무한 호라이즌 임팩터을 사용하여 일방적 경부 척수의 부상의 Contusive 모델

이 프로시저의 전반적인 목표는 infinite horizon impactor를 사용하여 경추 일측성 타박상 모델을 유도하는 것입니다. 이는 먼저 맞춤 설계된 프레임과 클램프를 제작함으로써 수행됩니다. 그다음, 경추를 클램프에 고정합니다.

그 후 동물을 척수 손상을 위해 임팩터(impactor) 내에 배치합니다. 절차의 마지막 단계는 경추 척수를 손상시키는 것입니다. 이 절차를 통해 지속적이고 충분한 기능적 결손이 나타나는 일관된 손상 모델을 생성할 수 있습니다.

궁극적으로, 이 손상 모델의 재현성이 높고 이환율이 낮다는 점은 척수 손상 연구에 사용되는 동물의 수를 줄여줍니다. 이 절차의 시연은 지난 몇 년 동안 척수에 일관되고 재현 가능한 생체역학적 힘을 가하기 위해 이 모델의 개발을 주도해 온 제 연구실의 연구원 j Lee가 맡게 됩니다. 본 절차에서는 infinite horizon(IH) 척수 손상 임팩터, 클램프 및 고정용 프레임을 사용합니다.

해당 동물은 IH impactor를 수용할 수 있도록 맞춤 설계 및 제작되었습니다. 동물이 수술 가능 수준의 마취 상태에 도달한 것을 확인한 후, 동물을 stereotaxic frame에 고정하고 등쪽 근육층을 조심스럽게 절개하여 척추를 노출시킵니다. C4에서 C6 층판이 노출되면, 미세 팁 Friedman Pearson 가위를 사용하여 척추 양측의 횡돌기 아래쪽을 절개함으로써 C4에서 C6의 횡돌기 아래에 클램프를 장착할 수 있도록 합니다.

클램프 삽입을 용이하게 하기 위해 경추 5번(C five)의 왼쪽 엽판(lamina)을 조심스럽게 제거하여 경막과 척수를 시각화합니다. 1.5 centimeter 직경의 막대를 팔 아래로 밀어 넣어 동물을 지지하고 척수를 들어 올립니다. 클램프의 턱 부분을 경추 4번(C four)에서 6번(C six)의 가로돌기(transverse processes)에 맞춘 후 나사를 조입니다. 22.5도 각도로 고정된 프레임의 중앙 막대 두 개에 있는 금속 홀더에 클램프를 삽입합니다.

동물이 평평하게 놓일 때까지 시저 잭을 들어 올립니다. 클램프 위에 작은 원통형 수평계를 놓아 클램프가 수평인지 확인하십시오. 나사를 조여 모든 나사가 단단히 고정되었는지, 그리고 장치가 움직임 없이 견고하게 설정되었는지 확인하는 것이 중요합니다.

IH 임팩터의 수직 조절 노브와 두 개의 수평 조절 노브를 사용하여, 임팩터 팁의 중심이 C6 극돌기 정점 위에 위치하도록 팁을 내리고 조준합니다. 임팩터 팁이 중앙에 위치하면, Y축 조절 노브를 1.4 millimeters 돌려 팁을 왼쪽으로 측면 이동시킵니다. x축 수평 조절 노브를 사용하여 팁을 C5의 중앙으로 이동시킵니다.

다음으로, 팁을 경막 바로 위까지 내리고 임팩터 팁이 회백질의 외측 절반을 향하도록 조절합니다. 수직 조절 노브를 돌려 팁을 경막에서 4 mm 위로 올립니다. IH 임팩터 소프트웨어를 사용하여 충격 부위가 건조한지 면봉으로 확인하십시오.

프로그램에서 원하는 힘을 150 kilodons로 설정하고 실험 시작(start experiment)을 선택하여 충격을 가합니다. 이 애니메이션은 150 kilodons의 힘 설정과 22.5도의 각도에서 경수(cervical spinal cord)의 횡단면에서 일측성 손상이 어떻게 발생하는지 보여줍니다. 힘-시간 그래프가 삽입 그림으로 표시되어 있습니다.

이 그래프들은 IH 충격기로 가해진 전형적인 150 kilodon D 타박상의 기록된 시간 대비 변위 및 시간 대비 힘을 보여줍니다. 빨간색 화살표는 충격기가 20 kilodon에 도달하여 변위 기록이 시작된 시점을 나타냅니다. 기록 결과, 실제로 도달한 힘은 152 kilodon이었으며, 척수 내로의 충격 또는 변위는 1,287 µm로 측정되었습니다.

네 가지 행동 테스트 결과, 척수 손상으로 인해 실험 기간 동안 통계적으로 유의미한 사지 장애가 발생했으며, 이는 동측 전지(ipsilateral forelimb)에만 국한되었습니다. 모든 경우에서 장애는 손상 후 6주 전체 기간 동안 지속되었습니다. 전형적인 150 kilo nine 타박상을 가로지르는 일련의 척수 절편들은 해당 손상으로 인해 동측의 회백질과 백질이 손상되었음을 보여줍니다.

손상 측의 적핵척수로와 피질척수로 모두 손상 영역에 포함됩니다. 하지만, 이러한 경로 내의 일부 축삭이 보존되었을 가능성을 배제할 수 없습니다. 80% 이상의 동물에서 뇌실질 손상이 동측에 국한되었습니다.

추가 단면의 정량 분석을 통해 백질 및 회질 보존의 누적 확산 범위를 대략적으로 추정할 수 있으며, 본 사례의 경우 손상 중심점에서 주둥이 쪽(rostral)과 꼬리 쪽(caudal)으로 2,400 µm입니다. 반대측과 비교했을 때 동측에서는 백질의 51.8%만 보존되었으며, 회질은 39.7%만이 남아 있었습니다. 이 영상을 시청한 후에는 infinite horizon impactor를 사용하여 일관된 경추 단측 척수 손상을 유발하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

이 손상 모델은 척수 손상에 대한 잠재적인 전임상 치료법을 테스트하는 데 유용한 도구를 제공할 뿐만 아니라, 모델의 재현성을 통해 이러한 유형의 척수 손상 연구에 사용되는 동물 수를 줄일 수 있게 해줄 것입니다. 본 연구진이 매우 매력적이라고 생각하는 이 모델의 또 다른 측면은 동물의 이환율이 최소화된다는 점입니다. 결손이 한쪽 앞다리에 국한되는데, 이러한 이환율 최소화 노력은 전임상 척수 손상 연구를 수행하는 데 있어 중요한 요소라고 생각합니다.