Impattatore automatizzato per il modello di lesione del midollo spinale contusivo nei topi
Summary
Qui viene presentato un nuovo dispositivo automatizzato per la contusione da lesione del midollo spinale per topi, in grado di produrre con precisione modelli di contusione da lesione del midollo spinale con vari gradi.
Abstract
La lesione del midollo spinale (SCI) dovuta a lesioni traumatiche come incidenti stradali e cadute è associata a una disfunzione permanente del midollo spinale. La creazione di modelli di contusione della lesione del midollo spinale impattando sul midollo spinale provoca patologie simili alla maggior parte delle lesioni del midollo spinale nella pratica clinica. Modelli animali accurati, riproducibili e convenienti di lesione del midollo spinale sono essenziali per lo studio della lesione del midollo spinale. Presentiamo un nuovo dispositivo automatizzato per la contusione delle lesioni del midollo spinale per topi, il sistema intelligente per lesioni del midollo spinale dell’Università di Guangzhou Jinan, in grado di produrre modelli di contusione per lesioni del midollo spinale con precisione, riproducibilità e praticità. Il sistema produce con precisione modelli di vari gradi di lesione del midollo spinale tramite sensori di distanza laser combinati con una piattaforma mobile automatizzata e un software avanzato. Abbiamo utilizzato questo sistema per creare tre livelli di modelli di topi con lesione del midollo spinale, abbiamo determinato i loro punteggi della scala di topo Basso (BMS) e abbiamo eseguito saggi comportamentali e di colorazione per dimostrarne l’accuratezza e la riproducibilità. Mostriamo ogni fase dello sviluppo dei modelli di lesione utilizzando questo dispositivo, formando una procedura standardizzata. Questo metodo produce modelli murini riproducibili di contusione per lesioni del midollo spinale e riduce i fattori di manipolazione umana attraverso comode procedure di manipolazione. Il modello animale sviluppato è affidabile per lo studio dei meccanismi di lesione del midollo spinale e degli approcci terapeutici associati.
Introduction
La lesione del midollo spinale di solito provoca una disfunzione permanente del midollo spinale al di sotto del segmento lesionato. È principalmente causato da oggetti che colpiscono la colonna vertebrale e dall’iperestensione della colonna vertebrale, come incidenti stradali e cadute1. A causa della limitata disponibilità di opzioni terapeutiche efficaci per le lesioni del midollo spinale, la delucidazione della patogenesi delle lesioni del midollo spinale utilizzando modelli animali sarà informativa per lo sviluppo di approcci terapeutici appropriati. Il modello di contusione della lesione del midollo spinale causata dall’impatto sul midollo spinale porta allo sviluppo di modelli animali con patologie simili alla maggior parte dei casi clinici di lesione del midollo spinale 2,3. Pertanto, è importante produrre modelli animali accurati, riproducibili e convenienti per la contusione della lesione del midollo spinale.
Dall’invenzione da parte di Allen del primo modello animale di lesione del midollo spinale nel 1911, ci sono stati importanti progressi nello sviluppo di strumenti per stabilire modelli animali di lesione del midollo spinale 4,5. Sulla base dei meccanismi di lesione, i modelli di lesione del midollo spinale sono classificati come contusione, compressione, distrazione, lussazione, transezione o chimica6. Tra questi, i modelli di contusione, che utilizzano forze esterne per spostare e danneggiare il midollo spinale, sono i più vicini all’eziologia clinica della maggior parte dei pazienti con lesione del midollo spinale. Pertanto, il modello della contusione è stato utilizzato da molti ricercatori negli studi sulle lesioni del midollo spinale 3,7. Vari strumenti vengono utilizzati per sviluppare modelli di contusione da lesione del midollo spinale. L’impattatore MASCIS (Multicenter Animal Spinal Cord Injury Studies) della New York University (NYU) produce contusioni da lesioni del midollo spinale mediante un dispositivo di caduta del peso8. Dopo diverse versioni aggiornate, l’impattatore MASCIS è ampiamente utilizzato per sviluppare modelli animali di contusione da lesioni del midollo spinale9. Tuttavia, quando l’asta d’impatto di MASCIS cade e colpisce il midollo spinale, possono verificarsi lesioni multiple, che influenzano il grado di lesione nei modelli di lesione del midollo spinale. Inoltre, è difficile raggiungere la precisione meccanica per garantire l’accuratezza dello strumento e la ripetibilità del modello di produzione. Gli impattatori dell’orizzonte infinito causano contusioni controllando la forza applicata al midollo spinale piuttosto che pesanti cadute10. Utilizza un computer collegato a un sensore per misurare direttamente la forza d’impatto tra l’impattatore e il midollo spinale. Quando viene raggiunta la soglia, il dispositivo d’urto viene immediatamente retratto, evitando così il rimbalzo del peso e migliorando la precisione10,11. Tuttavia, l’uso di questa modalità motoria fine per infliggere danni può causare danni incoerenti e deficit funzionali6. Il dispositivo dell’Ohio State University (OSU) comprime la superficie dorsale del midollo spinale a una velocità transitoria mediante un driver elettromagnetico12,13. Questo dispositivo è simile agli impatti a orizzonte infinito, in quanto utilizza compressioni a breve distanza per causare lesioni al midollo spinale. Tuttavia, presenta vari limiti in quanto la determinazione iniziale del punto zero causerà errori dovuti alla presenza del liquido cerebrospinale 6,14. In sintesi, ci sono molti strumenti che possono essere utilizzati per sviluppare modelli animali di contusione da lesione del midollo spinale, ma tutti hanno alcune limitazioni che portano a un’insufficiente accuratezza e riproducibilità dei modelli animali. Pertanto, al fine di creare in modo più accurato, conveniente e riproducibile modelli di contusione murina di lesione del midollo spinale, è necessario un impattatore di lesioni del midollo spinale automatizzato e intelligente.
Presentiamo un nuovo impattatore per lesioni del midollo spinale, il sistema intelligente per lesioni del midollo spinale dell’Università di Guangzhou Jinan (sistema SCI intelligente G; Figura 1), per la produzione di modelli di contusione con lesione del midollo spinale. Il dispositivo utilizza un telemetro laser come dispositivo di posizionamento, combinato con una piattaforma mobile automatizzata per automatizzare i colpi in base ai parametri di sciopero impostati, tra cui la velocità di colpo, la profondità di colpo e il tempo di permanenza. Il funzionamento automatizzato riduce i fattori umani e migliora l’accuratezza e la riproducibilità dei modelli animali.
Protocol
Representative Results
Discussion
La lesione del midollo spinale può portare a deficit sensoriali e motori, che possono provocare gravi menomazioni fisiche e mentali. In Cina, l’incidenza di lesioni del midollo spinale nelle diverse province varia da 14,6 a 60,6 per milione18. L’aumento della prevalenza della lesione midollare eserciterà una maggiore pressione sul sistema sanitario. Attualmente, le opzioni terapeutiche efficaci per le lesioni del midollo spinale e le lesioni sono limitate, perché i suoi meccanismi patologici e …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China, n. 82102314 (a ZSJ) e 32170977 (a HSL) e dalla Natural Science Foundation della provincia del Guangdong, n. 2022A1515010438 (a ZSJ) e 2022A1515012306 (a HSL). Questo studio è stato supportato dal Clinical Frontier Technology Program del First Affiliated Hospital dell’Università di Jinan, Cina, n. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (a HSL). Questo studio è stato supportato dal Guangzhou Science and Technology Plan Project, Nos. 202201020018 (to HSL), 2023A04J1284 (to ZSJ) e 2023A03J1024 (to HSL).
Materials
| 0.01M PBS (powder, pH7.2-7.4) | Solarbio Life Sciences | P1010 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | Macklin | 75-80-9 | |
| 4% paraformaldehyde tissue fixative | Biosharp life science | BL539A | |
| Biomicroscope | Leica | LCC50 HD | |
| CatWalk | Noldus Information Technology | CatWalk XT 9.1 | |
| Cover glass | CITOTEST Scientific | 10212432C | |
| Embedding machine | Changzhou Zhongwei Electronic Instrument | BMJ-A | |
| Ethanol absolute | DAMAO | 64-17-5 | |
| FootFaultScan | Clever Sys Inc. | – | |
| Glass slide | CITOTEST Scientific | 80302-2104 | |
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Beyotime Biotechnology | C0105S | |
| micro-grinding drill | FEIYUBIO | 19-7010 | |
| Mouse spinal fixator | RWD Life Science | 68094 | |
| Paraffin microtome | Thermo | shandon finesse 325 | |
| RotaRod for Mice | Ugo Basile | 47600 | |
| Stereomicroscope | KUY NICE | SZM-7045 | |
| Tert-Amyl alcohol | Macklin | 75-85-4 | |
| Xylene | China National Pharmaceutical | #10023418 |
Referenzen
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