Name: Geautomatiseerde impactor voor kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-01-19T12:55:00.000+00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Leer een geautomatiseerd kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen met het G smart SCI-systeem. Deze methode biedt precieze controle over letselparameters voor betrouwbaar onderzoek naar herstelmechanismen en therapeutische strategieën.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China, nrs. 82102314 (naar ZSJ) en 32170977 (naar HSL) en Natural Science Foundation van de provincie Guangdong, nrs. 2022A1515010438 (naar ZSJ) en 2022A1515012306 (naar HSL). Deze studie werd ondersteund door het Clinical Frontier Technology Program van het First Affiliated Hospital van Jinan University, China, nrs. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (naar HSL). Deze studie werd ondersteund door Guangzhou Science and Technology Plan Project, nrs. 202201020018 (naar HSL), 2023A04J1284 (naar ZSJ) en 2023A03J1024 (naar HSL).

De studies met dieren werden beoordeeld en goedgekeurd door de ethische commissie van de Jinan University.
1. Verdoving van dieren en T10 spinale laminectomie
<ol><li>Gebruik voor dit onderzoek vrouwelijke jongvolwassen C57/6J-muizen van 8 weken oud. Verdoof de muizen door intraperitoneale injectie van ketamine (100 mg/kg) en diazepam (5 mg/kg). Controleer op succesvolle anesthesie aangegeven door verlies van pijnreflex. Breng dierenartszalf aan op de ogen om uitdroging onder narcose te voorkomen.</li>
	<li>Scheer het haar op de rug van de muizen met een scheerapparaat om de huid te onthullen. Desinfecteer de huid met drie afwisselende rondes jodofoor en alcohol.</li>
	<li>Maak met een scalpel een mediale longitudinale incisie van 2,5 cm in de dorsale huid en leg de wervelkolom bloot op T9-T11-niveau met een pincet.</li>
	<li>Fixeer T10-facetten bilateraal met behulp van een spinale fixator. Zorg ervoor dat de wervelkolom stabiel vastzit. Zorg ervoor dat de paravertebrale spieren worden gestript en verwijder de processus spinosus en de laminae met behulp van een microslijpboor om het ruggenmerg van het T10-segment bloot te leggen.</li>
</ol>2. Kneuzing van het T10-ruggenmerg met behulp van het G smart SCI-systeem
<ol><li>Zet de schakelaar aan en wacht tot het apparaat automatisch terugkeert naar de oorspronkelijke staat. Plaats de spinale fixator in het G smart SCI-systeem en zet deze vast met schroeven.</li>
	<li>Stel met behulp van het bedieningsaanraakscherm (Figuur 2A) schadeparameters in, waaronder impactsnelheid (1 m/s), impactdiepte (0.5 mm, 0.8 mm en 1.1 mm voor drie verschillende sets muizen) en verblijftijd (500 ms)15.</li>
	<li>Lijn de laserafstandsmeter uit in het midden van het blootliggende ruggenmerg door het platform te verplaatsen. (Figuur 2B)</li>
	<li>Klik op de knop Gereed op het aanraakscherm (Figuur 2C). De slagkop past zich automatisch aan een specifieke hoogte aan op basis van instellingsparameters. De draagtafel verplaatst automatisch de plaats van de inslag van het ruggenmerg onder de slagkop.</li>
	<li>Druk handmatig op de slagkop om de inslagplaats verder te bepalen. Klik op de Start-knop , de slagkop raakt het ruggenmerg op basis van ingestelde parameters.</li>
	<li>Haal de muizen uit het apparaat en observeer onder een stereomicroscoop (20x) om een dwarslaesie vast te stellen (Figuur 3). Om het succes van modelontwikkeling te bepalen, observeert u lokale congestie, collaps en wervelvliesbreuk.</li>
	<li>Hecht de spier, fascia en huid laag voor laag met behulp van 3-0 hechtingen. Plaats de muizen in een warme doos en wacht op hun herstel.</li>
</ol>3. Postoperatieve zorg
<ol><li>Injecteer meloxicam (5 mg/kg) dagelijks subcutaan gedurende 7 dagen na de operatie. Leeg de blaas elke 8 uur handmatig totdat de blaasfuncties zijn hersteld.</li>
	<li>Verwijder 14 dagen na de operatie de hechtdraadjes.</li>
</ol>4. Testen van de effecten van ruggenmergletsel
<ol><li>Bereken de BMS-scores voor muizen vanaf de eerste postoperatieve dag16,17.</li>
	<li>Voer op de 30epostoperatieve dag diergedragsexperimenten uit, waaronder catwalk, voetfout en rotarod16,17. Catwalk: Recordafstand van 45 cm; Maximale looptijd 8 s; Camera winst 28.02; Intensiteitsdrempel 0,01. Voetfout: Noteer 60 stappen voor elke muis. Rotarod: Toerental 20 tpm. Noteer de tijd die de muis nodig heeft om te vallen en noteer deze als 120 s voor meer dan 120 s.</li>
	<li>Verdoof de muizen op de 31e postoperatieve dag door intraperitoneale injectie van ketamine (100 mg/kg) en diazepam (5 mg/kg) en euthanaseer de muizen vervolgens door perfusie met 4% PFA. Verwijder het ruggenmerg voorzichtig en onderschep 5 mm boven en onder de plaats van de verwonding voor het inbedden van paraffine. Maak een doorsnede van 5 μm van het midden van de dwarslaesie van de muis en voer hematoxyline- en eosinekleuringuit 17.</li>
	<li>Gebruik voor statistische analyse commerciële software. Gegevens uitdrukken als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM) en vergelijken met behulp van eenrichtings-ANOVA; P < 0,05 werd als significant beschouwd.</li>
</ol>

Een apparaat voor kneuzing van ruggenmergletsel voor nauwkeurige muismodellen

<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>

De auteurs verklaren dat er geen tegenstrijdige financiële belangen zijn.

Dwarslaesie kan leiden tot sensorische en motorische stoornissen, wat kan leiden tot ernstige lichamelijke en geestelijke beperkingen. In China varieert het aantal gevallen van ruggenmergletsels in verschillende provincies van 14,6 tot 60,6 per miljoen18. De toename van de prevalentie van dwarslaesie zal de druk op de gezondheidszorg vergroten. Momenteel zijn er beperkte effectieve behandelingsopties voor dwarslaesie, verwondingen omdat de pathomechanismen en herstelprocessen nog niet volledig worden begrepen19. Er is behoefte aan nauwkeurige en reproduceerbare diermodellen voor dwarslaesie om de pathomechanismen en herstelprocessen van ruggenmergletsels te onderzoeken. Hiervoor ontwikkelden we een nauwkeurig, herhaalbaar en eenvoudig dwarslaesie-instrument.
Veel apparaten, waaronder de NYU-MASCIS-impactor, oneindige horizon-impactor en OSU-impactor, worden gebruikt om kneuzingsmodellen van ruggenmergletsels te maken 8,9,12,13,20. Deze apparaten zijn complex om te bedienen en kunnen grote fouten veroorzaken als gevolg van verschillende vaardigheden van het personeel. Bovendien zijn er verschillende gebreken in het ontwerp van deze apparaten waardoor ze minder nauwkeurig en reproduceerbaar zijn6. De specifieke locatie van de dwarslaesie bepaalt de ernst ervan, dus tijdens het opstellen van dwarslaesiemodellen bepaalt de positioneringsmethode de nauwkeurigheid van modellering21. Het G smart SCI-systeem maakt gebruik van een laserafstandsmeter om de plaats van de dwarslaesie te lokaliseren en past de hoogte van de slagkop aan op basis van de afstandsmetergegevens om de slagdiepte in te stellen. Een ander percussie-apparaat dat gebruik maakt van laserpositionering is de Louisville injury system apparatus (LISA) impactor van de Indiana University School of Medicine15. Hoewel LISA gebruik maakt van laserpositionering, vereist het handmatige bepaling en aanpassing van de hoogte van de slagkop om een gecontroleerde slagdiepte te bereiken, wat de menselijke tussenkomst verhoogt. Ondertussen maakt LISA gebruik van pneumatische stakingen en laptopbesturing, die meer experimentele ruimte vergen en de bedrijfskosten verhogen10. Het G smart SCI-systeem vermindert menselijke fouten door het bedieningsproces semi-automatisch te maken en is gemakkelijk te verplaatsen vanwege het lichte ontwerp.
Op basis van ingestelde parameters kan het apparaat het ruggenmerg van muizen nauwkeurig beïnvloeden, waardoor modellen worden gemaakt met verschillende gradaties van ruggenmergletsels. In deze studie vertoonden muizen met verschillende gradaties van ruggenmergletsels significante verschillen in functies van de achterpoten. Belangrijk is dat de tests reproduceerbaar zijn en consistent SCI-modellen kunnen genereren.
In het protocol omvatten de meest kritieke stappen het nauwkeurig uitvoeren van laminectomie, het stabiliseren van de stekels van muizen en het gebruik van de laser voor nauwkeurige positionering om de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van het experiment te garanderen. Tijdens het ontwerpproces hebben we enkele verbeteringen aan het apparaat aangebracht. We ontdekten dat het podium na de aanval niet gemakkelijk kon terugkeren naar het bereikpunt, daarom hebben we een knop toegevoegd om terug te keren naar het bereikpunt. Bovendien konden de gewenste parameters niet snel worden aangepast, daarom hebben we een numeriek toetsenbord toegevoegd voor invoer. De langzaam opladende elektromagnetische aandrijving in de eerste versie was ook verbeterd. Dit apparaat is momenteel beperkt tot het opzetten van modellen met kneuzing van thoracale dwarslaesie. Er moeten studies worden uitgevoerd ter ondersteuning van het gebruik van dit instrument bij het opstellen van modellen voor dwarslaesie bij ratten of modellen voor cervicale dwarslaesie.
Verder beschreef Dr. Bilgen van de University of Kansas Medical School een computergestuurd impactorapparaat, dat letsel aan het centrale zenuwstelsel (CZS) kan veroorzaken, waaronder traumatisch hersenletsel (TBI) en ruggenmergletsel (SCI)22. Net als ons apparaat maakt dit apparaat ook gebruik van een verscheidenheid aan gecommercialiseerde apparatuur en systemen, dus het werd met succes gecommercialiseerd en23 gebruikt. De apparatuur die we beschrijven heeft de kenmerken van automatisering, nauwkeurigheid en gemak, en zal naar verwachting in de toekomst op de markt worden gebracht en meer dwarslaesieonderzoekers ten goede komen. 
Samengevat hebben we een geautomatiseerde ruggenmergimpactor voor muizen ontworpen om SCI-kneuzingsmodellen te maken. Het apparaat verbetert de nauwkeurigheid met een laserafstandsmeter en vermindert menselijke fouten via een geautomatiseerd bedieningsproces. Bovendien is het G smart SCI-systeem gemakkelijker te bedienen en te dragen dan andere apparaten, wat het onderzoek naar dwarslaesie gemakkelijker maakt. Belangrijk is dat het apparaat nauwkeurig en reproduceerbaar verschillende klassen van SCI-muizenmodellen kan creëren, afhankelijk van de behoeften van het experiment.

Dwarslaesie resulteert meestal in permanente disfunctie van het ruggenmerg onder het gewonde segment. Het wordt meestal veroorzaakt door voorwerpen die de wervelkolom raken en hyperextensie van de wervelkolom, zoals verkeersongevallenen valpartijen1. Vanwege de beperkte beschikbaarheid van effectieve behandelingsopties voor dwarslaesie, zal opheldering van de pathogenese van ruggenmergletsels met behulp van diermodellen informatief zijn voor de ontwikkeling van geschikte behandelingsbenaderingen. Het kneuzingsmodel van dwarslaesie veroorzaakt door impact op het ruggenmerg resulteert in de ontwikkeling van diermodellen met vergelijkbare pathologieën als de meesteklinische gevallen van ruggenmergletsel2,3. Daarom is het belangrijk om nauwkeurige, reproduceerbare en handige diermodellen voor kneuzing van ruggenmergletsel te produceren.
Sinds Allen's uitvinding van het eerste diermodel van dwarslaesie in 1911, is er grote vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van instrumenten voor het vaststellen van diermodellen voor dwarslaesie 4,5. Op basis van letselmechanismen worden dwarslaesiemodellen geclassificeerd als kneuzing, compressie, afleiding, ontwrichting, doorsnede of chemischestof 6. Onder hen zijn de kneuzingsmodellen, die externe krachten gebruiken om het ruggenmerg te verplaatsen en te verwonden, het dichtst bij de klinische etiologie van de meeste dwarslaesiepatiënten. Daarom is het kneuzingsmodel door veel onderzoekers gebruikt in onderzoeken naar dwarslaesie 3,7. Verschillende instrumenten worden gebruikt om modellen voor dwarslaesie te ontwikkelen. De impactor van de New York University (NYU) met multicenter dwarslaesie bij dieren (MASCIS) veroorzaakt kneuzingen van ruggenmergletsels door middel van een apparaat met gewichtdruppel8. Na verschillende bijgewerkte versies wordt de MASCIS-impactor veel gebruikt om diermodellen met dwarslaesie te ontwikkelen9. Wanneer de impactstaaf van MASCIS echter valt en het ruggenmerg raakt, kunnen er meerdere verwondingen optreden, wat van invloed is op de mate van letsel in dwarslaesiemodellen. Bovendien is het ook een uitdaging om mechanische precisie te bereiken om de nauwkeurigheid van het instrument en de herhaalbaarheid van het productiemodel te garanderen. De impactoren met oneindige horizon veroorzaken kneuzingen door de kracht die op het ruggenmerg wordt uitgeoefend te beheersen in plaats van zware druppels10. Het maakt gebruik van een computer die is aangesloten op een sensor om de impactkracht tussen de impactor en het ruggenmerg direct te meten. Wanneer de drempel is bereikt, wordt het botslichaam onmiddellijk ingetrokken, waardoor gewichtsterugkaatsing wordt voorkomen en de nauwkeurigheid wordt verbeterd10,11. Het gebruik van deze fijne motoriek om schade toe te brengen kan echter leiden tot inconsistente schade en functionele tekorten6. Het apparaat van de Ohio State University (OSU) comprimeert het dorsale oppervlak van het ruggenmerg met een voorbijgaande snelheid door een elektromagnetische driver 12,13. Dit apparaat is vergelijkbaar met de oneindige horizon-impactoren, omdat het compressies over korte afstand gebruikt om ruggenmergletsels te veroorzaken. Het heeft echter verschillende beperkingen in die zin dat de eerste bepaling van het nulpunt fouten zal veroorzaken als gevolg van de aanwezigheid van het hersenvocht 6,14. Samenvattend zijn er veel instrumenten die kunnen worden gebruikt om diermodellen voor dwarslaesie te ontwikkelen, maar ze hebben allemaal enkele beperkingen die leiden tot onvoldoende nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van diermodellen. Om nauwkeuriger, handiger en reproduceerbaarder muiskneuzingsmodellen van ruggenmergletsel te maken, is daarom een geautomatiseerde en intelligente dwarslaesie-impactor nodig.
We presenteren een nieuwe impactor voor dwarslaesie, Guangzhou Jinan University smart spinal cord injury system (G smart SCI system; Figuur 1), voor het maken van modellen voor dwarslaesiekneuzingen. Het apparaat maakt gebruik van een laserafstandsmeter als positioneringsapparaat, gecombineerd met een geautomatiseerd mobiel platform om aanvallen te automatiseren volgens ingestelde slagparameters, waaronder slagsnelheid, slagdiepte en verblijftijd. Geautomatiseerde bediening vermindert menselijke factoren en verbetert de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van diermodellen.

<table><tbody><tr><td>0.01M PBS (poeder, pH7.2-7.4)</td><td>Solarbio Life Sciences</td><td>P1010</td><td></td></tr><tr><td>2,2,2-Tribromoethanol</td><td>Macklin</td><td>75-80-9</td><td></td></tr><tr><td>4% paraformaldehyde weefselfixeermiddel</td><td>Biosharp life science</td><td>BL539A</td><td></td></tr><tr><td>Biomicroscoop</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>Dekglas</td><td>CITOTEST Scientific</td><td>10212432C</td><td></td></tr><tr><td>Inbeddingsmachine</td><td>Changzhou Zhongwei Electronic Instrument</td><td>BMJ-A</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol absoluut</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>Glijschaal</td><td>CITOTEST Scientific</td><td>80302-2104</td><td></td></tr><tr><td>Hematoxyline en Eosine Kleuringsset</td><td>Beyotime Biotechnology</td><td>C0105S</td><td></td></tr><tr><td>Microslijpboor&nbsp;</td><td>FEIYUBIO</td><td>19-7010</td><td></td></tr><tr><td>Muisruggengraatfixator</td><td>RWD Life Science</td><td>68094</td><td></td></tr><tr><td>Paraffine microtoom</td><td>Thermo</td><td>shandon finesse 325</td><td></td></tr><tr><td>RotaRod voor Muizen</td><td>Ugo Basile</td><td>47600</td><td></td></tr><tr><td>Stereomicroscoop</td><td>KUY NICE</td><td>SZM-7045</td><td></td></tr><tr><td>Tert-Amyl alcohol</td><td>Macklin</td><td>75-85-4</td><td></td></tr><tr><td>Xyleen</td><td>China National Pharmaceutical</td><td>#10023418</td><td></td></tr></tbody></table>

geautomatiseerde impactor voor kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen

Automated Impactor for Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice

Dwarslaesie (SCI) als gevolg van traumatische verwondingen zoals auto-ongelukken en vallen wordt in verband gebracht met permanente disfunctie van het ruggenmerg. Het maken van kneuzingsmodellen van ruggenmergletsel door het ruggenmerg te beïnvloeden, resulteert in vergelijkbare pathologieën als de meeste ruggenmergletsels in de klinische praktijk. Nauwkeurige, reproduceerbare en handige diermodellen van dwarslaesie zijn essentieel voor het bestuderen van dwarslaesie. We presenteren een nieuw geautomatiseerd apparaat voor kneuzing van ruggenmergletsel voor muizen, het slimme dwarslaesiesysteem van de Guangzhou Jinan University, dat modellen voor dwarslaesie kan produceren met nauwkeurigheid, reproduceerbaarheid en gemak. Het systeem produceert nauwkeurig modellen van verschillende gradaties van dwarslaesie via laserafstandssensoren in combinatie met een geautomatiseerd mobiel platform en geavanceerde software. We gebruikten dit systeem om drie niveaus van muizenmodellen voor ruggenmergletsel te maken, hun Basso-muisschaal (BMS)-scores te bepalen en zowel gedrags- als kleuringstests uit te voeren om de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid ervan aan te tonen. We tonen elke stap van de ontwikkeling van de letselmodellen met behulp van dit apparaat en vormen een gestandaardiseerde procedure. Deze methode produceert reproduceerbare modellen van dwarslaesie-kneuzingsmuizen en vermindert menselijke manipulatiefactoren via handige hanteringsprocedures. Het ontwikkelde diermodel is betrouwbaar voor het bestuderen van dwarslaesiemechanismen en bijbehorende behandelingsbenaderingen.

Laminectomie werd uitgevoerd op 24 vrouwelijke muizen (8 weken oud) zoals hierboven beschreven. Muizen in de schijngroep (n=6) werden niet onderworpen aan ruggenmergletsel, terwijl de rest van de muizen, inclusief de 0,5 mm-groep (n=6), de 0,8 mm-groep (n=6) en de 1,1 mm-groep (n=6) werden blootgesteld aan verschillende diepten van ruggenmergimpingement. De BMS-scores werden regelmatig geregistreerd tot 1 maand postoperatief (figuur 4). Er waren significante verschillen in postoperatieve BMS-scores van muizen in verschillende groepen. Na 1 maand hadden muizen in de 0,5 mm-groep 4 tot 6 postoperatieve scores en herstelden ze zich tot een vergelijkbaar niveau als de schijngroep. Muizen in groepen van 0,8 mm en 1,1 mm hadden 1 tot 2 postoperatieve scores. Na 1 maand herstelde de 0,8 mm-groep zich tot 4 tot 6 scores, terwijl muizen in de 1,1 mm-groep nauwelijks herstelden.
Na 1 maand werden diergedragstesten, waaronder voetfout, rotarod en catwalk, uitgevoerd. In de voetfouttest (figuur 5A) waren er geen significante verschillen in voetfout van de achterpoten tussen de 0,5 mm- en schijngroep. De voetfout van de achterpoten voor de 0,8 mm-groep verschilde echter significant van alle andere groepen. Het percentage voetfouten van muizen in de 1,1 mm-groep was 100% omdat de achterpoten het dier niet op de grond konden ondersteunen en significant verschilden van de andere groepen. In de rotarod-test (Figuur 5B) registreerden we de tijd van latentie om te vallen in verschillende groepen muizen. Zowel de 0,8 mm- als de 1,1 mm-groep verschilden significant van de andere groepen, maar de schijngroep had vergelijkbare resultaten als de 0,5 mm-groep. In de catwalktest (Figuur 6) registreerden en analyseerden we de regelmatigheidsindex en het achterste maximale contactoppervlak bij verschillende groepen muizen. Er waren significante verschillen in regelmaat index en achterste maximale contactgebieden tussen muizen in verschillende groepen, wat significante verschillen in loopfuncties impliceert tussen muizen met verschillende diepten van ruggenmergletsel. Daarom kunnen muizenmodellen met verschillende diepten van ruggenmergletsel en met significante verschillen in hun achterpootfuncties worden gemaakt met behulp van het ontwikkelde apparaat.
Ten slotte hebben we het ruggenmerg van muizen verwijderd (Figuur 7A) en secties gemaakt voor hematoxyline- en eosine (HE)-kleuring (Figuur 7C). Er waren verschillende gradaties van schade in zowel ruggenmergbeelden als HE-gekleurde secties. Samenvattend hebben we met behulp van het voorgestelde instrument nauwkeurig verschillende gradaties van muizenmodellen voor ruggenmergletsels ontwikkeld.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig01.jpg"> Figuur 1: Guangzhou Jinan universiteit Smart dwarslaesiesysteem (G smart SCI systeem). Bevestig de spinale startonderbreker voor het immobiliseren van de muis op de draagtafel. Stel impactparameters in via het touchscreen. Gebruik een laterale microdriver om de laterale posities van de drager aan te passen en gebruik het touchscreen om de frontale posities aan te passen. De laserafstandsmeter bevestigt de impactpositie en meet de impacthoogte, zodat de impactkop nauwkeurig kan slaan volgens de ingestelde slagpositie en diepte. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig02.jpg"> Figuur 2: Het touchscreen van de bediening. (A) Op de parameterpagina kunnen de schadeparameters, waaronder de impactsnelheid (0,5 -2,0 m/s), de impactdiepte (0 -3 mm) en de verblijftijd (500 -2 ms) worden ingesteld. (B) Op de bewegende pagina kan de hoogte van de slagkop en de positie van de spinale fixator worden ingesteld. (C) Als u op de voorbereidingspagina op de knop Gereed klikt, worden de slagkop en de draagtafel automatisch in een specifieke positie gezet op basis van de ingestelde parameters. Door op de Start-knop te klikken, raakt de slagkop het ruggenmerg op basis van de ingestelde parameters. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig02large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig03.jpg"> Figuur 3: Ruggenmerg na letsel. (A) Schijngroep. De spinale startonderbreker immobiliseerde de T10-wervels en het ruggenmerg wordt na laminectomie zonder schade blootgelegd. (B) Groep van 0,5 mm. Het ruggenmerg raakte licht gewond nadat het op een diepte van 0,5 mm was geraakt en er was een kleine hoeveelheid congestie. (C) Groep van 0,8 mm. Het ruggenmerg was matig gewond en had duidelijke congestie nadat het op een diepte van 0,8 mm was geraakt. (D) 1,1 mm groep. Het ruggenmerg raakte ernstig gewond nadat het op een diepte van 1,1 mm was geraakt en er was veel congestie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig03large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig04.jpg"> Figuur 4: De BMS-scores. De BMS-scores van muizen werden geregistreerd vanaf de eerste postoperatieve dag tot een maand postoperatief (n = 6 /groep). *p< 0,05, ** p < 0,01, *** p < 0,001 vergeleken met eenrichtings-ANOVA. De datum wordt uitgedrukt als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig05.jpg"> Figuur 5: Voetvaltest en rotarodtest. (A) Voetfouten van de achterpoten bij muizen met verschillende gradaties van ruggenmergletsels (n = 6 /groep). p <0,001 vergeleken met eenrichtings-ANOVA. (B) De latentie om te vallen tijdens de versnellende rotarod werd vergeleken bij muizen met verschillende gradaties van ruggenmergletsels (n = 6 /groep). * p < 0,05, *** p < 0,001 in vergelijking met eenrichtings-ANOVA. De datum wordt uitgedrukt als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig05large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig06.jpg"> Figuur 6: Catwalktest. (A, C) Regelmatigheidsindices bij muizen met verschillende gradaties van ruggenmergletsels (n = 6 /groep). * p < 0,05, *** p < 0,001 in vergelijking met eenrichtings-ANOVA. (B, D) Achterste maximale contactgebieden werden automatisch geanalyseerd met behulp van de software (n = 6 /groep). ** p < 0,01, *** p < 0,001 in vergelijking met enkele reis ANOVA. De datum wordt uitgedrukt als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig06large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65656/65656fig07.jpg"> Figuur 7: Kleuring van het ruggenmerg en H&E. (A) Ruggenmerg van muizen met verschillende gradaties van letsel 1 maand na de operatie. (B) Uitvergrote cijfers. (C) H&E-kleuring van dwarslaesieplaatsen bij muizen met verschillende gradaties van letsel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65656/65656fig07large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

Hier wordt een nieuw geautomatiseerd apparaat voor kneuzing van ruggenmergletsel voor muizen gepresenteerd, dat nauwkeurig modellen voor dwarslaesie met verschillende gradaties kan produceren.

Geautomatiseerde impactor voor kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen

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

Mijn onderzoeksscope omvat de pathogenese en de behandelmethoden van dwarslaesie. Uit ons recente onderzoek is gebleken dat verschillende biomaterialen het herstel van ruggenmergletsel bij muizen kunnen bevorderen door middel van antioxidantstress. De ontwikkeling van biomateriaalsensoren, technologieën en de genmodificatietechnologie, evenals de optimalisatie van dwarslaesiemodellen bevorderen ons onderzoeksveld.Vanwege het kompres en het onvolledig begrepen mechanisme van ruggenmergletsel, is het momenteel moeilijk om een dwarslaesie te genezen met een enkele ingreep. In de toekomst kunnen meerdere interventiemethoden nodig zijn voor onderzoek. We ontdekten dat mentaal onmiddellijk kompres kan deelnemen aan de behandeling en het herstel van ruggenmergletsel bij dieren door middel van antioxidantstress.

automated-impactor-for-contusive-spinal-cord-injury-model-in-mice

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Een betrouwbare en herhaalbare manier om een ​​eenzijdige cervicale dwarslaesie het gebruik van de oneindige horizon botslichaam te produceren wordt beschreven. De methode maakt gebruik van een speciaal ontworpen frame en vast te klemmen aan de wervelkolom te stabiliseren. De gestandaardiseerde procedure en biomechanische letsel parameters resulteren in een toereikende en duurzame verwondingen.

Een Contusive model van eenzijdige cervicale ruggenmerg letsel met behulp van de Oneindige Horizon Impactor

Source: Elzat, E. Y. Y., et al., Establishing a Mouse Contusion Spinal Cord Injury Model Based on a Minimally Invasive Technique. J. Vis. Exp. (2022).This video demonstrates the method for inducing a contusion injury at the T9 level spinal cord in a mouse model, using a spinal cord injury coaxial platform. A weight is dropped on the T9 level spinal cord that creates a contusion that immediately causes tissue discoloration and swelling.

Inducing a Spinal Cord Contusion in a Mouse Model Using a Spinal Cord Injury Coaxial Platform

Een kneuzing model van ernstige dwarslaesie wordt beschreven. Gedetailleerde preoperatieve, operatieve en post-operatieve stappen worden beschreven om een ​​consistent model te verkrijgen.

Een Kneuzing Model van Severe ruggenmergletsel bij ratten

Vertebrale stabilisatie is noodzakelijk voor het minimaliseren van variabiliteit en voor het produceren van consistente experimentele ruggenmergletsels. Met een aangepaste stabiliserende inrichting in combinatie met de NYU / Mascis slaginrichting, hebben we hier aangetoond dat de juiste apparatuur en procedure voor het genereren reproduceerbare hemi-contusive cervicale (C5) ruggenmergletsel bij volwassen ratten.

A Novel Vertebral Stabilization werkwijze voor het produceren Contusive Spinal Cord Injury

Dwarslaesie is een traumatische aandoening die ernstige morbiditeit en hoge sterfte veroorzaakt. In dit werk beschrijven we in detail een kneuzing model van dwarslaesie bij muizen, gevolgd door een transplantatie van neurale stamcellen.

Neurale stamceltransplantatie bij Experimentele Contusive Model van Spinal Cord Injury

Modellen van ruggenmergletsel dienen zeer reproduceerbaar te zijn. We tonen aan dat het gekalibreerde forcepscompressiemodel van ruggenmergletsel een gemakkelijk te gebruiken chirurgische methode is voor het genereren van reproduceerbare letsels aan het muisruggenmerg.

Gekalibreerde tang Model van Spinal Cord Injury Compression

Dit artikel beschrijft een methode voor het genereren van een reproduceerbare spinale cord compressie letsel (SCI) in de neonatale muis. Het model biedt een voordelige platform voor het bestuderen van mechanismen van adaptieve plasticiteit die ten grondslag liggen aan spontane functionele herstel.

Een Neonatale Mouse Spinal Cord Injury Compressie Model

Hersenschudding vormt het meest voorkomende type traumatische hersenschade. Daarom kan een repetitief hersenschuddend dierenmodel, dat de belangrijkste kenmerken van een verwonding bij patiënten repliceert, een manier bieden om hersenschudding op een rigoureuze, gecontroleerde en efficiënte manier te bestuderen.

Een Repetitive Concussive Head Injury Model in Muizen

Wij introduceren een weefselverplaatsingsgebaseerd contusief ruggenmergbeseringsmodel dat een consequente contusieve ruggengraatbesering in volwassen muizen kan veroorzaken.

Een Weefselverplaatsing-gebaseerde Contusive Spinal Cord Injury Model in Muizen

Hier beschrijven we een protocol voor de inductie van muriene traumatisch hersenletsel via een open-Head gecontroleerd corticale impact.

Murine model van gecontroleerde corticale impact voor de inductie van traumatisch hersenletsel

Minimaal invasieve technieken en een eenvoudig laboratoriumapparaat verbeteren de reproduceerbaarheid van het ruggenmergletselmodel door operatieve schade aan de proefdieren te verminderen en anatomisch morfologisch onderhoud mogelijk te maken. De methode is de moeite waard omdat de betrouwbare resultaten en reproduceerbare procedure het onderzoek naar de mechanismen van ziekteherstel vergemakkelijken.

Het opzetten van een muiskneuzingsletselmodel op basis van een minimaal invasieve techniek

Leer een geautomatiseerd kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen met het G smart SCI-systeem. Deze methode biedt precieze controle over letselparameters voor betrouwbaar onderzoek naar herstelmechanismen en therapeutische strategieën.

Geautomatiseerde impactor voor kneuzingsmodel voor dwarslaesie bij muizen

Meer video's verkennen