临床相关的挫伤、剪切伤和牵拉伤胸脊髓损伤大鼠模型的建立及分析研究

There is currently no cure or effective treatment for spinal cord injury (SCI), partially because the clinical differences between the SCI mechanisms have been largely neglected in previous studies. Dislocation, contusion, and distraction are the common SCI mechanisms in the clinic, but contusion model remains the only gold standard clinically relevant SCI animal model in research. Since each therapy targets a limited number of injury pathomechanism, clinical SCI mechanism differences should be considered in the scientific development of SCI treatments and the decisions on which types of injuries are most likely to benefit from specific treatments. However, the field lacks other clinically relevant long-term survival models that can be practically used to study the heterogeneity of human SCI and its therapeutic options. This project aims to develop clinically relevant contusion, dislocation, and distraction long-term survival models in rats that are highly applicable. The models will have high survival rates and low animal care workload requirement even with severe injury. The work includes making custom tools for contusion, dislocation, and distraction thoracic SCI models, finding displacement settings for mild, moderate, and severe injury severities of these models, and examining the characteristics and differences of these models with different SCI mechanisms and injury severities. The established dislocation and distraction models will become gold standard clinically relevant SCI animal models just like the contusion model, which will be useful to understand the changes in SCI pathophysiology and test the effect of treatments in the future.

脊髓损伤目前没有彻底治愈甚至有效的方法，原因之一是以往的研究忽略了导致损伤的不同机制。常见的脊髓损伤机制有挫伤、剪切伤、牵拉伤等，但目前只有挫伤模型是动物模型的“金标准”，缺乏其他应用性强并可长期生存的临床相关模型，研究脊髓损伤的动物模型单一，对不同机制导致的脊髓损伤不能形成全面认识并给予个性化治疗。本项目拟制作建模需要的工具，根据脊髓损伤机制和程度的复杂性，建立应用性强并可长期生存的挫伤、剪切伤和牵拉伤胸脊髓损伤大鼠模型，对脊髓损伤的复杂机制和程度进行模拟，测试不同损伤机制下模型的不同损伤程度的阈值，检测大鼠模型在不同损伤机制和程度导致的组织形态改变和功能障碍，并明确两者的相关性。研究建立的剪切伤和牵拉伤模型完善了脊髓损伤动物模型库，不同程度损伤模拟了脊髓损伤的复杂性，这两种模型将同挫伤模型一样，成为脊髓损伤模型的“金标准”，为未来探讨脊髓损伤的病生理机制与开发治疗方法提供支持。

本项目的研究目标为建立应用性强可长期生存的临床相关挫伤、剪切伤和牵拉伤脊髓损伤大鼠模型，并明确不同损伤程度和机制在胸脊髓损伤后的组织形态改变和功能障碍，以及两者的相关性，对未来研究开发针对不同机制和程度脊髓损伤的个性化治疗方法提供支持。目前，本项目：（1）搭建了一套新的脊髓损伤测试系统，能在同一个系统中实现挫伤、剪切伤和牵拉伤三种损伤，而且能达到1000 mm/s左右接近临床的高速损伤，与传统的脊髓损伤测试系统相比能更精确的控制生物力学测试仪的位置，减少人为因素的误差，能避免造成二次打击，且操作方便，占用空间相对小；（2）搭建了一款温控嵌入式动物实验多功能固定平台，实现了在同一个装置上对大鼠进行立体定位的同时为大鼠提供适宜温度，有效提高了实验动物术后成活率；（3）开发了一套椎骨夹具及配套的连接工具并分析了目前市面已有夹具所存在的设计缺陷，自制夹具能紧固夹持300 g成年雄性SD大鼠的T9和T10椎骨并连接至测试系统，从而精准造成大鼠不同程度的脊髓损伤，有效提高了实验的高效性，同时由于减少了对大鼠的损伤，提高了大鼠术后成活率；（4）开发了两款自动化计数软件，分别可用于精准分析正常和临床常见损伤脊髓轴突和髓鞘情况的软件和精准分析正常和临床常见损伤脊髓神经元数量，有效解决了传统人工计数方法工作繁杂、耗时长和易出错的问题，且扩充了更多可供分析的参数与指标。本项目已将目前所取得的的研究结果在SCI期刊上发表了5篇论文（Q1区3篇，Q2区2篇；总引用次数10次），获得了一项国家发明专利授权。基于本项目开展过程中所搭建的动物实验平台和不断完善的动物模型构建的研究基础，本课题组成功与企业合作开展了一项关于六种胰腺癌药物在10例PDX模型中的治疗效果的研发项目，帮助企业提高了动物模型构建的实验技能，带来新的经济效益增长点，并为后续临床实验提供支持。本资助项目执行期间已培养了1名博士生毕业、3名硕士生毕业和1名硕士生毕业后转博。由于为了更好地达到总体研究目标，本课题组对研究内容进行了多项扩充，同时受到疫情影响，虽然本项目的总体研究目标尚未完成，但本课题组承诺会完成剩余的研究工作，达到本项目的总体研究目标。