Automatiseret slaglegeme til kontusiv rygmarvsskademodel hos mus
Summary
Præsenteret her er en ny automatiseret rygmarvsskade kontusionsenhed til mus, som nøjagtigt kan producere rygmarvsskadekontusionsmodeller i varierende grad.
Abstract
Rygmarvsskade (SCI) på grund af traumatiske skader såsom bilulykker og fald er forbundet med permanent rygmarvsdysfunktion. Oprettelse af kontusionsmodeller af rygmarvsskade ved at påvirke rygmarven resulterer i lignende patologier som de fleste rygmarvsskader i klinisk praksis. Nøjagtige, reproducerbare og praktiske dyremodeller af rygmarvsskade er afgørende for at studere rygmarvsskade. Vi præsenterer en ny automatiseret rygmarvsskadekontusionsenhed til mus, Guangzhou Jinan University smart rygmarvsskadesystem, der kan producere kontusionsmodeller for rygmarvsskade med nøjagtighed, reproducerbarhed og bekvemmelighed. Systemet producerer nøjagtigt modeller af varierende grader af rygmarvsskade via laserafstandssensorer kombineret med en automatiseret mobil platform og avanceret software. Vi brugte dette system til at oprette tre niveauer af modeller for rygmarvsskademus, bestemte deres Basso-museskala (BMS) score og udførte adfærdsmæssige såvel som farvningsanalyser for at demonstrere dets nøjagtighed og reproducerbarhed. Vi viser hvert trin i udviklingen af skademodellerne ved hjælp af denne enhed og danner en standardiseret procedure. Denne metode producerer reproducerbare musemodeller for rygmarvsskadekontusion og reducerer menneskelige manipulationsfaktorer via praktiske håndteringsprocedurer. Den udviklede dyremodel er pålidelig til at studere rygmarvsskademekanismer og tilhørende behandlingsmetoder.
Introduction
Rygmarvsskade resulterer normalt i permanent rygmarvsdysfunktion under det skadede segment. Det er for det meste forårsaget af genstande, der rammer rygsøjlen og hyperextension af rygsøjlen, såsom trafikulykker og fald1. På grund af den begrænsede tilgængelighed af effektive behandlingsmuligheder for rygmarvsskade vil belysning af patogenesen af rygmarvsskader ved hjælp af dyremodeller være informativ for udviklingen af passende behandlingsmetoder. Kontusionsmodellen for rygmarvsskade forårsaget af påvirkning af rygmarven resulterer i udvikling af dyremodeller med lignende patologier som de fleste kliniske rygmarvsskadetilfælde 2,3. Derfor er det vigtigt at producere nøjagtige, reproducerbare og praktiske dyremodeller til kontusion af rygmarvsskader.
Siden Allens opfindelse af den første dyremodel af rygmarvsskade i 1911 er der sket store fremskridt i udviklingen af instrumenter til etablering af rygmarvsskadede dyremodeller 4,5. Baseret på skademekanismer klassificeres rygmarvsskademodeller som kontusion, kompression, distraktion, dislokation, transsektion eller kemisk6. Blandt dem er kontusionsmodellerne, der bruger eksterne kræfter til at fortrænge og skade rygmarven, tættest på den kliniske ætiologi hos de fleste rygmarvsskadepatienter. Derfor er kontusionsmodellen blevet brugt af mange forskere i rygmarvsskadestudier 3,7. Forskellige instrumenter bruges til at udvikle kontusionsmodeller for rygmarvsskader. New York University (NYU)-multicenter animal spinal cord injury studies (MASCIS) impactor producerer rygmarvsskadekontusioner ved hjælp af vægttabsenhed8. Efter flere opdaterede versioner bruges MASCIS slaglegemet i vid udstrækning til at udvikle rygmarvsskadekontusion dyremodeller9. Men når slagstangen på MASCIS falder og rammer rygmarven, kan der opstå flere skader, hvilket påvirker graden af skade i rygmarvsskademodeller. Desuden er det også udfordrende at opnå mekanisk præcision for at sikre instrumentets nøjagtighed og repeterbarheden af fremstillingsmodellen. De uendelige horisontimpaktorer forårsager kontusioner ved at kontrollere den kraft, der påføres rygmarven snarere end tunge dråber10. Den bruger en computer tilsluttet en sensor til direkte at måle slagkraften mellem slaglegemet og rygmarven. Når tærsklen er nået, trækkes slaglegemet straks tilbage, hvorved vægtstigning undgås, og nøjagtigheden forbedres10,11. Imidlertid kan brugen af denne finmotoriske modalitet til at påføre skade resultere i inkonsekvent skade og funktionelle underskud6. Ohio State University (OSU) -enheden komprimerer rygmarvens dorsale overflade med en forbigående hastighed af en elektromagnetisk driver12,13. Denne enhed ligner de uendelige horisontpåvirkninger, da den bruger kompressioner over korte afstande til at forårsage rygmarvsskader. Det har imidlertid forskellige begrænsninger i, at indledende bestemmelse af nulpunktet vil forårsage fejl på grund af tilstedeværelsen af cerebrospinalvæsken 6,14. Sammenfattende er der mange instrumenter, der kan bruges til at udvikle dyremodeller med rygmarvsskadekontusion, men de har alle nogle begrænsninger, der fører til utilstrækkelig nøjagtighed og reproducerbarhed af dyremodeller. For mere præcist, bekvemt og reproducerbart at skabe musekontusionsmodeller af rygmarvsskade er der derfor behov for en automatiseret og intelligent rygmarvsskadepåvirkning.
Vi præsenterer en ny rygmarvsskade, Guangzhou Jinan University smart rygmarvsskadesystem (G smart SCI-system; Figur 1) til fremstilling af kontusionsmodeller for rygmarvsskade. Enheden bruger en laserafstandsmåler som positioneringsenhed kombineret med en automatiseret mobil platform til at automatisere strejker i henhold til indstillede strejkeparametre, herunder strejkehastighed, strejkedybde og opholdstid. Automatiseret drift reducerer menneskelige faktorer og forbedrer nøjagtigheden såvel som reproducerbarheden af dyremodeller.
Protocol
Representative Results
Discussion
Rygmarvsskade kan føre til sensoriske og motoriske underskud, hvilket kan resultere i alvorlige fysiske og mentale svækkelser. I Kina varierer forekomsten af rygmarvsskader i forskellige provinser fra 14,6 til 60,6 pr. Million18. Stigningen i forekomsten af forsyningskædeinstitutter vil lægge større pres på sundhedssystemet. I øjeblikket er der begrænset effektiv behandlingsmulighed for rygmarvsskade, skader, fordi dens patomekanismer og reparationsprocesser endnu ikke er fuldt ud forståe…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China, nr. 82102314 (til ZSJ) og 32170977 (til HSL) og Natural Science Foundation of Guangdong-provinsen, nr. 2022A1515010438 (til ZSJ) og 2022A1515012306 (til HSL). Denne undersøgelse blev støttet af Clinical Frontier Technology Program på det første tilknyttede hospital ved Jinan University, Kina, nr. JNU1AF- CFTP- 2022- a01206 (til HSL). Denne undersøgelse blev støttet af Guangzhou Science and Technology Plan Project, nr. 202201020018 (til HSL), 2023A04J1284 (til ZSJ) og 2023A03J1024 (til 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 |
Riferimenti
- Venkatesh, K., Ghosh, S. K., Mullick, M., Manivasagam, G., Sen, D. Spinal cord injury: pathophysiology, treatment strategies, associated challenges, and future implications. Cell and Tissue Research. 377 (2), 125-151 (2019).
- Chiu, C. W., Cheng, H., Hsieh, S. L. Contusion Spinal Cord Injury Rat Model. Bio Protocol. 7 (12), e2337 (2017).
- Thygesen, M. M., Guldbæk-Svensson, F., Rasmussen, M. M., Lauridsen, H. Contusion Spinal Cord Injury via a Microsurgical Laminectomy in the Regenerative Axolotl. Journal of Visualized Experiments. (152), 60337 (2019).
- Anderson, T. E. A controlled pneumatic technique for experimental spinal cord contusion. Journal of Neuroscience Methods. 6 (4), 327-333 (1982).
- Allen, A. R. SURGERY OF EXPERIMENTAL LESION OF SPINAL CORD EQUIVALENT TO CRUSH INJURY OF FRACTURE DISLOCATION OF SPINAL COLUMN: A PRELIMINARY REPORT. Journal of the American Medical Association. LVII (11), 878-880 (1911).
- Cheriyan, T., et al. Spinal cord injury models: a review. Spinal Cord. 52 (8), 588-595 (2014).
- Yan, R., et al. A modified impactor for establishing a graded contusion spinal cord injury model in rats. Annals of Translational Medicine. 10 (8), 436 (2022).
- Gruner, J. A. A monitored contusion model of spinal cord injury in the rat. Journal of Neurotrauma. 9 (2), 123-126 (1992).
- Ghnenis, A. B., et al. Evaluation of the Cardiometabolic Disorders after Spinal Cord Injury in Mice. Biology (Basel). 11 (4), 495 (2022).
- Scheff, S. W., Rabchevsky, A. G., Fugaccia, I., Main, J. A., Lumpp, J. E. Experimental modeling of spinal cord injury: characterization of a force-defined injury device. Journal of Neurotrauma. 20 (2), 179-193 (2003).
- Hong, Y. R., et al. Ultrasound stimulation improves inflammatory resolution, neuroprotection, and functional recovery after spinal cord injury. Scientific Reports. 12 (1), 3636 (2022).
- Noyes, D. H. Electromechanical impactor for producing experimental spinal cord injury in animals. Medical & Biological Engineering & Computing. 25 (3), 335-340 (1987).
- Stokes, B. T., Noyes, D. H., Behrmann, D. L. An electromechanical spinal injury technique with dynamic sensitivity. Journal of Neurotrauma. 9 (3), 187-195 (1992).
- Pearse, D. D., et al. Histopathological and behavioral characterization of a novel cervical spinal cord displacement contusion injury in the rat. Journal of Neurotrauma. 22 (6), 680-702 (2005).
- Wu, X., et al. A Tissue Displacement-based Contusive Spinal Cord Injury Model in Mice. Journal of Visualized Experiments. (124), 54988 (2017).
- Forgione, N., Chamankhah, M., Fehlings, M. G. A Mouse Model of Bilateral Cervical Contusion-Compression Spinal Cord Injury. Journal of Neurotrauma. 34 (6), 1227-1239 (2017).
- Ji, Z. S., et al. Highly bioactive iridium metal-complex alleviates spinal cord injury via ROS scavenging and inflammation reduction. Biomaterials. 284, 121481 (2022).
- Chen, C., Qiao, X., Liu, W., Fekete, C., Reinhardt, J. D. Epidemiology of spinal cord injury in China: A systematic review of the chinese and english literature. Spinal Cord. 60 (12), 1050-1061 (2022).
- Flack, J. A., Sharma, K. D., Xie, J. Y. Delving into the recent advancements of spinal cord injury treatment: a review of recent progress. Neural Regeneration Research. 17 (2), 283-291 (2022).
- Khuyagbaatar, B., Kim, K., Kim, Y. H. Conversion Equation between the Drop Height in the New York University Impactor and the Impact Force in the Infinite Horizon Impactor in the Contusion Spinal Cord Injury Model. Journal of Neurotrauma. 32 (24), 1987-1993 (2015).
- Alizadeh, A., Dyck, S. M., Karimi-Abdolrezaee, S. Traumatic Spinal Cord Injury: An Overview of Pathophysiology, Models and Acute Injury Mechanisms. Frontiers in Neurology. 10, 282 (2019).
- Bilgen, M. A new device for experimental modeling of central nervous system injuries. Neurorehabilitation and Neural Repair. 19 (3), 219-226 (2005).
- Khan, M., et al. GSNOR and ALDH2 alleviate traumatic spinal cord injury. Brain Research. 1758, 147335 (2021).
