresi a malapena.
Dopo 1 mese, sono stati eseguiti test comportamentali sugli animali, tra cui il difetto del piede, il rotarod e la passerella. Nel test del difetto del piede (Figura 5A), non sono state riscontrate differenze significative nel difetto del piede degli arti posteriori tra i gruppi da 0,5 mm e sham. Tuttavia, il difetto del piede degli arti posteriori per il gruppo di 0,8 mm era significativamente diverso da tutti gli altri gruppi. Il tasso di guasto del piede dei topi nel gruppo di 1,1 mm era del 100% perché gli arti posteriori non potevano sostenere l'animale a terra ed era significativamente diverso dagli altri gruppi. Nel test rotarod (Figura 5B), abbiamo registrato il tempo di latenza per cadere in diversi gruppi di topi. Entrambi i gruppi da 0,8 mm e 1,1 mm erano significativamente diversi dagli altri gruppi, ma il gruppo sham ha avuto risultati simili al gruppo da 0,5 mm. Nel test della passerella (Figura 6), abbiamo registrato e analizzato l'indice di regolarità e l'area di contatto massima posteriore in diversi gruppi di topi. C'erano differenze significative nell'indice di regolarità e nelle aree di contatto massime posteriori tra i topi in gruppi diversi, il che implica differenze significative nelle funzioni di deambulazione tra topi con diverse profondità di lesione del midollo spinale. Pertanto, è possibile creare modelli murini con diverse profondità di lesione del midollo spinale e con differenze significative nelle funzioni degli arti posteriori utilizzando il dispositivo sviluppato.
Infine, abbiamo resecato il midollo spinale dei topi (Figura 7A) e realizzato sezioni per la colorazione dell'ematossilina e dell'eosina (HE) (Figura 7C). Ci sono stati vari gradi di danno sia nelle immagini del midollo spinale che nelle sezioni colorate con HE. In sintesi, abbiamo sviluppato accuratamente diversi gradi di modelli murini con lesione del midollo spinale utilizzando lo strumento proposto.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig01.jpg"> Figura 1: Sistema intelligente per lesioni del midollo spinale dell'Università di Guangzhou Jinan (sistema G smart SCI). Fissare l'immobilizzatore spinale per immobilizzare il mouse sul tavolo portante. Impostare i parametri di impatto tramite touch screen. Utilizzare il microdriver laterale per regolare le posizioni laterali del supporto e utilizzare il touch screen per regolare le posizioni frontali. Il telemetro laser conferma la posizione dell'impatto e misura l'altezza dell'impatto in modo che la testa dell'impatto possa colpire con precisione in base alla posizione e alla profondità del colpo impostate. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig02.jpg"> Figura 2: Il touch screen operativo. (A) Nella pagina dei parametri è possibile impostare i parametri di danno, tra cui la velocità di impatto (0,5 -2,0 m/s), la profondità di impatto (0 -3 mm) e il tempo di permanenza (500 -2 ms). (B) Nella pagina in movimento, è possibile impostare l'altezza della testa d'impatto e la posizione del fissatore spinale. (C) Nella pagina di preparazione, facendo clic sul pulsante Pronto , si otterrà la regolazione automatica della testa d'impatto e del tavolo portante in una posizione specifica in base ai parametri impostati. Facendo clic sul pulsante Start , la testa d'impatto colpirà il midollo spinale in base ai parametri impostati. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig02large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig03.jpg"> Figura 3: Midollo spinale dopo una lesione. (A) Gruppo fittizio. L'immobilizzatore spinale ha immobilizzato le vertebre T10 e il midollo spinale è esposto dopo la laminectomia senza danni. (B) Gruppo da 0,5 mm. Il midollo spinale è stato leggermente danneggiato dopo essere stato colpito a una profondità di 0,5 mm e c'era una piccola quantità di congestione. (C) Gruppo da 0,8 mm. Il midollo spinale era moderatamente danneggiato e presentava un'evidente congestione dopo essere stato colpito ad una profondità di 0,8 mm. (D) gruppo 1,1 mm. Il midollo spinale è stato gravemente danneggiato dopo essere stato colpito a una profondità di 1,1 mm e c'era molta congestione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig03large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig04.jpg"> Figura 4: I punteggi BMS. I punteggi BMS dei topi sono stati registrati dal primo giorno postoperatorio a un mese dopo l'intervento (n = 6 /gruppo). *p&lt; 0,05, ** p &lt; 0,01, *** p &lt; 0,001 rispetto all'ANOVA unidirezionale. La data è espressa come media ± errore standard della media (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig04large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig05.jpg"> Figura 5: Test di calpestio e test di rotarod. (A) Difetti del piede degli arti posteriori in topi con diversi gradi di lesioni del midollo spinale (n = 6 /gruppo). p &lt;0,001 rispetto all'utilizzo di ANOVA unidirezionale. (B) La latenza alla caduta durante l'accelerazione del rotarod è stata confrontata tra topi con diversi gradi di lesioni del midollo spinale (n = 6 /gruppo). * p &lt; 0,05, *** p &lt; 0,001 rispetto all'utilizzo dell'ANOVA unidirezionale. La data è espressa come media ± errore standard della media (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig05large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig06.jpg"> Figura 6: Test della passerella. (A, C) Indici di regolarità in topi con diversi gradi di lesioni del midollo spinale (n = 6 /gruppo). * p &lt; 0,05, *** p &lt; 0,001 rispetto all'utilizzo dell'ANOVA unidirezionale. (B, D) Le aree di contatto massime posteriori sono state analizzate automaticamente utilizzando il software (n = 6 /gruppo). ** p &lt; 0,01, *** p &lt; 0,001 rispetto all'ANOVA unidirezionale. La data è espressa come media ± errore standard della media (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig06large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig07.jpg"> Figura 7: Colorazione del midollo spinale e H&amp;E. (A) Midollo spinale di topi con diversi gradi di lesione 1 mese dopo l'intervento chirurgico. (B) Cifre ingrandite. (C) Colorazione H&amp;E dei siti di lesione del midollo spinale in topi con diversi gradi di lesione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig07large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

Qui viene presentato un nuovo dispositivo automatizzato per la contusione da lesione del midollo spinale per topi, in grado di produrre con precisione modelli di contusione da lesione del midollo spinale con vari gradi.

Impattatore automatizzato per il modello di lesione del midollo spinale contusivo nei topi

Spinal cord injury (SCI) due to traumatic injuries such as car accidents and falls is associated with permanent spinal cord dysfunction. Creation of ...

Il mio ambito di ricerca include la patogenesi e i metodi di trattamento delle lesioni del midollo spinale. La nostra recente ricerca ha scoperto che vari biomateriali possono promuovere la riparazione della lesione del midollo spinale nei topi attraverso lo stress antiossidante. Lo sviluppo di sensori e tecnologie di biomateriali e la tecnologia di modificazione genica, nonché l'ottimizzazione di modelli di lesioni del midollo spinale stanno facendo progredire il nostro campo di ricerca.A causa della compressione e del meccanismo non completamente compreso della lesione del midollo spinale, è attualmente difficile curare la lesione del midollo spinale utilizzando un singolo intervento. In futuro, potrebbero essere necessari più metodi di intervento per la ricerca. Abbiamo scoperto che la compressione mentale immediata può partecipare al trattamento e alla riparazione della lesione del midollo spinale negli animali attraverso lo stress antiossidante.

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