本文展示了一种用于小鼠的新型自动化脊髓损伤挫伤装置，该装置能够精确地制备不同程度的脊髓损伤挫伤模型。
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摘要
摘要
脊髓损伤（SCI）由车祸和跌倒等创伤性损伤引起，常导致永久性脊髓功能障碍。通过撞击脊髓建立脊髓损伤挫伤模型，可产生与临床实践中大多数脊髓损伤相似的病理变化。准确、可重复且操作便捷的动物模型对于脊髓损伤研究至关重要。本文介绍一种新型自动化小鼠脊髓损伤挫伤装置——广州暨南大学智能脊髓损伤系统，该系统能够准确、可重复且便捷地建立脊髓损伤挫伤模型。该系统可精确构建不同程度的脊髓损伤模型。 通过 激光测距传感器结合自动化移动平台与先进软件。我们利用该系统建立了三种程度的脊髓损伤小鼠模型，测定其Basso小鼠评分（BMS）分数，并进行行为学及染色检测，以验证该方法的准确性与可重复性。本文展示了使用该设备构建损伤模型的各个步骤，形成了一套标准化操作流程。该方法可稳定构建可重复的脊髓损伤挫伤小鼠模型，并通过简便的操作程序减少人为操作因素的影响。所建立的动物模型在研究脊髓损伤机制及相关治疗策略方面具有可靠性。
引言
脊髓损伤通常导致损伤节段以下的脊髓功能永久性障碍。其主要原因包括物体撞击脊柱和脊柱过度伸展，例如交通事故和跌倒1。由于目前针对脊髓损伤的有效治疗手段有限，利用动物模型阐明脊髓损伤的发病机制，将有助于开发适当的治疗策略。通过外力冲击脊髓所建立的脊髓损伤挫伤模型，能够产生与大多数临床脊髓损伤病例病理特征相似的动物模型2,3。因此，建立精确、可重复且操作便捷的脊髓损伤挫伤动物模型具有重要意义。
自1911年Allen首次建立脊髓损伤动物模型以来，在用于构建脊髓损伤动物模型的仪器开发方面已取得重大进展4,5。根据损伤机制，脊髓损伤模型可分为挫伤、压迫、牵张、脱位、横断或化学性损伤模型6。其中，挫伤模型通过外部力量使脊髓移位并造成损伤，最接近大多数脊髓损伤患者的临床病因。因此，挫伤模型已被众多研究者广泛应用于脊髓损伤研究中3,7。目前有多种仪器可用于建立脊髓损伤挫伤模型。纽约大学（New York University, NYU）多中心动物脊髓....
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方案
涉及动物的研究已通过暨南大学伦理委员会的审查和批准。
1. 动物麻醉与T10脊髓椎板切除术
- 本研究使用8周龄雌性成年C57/6J小鼠。通过腹腔注射氯胺酮（100 mg/kg）和 diazepam (5 mg/kg)对小鼠进行麻醉。通过检测痛觉反射消失判断麻醉是否成功。在眼睛上涂抹兽用眼膏，以防止麻醉期间角膜干燥。
- 使用剃毛器剃除小鼠背部毛发，暴露皮肤。用碘伏和酒精交替擦拭三遍，对皮肤进行消毒。
- 使用手术刀在小鼠背部正中做一条2.5 cm长的纵向切口，用镊子暴露T9-T11节段的脊柱。
- 使用脊柱固定器双侧固定T10关节突。确保脊柱稳定固定。剥离椎旁肌，并使用微型磨钻切除棘突和椎板，以暴露T10节段的脊髓。
使用 G smart SCI 系统对 T10 脊髓进行挫伤
- 打开开关，等待设备自动恢复至初始状态。将脊柱固定器放入G smart SCI系统中，并用螺钉固定。
- 通过操作触摸屏（图2A）设置损伤参数，包括冲击速度（1 m/s）、冲击深度（分别为三组小鼠设置0.5 mm、0.8 mm和1.1 mm）以及停留时间（500 ms）
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结果
对24只雌性小鼠（8周龄）进行椎板切除术，操作方法如上所述。假手术组小鼠（n=6）未接受脊髓损伤处理，其余小鼠分别接受不同深度的脊髓压迫损伤，包括0.5 mm组（n=6）、0.8 mm组（n=6）和1.1 mm组（n=6）。术后每月定期记录BMS评分（图4）。不同组别小鼠术后的BMS评分存在显著差异。术后1个月时，0.5 mm组小鼠的术后评分为4至6分，恢复水平与假手术组相似；0.8 mm组和1.1 mm组小鼠的术后评分均为1至2分。术后1个月，0.8 mm组恢复至4至6分，而1.1 mm组小鼠几乎未见恢复。
1个月后，进行动物行为学检测，包括足错步实验、转棒实验和步态分析实验。在足错步实验（图5A）中，0.5 mm组与假手术组之间的后肢足错步率无显著差异。然而，0.8 mm组的后肢足错步率与其他各组相比存在显著差异。1.1 mm组小鼠的足错步率为100%，因为其后肢无法支撑身体接触地面，与其他各组相比差异显著。在转棒实验（
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讨论
脊髓损伤可导致感觉和运动功能障碍，进而引发严重的身体和心理障碍。在中国，不同省份脊髓损伤的发病率每百万人中为14.6至60.6例18。脊髓损伤患病率的上升将给医疗系统带来更大压力。目前，针对脊髓损伤的有效治疗手段有限，因其病理机制和修复过程尚未被充分阐明19。因此，有必要建立准确且可重复的脊髓损伤动物模型，以深入研究脊髓损伤的病理机制及修复过程。为此，我们开发了一种精确、可重复且操作简便的脊髓损伤仪器。
许多设备被用于建立脊髓损伤的挫伤模型，包括 NYU-MASCIS 撞击器、无限地平线撞击器（infinite horizon impactor）和 OSU 撞击器8,9,12,13,
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披露
作者声明不存在竞争性财务利益。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（项目编号：82102314，资助对象：ZSJ；项目编号：32170977，资助对象：HSL）以及广东省自然科学基金（项目编号：2022A1515010438，资助对象：ZSJ；项目编号：2022A1515012306，资助对象：HSL）的支持。本研究还得到暨南大学第一附属医院临床前沿技术项目（项目编号：JNU1AF-CFTP-2022-a01206，资助对象：HSL）的支持。此外，本研究也得到广州市科技计划项目（项目编号：202201020018，资助对象：HSL；项目编号：2023A04J1284，资助对象：ZSJ；项目编号：2023A03J1024，资助对象：HSL）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.01 M PBS（粉末，pH 7.2–7.4） | Solarbio Life Sciences | P1010 | |
| 2,2,2-三溴乙醇 | Macklin | 75-80-9 | |
| 4% 多聚甲醛组织固定液 | Biosharp life science | BL539A | |
| 生物显微镜 | Leica | LCC50 HD | |
| CatWalk | Noldus Information Technology | CatWalk XT 9.1 | |
| 盖玻片 | CITOTEST Scientific | 10212432C | |
| 包埋机 | 常州中威电子仪器 | BMJ-A | |
| 无水乙醇 | 大茂 | 64-17-5 | |
| FootFaultScan | Clever Sys Inc. | - | |
| 载玻片 | CITOTEST Scientific | 80302-2104 | |
| 苏木精-伊红染色试剂盒 | 碧云天生物技术 | C0105S | |
| 微型研磨钻 | 飞宇生物 | 19-7010 | |
| 小鼠脊柱固定器 | RWD Life Science | 68094 | |
| 石蜡切片机 | Thermo | shandon finesse 325 | |
| 小鼠转棒仪 | Ugo Basile | 47600 | |
| 体视显微镜 | KUY NICE | SZM-7045 | |
| 叔戊醇 | Macklin | 75-85-4 | |
| 二甲苯 | 中国医药集团 | #10023418 |
参考文献
- 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.
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重印与许可
