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動物模型 | 腦癱動物模型的構建及評價
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腦性癱瘓(cerebral palsy,CP)簡稱腦癱,是由各種原因所引起的嬰兒在出生前后一個月內出現顱腦損傷或發(fā)育缺陷,進而導致的姿勢異;蛘哌\動障礙,屬于非進行性腦損傷。目前,腦癱已成為兒童致殘的主要疾病之一。成功地建立近似于人類腦癱腦損傷機制與臨床表現的動物模型是深入研究其發(fā)病機制,進行有效干預的基礎。 根據腦癱的病因學假說,目前腦癱模型制備方法大致有缺血缺氧型、感染型、神經毒素型、腦外傷型、多法聯合型五種。 動物的選擇 多腦回動物如狗、豬、羊、兔等因體積較大、飼養(yǎng)相對困難、費用較貴等原因限制了其在實驗中的大量應用; 與人類最接近的靈長類動物則更加昂貴和稀少,不適應實驗研究應用; 非多腦回動物如鼠類體形小、數量大、價格便宜、易飼養(yǎng),行為表現多樣,情緒反應敏感,且其腦體積小便于腦組織病理變化和生化改變的觀察。因此目前國內外大多傾向采用大鼠作為腦癱模型動物。 造模方法 一、缺血缺氧模型 缺血缺氧模型是比較常用的腦癱動物模型,主要有以下三種造模方式。 1 單側頸動脈結扎法 造模方法1:研究者將3日齡幼鼠結扎單側頸總動脈后暴露于8%O2缺氧環(huán)境中1.5 h,連續(xù)觀察幼鼠行為學表現33天,結果發(fā)現幼鼠出現顯著生長障礙,轉圈等異常行為明顯增多。 造模方法2:研究者通過結扎7日齡幼鼠右側頸動脈2h后,置于37℃恒溫的密閉缺氧箱中2 h后取出,結果顯示幼鼠出現了腦部損傷,病理表現符合缺血缺氧性腦病的特征。 優(yōu)點:單側頸動脈結扎法被認為最為成熟的是大鼠單側頸總動脈結扎合并缺氧環(huán)境制作的動物模型,其成功率高,易于操作,重復性好,實驗結果穩(wěn)定可靠,是運用較為廣泛的腦癱動物模型。 缺點:單側頸動脈結扎法不能模擬由于產前因素造成的胎兒宮內缺氧。 2 雙側頸動脈結扎法 造模方法1:研究者選取出生4d的幼鼠給予雙側頸動閉塞,在出生第6天時對腦組織進行病理學檢測,發(fā)現內囊周圍白質出現囊性損傷和凝固性壞死。這種改變與腦癱發(fā)生的時間點有些差別,但可以在制作腦癱模型時作為一種參考。 造模方法2:研究者選取清潔級5日齡Wistar新生大鼠,結扎兩側頸總動脈,30日齡時進行神經行為學和腦組織病理學檢測,發(fā)現模型幼鼠腦組織病理學和神經行為學變化大致符合腦癱標準。 1 子宮動脈結扎 造模方法:研究者將孕18周大鼠麻醉后行腹中線切口,暴露4條子宮動脈后同時阻斷血流45min。在不同的時間段采集幼鼠腦組織進行組織學檢查,以鑒定造模是否成功。 二、感染模型 1 腹腔內感染模型 造模方法1:研究者給予孕16d、17d的大鼠腹腔注射脂多糖(LPS),每次350μg/kg,連續(xù)2d。出生30d的仔鼠神經行為學檢測和腦組織病理學檢查結果顯示模型組大鼠隨意運動障礙,姿勢、肌張力異常;腦損傷部位在白質,系膠質細胞、髓鞘的損傷。 造模方法2:研究者將孕16-18天健康 Wistar大鼠腹腔注射LPS 0.4 mg/kg,12h后置于缺氧環(huán)境中缺氧2.5 h,4h后再次腹腔注射LPS 0.4 mg/kg。在乳鼠出生4周后進行行為學、神經電生理及腦組織病理學檢測。 優(yōu)點:腹腔內注射脂多糖模型旨在反應內毒素對腦白質的局部損害,與脂多糖的局部濃度密切相關。應用孕鼠腹腔注射LPS致宮內感染合并缺氧的方法更為成熟,對運動功能的損害較小,具有簡單易行、能夠逼真模擬人類在懷孕晚期宮內感染缺氧致胎兒腦部損傷等優(yōu)點,為腦癱的實驗研究提供了理想的動物模型,值得推廣。 2 宮內感染模型 造模方法1:研究者給孕17天的大鼠宮內注射LPS 而誘發(fā)早產現象,后續(xù)研究也證明炎癥反應學說是引起早產兒發(fā)生腦癱的重要因素。 造模方法2:研究者選取孕15天的Fischer344 鼠給予子宮內注射LPS 1mg/kg,在自然分娩后1~21天之間對幼鼠進行神經行為學檢測和組織病理學檢查,以確定造模是否成功。 造模方法3:研究者給予孕28~31天的白兔宮腔內注射LPS 20 μg/kg,出生后幼兔神經行為學和腦組織病理學檢測結果顯示LPS可導致模型幼兔腦白質的損傷和運動功能障礙。 三、神經毒素模型 1 膽紅素模型 造模方法:研究者給予出生24h內的仔兔腹腔注射膽紅素300 mg/kg,常規(guī)哺育45天后進行神經行為學檢查和病理學檢測,發(fā)現可造成仔兔腦損傷并致腦癱。 2 甲基汞模型 造模方法:研究者在大鼠孕后的12d、13d、14d分別向腦室內注射甲基汞5mg/kg來制作腦癱模型。造模后在幼鼠出生后1d、15d、30d 分別采集腦脊液及腦組織,檢測S100B濃度。 3 三硝基丙酸模型 造模方法:研究者選取出生5天的大鼠注射三硝基丙酸,并在注射后的1d、2d、3d、9d進行腦組織病理學檢測,發(fā)現模型大鼠腦組織改變較廣泛,具體可見白質與大腦皮質的損傷,胼胝體萎縮,腦室擴張等。 四、腦外傷模型 此種造模方法有腦組織切除法、液壓沖擊法、加速致傷法、自由落體打擊法、各種腦組織破壞法等。諸多方法中以自由落體打擊法和液壓沖擊法相對成熟,應用較廣泛。 造模方法1:研究者利用液壓沖擊的方法迅速地向大鼠顱腔內注射一定量的液體,致使大鼠顱腔內的壓力驟然增加,引起腦組織的彌散性受損。 造模方法2:研究者設計一種自由落體打擊裝置來撞擊致腦損傷以制作模型。 方法1和方法2的缺點:這兩種造模方法被認為是比較經典的腦外傷致腦癱模型,但是其所致腦癱的癥狀持續(xù)時間均相對較短,因此只適合做為腦損傷急性期的研究。 造模方法3:研究者運用腦組織部分切除的方法制作痙攣型腦癱模型,造成的腦損傷在神經解剖學上與痙攣型腦癱的病理解剖改變比較接近,出現的痙攣型腦癱體征維持時間亦較長。 造模方法4:研究者采用電毀損錐體束法致大鼠一側肢體痙攣性腦癱,結果成功制備了穩(wěn)定性較高的具有痙攣性癱瘓癥狀的腦癱模型。 五、多法聯合模型 多法聯合模型就是將兩種以上的造模方法聯合應用,從多角度呈現腦癱多因素致病的特點。 造模方法1:研究者先向幼鼠腦池中注射LPS后,進行頸內動脈結扎,然后再置于低氧環(huán)境來聯合制作腦癱模型。并且認為此種造模方法能明顯加重模型鼠腦組織損傷的程度。 造模方法2:研究者采用孕鼠體內注射LPS的方法造成宮內感染,再對幼鼠運用缺血缺氧法制作腦癱模型,結果顯示模型幼鼠的強迫性和自主性運動明顯異常,同時模型動物雙側大腦半球的皮質、皮質下,以及附近白質、豆狀核和黑質均有損傷。 腦癱動物模型的鑒定 有效地對模型進行鑒定才能判斷模型制作的成功性,才能提高實驗數據的可信度。采用的檢驗動物模型常用方法有以下幾點: 1 神經行為學檢測 目前腦癱的診斷主要依靠其特征性的臨床表現,即空間學習認知能力、運動功能的損害,姿勢的異常等,檢測方法主要有Morris水迷宮、足印重復間距分析試驗、平衡木試驗等。水迷宮中大鼠需要對迷宮周圍物體的空間位置進行比較評價,從而學會尋找及記憶迷宮中平臺的位置,爬上平臺,逃避溺死,Morris水迷宮是測驗大鼠學習和記憶尤其是空間記憶的比較可靠的方法 。此外,應用足印步態(tài)重復間距、平衡木試驗對腦癱動物模型生物學行為檢驗,研究結果顯示模型組足印步態(tài)重復間距、平衡木通過時間以及后足脫落次數均與正常組有差異,腦癱鼠肢體存在行動遲緩、運動障礙。 2 病理形態(tài)學 組織病理學檢測可以客觀直觀的獲取到組織形態(tài)學圖片,可以清晰的觀察到腦皮層細胞排列是否整齊,輪廓是否清晰,結構是否完整以及有無異型性細胞等等。 3 神經電生理檢測 神經電生理方法對腦癱的檢測近年來得到了飛速的發(fā)展。有研究者對小鼠進行皮質微電極刺激并繪圖,結果顯示感覺運動受限組的動物80%一級皮質定位點支配臀部運動,缺血組這一數據為57.1%,均高于對照組,提示痙攣狀態(tài)的再現。 4 分子生物學指標 由于缺氧缺血或宮內感染等可激活受損局部的星形細胞和小膠質,它們產生多種細胞因子,并與血液中滲入的白細胞一起對這些細胞 因子產生應答,進而損害腦白質組織的星形細胞、少突膠質以及軸突等,最終導致腦白質組織的壞死、星形 膠質化、細胞凋亡以及囊腔形成等多種病理改變 。分子生物學指標的測定也為后續(xù)細胞移植與基因治療腦癱提供了理論依據。 總結 目前尚沒有能夠模擬各種類型腦癱公認的、理想的動物模型。每一種動物模型都有其優(yōu)勢與不足。研究者應根據自身的研究方向和側重點來選擇與之相適應的實驗動物模型。 |
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