Nowatorska metoda stabilizacji kręgów w leczeniu kontuzjogennego uszkodzenia rdzenia kręgowego
January 5th, 2015
Stabilizacja kręgów jest niezbędna do zminimalizowania zmienności i do uzyskania konsekwentnych eksperymentalnych urazów rdzenia kręgowego. Korzystając z dostosowanego aparatu stabilizującego w połączeniu z urządzeniem impaktorowym NYU/MASCIS, pokazaliśmy tutaj właściwy sprzęt i procedurę generowania powtarzalnych urazów rdzenia kręgowego z powodu hemi-stuzugi kręgosłupa szyjnego (C5) u dorosłych szczurów.
Ogólnym celem tej procedury jest wygenerowanie spójnego, dokładnego i powtarzalnego urazu rdzenia kręgowego przy użyciu nowatorskiego stabilizatora kręgów, który może być używany z wieloma urządzeniami SCI. Osiąga się to poprzez staranne wypreparowanie tkanki otaczającej kręgi szyjne, przy zachowaniu ostrożności w celu zminimalizowania krwotoku. Drugim krokiem jest umieszczenie zwierzęcia w urządzeniu stabilizującym i ustabilizowanie kręgów za pomocą ząbkowanych ramion stabilizujących.
Następnie wykonaj laminektomię, aby odsłonić docelowy obszar rdzenia kręgowego. Ostatnim krokiem jest zamontowanie urządzenia stabilizującego w kształcie litery U do mas NYU, impaktora i wykonanie SCI Ostatecznie za pomocą nowatorskiego urządzenia stabilizującego generowany jest spójny, powtarzalny uraz rdzenia kręgowego. Dzisiaj zademonstrujemy zastosowanie naszego unikalnego urządzenia do stabilizacji chirurgicznej w połączeniu z impaktorem rdzenia kręgowego Uniwersytetu Nowojorskiego do tworzenia spójnych, powtarzalnych, sprzyjających urazów rdzenia kręgowego.
Używamy tego urządzenia stabilizującego w naszym laboratorium do generowania urazów rdzenia kręgowego, a także do operacji transplantacyjnych i mikroiniekcyjnych oraz obrazowania. Rozpocznij tę procedurę od oczyszczenia powierzchni operacyjnej 70% etanolem. Umieść poduszkę grzewczą na obszarze operacyjnym i włącz poduszkę grzewczą.
Następnie umieść sterylne waciki z gazy i narzędzia chirurgiczne do autoklawu w obszarze operacyjnym. Po pokryciu powierzchni sterylną obłożką chirurgiczną należy użyć sterylizatora mikrokulkowego do sterylizacji międzychirurgicznej narzędzi chirurgicznych. Stabilizator należy również oczyścić 70% etanolem przed i między operacjami.
Teraz znieczulij szczura przez wstrzyknięcie dootrzewnowe ketaminy ksylazyny i potwierdź głębokość znieczulenia za pomocą bodźca szczypania palców. Następnie nałóż maść ochronną na oczy zwierzęcia, aby zapobiec wysuszeniu rogówki. Następnie ogol grzbiet szczura od środkowej części klatki piersiowej do głowy.
Następnie usuń sierść za pomocą odkurzacza wyposażonego w filtr HEPA. Następnie nałóż Betadine na ogolony obszar jako peeling chirurgiczny i oczyść obszar chusteczkami nasączonymi 70% alkoholem izopropylowym. Przed zabiegiem chirurgicznym wstrzyknąć podskórnie od 0,01 do 0,05 miligrama na kilogram buprenorfiny i pięć miligramów na kilogram karprofenu.
Buprenorfina powinna być następnie podawana co osiem do 12 godzin, a karprofen raz dziennie przez pierwsze cztery do siedmiu dni po operacji. Użyj ostrza skalpela, aby wykonać trzy- lub czterocentymetrowe nacięcie w linii środkowej skóry od podstawy głowy do środkowej części klatki piersiowej. Następnie zidentyfikuj linię środkową powięzi i mięśnie podskórne przed gruczołem hibernacyjnym w dolnej części szyi.
Przetnij mięsień czworoboczny i inne mięśnie wzdłuż linii środkowej, aby zmniejszyć krwotok. Znajdź tkankę tłuszczową leżącą pod mięśniami w linii środkowej. Przetnij mięśnie przykolczaste rozpieszczone.
Następnie oddziel warstwy mięśniowe za pomocą małego retraktora tkankowego, aż do osiągnięcia poziomu wyrostka kolczystego T dwa klatki piersiowej. Następnie odetnij mięsień połączony z wyrostkiem kolczystym T dwa i wykorzystaj tę strukturę jako anatomiczny punkt orientacyjny. Następnie usuń chrzęstną końcówkę wyrostka kolczystego T2, aby poprawić widoczność kręgów szyjnych.
Oddziel mięśnie przykręgosłupowe bocznie od wyrostków kolczystych i laminuj, jednak oszczędź mięsień pokrywający blaszkę C3, aby zapobiec krwawieniu. Następnie przetnij mięśnie nad lamini bocznie w kierunku fasetek po obu stronach kręgosłupa. Po odsłonięciu lamini kręgosłupa umieść zwierzę w kanale stabilizatora w kształcie litery U.
Zlokalizuj kręg C pięć, licząc wyrostki kolczyste od punktu orientacyjnego T dwa do T jeden C siedem, C sześć i na końcu C pięć. W tej procedurze ustaw dwa ramiona stabilizatora ze stali nierdzewnej tak, aby zawiesić zwierzę, umieszczając ząbkowane krawędzie ramion pod bocznymi ściankami C od pięciu do sześciu kręgów. Po zabezpieczeniu ramion z kręgami na miejscu, wyreguluj aparat stabilizujący, aby upewnić się, że kręgosłup jest wypoziomowany i wyśrodkowany.
Na koniec zablokuj ramiona, dokręcając tam skrzydełkowe stabilizatora. Następnie przetnij więzadła między wyrostkami rdzeniowymi i lamini w C od czterech do pięciu i C od pięciu do sześciu. Aby zlokalizować brzeg blaszki C pięć za pomocą mikro ronu, odetnij połowę blaszki po prawej stronie C pięć dla SCI.
Po laminektomii należy przetransportować zwierzę ze stabilizatorem ze stołu operacyjnego do urządzenia do urazu. Zabezpiecz zwierzę razem ze stabilizatorem na uchwycie, który jest przymocowany do urządzenia do urazu. Precyzyjnie wyrównaj tłok z celem rdzenia kręgowego za pomocą bocznego mikromanipulatora pod dużym powiększeniem.
Zlokalizuj strefy wejścia korzenia grzbietowego C pięć i C sześć na odsłoniętej grzbietowej powierzchni rdzenia kręgowego bez podczas otomii. Skierować tłok na środek dwóch zidentyfikowanych DRE Z i w połowie odległości między linią środkową a boczną krawędzią rdzenia kręgowego. Używając urządzenia do udaru masowego NYU z końcówką o średnicy 2,5 milimetra, wytwórz stłuczenie C pięć HEMI za pomocą 10-gramowego pręta na wysokości upadku 12,5 milimetra.
Zweryfikuj wizualnie uraz na podstawie siniaka na rdzeniu kręgowym i sprawdź parametry urazu dostarczone przez oprogramowanie NYU. Następnie zszyj mięśnie i tkanki miękkie i zamknij nacięcie skóry zszywkami chirurgicznymi. Nałóż maść przeciwbakteryjną na miejsce operacji i podaj zwierzęciu 5,0 mililitrów sterylnego 0,9% soli fizjologicznej podskórnie w celu nawodnienia.
Następnie umieść zwierzę w środowisku o kontrolowanym cieple z wilgotnym jedzeniem na pościeli i butelką na wodę z długim dziobkiem dla łatwego dostępu, umieszczoną na podłodze klatki. Należy zapewnić odpowiednią rekonwalescencję przed powrotem zwierzęcia do klatki domowej. Rysunek ten ilustruje odczyt bardzo dobrego uderzenia z pomiarami danych błędu procentowego dla uderzenia, prędkości pręta, wysokości początkowej i czasu rozpoczęcia, wszystkie wartości mieszczą się w oknie akceptowalnego błędu.
I odwrotnie, panel ten pokazuje dane powstałe w wyniku niewłaściwego uderzenia spowodowanego niewłaściwą stabilizacją kręgosłupa i błędem podczas zerowania pręta udarowego na powierzchni rdzenia kręgowego. Przed ustawieniem wysokości pręta udarowego, to urządzenie stabilizujące unieruchamia rdzeń kręgowy. Jednak ogromną zaletą tego urządzenia jest mobilność, jaką zapewnia podczas transportu ustabilizowanego zwierzęcia ze stołu operacyjnego do stacji mikroiniekcji transplantacyjnych do urządzenia udarowego lub stanowiska obrazowania.
Stabilizacja bocznych wyrostków kręgowych pozwala na stabilizację określonych kręgów będących przedmiotem zainteresowania, co pozwala na bardziej powtarzalne uszkodzenie rdzenia kręgowego Spójność i odtwarzalność są kluczowymi czynnikami dla eksperymentalnych modeli urazów rdzenia kręgowego w celu zminimalizowania zmienności i optymalizacji wyjaśnienia efektów terapii, z których wszystkie są ważne dla zastosowania w kierunku tłumaczenia klinicznego i znalezienia lekarstwa na uraz rdzenia kręgowego.
Przegląd
Ten artykuł przedstawia metodę generowania spójnych i powtarzalnych urazów rdzenia kręgowego u dorosłych szczurów z wykorzystaniem nowego stabilizatora kręgowego. Procedura ma na celu zminimalizowanie zmienności w eksperymentalnych urazach rdzenia kręgowego poprzez zastosowanie dostosowanego urządzenia stabilizującego w połączeniu z urządzeniem uderzeniowym NYU/MASCIS.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Badania nad urazami rdzenia kręgowego
- Techniki eksperymentalne
Tło
- Urazy rdzenia kręgowego (SCI) wymagają precyzyjnych metodologii dla zapewnienia powtarzalności.
- Zmienność w urazach może prowadzić do niespójnych wyników eksperymentalnych.
- Zastosowanie stabilizatorów może poprawić dokładność modeli SCI.
- Poprzednie metody nie zapewniały niezbędnej spójności dla wiarygodnych wyników.
Cel badania
- Opracowanie wiarygodnej techniki wytwarzania półobwoduczących urazów szyjnego odcinka rdzenia kręgowego.
- Wykazanie skuteczności nowego stabilizatora kręgowego.
- Zapewnienie powtarzalności w eksperymentach z urazami rdzenia kręgowego.
Zastosowane metody
- Sekcja tkanki otaczającej kręgi szyjne.
- Umieszczenie szczura w urządzeniu stabilizującym.
- Wykonanie laminektomii w celu ekspozycji rdzenia kręgowego.
- Zastosowanie urządzenia uderzeniowego NYU/MASCIS do stworzenia urazu.
Główne wyniki
- Udało się osiągnąć spójne i powtarzalne urazy rdzenia kręgowego.
- Urządzenie stabilizujące skutecznie zminimalizowało zmienność.
- Wizyjne zweryfikowanie urazu potwierdziło sukces metody.
- Pomiar danych wskazał akceptowalne marginesy błędów dla uderzenia.
Wnioski
- Nowe urządzenie stabilizujące poprawia powtarzalność modeli SCI.
- Ta metoda może być stosowana w różnych kontekstach badań nad urazami rdzenia kręgowego.
- Przyszłe badania mogą opierać się na tej technice dla dalszych postępów.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Reliable preclinical spinal cord injury (SCI) models are critical for translational neuroscience and therapeutic development. This vertebral stabilization method addresses a key reproducibility bottleneck by minimizing spinal column movement during contusive injury, directly impacting the predictive confidence of SCI studies. Enhanced model consistency supports robust target validation and risk-adjusted portfolio advancement in neuroregeneration pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables rigorous interrogation of neuroprotective and regenerative hypotheses in a controlled injury context.
- Reduces biological variability, supporting functional target validation and mechanistic de-risking.
- Improves predictive confidence for early-stage therapeutic screening and portfolio triage.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation of standardized, reproducible SCI models for downstream compound evaluation.
- Supports quantitative assessment of injury parameters, enhancing assay reliability and comparability.
- Enables scalable, platform-ready workflows for screening neuroactive agents or cell therapies.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical models with clinically relevant injury mechanisms, improving translational continuity.
- Supports biomarker discovery and validation in disease-relevant systems.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on reproducible injury outcomes.
Pipeline & Workflow Integration
This stabilization method integrates at the interface of early discovery, lead identification, and preclinical validation for SCI and neuroregeneration programs.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by ensuring consistent injury induction.
- Screening: Provides reproducible models and quantitative outputs for reliable compound or cell therapy evaluation.
- Analytics: Delivers standardized injury metrics, enabling robust statistical comparison across experimental arms.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by modeling clinically relevant SCI with high reproducibility.
- Enterprise Reuse: Adaptable for stereotactic injections, imaging, and other neurobiological applications, maximizing platform value.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in SCI research.
- Operational Value: Standardizes injury induction, improving reproducibility and scalability across studies.
- Strategic Value: Enables better go/no-go decisions and capital efficiency by minimizing experimental variability.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuroregenerative assets.
Implementation Considerations
- Requires surgical expertise in vertebral exposure and stabilization techniques.
- Needs access to specialized stabilization devices and compatible impactor instrumentation.
- Demands rigorous cross-team standardization for reproducibility across sites and studies.
- Adaptable to various spinal levels and compatible with multiple SCI devices and imaging modalities.
- Potential limitations include the need for precise anatomical identification and device calibration.
