RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Минимально инвазивные методы и простое лабораторное устройство улучшают воспроизводимость модели повреждения спинного мозга, уменьшая оперативное повреждение экспериментальных животных и позволяя поддерживать анатомическую морфологию. Этот метод имеет смысл, поскольку надежные результаты и воспроизводимая процедура облегчают исследование механизмов репарации заболеваний.
Использование минимально инвазивных методов для моделирования травмы спинного мозга (ТСМ) может свести к минимуму поведенческие и гистологические различия между экспериментальными животными, тем самым улучшая воспроизводимость экспериментов.
Эти методы требуют выполнения двух требований: ясности хирургического анатомического пути и простоты и удобства лабораторного устройства. Что крайне важно для оператора, четкий анатомический путь обеспечивает минимально инвазивное воздействие, что позволяет избежать дополнительного повреждения подопытного животного во время хирургических процедур и позволяет животному поддерживать последовательную и стабильную анатомическую морфологию во время эксперимента.
В этом исследовании исследуется использование новой интегрированной платформы, называемой коаксиальной платформой SCI для травмы спинного мозга у мелких животных, чтобы обнажить спинной мозг уровня Т9 минимально инвазивным способом и стабилизировать и обездвижить позвонок мышей с помощью стабилизатора позвонков, и, наконец, коаксиальный гравитационный ударный элемент используется для ушиба спинного мозга мышей, чтобы приблизиться к различным степеням повреждения спинного мозга T9. Наконец, гистологические результаты предоставляются в качестве справочного материала для читателей.
Травматическое повреждение спинного мозга (ТСМ) легко предрасполагает индивида к тяжелым последствиям1; тем не менее, эффективного лечения в настоящее времяне существует 1,2. Модели ушиба животных являются одним из основных методов изучения SCI 3,4.
С 2004 по 2014 год4 крысы использовались в качестве модельных организмов в 289 из 407 исследований (71%) и мыши в 69 (16,9%). Действительно, доля экспериментов с мышами постепенно увеличивалась с годами из-за их преимуществ перед другими моделями, особенно большого потенциала для исследований регуляции генов 3,4,5. Поэтому для проведения большего количества исследований с использованием мыши в качестве модели требуются более совместимые инструменты из-за большого значения, придаваемого согласованности моделей6. Общие устройства, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях, в основном основаны на принципе удара спинного мозга Аллена, например, основной ударный элемент для снижения веса 7,8, ударный элемент 1,9 Нью-Йоркского университета (NYU) / Multicenter Animal Spinal Cord Studies (MASCIS) и ударный элемент Infinite Horizon (IH)10,11 . Ударный элемент для снижения веса и ударный элемент NYU / MASCIS имеют один и тот же принцип нацеливания на целевой спинной мозг и сброса фиксированного веса с разных высот, чтобы сделать разную тяжесть травмы. Ударный элемент IH создает травму спинного мозга в соответствии с различными силами.
Для удобства использования мышиной модели в исследованиях ТСМ и для создания основы для эффективных методов лечения разработана интегрированная платформа повреждения спинного мозга мыши, называемая коаксиальной платформой повреждения спинного мозга (SCICP). Платформа состоит из четырех основных компонентов: (1) операционный стол для животных, предназначенный для подходящего положения для управляемых мышей, который очень компактен и обеспечивает удобство без ограничения положения; (2) микроретрактор с обеих сторон для удержания паравертебральных мышц во время операции; (3) стабилизатор позвонков для удержания позвонка перед процедурой ТСМ (два стабилизатора позвонков доступны для работы на более крупных животных, таких как крысы); (4) втулка, наконечник ударного элемента, гири и вытягивающий штифт. Три части должны быть собраны в съемный кронштейн X-Y-Z. Для точного наведения наконечник ударного элемента помещается на поверхность спинного мозга, а рычаг X-Y-Z осторожно опускается на ожидаемую высоту с помощью метки между наконечником ударного элемента и рукавом. Наконечник ударного элемента изготовлен из алюминиевого сплава весом 0,12 г, чтобы избежать повреждения спинного мозга, приписываемого компрессии большого веса перед процедурой. Вытягивающий штифт предназначен для удержания гирь на верхней части рукава для подготовки к падению веса (рисунок 1).
В предыдущих исследованиях разделение силы удара было определено в соответствии с данными о силе удара устройства IH, которые составляют 30 Кдын, 50 Кдын и 70 Кдын соответственно 6,10. В процессе исследования было доказано, что серийные степени моделей SCI установлены на основе SCICP, которые могут быть использованы в различных исследованиях. Поэтому перед официальным началом эксперимента силы удара, создаваемые различными весами разных масс, были проверены с помощью устройства для испытания пиковым давлением. В результате были выбраны три стандартизированные репрезентативные модели мышей SCI с тремя различными степенями травмы, включая градуированные легкие, умеренные и тяжелые группы, соответственно 6,10, и веса были выпущены на той же высоте, с весом 1,3 г для легкой, 2,0 г для умеренной и 2,7 г для тяжелого повреждения.
В качестве еще одного средства обеспечения работоспособности и точности сообщается о новом и минимально инвазивном оперативном подходе. Благодаря исследованию анатомии нормальных мышей найден новый метод определения местонахождения межостистого пространства T12-T13. Метод определения местоположения позвонков на этапах операции прост в освоении и точен, что обеспечивает точное определение местоположения для малоинвазивных операций.
Надеемся, что этот метод ушиба может помочь в исследовании и понимании травмы спинного мозга, включая понимание патофизиологии, оценку управления и так далее.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все эксперименты были одобрены Комитетом по этике и благополучию лабораторных животных Медицинского колледжа Чилу Шаньдунского университета (номер одобрения: 21L60) и были выполнены в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных, опубликованным Национальными институтами здравоохранения (публикации NIH No 85-23, пересмотрены в 1996 году).
1. Механизм повреждения спинного мозга коаксиальной платформой и механические испытания
2. Локализация и ламинэктомия9-го грудного позвонка (Т9)
ПРИМЕЧАНИЕ: Самки мышей C57BL/6J в возрасте 9-10 недель были приобретены у Jinan Pengyue Experimental Animal Company (Цзинань, Китай).
3. Ушиб Т9
4. Уход за животными
5. Транскардиальная перфузия, окрашивание и иммуноокрашивание
Чтобы проверить точность устройства, сила, которую три разные массы весов сделали с одной и той же высоты, была измерена с помощью устройства для испытания пикового давления. Двадцать четыре испытания были проведены с различными группами весов, в результате чего (среднее ± SD) составило 0,323 Н ± 0,02 Н для веса 1,3 г, 0,543 Н ± 0,15 Н для масс 2,0 г и 0,723 Н ± 0,26 Н для веса 2,7 г (рис. 7). Предыдущие исследования использовали dyne (dyn) или Kilodyne (Kdyn) в качестве единиц для измерения интенсивности контузии. Для лучшего сравнения с предыдущими исследованиями приведены преобразования между ньютонами (N) и dyne/Kilodyne (1 N = 1 кг × 1 м/с2 = 1 × 103 г × 1 × 100 см/с2 = 1 × 105 дин; 0,323 N = 32,3 Kdyn; 0,543 N = 54,3 Kdyn; 0,723 N = 72,3 Kdyn).
В таблице 1 и на рисунке 4 приведены данные о поражениях легкой, средней и тяжелой групп на корональных срезах. Судя по рисунку 4, на 28-й день после травмы непрерывность различимых границ серого и белого вещества в легкой, умеренной и тяжелой группах последовательно уменьшалась, при этом площадь рубцовой ткани увеличивалась и увеличивалась пропорция на поперечном сечении очага поражения. Были очевидные морфологические различия во всех экспериментальных группах по сравнению с нормальной группой. Это доказало рациональность деления степеней травматизма в экспериментальных группах.
Таблица 2 и рисунок 5 описывают травмы спинного мозга на 1-й и 56-й дни после травмы на сагиттальных отделах. Видно, что площадь поражения постепенно значительно увеличивалась от легкой до тяжелой групп на 1-й день после травмы. Между тем, непрерывность белого вещества по обе стороны спинного мозга была лучше в легкой группе, с наблюдаемыми небольшими круглыми вакуолями, которые являются характеристиками интерстициального отека. В умеренной группе белое вещество демонстрировало плохую непрерывность, а структура вентрального белого вещества не была упорядочена. В тяжелой группе вентральное белое вещество проявляло более серьезные нарушения, и в центре травмы появился большой участок полости. Кроме того, окружающие ткани показали очевидное заполнение эритроцитов, а красные кровяные клетки возле центрального канала собрались в полоски. На 56-й день после травмы наблюдалось образование рубцов в травматологическом центре трех групп, площадь которых увеличивалась в зависимости от тяжести травмы.
Целостность нейрофиламента спинного мозга на 56-й день после травмы также может быть получена из анализа результатов иммунофлуоресцентного окрашивания (рисунок 6). Рисунок также показывает, что перекрывающиеся рубцообразующие астроциты были видны в центре всех трех групп травм, причем длина области повреждения увеличивалась с тяжестью травмы, в то время как диаметр рубца уменьшался. Это говорит о наличии рубцовой контрактуры, которая может привести к уменьшению диаметра спинного мозга.

Рисунок 1: Целое и части коаксиальной платформы повреждения спинного мозга. (A) Рука X-Y-Z и операционный стол могут быть разделены, что оставляет достаточно места для процедуры операции, во время которой обнажается спинной мозг маленького животного. Рабочий стол можно свободно перемещать во время работы, уменьшая потенциальную эксплуатационную сложность, связанную с ограничениями положения. Корпус стабилизатора позвонков имеет трехсуставную универсальную руку для помощи в направлении, что повышает его гибкость. (B) Вставьте наконечник ударного элемента в гильзу и соберите последний в кронштейн X-Y-Z. Поместите наконечник штифта в отверстия груза, чтобы предотвратить падение веса, и поместите вес в рукав. Собрав детали, найдите целевую область повреждения под микроскопом. Затем опустите рычаг X-Y-Z до тех пор, пока конец наконечника ударного элемента не будет соответствовать нижнему уровню окна наблюдения, что указывает на то, что была достигнута единая высота ушиба (высота между весом и наконечником ударного элемента составляет 22 мм при начале падения). Потяните за штифт, и удар будет выполнен. (C) После того, как травматическая область обнажена, используйте зажимы для зажима и фиксации позвоночника мыши и затягивающего болта для стабилизации стабилизатора позвонков. (D) Рекомендуемые функции для канавок на операционном столе. Подопытное животное предполагается поместить в среднюю канавку, головой к передней, грудной части на склоне. Кронштейн X-Y-Z отделен от операционного стола. (E) Демонстрация собранного SCICP. Стрелки обозначают детали. С наконечником, направленным на целевую область ушиба, чтобы начать ушиб, вытащите штифт, и вес упадет на кончик ударного элемента, чтобы ушибить спинной мозг. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: График визуализации метода определения местоположения позвонков T13. (A) 13-е ребро и T13 являются относительно постоянными анатомическими структурами. Костовертебральный угол T13 может быть легко обнаружен под микроскопом, из которого оператор может исследовать остистый процесс и найти межостистое пространство T12-T13. Затем последовательно прощупывайте ростральную сторону, чтобы найти целевую травму позвонка (например, Т9). (B) Минимально инвазивная 9-я торакальная ламинэктомия может сохранить адекватную пластинку и фасеточные суставы между соседними телами позвонков. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Воздействие и ушиб спинного мозга уровня Т9 у мышей. (А) Исследуйте костовертебральный угол Т13. (B) Когда параспинальная мышца втягивается микроретракторами, чтобы освободить достаточное пространство для работы, обнажите Т9. (C) Проводят ламинэктомию Т9 микроножными ножницами. (D) Стабилизировать позвонок с помощью зажимов стабилизатора позвонков. (E) Нацеливайтесь на целевую зону ушиба с помощью ударного наконечника. (F) Отек и застойные явления отмечаются в зоне травмы после контузии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Репрезентативные участки на 28-й день после различных степеней ТСМ у мышей (корональные срезы). (А) Нормальный грудной спинной мозг мыши. Шкала бара = 500 мкм. (B) Для легкой группы может быть отмечено незначительное повреждение в дорсальном аспекте спинного мозга, при этом морфология спасенного белого вещества и серого вещества существенно сохраняется. (C) Для умеренной группы в спинном мозге наблюдается очевидная рубцовая ткань (обозначена красной звездочкой). Дифференцирующие характеристики между белым и серым веществом едва различимы. (D) Для сравнения, спинной мозг тяжелой группы почти утратил свою первоначальную морфологию и почти был заменен рубцовой тканью. Зеленая пунктирная линия указывает на область повреждения, а черная пунктирная линия указывает на границу наблюдаемого серого вещества. По мере увеличения тяжести травмы в спинном мозге мыши появлялось более крупное поражение и менее щадящая структура, причем граница серого вещества едва различима. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Репрезентативные участки на 1-й и 56-й день после травмирования спинного мозга мышей (сагиттальные отделы). (А) Нормальный грудной спинной мозг мыши. (B) B1-B3 представляют, соответственно, спинной мозг на 1-й день после травмы в легкой, средней и тяжелой группах. Можно видеть, что по мере увеличения повреждения большая площадь была нарушена или разжижена в очаге поражения. Непрерывность белого вещества в вентральном спинном мозге различалась из-за разной интенсивности травм. B1 показывает, что белое вещество в вентральном спинном мозге имеет лучшую непрерывность при незначительном отеке. B2 показывает более плохую непрерывность белого вещества в вентральном спинном мозге и более сильный отек. Ткань в центре Б3 ТСМ утратила почти всю непрерывность, и возникает обширный отек в области вне центра травмы. (C) C1-C3 представляют, соответственно, спинной мозг на 56-й день после травмы в легкой, умеренной и тяжелой группах. Разная степень контрактуры рубца проявлялась в травмированном центре между разными группами, и наблюдалась существенная разница в диаметре травмируемой области. Шкала = 500 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Репрезентативные участки на 56-й день после травмы спинного мозга у мышей (сагиттальные срезы). (А) Репрезентативный участок легкой группы. NF200 указывает на нейрофиламент, в то время как GFAP указывает на астроциты. Перекрывающиеся астроциты наблюдаются в эпицентре поражения, в то время как нейрофиламент в вентральной части спинного мозга находится в хорошей непрерывности. (B) Представительная секция умеренной группы. В дополнение к перекрывающимся астроцитам можно наблюдать два рубцовых центра (обозначенных красными звездочками), в то время как нейрофиламент в вентральном аспекте имеет непрерывность. (C) Репрезентативный участок тяжелой группы, с большим диапазоном поражения и массивными рубцообразующими астроцитами. Очевидного очага рубца не наблюдается, а нейрофиламент имеет плохую непрерывность. Шкала bar= 500 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7: Сила, создаваемая одной и той же высотой, но с разным весом. До эксперимента сила, создаваемая различными массами весов, высвобождаемых с одной и той же высоты, была обнаружена с помощью устройства обнаружения пикового давления. После того, как каждая группа завершила 24 обнаружения, были получены более надежные данные о гравитации для ссылки на ударную силу. Данные были проанализированы с помощью статистического программного обеспечения SPSS19.0. Данные представлены в виде среднего ± SD, n = 24 в каждой группе. Сравнения между большим количеством групп основывались на одностороннем дисперсионном анализе (ANOVA), используемом для проверки различий; p < 0,05 было признано статистически значимым. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| 28 точек на дюйм | |||
| Группа | GMR (%) | WMR (%) | ДР (%) |
| Нормальный | 35.44 | 64.57 | 0 |
| Легкая | 11.59 | 64.88 | 23.53 |
| Умеренный | 0 | 41.14 | 58.86 |
| Сильная | 0 | 0 | 100 |
Таблица 1: Норма белого вещества, серого вещества и повреждений на 28-й день после травмы. Сокращения: dpi = дни после травмы, DA = поврежденная область; GMR = скорость серого вещества; WMR = скорость белого вещества; DR = частота повреждения.
| Группа | 1dpi DA (мкм2) | 56 точек на дюйм DA (мкм2) |
| Нормальный | 0 | 0 |
| Легкая | 2391250 | 666091 |
| Умеренный | 4383381 | 1263191 |
| Сильная | 5118833 | 1943962 |
Таблица 2: Сравнение поражений на сагиттальных участках на 1-й и 56-й день после травмы.
Профессор Шицин Фэн владеет коаксиальной платформой повреждения спинного мозга.
Минимально инвазивные методы и простое лабораторное устройство улучшают воспроизводимость модели повреждения спинного мозга, уменьшая оперативное повреждение экспериментальных животных и позволяя поддерживать анатомическую морфологию. Этот метод имеет смысл, поскольку надежные результаты и воспроизводимая процедура облегчают исследование механизмов репарации заболеваний.
Эта работа была поддержана Государственной ключевой программой национальных естественных наук Китая (81930070).
| 4% Фиксативный раствор | Solarbio | P1110 | 4% |
| Антинейрофиламент тяжелое полипептидное антитело | abcam | ab8135 | Коэффициент разбавления (1: 2000) |
| Раствор окрашивания эозина (водорастворимый) | biosharp | BL727B | |
| Этанол | Фуюй Реагент | 64-17-5 | |
| Флуоресцентный микроскоп | KEYENCE | BZ-X800 | |
| Замороженный слайсер | leica | CM3050 S | |
| GFAP (GA5) Мышь mAb | Технология клеточной сигнализации# | 3670 | Коэффициент разведения (1: 600) |
| Козье анти-мышиное IgG (H+L) Высокоадсорбированное вторичное антитело, Alexa Fluor Plus 488 | ThermoFisher SCIENTIFIC | A32723TR | коэффициент разведения (1: 1000) |
| Козий анти-кролик IgG (H+L) Высокоадсорбированное вторичное антитело, Alexa Fluor Plus 594 | ThermoFisher SCIENTIFIC | A32740 | Коэффициент разведения (1: 1000) |
| Гематоксилин Раствор для окрашивания | biosharp | BL702A | |
| мыши | Jinan Pengyue Experimental AnimalCompany | C57BL/6J | |
| Микрохирургический аппарат | Shandong ULT Biotechnology Co., Ltd | Все хирургические инструменты изготовлены на заказ | Офтальмологические ножницы, микромоскитные щипцы, микрохирургические щипцы, микроножницы |
| Обычная овечья сыворотка для блокировки (рабочий раствор) | Zhong Shan Jin Qiao | ZLI-9022 | рабочий раствор |
| O.C.T. Соединение | SAKURA | 4583 | |
| PBS (фосфатный буферный раствор) | Solarbio | P1020 | pH 7.2-7.4 |
| RWD Лабораторная ингаляционная анестезиологическая станция | RWD Life Science Co., Ltd | R550 | |
| Система микрокомпьютерной томографии для мелких животных in vivo | PerkinElmer | Quantum GX2 | |
| Коаксиальная платформа для травм спинного мозга | Shandong ULT Biotechnology Co., Ltd | Изготовлено на заказ (стандарт Feng) | (https://shop43957633.m.youzan.com/wscgoods/detail/367x5ovgn69q18g?banner_id=f.81386274~goods.7~1~ b0yRFKOq& alg_id=0& slg=tagGood List-default%2COpBottom%2Cuuid %2CabTraceId& components_style_ layout=1& reft=1659409105184& sp m=g.930111970_f.81386274& alias =367x5ovgn69q18g& from_uuid=136 2cc46-ffe0-6886-2c65-01903dbacbb a& sf=qq_sm& is_share=1& shopAuto Enter=1& share_cmpt=native_ wechat& is_silence_auth=1) |
| Хирургический микроскоп | Зумакс Медицинская Ко., Лтд. | zumax, OMS2355 | |
| TBST (Трис буферизованный физиологический раствор+твин) | Коэффициент разбавленияSolarbio | T1082 | (1: 19) |
| Реагент ксилола | 1330-20-7 |