小鼠脑损伤模型的制备及脑组织粘弹特性的测定

日期：2020-09-14　　浏览次数：11971

供稿：Biophysics Reports编辑部

近日，上海交通大学生物医学工程学院、医学影像先进技术研究院冯原实验室，应用自行研发的仪器，基于小鼠模型建立了一套面向脑外伤研究的组织制备和测量方法。

粘弹特性是生物组织的一种典型生物力学属性。已有研究表明，生物组织粘弹特性与大脑的生长发育和疾病有着显著的相关性。因此，测量脑组织的粘弹特性对理解脑组织损伤相关特征和机制具有重要意义。

脑外伤是一种常见的脑组织损伤疾病，给公众健康带来了挑战。小鼠是研究脑外伤常用的动物模型。为了研究脑外伤情况下的脑组织粘弹特性，需要建立脑外伤模型来进行损伤组织的粘弹性参数测量。本文作者建立了一整套基于脑外伤的产生、样本制备、生物力学参数测量的方法，并自制了两套实验仪器：可控皮层冲击仪和压痕测试仪。其中，小鼠脑外伤由可控皮层冲击仪产生，损伤和未损伤脑组织的粘弹特性参数通过压痕试验仪测量。

可控皮层冲击仪可以针对脑组织的特定位置区域进行打击，通过调节打击的角度、速度、深度和位置，可以对脑组织的特定区域产生不同程度的损伤（图1）。压痕测试仪通过测量下压后组织的应力松弛，对损伤后组织的粘弹特性参数进行计算（图2）。

图 1. A 自制可控皮层冲击仪器； B 仪器控制界面

图 2. A 自制压痕测试仪； B 基于LABVIEW的仪器控制界面

作者进而基于自制的仪器和提出的测量方法，对典型小鼠模型的脑损伤组织开展了测量（图3）。测量时采用可控皮层冲击仪，在小鼠左脑的lambda和bregma区之间进行闭颅打击，并在1小时后对小鼠的左右半脑的脑皮层（cortex）和海马区（hippocampus）进行粘弹性参数测量。结果显示，损伤1小时后，对比右脑的对照组织，损伤组织的瞬时剪切模量（G₀）显著增加，表明组织在损伤后粘弹特性发生了变化（图4）。

图 3. 脑外伤产生、样本制备、生物力学参数测量流程图

图 4. 损伤1小时后，损伤组和控制组瞬时剪切模量G₀对比

该研究提出的损伤组织制备和粘弹性测量方法不仅可以用于脑组织，也可用于其他软组织的损伤建模和生物力学特性测试。

该方法已发表在Biophysics Report 2020年第4期上，论文题目为“Measurement of viscoelastic properties of injured mouse brain after controlled cortical impact”，第一作者是研究生陈宇。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s41048-020-00110-1