收藏 | 脊髓损伤模型构建操作方法汇总

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是由高能量创伤引起脊柱骨折或脱位而导致的脊髓神经受损，目前世界范围内脊髓损伤导致的残疾达数百万人。

动物模型应反映人类SCI的临床病理过程和模式，并满足可重复、标准化的要求，也应允许进一步深入研究病理、生理及其他变化。

现阶段使用的动物模型为大鼠、小鼠、猫、犬、猪、灵长类动物等，使用频率最高的为大鼠。

本文系统全面地总结了SCI模型不同种类造模方法及应用。

1. 脊髓打击损伤造模

脊髓T10节段打击损伤模型。

造模举例：

用异氟烷麻醉小鼠后去除背毛，碘伏消毒，在脊髓的脊椎T10节段处开1.5cm切口，找到第10根肋骨上的T10椎体，进行T10椎板切除术暴露小鼠脊髓，然后用质量10g的砝码从距离套管8mm高处坠落。打击模型为间接撞击，砝码从8mm高处撞击7.5cm的套管，实际坠落高度约为8.3cm，通过套管撞击脊髓。用棉签去除渗出的血液，将小鼠的筋膜、肌肉和皮肤逐层缝合，并再次使用碘伏消毒小鼠皮肤。

造模成功标准：小鼠在打击损伤术后立即出现水肿和瘀血，从麻醉中苏醒后运动行为学评分(BMS评分)降为0分，小鼠后肢运动功能丧失并出现尿潴留，后肢拖地并且尾巴无法抬起。手术后，每只小鼠腹腔注射0.5mL生理盐水，将小鼠置于饲养笼中(冬天放在保温垫上直到苏醒)，饲料放置于垫料上使小鼠可以轻松获取。在造模后，每天手动排空小鼠膀胱2次，直到小鼠被处死。

2. 脊髓钳夹损伤造模

脊髓T10节段钳夹损伤造模。

造模举例：

用异氟烷麻醉小鼠后去除背毛，碘伏消毒，在脊髓的脊椎T10节段处开1.5cm切口，找到第10根肋骨上的T10椎体，进行T10椎板切除术暴露小鼠脊髓，用0.1mm宽显微镊的尖端小心插入脊髓的两侧，用显微镊将脊髓完全挤压2s。

造模成功标准：小鼠在钳夹损伤术后立即出现水肿和瘀血，从麻醉中苏醒后运动行为学评分(BMS评分)降为0分，小鼠后肢运动功能丧失并出现尿潴留，后肢拖地并且尾巴无法抬起。用棉签去除渗出的血液，将小鼠的筋膜、肌肉和皮肤逐层缝合，并再次使用碘伏消毒小鼠皮肤。

手术后，每只小鼠腹腔注射0.5mL生理盐水，将小鼠置于饲养笼中(冬天放在保温垫上直到苏醒)，饲料放置于垫料上以供小鼠轻松获取。在造模后，每天手动排空小鼠膀胱2次，直到小鼠被处死。

3. 连体共生脊髓打击损伤模型

选取性别一致(例如雄性和雄性配对做连体共生)，体质量和年龄接近的成年β-actinGFP小鼠与C57BL/6J小鼠。在连体共生手术前2周，将1只β-actinGFP小鼠与另1只C57BL/6J小鼠一起同笼饲养，以确保小鼠之间保持和谐共处以利于术后恢复。

在用异氟烷对小鼠进行深度麻醉后，用剪刀和剃毛刀去除小鼠从肘部到膝盖的侧面毛发，用碘伏消毒液自上而下消毒小鼠皮肤。然后将2只小鼠仰面朝上摆放在一起，剪开表皮并从皮下筋膜上钝性分离露出0.5cm的皮肤，用不可吸收的3-0缝线连接2只小鼠的肘关节和膝关节，然后用3-0缝线缝合2只小鼠的皮肤。术后再次用碘伏消毒液擦拭伤口。

手术后，每只小鼠腹腔注射0.5mL生理盐水，用加热垫将小鼠体温保持在37℃，直到小鼠恢复清醒。在鼠笼内放置粮食以防小鼠在连体共生术后够不到粮食。在小鼠连体共生14d后，将2只小鼠均进行脊髓打击损伤造模，造模方法同1.4.3。为观察细胞的移植效率，故仅留取C57BL/6J野生型小鼠脊髓进行相关检测。

4. 球囊压迫法

球囊压迫模型，接近大多数情况下人类SCI的机制。球囊压迫通常缺乏SCI的急性成分，可用来制造慢性的脊髓压迫模型，和临床上腰椎间盘突出症或椎管狭窄症的机制相似。

造模举例：

动物禁食后，以3%异戊巴比妥钠1ml/kg体重实施耳缘静脉注射麻醉。成功后备皮、常规消毒、铺巾，以T12定位，选取T6、T7棘突为中点，纵行切开约5cm，逐层分离显露，咬除T6、T7棘突。使用微钻在T6、T7椎板中线钻一小孔（1.5mm直径），并在椎板表面做一个小的凹槽，目的是引导球囊插入，并保持球囊在中线位置。

2FFogarty球囊导管分别从两个孔置入硬膜外腔，X线下定位球囊的位置，使其位于T3、T10水平,固定导管，逐层缝合肌肉层、皮下和皮肤。术毕A组不膨胀球囊，B、C组分别注射40μl及50μl生理盐水扩张球囊。术后每天按摩膀胱两次，直至反射性膀胱活动建立，并且每天给予氨苄西林钠预防感染至术后3天。

5. 脊髓捆绑术：

脊髓捆绑术是新兴模型，在损伤精确部位的持续重现性和伤害影响的程度还有待验证。

造模举例：

准备雌性SD大鼠进行实验，使用混合麻醉剂（ketamine:xylazine:acepromazine，分别为90mg/kg、5mg/kg、1mg/kg）将大鼠麻醉。用显微镜下的手术器械将T9和T10之间的椎板去除，并使用医用胶贴将T9和T10之间的椎弓根固定。细心地切开椎板，以避免损伤脊髓周围的组织。使用一种特殊的工具（如血管夹）将脊髓缓缓地固定在T9段神经根的顶部。固定完毕后，使用缝合线将椎板和皮肤缝合，以保护脊髓并预防感染。

术后移动动物到温暖、干燥的环境中，给大鼠注射了适量的生理盐水，并且密切监测大鼠的健康状况。在手术后的不同时间点（如1天、1周、1个月等时间点）对动物进行观察，评估脊髓捆绑模型是否成功。

6. 脊髓压缩模型：

该方法首先对目标节段的椎板进行切除，然后使用一对改良的钳子将脊髓压缩到所需的不同厚度。脊髓压缩模型是一种简单且廉价的SCI模型，但是它缺乏钳夹压缩和挫伤模型所具有的急性冲击损伤的特质。

因此，脊髓压缩模型无法再现人类急性SCI的机制，这限制了它的应用。

7. 牵拉模型（distraction）：

牵拉模型与人类脊柱畸形行矫形手术术中使用矫形器械时可能造成脊髓牵张性损伤类似，为进一步研究脊髓牵张性损伤的发病机制及治疗奠定基础。

造模举例：

用戊巴比妥钠大鼠腹腔内注射麻醉（30mg/kg），背部剃毛，以为T10为中心作背部后正中切口，长2cm，依次切开皮肤、皮下组织，剥离椎旁肌肉，咬除T10棘突和全椎板，分别向头、尾侧咬除T9、T11椎板的下、上缘部分椎板，至少显露

0.6cm长的硬脊膜，椎管显露到椎弓根部，注意保护硬脊膜完整，避免神经根损伤。记录皮层诱发电位，然后自T10右侧用自行设计的脊髓牵拉器（宽4mm,厚0.5mm）水平方向推移脊髓1.7mm，持续5min，再次记录皮层诱发电位，逐层关闭手术切口。

8. 脱位模型：

通过脊椎侧方移位使脊髓产生轴突和血管损伤，采用机电反馈控制装置将脊柱侧移至对侧，通过电脑可以控制速度和侧移程度来控制损伤程度。损伤程度与机械位移相关，位移较大，导致较大的应变，从而导致更广泛的轴突和血管损伤。应用组织学和免疫组织学技术将力学参数与脊髓的病理损伤程度联系起来。

该方法利用脊椎移动诱发SCI，这与临床中常见的脊椎脱位的发生机制相符合，适合此类疾病的研究。

9. 完全横断模型：

在目标节段用显微刀片将脊髓完全横断，该模型确保损伤的绝对完全性，使评估干预措施对轴突再生和功能恢复的效果变得更容易。横断模型有助于研究神经营养因子、神经递质在SCI中的作用及电生理研究。

造模举例：

42只大鼠，随机分成A组(n=6)、B组(n=18)和C组(n=18)。大鼠用10%水合氯醛(300mg/kg)腹腔注射麻醉后，俯卧位固定于手术台上，消毒，铺无菌孔巾。以T9-10节段骨性标志为中心，沿棘突做纵行切口约4cm，切开皮肤及浅筋膜并皮下游离。钝性分离棘突两侧椎旁肌达椎板表面，眼睑撑开器撑开两侧椎旁肌，暴露椎板骨面及关节突关节内侧缘，咬骨钳咬除T8和T9锥体棘突，然后深入椎板下紧贴关节突关节内侧完整去除T8和T9椎板。

A组，只行椎板切除；B组用尖刀在已显露脊髓的中间位置横向切断脊髓，刀尖要触及椎管前壁和侧壁骨面，反复切割；C组，用一钝头小钩将手术缝线从脊髓腹侧穿到对侧，轻微抬起脊髓，用双刃显微剪刀将脊髓、硬脊膜及血管一次性全部切除，然后从断端提出手术缝线以证实脊髓完全横断。

各组完成横断后明胶海绵止血，逐层缝合肌肉、筋膜、皮肤。造模后每天20万单位青霉素皮下注射，连续3d。每笼饲养3或4只大鼠，恒温保暖，隔天更换垫料。每天行人工膀胱按摩排尿，早晚各1次。

10. 部分横断模型：

在目标节段用显微刀片将脊髓部分横断，该模型模拟的损伤在临床上数量要比完全横断多，可用于检查不同脊髓束的运动功能和恢复，或在比较对侧和同侧病变时比较功能缺陷，可进行受损纤维和健康纤维的比较。

该模型最近也被用于研究神经移植技术，也常用于SCI后轴突再生能力和脊髓功能恢复及突触重塑的相关研究。

11. 脊髓缺血模型：

造模举例：

选用清洁级雄性SD大鼠36只，将实验动物随机分为A1组(血管造影剂对照组)、A2组(实验对照组)、B1组(假手术组)、B2组(缺血60min再灌注24h)、B3组(缺血60min再灌注48h)、B4组(缺血90min再灌注24h)和B5组(缺血90min再灌注48h)。

即选择性夹闭大鼠右肾动脉上极腹主动脉近心端造成脊髓缺血。2.5%戊巴比妥钠麻醉大鼠，消毒铺巾，术中予以体温检测，维持大鼠体温恒定。取腹部正中切口，打开腹膜，暴露腹主动脉，使用50g夹闭力的动脉夹夹闭腹主动脉。

A1组动物麻醉后打开胸腔及腹腔，剪断下腔静脉，进行体循环灌注，应用含有肝素钠的生理盐水左心室灌流约300mL至肝脏变白，下腔静脉流出清凉液体。然后应用4%的多聚甲醛灌流约250mL进行组织内固定，大鼠表现为全身肌肉痉挛，鼠尾翘起，至大鼠全身僵硬。将配好的Microfil20mL加压注射至左心室，灌注成功后明显可见肝脏以及腹腔肠系膜毛细血管内充盈黄色造影剂。待Microfil凝固后取出T11~L6脊髓组织，置于4%的多聚甲醛中保存。A2组在灌注Microfil前夹闭腹主动脉，其余步骤同A1组。同步辐射螺旋显微CT于中国科学院上海应用物理研究所进行。B1组为空白对照组，打开腹腔后随即关闭腹腔。B2、B3组夹闭腹主动脉60min再灌注24h、48h。动物苏醒后表现双下肢完全瘫痪，针刺下肢有反应，但肢体不能活动者列入研究对象。

术后每天给予庆大霉素8万单位肌肉注射预防感染。再灌注24h、48h后2.5%戊巴比妥钠麻醉大鼠，肝素钠生理盐水及4%多聚甲醛心脏灌流，取出脊髓后置于4%多聚甲醛中保存。B4、B5组夹闭腹主动脉90min后再灌注24h、48h。其余手术操作同B2、B3组。

1. 光化学模型（photochemicalmodels）

光化学损伤与挫伤和压迫性损伤有组织病理学上的相似之处，光化学损伤主要是由于微血管阻塞所致。

最常用的是无毒的光敏染料二碘曙红，当二碘曙红被吸收到血流中，焦点光照激活局部染料时，自由基产生，这导致血管内皮损伤和血小板聚集，随后血管闭塞、水肿和组织坏死。在组织梗死的早期，脊髓表面和实质血管内的闭塞性血小板血栓直接抑制脊髓血流。

该模型在神经损伤研究中发挥重要作用，虽然该模型与人SCI时的高能损伤模型有很大不同，但它可用于研究创伤后继发损伤，模拟创伤后的二级反应。该模型也成功地应用于小鼠，证明该模型的重复性和可靠性。

2. 兴奋性毒性模型（excitotoxicmodels）

通过向椎管内注射一些兴奋性毒素产生损伤。目前使用较多的是注射AMPA-代谢受体激动剂—使君子氨酸（quisqualicacid，QUIS）来制造模型，引起脊髓神经元丢失、空洞形成、星形细胞瘢痕形成和明显的炎症反应，与人SCI的病理表现类似。该方法不仅适合研究SCI的病

理生理学，而且适合研究与损伤引起的感觉功能改变的中枢机制相关问题。

3. 电解伤模型（electrolyticinjurymodels）

在大鼠脊髓内插入一个精细的金属电极，通过大电流加热电极尖端来使目标区域的细胞加热而损伤，是用来研究中枢神经系统中神经元通路的模型。

大鼠

其脊髓结构近似于人类，经济、来源广泛。现有的实验观察标准，如功能评分及形态定量，都首先建立在大鼠的实验模型上。

大鼠被认为是研究SCI的一种有效的、合理的、较为理想的实验动物。

但大鼠并非灵长类动物，其神经解剖与人类有较大差别，导致实验结果的变异性较大。

兔

虽然兔的中枢神经不如猫发达，但其脊髓的解剖结构与其他动物相比存在着重要差别。兔的腰段脊髓为7个节段，较粗大，一直延伸到骶管内。这些解剖特点造成了脊髓较易受缺血机制的影响。

同时兔的脊髓血管类似于人类，侧支循环较猫和鼠的变异少，相对恒定。血管结构简单，呈节段分布，缺血后病理变化规则，重复性好,特别适用于脊髓缺血性损伤模型。

猫

猫的中枢神经较为发达，是较为理想的实验动物。但猫的脊髓侧支循环较多，不恒定。在肾动脉以上的主动脉常有一到数支动脉分支供应腰段和骶段脊髓，压迫腹主动脉常不能导致下段脊髓的缺血性损伤，故不适合制作脊髓缺血性损伤模型。

另外，猫不如大鼠及兔经济和来源广泛。

其他动物

除以上最常用的实验动物外，还有犬、猴、猪等被选入作为实验动物建立实验性SCI模型，它们中有的中枢神经系统虽然更接近于人类，但受到动物来源及经费等因素的限制，难以获得足够的样本量。