Automatisierter Impaktor für das Modell einer kontusiven Rückenmarksverletzung bei Mäusen
Summary
Hier wird ein neuartiges automatisiertes Gerät zur Quetschung von Rückenmarksverletzungen für Mäuse vorgestellt, das Modelle für Rückenmarksverletzungen mit unterschiedlichem Grad genau herstellen kann.
Abstract
Rückenmarksverletzungen (SCI) aufgrund traumatischer Verletzungen wie Autounfälle und Stürze sind mit einer dauerhaften Rückenmarksfunktionsstörung verbunden. Die Erstellung von Kontusionsmodellen für Rückenmarksverletzungen durch Aufprall auf das Rückenmark führt zu ähnlichen Pathologien wie die meisten Rückenmarksverletzungen in der klinischen Praxis. Genaue, reproduzierbare und praktische Tiermodelle von Rückenmarksverletzungen sind für die Untersuchung von Rückenmarksverletzungen unerlässlich. Wir präsentieren ein neuartiges automatisiertes Gerät zur Quetschung von Rückenmarksverletzungen für Mäuse, das intelligente Rückenmarksverletzungssystem der Guangzhou Jinan University, das Modelle für Rückenmarksverletzungen mit Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Komfort erstellen kann. Das System erstellt präzise Modelle unterschiedlicher Grade von Rückenmarksverletzungen über Laser-Abstandssensoren in Kombination mit einer automatisierten mobilen Plattform und fortschrittlicher Software. Wir verwendeten dieses System, um drei Ebenen von Mäusemodellen für Rückenmarksverletzungen zu erstellen, ihre Basso-Mausskala (BMS)-Werte zu bestimmen und Verhaltens- und Färbetests durchzuführen, um ihre Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu demonstrieren. Wir zeigen jeden Schritt der Entwicklung der Verletzungsmodelle mit diesem Gerät und bilden ein standardisiertes Verfahren. Diese Methode erzeugt reproduzierbare Mausmodelle für Rückenmarksverletzungen und reduziert menschliche Manipulationsfaktoren durch bequeme Handhabungsverfahren. Das entwickelte Tiermodell ist zuverlässig für die Untersuchung von Mechanismen der Rückenmarksverletzung und der damit verbundenen Behandlungsansätze.
Introduction
Eine Rückenmarksverletzung führt in der Regel zu einer dauerhaften Dysfunktion des Rückenmarks unterhalb des verletzten Segments. Es wird hauptsächlich durch Gegenstände verursacht, die auf die Wirbelsäule treffen, und durch Überstreckung der Wirbelsäule, wie Verkehrsunfälle und Stürze1. Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit wirksamer Behandlungsmöglichkeiten für Querschnittlähmungsverletzungen wird die Aufklärung der Pathogenese von Querschnittlähmungen im Tiermodell für die Entwicklung geeigneter Behandlungsansätze aufschlussreich sein. Das Kontusionsmodell der Rückenmarksverletzung, die durch einen Aufprall auf das Rückenmark verursacht wird, führt zur Entwicklung von Tiermodellen mit ähnlichen Pathologien wie die meisten klinischen Fälle von Rückenmarksverletzungen 2,3. Daher ist es wichtig, genaue, reproduzierbare und praktische Tiermodelle für Rückenmarksverletzungen herzustellen.
Seit Allens Erfindung des ersten Tiermodells für Rückenmarksverletzungen im Jahr 1911 gab es große Fortschritte bei der Entwicklung von Instrumenten zur Erstellung von Tiermodellen für Rückenmarksverletzungen 4,5. Basierend auf Verletzungsmechanismen werden Rückenmarksverletzungsmodelle als Prellung, Kompression, Distraktion, Luxation, Durchtrennung oder chemischklassifiziert 6. Unter ihnen kommen die Kontusionsmodelle, die äußere Kräfte verwenden, um das Rückenmark zu verschieben und zu verletzen, der klinischen Ätiologie der meisten Patienten mit Rückenmarksverletzungen am nächsten. Daher wurde das Prellungsmodell von vielen Forschern in Studien zu Rückenmarksverletzungen verwendet 3,7. Verschiedene Instrumente werden verwendet, um Modelle für Rückenmarksverletzungen zu entwickeln. Der multizentrische MASCIS-Impaktor (Animal Spinal Cord Injury Studies) der New York University (NYU) erzeugt Rückenmarksverletzungen mit einem Gewichtsabfallgerät8. Nach mehreren aktualisierten Versionen wird der MASCIS Impaktor häufig zur Entwicklung von Tiermodellen für Rückenmarksverletzungen verwendet9. Wenn der Aufprallstab von MASCIS jedoch fällt und auf das Rückenmark trifft, können mehrere Verletzungen auftreten, was sich auf den Verletzungsgrad bei Rückenmarksverletzungsmodellen auswirkt. Darüber hinaus ist es auch eine Herausforderung, mechanische Präzision zu erreichen, um die Genauigkeit des Instruments und die Wiederholbarkeit des Fertigungsmodells zu gewährleisten. Die Stößel mit unendlichem Horizont verursachen Prellungen, indem sie die auf das Rückenmark ausgeübte Kraft kontrollieren und nicht schwere Stürze10. Es verwendet einen Computer, der mit einem Sensor verbunden ist, um die Aufprallkraft zwischen dem Schlagkörper und dem Rückenmark direkt zu messen. Wenn der Schwellenwert erreicht ist, wird der Schlagkörper sofort eingefahren, wodurch ein Rückprall des Gewichts vermieden und die Genauigkeit verbessertwird 10,11. Die Verwendung dieser feinmotorischen Modalität zur Verursachung von Schäden kann jedoch zu inkonsistenten Schäden und funktionellen Defiziten führen6. Das Gerät der Ohio State University (OSU) komprimiert die dorsale Oberfläche des Rückenmarks mit einer transienten Rate durch einen elektromagnetischen Treiber12,13. Dieses Gerät ähnelt den Stößen mit unendlichem Horizont, da es Kompressionen über kurze Entfernungen verwendet, um Rückenmarksverletzungen zu verursachen. Es hat jedoch verschiedene Einschränkungen, da die anfängliche Bestimmung des Nullpunkts aufgrund des Vorhandenseins der Zerebrospinalflüssigkeit zu Fehlern führt 6,14. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es viele Instrumente gibt, die zur Entwicklung von Tiermodellen für Rückenmarksverletzungen verwendet werden können, aber sie alle haben einige Einschränkungen, die zu einer unzureichenden Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Tiermodellen führen. Um genauere, bequemere und reproduzierbarere Modelle von Maus-Kontusionsmodellen für Rückenmarksverletzungen zu erstellen, wird daher ein automatisierter und intelligenter Schlagkörper für Rückenmarksverletzungen benötigt.
Wir präsentieren einen neuartigen Impaktor für Rückenmarksverletzungen, das intelligente Rückenmarksverletzungssystem der Guangzhou Jinan University (G smart SCI-System; Abbildung 1) zur Erstellung von Modellen für Rückenmarksverletzungen verwendet wurden. Das Gerät verwendet einen Laser-Entfernungsmesser als Positionierungsgerät, kombiniert mit einer automatisierten mobilen Plattform, um Schläge gemäß den eingestellten Schlagparametern zu automatisieren, einschließlich Schlaggeschwindigkeit, Schlagtiefe und Verweilzeit. Der automatisierte Betrieb reduziert menschliche Faktoren und verbessert die Genauigkeit sowie Reproduzierbarkeit von Tiermodellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Eine Querschnittlähmung kann zu sensorischen und motorischen Defiziten führen, die schwere körperliche und geistige Beeinträchtigungen zur Folge haben können. In China schwankt die Inzidenz von Rückenmarksverletzungen in verschiedenen Provinzen zwischen 14,6 und 60,6 pro Million18. Die Zunahme der Prävalenz von Querschnittlähmung wird das Gesundheitssystem stärker unter Druck setzen. Derzeit gibt es nur begrenzte wirksame Behandlungsmöglichkeiten für Rückenmarksverletzungen und Verletz…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China, Nr. 82102314 (an ZSJ) und 32170977 (an HSL) und der Natural Science Foundation der Provinz Guangdong, Nr. 2022A1515010438 (an ZSJ) und 2022A1515012306 (an HSL) unterstützt. Diese Studie wurde vom Clinical Frontier Technology Program des First Affiliated Hospital der Jinan University, China, Nr. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (zu HSL) unterstützt. Diese Studie wurde durch das Guangzhou Science and Technology Plan Project, Nr. 202201020018 (nach HSL), 2023A04J1284 (nach ZSJ) und 2023A03J1024 (nach HSL) unterstützt.
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 |
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