Metody badań biomechanicznych in vivo splotu ramiennego u nowonarodzonych prosiąt
19 grudnia 2019
Przedstawione tutaj są metody przeprowadzania badań biomechanicznych in vivo na splocie ramiennym w modelu noworodka prosiąt
.Technika ta replikuje biomechaniczne badanie rozciągania in vivo splotu ramiennego u prosiąt, służąc jako bardzo istotny kliniczny model dużego noworodka zwierzęcego. Metody te mogą nie tylko pomóc w zrozumieniu mechanizmów urazów rozciągniętych, ale mogą również raportować wartości progowe urazu dla deficytów funkcjonalnych i strukturalnych w obrębie noworodkowego splotu ramiennego. Procedurę zademonstruje Rachel Magee, doktorantka z mojego laboratorium.
Po stwierdzeniu braku odruchów powiekowych i wycofania, ułóż znieczuloną świnię w pozycji leżącej na stole operacyjnym, z kończyną górną w odwodzeniu, aby odsłonić okolicę pachową. Umieść serwetę na zwierzęciu i użyj ostrza skalpela numer 10, aby wykonać nacięcia na zaznaczonej skórze. Nacięcie w linii środkowej pokrywa tchawicę aż do górnej jednej trzeciej mostka, odsłaniając kompleks splotu ramiennego po obu stronach kręgosłupa.
Aby odsłonić jedną stronę splotu ramiennego zwierzęcia, wykonuje się nacięcie górne od górnego końca nacięcia w linii środkowej, odpowiadającego C3, do ramienia, a nacięcie dolne wykonuje się od dolnego końca nacięcia w linii środkowej, odpowiadającego T3, do ramienia. Użyj kleszczy po obu stronach nacięcia, aby oddzielić tkankę od wcięcia nadmostkowego wzdłuż krawędzi obojczyka do ramienia, oszczędzając żyły głowowe i podstawne. Za pomocą nożyczek, kleszczy i rozwarstwienia zwolnij górny płat, aby uzyskać dostęp do odcinka szyjnego splotu ramiennego, a dolny płat, aby uzyskać dostęp do klatki piersiowej splotu ramiennego.
Wykonaj rozwarstwienie mięśni powierzchownych, aby odsłonić splot ramienny. Następnie dokładnie zbadaj splot, aby zlokalizować rozwidlenia podziałów i zidentyfikować obszary splotu ramiennego poniżej rozwidleń, bliżej ramienia, jak rdzeń i nerw oraz obszary powyżej rozwidleń, bliżej kręgosłupa, jako korzeń lub pień. Aby skonfigurować biomechaniczne urządzenie testujące, przymocuj podstawę urządzenia do wózka i użyj dużych zacisków C, aby przymocować siłownik elektromechaniczny do podstawy.
Przymocuj ogniwo obciążnikowe o mocy 200 niutonów do siłownika i przykręć zacisk z wyściełaną pleksiglasem, aby zapobiec koncentracji naprężeń w miejscu mocowania. Za pomocą statywu podłącz kamerę, która może nagrywać do 100 klatek na sekundę w rozdzielczości 658 na 492 piksele, a następnie podłącz USB z kamery, siłownika i ogniwa obciążnikowego do komputera, aby zintegrować i zsynchronizować wszystkie elementy konfiguracji. Następnie podłącz komputer, siłownik i ogniwo obciążnikowe do źródła zasilania.
Aby skalibrować ogniwo obciążnikowe przed zarejestrowaniem przyłożonych obciążeń, użyj regulowanego uchwytu, aby ustawić siłownik pod kątem 90 stopni, tak aby był wyrównany w pionie i sprawdź kąt kątomierzem. Otwórz oprogramowanie czujnika wagowego i kliknij Start, aby wyświetlić odczyt napięcia na żywo. Następnie zawieś odważniki od zera do 1 000 gramów na zacisku w odstępach co 100 gramów, rejestrując zmierzone napięcia przy każdym obciążeniu.
Gdy napięcia zostaną zarejestrowane dla wszystkich 10 mas, oblicz nachylenie i punkt przecięcia, aby określić równanie liniowe napięć i mas. Do badań biomechanicznych izolowanego nerwu splotu ramiennego użyj cienkich nożyczek, aby przeciąć nerw i użyj niestandardowego zacisku, aby zacisnąć przeciętą stronę nerwu. Oznacz zaciśnięty odcinek nerwowy czarną farbą akrylową i umieść jednocentymetrową linijkę płasko w zwierzęciu, aby ustawić skalę do analizy danych.
W oprogramowaniu kamery umieść pole widzenia kamery bezpośrednio nad badanymi segmentami, aby umożliwić monitorowanie ruchu i/lub przemieszczenia markerów oraz określić rzeczywiste odkształcenie tkanki w określonym punkcie czasowym. Zapisz podstawowe pomiary, takie jak wysokość, na której nerw wprowadza się do ciała ze stołu, wysokość zacisku od stołu, kąt siłownika i cała długość tkanki. Otwórz oprogramowanie do programowania i kliknij Uruchom.
Wprowadź nazwę pliku i przemieszczenie, a następnie kliknij przycisk Inicjalizuj i TARE. Kliknij przycisk Start, aby rozciągnąć segment splotu ramiennego. Tkanka będzie ciągnięta z przypisaną prędkością 500 milimetrów na minutę, aż do całkowitego uszkodzenia w dowolnym segmencie tkanki nerwowej.
Następnie zapisz plik wideo, przyłożone obciążenie rozciągające, przemieszczenie tkanki oraz czas trwania testu, a następnie zapisz miejsce uszkodzenia jako segment, w którym dochodzi do pęknięcia tkanki. W tym reprezentatywnym teście czterech segmentów splotu ramiennego uzyskane obciążenie awaryjne wyniosło 8,3 niutonów, a średnie uszkodzenie odkształcenia wyniosło 35% dla próbek tkanki nerwowej noworodka poddanych rozciąganiu. Niektóre obszary nerwu uległy większemu obciążeniu niż inne, co wskazuje na nierównomierne uszkodzenie na całej długości nerwu.
Dane z kamery pozwoliły na zidentyfikowanie miejsca uszkodzenia w tym eksperymencie jako bliższego otworu. Ważne jest, aby upewnić się, że po pierwsze, zwierzę jest głęboko znieczulone i nie wykazuje oznak bólu ani dyskomfortu, po drugie, aby skalibrować ogniwo obciążnikowe, a po trzecie, aby mocno zacisnąć tkankę. Ten model zwierzęcy in vivo może być wykorzystany do badania zmian funkcjonalnych i histologicznych w tkance splotu ramiennego po różnym stopniu rozciągnięcia oraz do badania skomplikowanych scenariuszy porodu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia metody badania biomechanicznego splotu ramiennego in vivo z wykorzystaniem modelu noworodka prosięcia. Podejście to jest kluczowe dla zrozumienia mechanizmów urazów rozciągania oraz określenia progów urazowych w splotcie ramiennym noworodka.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Biomechanika
- Modele zwierzęce
Wstęp
- Splot ramienny ma kluczowe znaczenie dla funkcji kończyny górnej.
- Zrozumienie mechanizmów urazów może pomóc w doskonaleniu praktyk klinicznych.
- Modele noworodkowe dostarczają wiedzy na temat odpowiedzi rozwojowych.
- Badania in vivo są niezbędne do dokładnych ocen biomechanicznych.
Cel badania
- W celu odtworzenia testów rozciągania biomechanicznego w modelu noworodkowym.
- W celu oceny mechanizmów uszkodzenia splotu ramiennego.
- W celu ustalenia wartości progowych uszkodzeń dla deficytów funkcjonalnych.
Zastosowane metody
- Wykorzystanie modelu noworodka prosięcia do badań in vivo.
- Potwierdzenie odruchów przed rozpoczęciem testów.
- Ułożenie prosięcia w celu optymalnego dostępu do splotu ramiennego.
- Techniki nacięcia w celu odsłonięcia kompleksu splotu ramiennego.
Główne wyniki
- Pomyślna replikacja procedur testów biomechanicznych.
- Określenie progów urazowych dla splotu ramiennego noworodka.
- Wgląd w mechanizmy urazów rozciągnięcia.
- Prezentacja procedury przeprowadzona przez studenta studiów podyplomowych.
Wnioski
- Model noworodka prosięcia jest skuteczny w badaniu urazów splotu ramiennego.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia mechanizmów urazu.
- Uzyskane rezultaty mogą być pomocne w przyszłych interwencjach klinicznych.
Często zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Biomechaniczne badanie splotu ramiennego u noworodków in vivo pozwala wypełnić krytyczną lukę w modelach translacyjnych urazów nerwów, umożliwiając bezpośredni pomiar progów uszkodzeń oraz mechanistyczną redukcję ryzyka w przypadku urazów nerwów u noworodków. Podejście to zwiększa pewność prognostyczną w modelach przedklinicznych, wspierając wczesną walidację celów terapeutycznych i dostarczając informacji niezbędnych do podejmowania decyzji portfelowych z uwzględnieniem ryzyka w zakresie terapii ukierunkowanych na naprawę lub ochronę nerwów. Ilościowe wyniki tej metody czynią ją fundamentalnym narzędziem dla międzyfunkcyjnych zespołów badawczo-rozwojowych (R&D), koncentrujących się na zrozumieniu mechanizmów oraz ciągłości translacyjnej.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biopharmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia bezpośrednią analizę mechanizmów urazu rozciągnięcia w istotnym klinicznie modelu neonatalnym.
- Dostarcza ilościowych danych dotyczących progu urazu w odniesieniu do funkcjonalnych i strukturalnych deficytów nerwu.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez wyjaśnienie zależności między siłą biomechaniczną a uszkodzeniem tkanki.
- Ułatwia zwiększenie pewności prognostycznej przy wyborze celów dla strategii ochrony nerwów.
Przesiewy i opracowanie testu
- Ustanawia zwalidowane punkty końcowe biomechaniczne dla późniejszych badań przesiewowych potencjalnych terapeutyków.
- Zapewnia powtarzalne, ilościowe pomiary obciążenia i odkształcenia w celu standaryzacji testu.
- Umożliwia monitorowanie odpowiedzi tkanki i lokalizacji uszkodzenia w wysokiej rozdzielczości dzięki zsynchronizowanemu obrazowaniu.
- Wspiera skalowalność i ponowne wykorzystanie platformy do porównawczej oceny związków.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Usprawnia dopasowanie przedklinicznych modeli urazów do fizjologii noworodka istotnej z punktu widzenia przebiegu choroby.
- Zapewnia ciągłość procesu od odkryć mechanistycznych do przedklinicznej walidacji interwencji neuroprotekcyjnych.
- Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka, ilościowe progi urazów oraz wzorce niepowodzeń.
- Wspiera opracowywanie biomarkerów translacyjnych poprzez korelację danych biomechanicznych z wynikami funkcjonalnymi.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ta metoda biomechanicznych badań in vivo integruje się z continuum od etapu odkrycia do fazy przedklinicznej, łącząc wczesne badania mechanistyczne z badaniami translacyjnymi nad terapiami uszkodzeń nerwów.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących urazów rozciągnięcia nerwów i wyjaśnia szlaki uszkodzeń biomechanicznych.
- Przesiewy: Dostarcza gotowe do analizy, ilościowe wyniki do oceny potencjalnych interwencji.
- Analityka: Zapewnia zsynchronizowane dane dotyczące obciążenia, przemieszczenia i obrazowania w celu przeprowadzenia rzetelnego porównania statystycznego.
- Badania translacyjne: Zapewnia modelowanie istotne dla przebiegu choroby w przypadku noworodkowych urazów nerwów i wspiera dopasowanie biomarkerów.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje zestandaryzowaną, wielokrotnego użytku platformę dla różnorodnych badań nad urazami nerwów w ramach programów B+R.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanicystyczną w modelowaniu uszkodzeń nerwów.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowane, powtarzalne i skalowalne przepływy pracy w testach biomechanicznych.
- Wartość strategiczna: Poprawia proces podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz efektywność kapitałową poprzez dostarczenie ilościowych progów uszkodzeń.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko oraz rozwój kandydatów na leki neuroprotekcyjne lub regeneracyjne.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w przeprowadzaniu procedur chirurgicznych in vivo oraz w obsłudze aparatury biomechanicznej.
- Wymaga użycia skalibrowanych przetworników siły, zsynchronizowanego obrazowania oraz infrastruktury analitycznej do integracji danych.
- Konieczna jest standaryzacja protokołów i przepływów analizy danych pomiędzy zespołami.
- Może być wymagana adaptacja metody dla różnych typów nerwów lub etapów rozwoju.
- Ograniczenia obejmują fizjologiczne różnice specyficzne dla modelu oraz złożoność techniczną układów in vivo.
