多款创伤性脑损伤动物实验造模仪器-推动脑科学研究新进展

2023-02-06 09:13:25, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

产品背景

PRODUCT BACKGROUND

创伤性脑损伤(traumatic brain injury，TBI)是世界范围内的健康问题，也是导致创伤发病率高和死亡率高的主要原因。根据2019年发表的“中国的创伤性脑损伤”文章中的数据，全世界每年有超过5000万创伤性脑损伤新发病例，在全球人口中，有大约一半人口在其一生中可能患有一次或多次创伤性脑损伤。2017年底，中国患有创伤性脑损伤的人口超过1.39亿，约占世界人口的18％，据估计，中国的创伤性脑损伤人群死亡率约为13例/10万人。中国创伤性脑损伤患者的绝对数量超过了其他大多数国家，给社会和家庭造成了巨大负担。

TBI会对人体具有破坏性的影响，包括使思维、记忆和情绪功能受损，其病理生理学主要包括打破血脑屏障，广泛的神经炎症，弥漫性轴索损伤和神经退行性病变。此外，TBI被证实与癫痫、阿尔兹海默病、帕金森病、慢性神经炎等疾病密切相关。鉴于临床上TBI发生情况各异，研究人员建立了不同类别的动物模型来复制不同类型的创伤性脑损伤，其中啮齿类动物因其体积小、成本低、容易量化等特点，最为研究者所青睐。

针对不同的创伤性脑损伤模型的建立，上海玉研科学仪器有限公司为广大科研工作者提供以下几款产品可供选择：

①液压颅脑损伤仪

②控制性脑皮质冲击损伤仪

③细胞牵张损伤仪

④自由落体打击器

液压颅脑损伤仪

液压冲击伤（fluid percussion injury, FPI）模型是目前使用最为广泛的创伤性脑损伤实验模型之一，而液压颅脑损伤仪是该模拟最典型的仪器设备，其通过向动物颅腔内快速注入一定量的生理盐水造成脑组织的变形和移位，从而导致脑损伤，损伤程度取决于压力脉冲的强度。FPI模型可以复制人类TBI后颅内出血、脑肿胀和渐进性灰质损害等病理生理特点。

下图分别为AmeScien公司的FP302型和CDF公司的Model 01-B型液压颅脑损伤仪

品牌：AmeScien 型号FP302 品牌：CDF 型号Model 01-B

在动物模型建立过程中，根据颅骨钻孔位置的不同，FPI模型可以分为中央（矢状缝上）FPI模型、矢状窦旁（距中线<3.5mm）FPI模型和侧方（距中线>3.5mm）FPI（lateral fluid persussion injury, LFPI)模型。其中LFPI模型产生的认知功能和神经行为障碍等是临床上TBI患者常见的症状。但因造成动物脑干损伤，呼吸暂停时间延长，FPI模型与其他模型相比具有较高的致死率，因此在开颅手术部位的选择确定对损伤程度至关重要，建模时要精确控制开颅手术的位置，以提高模型的可靠性和重复性。

液压颅脑损伤仪制造的TBI模型受外界因素如动物头颅发育的差异影响小，因其独特的钟摆式设计使得致伤力定量准确，稳定性和重复性好，致伤量可测定，伤情可分级，可复制出较理想的轻、中、重度脑损伤。

产品优势

√ 高精度的压力传感器——颅脑损伤精确稳定；

√ 伤情分级——可造不同程度脑损伤模型；

√ 粉末涂装设备防氧化，非常耐用，易于清洁；

√ 采用旋塞式鲁尔锁定端口，增强了从系统中清除截留气体的能力；

√ 冲击压力在显示屏上以波形呈现，可自动测量峰值压力；

√ 雕刻量角器刻度精确，可简化记录、使实验重复性更高；

√ 软件可记录、存储实验数据。

控制性脑皮层冲击损伤仪

控制性脑皮质冲击损伤（controlled cortical impact, CCI）模型是通过高速运动的金属撞击头直接打击暴露的硬脑膜，造成一定程度的脑局部损伤。其主要用于复制TBI后皮质组织缺失、急性硬脑膜下水肿、轴索损伤、脑震荡、血脑屏障功能障碍甚至昏迷等症状。该模型可以通过调节撞击停留时间、撞击速度、打击深度来控制损伤程度。

一、电动脑皮质损伤仪

Electric Cortical Contusion Impactor (eCCI)电动脑皮质损伤仪是美国CDF公司生产的一款可用于动物脑皮质损伤造模的电控脑皮质冲击损伤设备，具有致伤精确、重复性高、易于控制、占地小、实验准备时间短、维护方便等优点。

eCCI所建实验模型的极高可重复性得益于采用了增强型线性电动冲击器和控制器，可精准控制打击头的运动速度和深度。增强型冲击头配备光学传感器，用于检测速度、冲击深度和停留时间。

产品优势

实验前，可根据脑损伤造模要求调整打击时间、打击速度和打击深度等参数：

√ 打击时间：100ms（默认参数）

√ 最大打击速度：5.34m/s

√ 打击深度：3mm（默认参数），范围0.8-9.9mm

√ 打击角度：0-180°可调

打击头尖端直径标配钝头有3mm和5mm两种规格可选，其他尺寸可定制，适用于大小鼠和小型猪等脑损伤造模。

二、气动脑皮质损伤仪

AMS 201 型气动脑皮质损伤仪是美国AmeScien公司生产的一款用于动物脑皮质损伤造模的气动脑皮质冲击损伤设备。该仪器可有效控制气动装置的参数，不会出现反弹损伤，建立的损伤模型受个体差异因素影响小，应用较为广泛。

产品优势

√ 显示在撞击过程中打击杆运动的波形，无需连接示波器；

√ 转换电压和打击杆的位置可自动显示，并能自动和精确测量打击杆的平均速度；

√ 可记录动物的基本信息，应用高、低压力,其他实验事件和相应的时间事件；

√ 实验结果可以保存为一个文件方便进一步分析，并可打印实验报告以供文献发表；

√ 仪器操作简单，无需较多前期准备工作，加快实验进度；

细胞牵张损伤仪

牵张损伤体外细胞模型（cell stretch injury）是通过改变细胞形态造成细胞不同程度的伸展牵张，目的主要是为了研究TBI的生物力学效应。其中应用较为广泛的模型是通过压缩气体使夹持的圆形板变形，圆形板上贴壁的神经细胞也随之变形，根据事件的压力大小不同造成轻度、中度和重度损伤。美国CDF生产的 CIC Ⅱ型（The Cell Injury Controller II）细胞损伤仪即为该类产品的典型代表。

CIC Ⅱ型细胞损伤仪采用电控气动装置，损伤控制器调节压缩气体的流量，以快速加压单个培养皿，从而对培养细胞造成径向拉伸损伤，并可以通过控制气体施加于密封培养皿的峰值压力来确定损伤的严重程度，从而促进TBI微观细胞学方面的研究进展。根据细胞类型、损伤程度和培养条件，受损细胞可能死亡或修复，可用于研究创伤的反应，包括细胞损伤、修复、死亡或药物干预。该系统适配Flex I® 29.45cm2和BioFlex® 57.75cm2两种培养托盘。

自由落体打击器

自由落体打击（weight-drop，WD）模型是一种常用的TBI造模方法，通过重物自由下落打击硬脑膜或者颅骨造成脑损伤，通常采用一根导管来引导重物自由下落，通过重物的重量和下落的高度来建立轻度、中度、重度脑损伤模型，主要用于模拟脑震荡和脑挫裂伤。该模型的优点是方法简单、条件易于控制等。

YAN-33型自由落体打击器是上海玉研科学仪器有限公司按自由落体原理自研的一款可用于建立动物脑损伤或脊髓损伤模型的打击器。自由落体脑损伤模型打击器由撞针、金属标杆和脑立体定位仪三部分组成。撞针有重5g直径1.3mm和重10g直径2.5mm、3mm、5mm，多种规格可选，金属标杆高度 25cm，分辨率为0.5mm。

产品优势

√ Ｘ、Ｙ、Ｚ轴人工自由调节，方便准确定位打击部位；

√ 撞针多种规格可选，重量和直径可自由组合，适配不同种类不同体型的动物；

√ 金属管高度25mm ，最小刻度0.5mm，保证打击高度满足打击力度和准确性；

√ 适用动物：小鼠、大鼠、豚鼠等啮齿类小动物；

√ 创伤性脑损伤和脊髓损伤模型两用。

美国CDF和AmeScien均为国际知名的创伤性脑损伤动物模型实验仪器生产商，在TBI模型建立研究方面走在科技最前沿。上海玉研科学仪器有限公司与CDF和AmeScien均保持着长期友好的合作伙伴关系。

参考文献

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