-1::1
Simple Hit Counter
Skip to content

Products

Solutions

×
×
Sign In

RU

EN - EnglishCN - 简体中文DE - DeutschES - EspañolKR - 한국어IT - ItalianoFR - FrançaisPT - Português do BrasilPL - PolskiHE - עִבְרִיתRU - РусскийJA - 日本語TR - TürkçeAR - العربية
Sign In Start Free Trial

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

Behavior
Biochemistry
Bioengineering
Biology
Cancer Research
Chemistry
Developmental Biology
View All
JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

Biological Techniques
Biology
Cancer Research
Immunology
Neuroscience
Microbiology
JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduate courses

Analytical Chemistry
Anatomy and Physiology
Biology
Calculus
Cell Biology
Chemistry
Civil Engineering
Electrical Engineering
View All
JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

Advanced Biology
Basic Biology
Chemistry
View All
JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

Biology
Chemistry

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

Accounting
Finance
Macroeconomics
Marketing
Microeconomics

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Authors

Teaching Faculty

Librarians

K12 Schools

Biopharma

Products

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

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

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Solutions

Authors
Teaching Faculty
Librarians
K12 Schools
Biopharma

Language

ru_RU

EN

English

CN

简体中文

DE

Deutsch

ES

Español

KR

한국어

IT

Italiano

FR

Français

PT

Português do Brasil

PL

Polski

HE

עִבְרִית

RU

Русский

JA

日本語

TR

Türkçe

AR

العربية

    Menu

    JoVE Journal

    Behavior

    Biochemistry

    Bioengineering

    Biology

    Cancer Research

    Chemistry

    Developmental Biology

    Engineering

    Environment

    Genetics

    Immunology and Infection

    Medicine

    Neuroscience

    Menu

    JoVE Encyclopedia of Experiments

    Biological Techniques

    Biology

    Cancer Research

    Immunology

    Neuroscience

    Microbiology

    Menu

    JoVE Core

    Analytical Chemistry

    Anatomy and Physiology

    Biology

    Calculus

    Cell Biology

    Chemistry

    Civil Engineering

    Electrical Engineering

    Introduction to Psychology

    Mechanical Engineering

    Medical-Surgical Nursing

    View All

    Menu

    JoVE Science Education

    Advanced Biology

    Basic Biology

    Chemistry

    Clinical Skills

    Engineering

    Environmental Sciences

    Physics

    Psychology

    View All

    Menu

    JoVE Lab Manual

    Biology

    Chemistry

    Menu

    JoVE Business

    Accounting

    Finance

    Macroeconomics

    Marketing

    Microeconomics

Start Free Trial
Loading...
Home
JoVE Journal
Neuroscience
Создание модели повреждения спинного мозга мышиным ушибом, основанной на минимально инвазивной те...

Research Article

Создание модели повреждения спинного мозга мышиным ушибом, основанной на минимально инвазивной технике

DOI: 10.3791/64538

September 7, 2022

Elham Yilizati-Yilihamu Elzat1, Xiangchuang Fan1, Zimeng Yang1, Zhongze Yuan1, Yilin Pang2, Shiqing Feng1,2

1Department of Orthopaedics,Qilu Hospital of Shandong University, 2Department of Orthopaedics,Tianjin Medical University General Hospital

Cite Watch Download PDF Download Material list
AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

In This Article

Summary Abstract Introduction Protocol Representative Results Discussion Disclosures Acknowledgements Materials References Reprints and Permissions

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

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

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

  1. Соберите платформу с хирургическим операционным столом, стабилизатором позвонков и наконечником ударного элемента (рисунок 1).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Держите сброс веса и выхлопные пазы, которые предотвращают столкновение веса с воздушными потоками, чистыми, потому что любая грязь на падении веса или рукаве может повлиять на точность платформы.
  2. Поместите наконечник, который позволяет точно определить местоположение спинного мозга, в рукав.
  3. Выберите правильные массы весовых капель для эксперимента, которые составляют 1,3 г, 2,0 г и 2,7 г для легкой, умеренной и тяжелой групп соответственно.
  4. Подключите штифт к отверстиям капли веса.
  5. Соберите каплю веса в верхнюю часть рукава с помощью штифта, установленного в канавке на руке X-Y-Z, так что, как только определение местоположения будет завершено, вес будет выпущен, чтобы ударить по кончику ударного элемента, следовательно, контузировав спинной мозг, и изменения в спинном мозге наблюдаются под микроскопом.
  6. Отрегулируйте съемный кронштейн X-Y-Z с точностью 0,1 мм для удобства оператора, чтобы обеспечить достаточное рабочее пространство (рисунок 1D, E).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы подтвердить согласованность результатов исследования, до начала эксперимента измерьте силу, возникающую при падении веса внутрь рукава, используя устройство обнаружения пикового давления. Повторение подтверждения не является необходимым для будущих исследований.
  7. Включите устройство, поместите металлический регулятор давления ниже наконечника, обнулите адаптер, отпустите вытягивающий штифт и запишите фактическую силу удара.

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).

  1. Автоклав набор хирургических инструментов для эксперимента и стерилизует операционный стол 75% спиртом перед операцией.
  2. Вводят бупренорфин для обезболивания (0,05-2,0 мг/кг, SQ) за 30 минут до анестезии при травматологических операциях. Затем обезболивают мышь изофлураном (индукция: ~3%-5%, поддержание: ~1,5%-2%). Проверьте, полностью ли животное обезболено рефлексами защемления хвоста или пальца ноги. После того, как анестезия действует, уложите мышь в положение лежа в назначенной части операционного стола и покройте роговицу офтальмологической мазью (нанесите офтальмологическую мазь на роговицу, чтобы защитить глаза от пересыхания во время операции).
    1. Сбрите волосы от каудального до рострального электробритвой над грудопоясничным отделом позвоночника. Стерилизуют кожу несколько раз круговыми движениями йодофором в течение 30 с последующим 75% спиртом. Нанесите стерильную хирургическую драпировку и сделайте продольный разрез примерно 1,5 см на коже примерно от Т6 до Т13 скальпелем и лезвием.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Пальпать вдоль реберного края до средней линии, где расположено межостистое пространство T12-T13. Сделайте разрез 1,5 см к росттралю, и разрез будет примерно вровень с позвонками Т6-Т13.
  3. Исследуйте 13-е ребро с одной стороны от костной части под операционным микроскопом. Исследуйте остистый процесс в средней линии, слегка коснувшись области костовертебрального угла, а затем к ростралю, чтобы найти межостистое пространство T12-T13. Исследуйте межостистое пространство T9-T10 от пространства T12-T13 до ростральной стороны. (Рисунок 2А, 3А)
  4. Рассечение параспинальной мышцы вдоль остистого отростка Т9 до переднего и заднего фасеточных суставов обеих сторон микронарезами (рисунок 3В). Втягивайте параспинальные мышцы микроретракторами и очищайте мягкие ткани на пластинке и в межостистом пространстве Т8-Т9 и Т9-Т10 микроножницами.
  5. Выполните ламинэктомию Т9, зажмите остистый отросток Т9 микрохирургическими щипцами, слегка приподнимите его вверх, вставьте микроножницы параллельно вдоль правой дорсолатеральной стороны пластинки, избегая повреждения спинного мозга, и отрежьте пластинку микроножницами. Повторите с левой стороны, и спинной мозг может быть обнажен (рисунок 2B, 3C).
  6. Перед фиксацией позвонка ослабьте универсальную руку и медленно зажмите 9-10 фасеточные суставы по обеим сторонам позвонка микромоскитными щипцами стабилизатора позвонков. Затяните винты на микромоскитных щипцах, и позвонок таким образом стабилизируется. Отрегулируйте спинной мозг в горизонтальной плоскости, подтяните универсальную руку, и позвонок зафиксируется (рисунок 3D).

3. Ушиб Т9

  1. Как только спинной мозг уровня Т9 обнажается и позвонок фиксируется, цельтесь в спинной мозг кончиком внутри рукава под операционным микроскопом (рисунок 3E).
  2. Проверьте, параллельна ли поверхность кончика спинному мозгу от заднего и бокового аспектов спинного мозга, так как под микроскопом легко наблюдать взаимосвязь между спинным мозгом и кончиком, и что операционный стол можно легко повернуть.
  3. Проверьте, параллельна ли поверхность кончика двусторонним границам сохраненной пластинки, прежде чем кончик соприкоснется со спинным мозгом после ламинэктомии, поскольку это естественная плоскость отсчета, параллельная спинному мозгу.
  4. После обнаружения межостистого пространства Т12-Т13 опустите гильзу до тех пор, пока конец ударного элемента не будет соответствовать отметке на окне наблюдения и не будет достигнута указанная высота в 22 мм. Вытащите булавку, чтобы освободить вес (1,3 г, 2,0 г или 2,7 г в зависимости от группы, причем каждая группа включает 3 мышей, а каждая группа имеет одну мышь для каждого момента времени).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Спинной мозг должен быть параллельным земле и перпендикулярным кончику; переместите операционный стол для обеспечения микроскопического поля зрения, так как стол очень компактный.
  5. Удалите ударный элемент, когда контузия сделан, и наблюдайте за степенью ТСМ под операционным микроскопом. В легкой группе можно увидеть изменение светло-красного цвета, в то время как в умеренной группе место травмы проявляет темно-красный цвет через 3-4 с, и, возможно, может наблюдаться возвышение. В тяжелой группе могут появиться сразу темно-красные проявления, и проявляется явное возвышение в твердой мозговой оболочке, но твердая мозговая оболочка все еще находится в последовательной форме (рисунок 3F).
  6. Швы поверхностной фасции и кожи швами (полипропиленовый нерассасывающийся шов, размер: 6-0).
  7. После завершения шва стерилизуйте хирургическую область, поместите мышь на блокнот с контролируемой температурой до восстановления полного сознания, а затем поместите мышь в клетки для мышей.

4. Уход за животными

  1. Поместите животное на грелку для восстановления и наблюдайте за движением обеих задних конечностей.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Животные, перенесшие операцию, не должны быть возвращены в компанию других животных до полного выздоровления.
  2. Поместите высоководную диету на пол клетки, чтобы животные могли легко добраться до пищи. В качестве альтернативы используйте клетку с более низким столом для кормления.
  3. Опорожняйте мочевой пузырь мышей два раза в день после операции, потому что группам с умеренными и тяжелыми травмами трудно восстановить функцию мочевого пузыря. Вводят бупренорфин для обезболивания (0,05-2,0 мг/кг, SQ) 8-12 ч/сут в течение 3 дней.

5. Транскардиальная перфузия, окрашивание и иммуноокрашивание

  1. На 1-й, 28-й и 56-й дни после травмы приносят в жертву по одной мыши из каждой группы, соответственно, путем перфузии.
    1. Перфузируйте мышей 60 мл фосфатно-буферного физиологического раствора (PBS) и 20 мл 4% параформальдегида после чрезмерной анестезии (4%-6% изофлурана).
    2. Соберите позвоночник микроножными ножницами, простирающимися рострально и каудально на 1 см соответственно от очага поражения.
    3. Резекция лишних мышц, резервирование неповрежденных сегментов позвоночника с частичными ребрами для удержания инструментов на шаге 5.1.4 и замачивание его в 4% параформальдегиде в течение 24 ч.
    4. Зажмите ребра гемостатическими щипцами для фиксации и определите очаг поражения под микроскопом по резецированной пластинке и изменению цвета в очаге поражения спинного мозга.
    5. Резекция всех пластинчатых и суставных отростков микронарезами от каудальной.
    6. Отрежьте нервные корешки микроножными ножницами и выньте спинной мозг.
    7. Соберите 0,5 см спинного мозга, простирающегося каудально и рострально, соответственно, от очага поражения микроножными ножницами.
    8. Поместите спинной мозг в 30% сахарозы при 4 °C в течение 48 ч.
  2. Разрезать ткани на участки толщиной 6 мкм после замораживания по типу гистологического исследования.
  3. Выполните окрашивание гематоксилином и эозином (H&E).
    1. Согрейте срезы до комнатной температуры и замочите участки толщиной 6 мкм в 4% формальдегиде в течение примерно 15 мин, а затем замочите в 1x PBS в течение 1 мин четыре раза, чтобы удалить остаточный OCT.
    2. Окрашивают участки гематоксилином на 90 с, а смывают двойной дистиллированной водой.
    3. Затем промыть участки проточной водой в течение 3 мин.
    4. Окрашивают эозином в течение 4 мин и замачивают в 95% спирте на 30 с дважды, чтобы смыть избыток эозина.
    5. Наконец, обезвоживать градиентным спиртом (95% спирта и 50% спирта один раз, последовательно) в течение 30 с и замочить в ксилоле для прозрачности в течение 2 мин. Затем запечатайте образцы смоляным гелем (корональное плоское сечение: Рисунок 4; сагиттальное плоское сечение: Рисунок 5).
  4. Выполняют иммунофлуоресцентное окрашивание.
    1. Согрейте срезы до комнатной температуры и замочите участки толщиной 6 мкм в 4% формальдегиде примерно на 2 мин.
    2. Промыть секции в TBST в течение 5 мин в течение трех раз.
    3. Инкубируют участки блокирующим раствором (10% козьей нормальной сывороткой в ПБС) и блокируют в течение 1 ч, блокируя неспецифическое связывание иммуноглобулина.
    4. Инкубируют участки спинного мозга в течение ночи при 4 °C как фибриллярным кислым белком мышиного антиглии (GFAP, маркер реактивных астроцитов), поликлональным антителом (1:600) и антителом против NF200 кролика (1:2000), маркером нейрофиламента в 0,4 мл блокирующего раствора.
    5. Промыть участки PBS и добавить 0,4 мл блокирующего раствора с козьими анти-кроликами Alexa 594-конъюгированным IgG (1:1000) и козьими антимышевыми Alexa 488-конъюгированными IgG (1:1000) вторичными антителами в течение 1 ч при комнатной температуре.
    6. Делайте снимки с помощью флуоресцентного микроскопа в 10 раз путем автоматического панорамного сканирования на длинах волн 594 нм и 488 нм соответственно (рисунок 6).
      1. Включите флуоресцентный микроскоп, поместите затвор на ступень микроскопа, переключитесь на флуоресцентный канал, используйте клавишу позиционирования, чтобы расположить три-четыре точки на ткани, и сфокусируйтесь для завершения съемки. После завершения съемки сохраните изображения разных каналов в нужном формате, а затем сохраните объединенное изображение.

Representative Results

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.

Стабилизатор позвонков с рычагом X-Y-Z для хирургической точности; Помеченные детали, настройка эксперимента.
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.

Диаграмма анатомии грудного отдела позвоночника; Т2-Т13 остистые отростки, фасеточные суставы помечены для учебного обзора.
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.

Процесс восстановления тканей с помощью швов, последовательные снимки A-F, демонстрация медицинских процедур.
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.

Диаграммы прогрессирования поражения спинного мозга, контроль до тяжелой, выделение границ серого вещества.
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.

Гистологический анализ, срезы мышечной ткани, этапы восстановления после травмы, микроскопические снимки.
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.

Изображения иммунофлуоресцентной микроскопии нейрофиламентов и GFAP, показывающие степень тяжести повреждения нервов.
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.

Гистограмма силы падения веса, зависимость силы от веса; Статистическая значимость p<0,0001.
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.

Discussion

Профессор Шицин Фэн владеет коаксиальной платформой повреждения спинного мозга.

Disclosures

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.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Государственной ключевой программой национальных естественных наук Китая (81930070).

Materials

Коэффициент разбавления
4% Фиксативный растворSolarbioP11104%
Антинейрофиламент тяжелое полипептидное антителоabcamab8135Коэффициент разбавления (1: 2000)
Раствор окрашивания эозина (водорастворимый)biosharpBL727B
ЭтанолФуюй Реагент64-17-5
Флуоресцентный микроскопKEYENCEBZ-X800
Замороженный слайсерleicaCM3050 S
GFAP (GA5) Мышь mAb Технология клеточной сигнализации#3670Коэффициент разведения (1: 600)
Козье анти-мышиное IgG (H+L) Высокоадсорбированное вторичное антитело, Alexa Fluor Plus 488ThermoFisher SCIENTIFICA32723TRкоэффициент разведения (1: 1000)
Козий анти-кролик IgG (H+L) Высокоадсорбированное вторичное антитело, Alexa Fluor Plus 594ThermoFisher SCIENTIFICA32740Коэффициент разведения (1: 1000)
Гематоксилин Раствор для окрашиванияbiosharpBL702A
мышиJinan Pengyue Experimental AnimalCompany C57BL/6J 
Микрохирургический аппарат Shandong ULT Biotechnology Co., LtdВсе хирургические инструменты изготовлены на заказОфтальмологические ножницы, микромоскитные щипцы, микрохирургические щипцы, микроножницы
Обычная овечья сыворотка для блокировки (рабочий раствор)Zhong Shan Jin QiaoZLI-9022рабочий раствор
O.C.T. СоединениеSAKURA4583
PBS (фосфатный буферный раствор)SolarbioP1020pH 7.2-7.4
RWD Лабораторная ингаляционная анестезиологическая станцияRWD Life Science Co., LtdR550
Система микрокомпьютерной томографии для мелких животных in vivoPerkinElmer Quantum GX2
Коаксиальная платформа для травм спинного мозгаShandong ULT Biotechnology Co., LtdИзготовлено 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)SolarbioT1082(1: 19)
Реагент ксилола1330-20-7

References

  1. Duan, H., et al. A novel, minimally invasive technique to establish the animal model of spinal cord injury. Annals of Translational Medicine. 9 (10), 881 (2021).
  2. Piao, M. S., Lee, J. -. K., Jang, J. -. W., Kim, S. -. H., Kim, H. -. S. A mouse model of photochemically induced spinal cord injury. Journal of Korean Neurosurgical Society. 46 (5), 479-483 (2009).
  3. Sharif-Alhoseini, M., et al. Animal models of spinal cord injury: A systematic review. Spinal Cord. 55 (8), 714-721 (2017).
  4. Zhang, N., Fang, M., Chen, H., Gou, F., Ding, M. Evaluation of spinal cord injury animal models. Neural Regeneration Research. 9 (22), 2008-2012 (2014).
  5. Borges, P. A., et al. Standardization of a spinal cord lesion model and neurologic evaluation using mice. Clinics. 73, 293 (2018).
  6. Ghasemlou, N., Kerr, B. J., David, S. Tissue displacement and impact force are important contributors to outcome after spinal cord contusion injury. Experimental Neurology. 196 (1), 9-17 (2005).
  7. Siddall, P., Xu, C. L., Cousins, M. Allodynia following traumatic spinal cord injury in the rat. Neuroreport. 6 (9), 1241-1244 (1995).
  8. Ford, J. C., et al. MRI characterization of diffusion coefficients in a rat spinal cord injury model. Magnetic Resonance in Medicine. 31 (5), 488-494 (1994).
  9. Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection. Experimental Neurology. 139 (2), 244-256 (1996).
  10. Nishi, R. A., et al. Behavioral, histological, and ex vivo magnetic resonance imaging assessment of graded contusion spinal cord injury in mice. Journal of Neurotrauma. 24 (4), 674-689 (2007).
  11. Ma, M., Basso, D. M., Walters, P., Stokes, B. T., Jakeman, L. B. Behavioral and histological outcomes following graded spinal cord contusion injury in the C57Bl/6 mouse. Experimental Neurology. 169 (2), 239-254 (2001).
  12. Allen, A. R. Surgery of experimental lesion of spinal cord equivalent to crush injury of fracture dislocation of spinal column. The Journal of the American Medical Association. (11), 878-880 (1911).
  13. Kuhn, P. L., Wrathall, J. R. A mouse model of graded contusive spinal cord injury. Journal of Neurotrauma. 15 (2), 125-140 (1998).
  14. McDonough, A., Monterrubio, A., Ariza, J., Martinez-Cerdeno, V. Calibrated forceps model of spinal cord compression injury. Journal of Visualized Experiments. (98), e52318 (2015).
  15. Ernst, M. J., Rast, F. M., Bauer, C. M., Marcar, V. L., Kool, J. Determination of thoracic and lumbar spinal processes by their percentage position between C7 and the PSIS level. BMC Research Notes. 6, 58 (2013).
  16. Wu, X., et al. A tissue displacement-based contusive spinal cord injury model in mice. Journal of Visualized Experiments. (124), e54988 (2017).
  17. Bhalala, O. G., Pan, L., North, H., McGuire, T., Kessler, J. A. Generation of mouse spinal cord injury. Bio-protocol. 3 (17), 886 (2013).
  18. Shinozaki, M., et al. Novel concept of motor functional analysis for spinal cord injury in adult mice. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2011, 157458 (2010).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission

Play Video

Создание модели повреждения спинного мозга мышиным ушибом, основанной на минимально инвазивной технике
JoVE logo
Contact Us Recommend to Library
Research
  • JoVE Journal
  • JoVE Encyclopedia of Experiments
  • JoVE Visualize
Business
  • JoVE Business
Education
  • JoVE Core
  • JoVE Science Education
  • JoVE Lab Manual
  • JoVE Quizzes
Solutions
  • Authors
  • Teaching Faculty
  • Librarians
  • K12 Schools
  • Biopharma
About JoVE
  • Overview
  • Leadership
Others
  • JoVE Newsletters
  • JoVE Help Center
  • Blogs
  • JoVE Newsroom
  • Site Maps
Contact Us Recommend to Library
JoVE logo

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved

Privacy Terms of Use Policies
WeChat QR code