マウスの挫傷性脊髄損傷モデルのための自動インパクター
Summary
ここでは、さまざまな程度の脊髄損傷挫傷モデルを正確に作成できる、マウス用の新しい自動脊髄損傷挫傷装置を紹介します。
Abstract
交通事故や転倒などの外傷による脊髄損傷(SCI)は、永久的な脊髄機能障害と関連しています。脊髄に衝撃を与えることによる脊髄損傷の挫傷モデルの作成は、臨床診療におけるほとんどの脊髄損傷と同様の病状をもたらします。脊髄損傷の研究には、正確で再現性が高く、便利な脊髄損傷の動物モデルが不可欠です。脊髄損傷挫傷モデルを精度、再現性、利便性で作成できる、マウス用の新しい自動脊髄損傷装置である広州済南大学スマート脊髄損傷システムを紹介します。このシステムは、自動化されたモバイルプラットフォームと高度なソフトウェアを組み合わせたレーザー距離センサー を介して 、さまざまな程度の脊髄損傷のモデルを正確に生成します。このシステムを用いて、3段階の脊髄損傷マウスモデルを作成し、バッソマウススケール(BMS)スコアを決定し、その正確性と再現性を実証するために、行動アッセイと染色アッセイを実施しました。この装置を使用した傷害モデルの開発の各ステップを示し、標準化された手順を形成します。この方法では、再現性のある脊髄損傷挫傷マウスモデルを作成し、便利な取り扱い手順により人間の操作要因を減らします。開発された動物モデルは、脊髄損傷のメカニズムと関連する治療アプローチを研究するための信頼性があります。
Introduction
脊髄損傷は、通常、損傷した部分の下に永久的な脊髄機能障害を引き起こします。交通事故や転倒など、脊椎に当たる物体や脊椎の過伸展によって引き起こされることがほとんどです1。脊髄損傷に対する有効な治療法の選択肢は限られているため、動物モデルを用いた脊髄損傷の病因の解明は、適切な治療アプローチの開発に有益です。脊髄への衝撃によって引き起こされる脊髄損傷の挫傷モデルは、ほとんどの臨床的脊髄損傷症例と同様の病態を持つ動物モデルの開発をもたらします2,3。したがって、脊髄損傷挫傷の正確で再現性があり、便利な動物モデルを作成することが重要です。
1911年にアレンが脊髄損傷の最初の動物モデルを発明して以来、脊髄損傷動物モデルを確立するための機器の開発に大きな進歩がありました4,5。脊髄損傷モデルは、損傷のメカニズムに基づいて、挫傷、圧迫、伸展、脱臼、離断、または化学物質に分類されます6。その中で、外力を利用して脊髄を変位させ、傷つける挫傷モデルは、ほとんどの脊髄損傷患者の臨床病因に最も近いものです。したがって、挫傷モデルは、脊髄損傷研究で多くの研究者によって使用されてきました3,7。脊髄損傷挫傷モデルの開発には、さまざまな機器が使用されています。ニューヨーク大学(NYU)の多施設動物脊髄損傷研究(MASCIS)のインパクターは、ウェイトドロップデバイス8によって脊髄損傷挫傷を引き起こします。いくつかのバージョンが更新された後、MASCISインパクターは脊髄損傷挫傷動物モデルの開発に広く使用されています9。しかし、MASCISのインパクトロッドが落下して脊髄に当たると、複数の損傷が発生することがあり、脊髄損傷モデルの損傷の程度に影響を与えます。さらに、機器の精度と製造モデルの再現性を確保するために機械的精度を達成することも困難です。無限の地平線インパクターは、重い落下ではなく脊髄に加わる力を制御することによって挫傷を引き起こす10。センサーに接続されたコンピューターを使用して、インパクターと脊髄の間の衝撃力を直接測定します。閾値に達すると、インパクターは直ちに後退し、それによって重量の跳ね返りを回避し、精度を向上させる10,11。しかし、この微細な運動モダリティを使用して損傷を与えると、一貫性のない損傷や機能障害が生じる可能性があります6。オハイオ州立大学(OSU)の装置は、電磁ドライバ12,13によって脊髄の背側表面を過渡的な速度で圧縮する。この装置は、短距離の圧迫を使用して脊髄損傷を引き起こすため、無限の地平線インパクターに似ています。しかし、零点の初期決定は、脳脊髄液6,14の存在による誤差を引き起こすという点で種々の限界を有する。要約すると、脊髄損傷挫傷動物モデルの開発に使用できる機器は多数ありますが、それらすべてにいくつかの制限があり、動物モデルの精度と再現性が不十分です。したがって、脊髄損傷のマウス挫傷モデルをより正確、便利、再現性よく作成するためには、自動化されたインテリジェントな脊髄損傷インパクターが必要です。
新しい脊髄損傷インパクターである広州済南大学スマート脊髄損傷システム(GスマートSCIシステム; 図1)、脊髄損傷挫傷モデルを作成するため。このデバイスは、位置決めデバイスとしてレーザー距離計を使用し、自動化されたモバイルプラットフォームと組み合わせて、ストライク速度、ストライク深度、滞留時間などの設定されたストライクパラメータに従ってストライクを自動化します。自動運転により、人的要因が軽減され、動物モデルの精度と再現性が向上します。
Protocol
Representative Results
Discussion
脊髄損傷は、感覚障害や運動障害を引き起こし、重度の身体的および精神的障害を引き起こす可能性があります。中国では、省によって脊髄損傷の発生率は100万人あたり14.6人から60.6人までさまざまである18。SCIの有病率の増加は、医療システムにさらなる圧力をかけるでしょう。現在、脊髄損傷、その病態メカニズムと修復プロセスがまだ完全に理解されていないため、損…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、中国国家自然科学基金会第82102314号(ZSJ宛)、32170977(HSL宛)、広東省自然科学基金会(No.2022A1515010438)(ZSJ宛)および2022A1515012306号(HSL宛)の支援を受けて行われました。この研究は、中国曁南大学第一附属病院の臨床フロンティア技術プログラム、番号JNU1AF-CFTP-2022-a01206(HSLへ)の支援を受けました。本研究は、広州科学技術計画プロジェクト第 202201020018号(HSLへ)、2023A04J1284(ZSJへ)、2023A03J1024(HSLへ)の支援を受けて行われました。
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 |
References
- 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).
