Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1031210.32607/20758251-2018-10-3-4-10ReviewsОбзорыResearch ArticleExperimental Models of Spinal Cord Injury in Laboratory RatsЭкспериментальное моделирование травмы спинного мозга у лабораторных крысMinakovA. N.МинаковA. Н.
Russian Federation
telegin@bibch.ruChernovA. S.ЧерновA. С.
Russian Federation
telegin@bibch.ruAsutinD. S.АсютинД. С.telegin@bibch.ruKonovalovN. A.КоноваловН. A.
Russian Federation
telegin@bibch.ruTeleginG. B.ТелегинГ. Б.
Russian Federation
telegin@bibch.ruBranch of Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesФилиал Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНFederal State Autonomous Institution «N .N. Burdenko National Scientific and Practical Center for Neurosurgery» of the Ministry of Healthcare of the Russian FederationНациональный научно-практический медицинский исследовательский центр нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко Министерства здравоохранения Российской Федерации15092018103VOL 10, NO3 (2018)ТОМ 10, №3 (2018)41017012020Copyright ©; 2018, Minakov A.N., Chernov A.S., Asutin D.S., Konovalov N.A., Telegin G.B.Copyright ©; 2018, Минаков A.Н., Чернов A.С., Асютин Д.С., Коновалов Н.A., Телегин Г.Б.2018Minakov A.N., Chernov A.S., Asutin D.S., Konovalov N.A., Telegin G.B.Минаков A.Н., Чернов A.С., Асютин Д.С., Коновалов Н.A., Телегин Г.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10312

Pathologies associated with spinal cord injury are some of the leading diseases in the world. The search for new therapeutic agents and 3D biodegradable materials for the recovery of spinal cord functions is a topical issue. In this review, we have summarized the literature data on the most common experimental models of spinal cord injury in laboratory rats and analyzed the experience of using 3D biodegradable materials (scaffolds) in experimental studies of spinal trauma. The advantages and disadvantages of the described models are systematically analyzed in this review.

Заболевания, приобретенные в результате травмы спинного мозга, занимают одно из ведущих мест в мире. Поиск новых терапевтических соединений и биодеградируемых многомерных материалов для восстановления функций спинного мозга является актуальной задачей. В обзоре обобщены данные о наиболее часто используемых экспериментальных моделях травмы спинного мозга у лабораторных крыс, а также проанализирован опыт применения биодеградируемых многомерных материалов - скаффолдов при экспериментальном изучении спинальной травмы. Проведен систематический анализ значимых преимуществ и недостатков описанных моделей.

spinal cord injurylaboratory ratbiomodelingscaffoldsбиомоделированиелабораторная крысаскаффолдытравма спинного мозга[1] Friedli L., Rosenzweig E.S., Barraud Q., Schubert M., Dominici N., Awai L., Nielson J.L., Musienko P., Nout-Lomas Y., Zhong H. // Sci. Transl. Med. 2015, V.7, №302, P.134[2] La Placa M.C., Simon C.M., Prado G.R., Cullen D.K. // Prog. Brain. Res. 2007, V.161, P.13-26[3] // Information Bulletin No 384, November 2013, WHO. 2013, V.384[4] Gomes-Osman J., Cortes M., Guest J., Pascual-Leone A. // J. Neurotrauma. 2016, V.33, P.425-438[5] // J. Spinal Cord Med. 2016, V.39, P.370-371[6] Abrams G.M., Ganguly K. // Neurol. 2015, V.21, P.188-200[7] Sakiyama-Elbert S., Johnson P.J., Hodgetts S.I., Plant G.W., Harvey A.R. // Handb. Clin. Neurol. 2012, V.109, P.575-594[8] Silver J., Schwab M.E., Popovich P.G. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2014, V.7, a020602[9] Olson L. // Exp. Neurol. 2013, V.248, P.309-315[10] Ahuja C.S., Fehlings M. // Stem Cells Transl. Med. 2016, V.5, P.914-924[11] Watzlawick R., Rind J., Sena E.S., Brommer B., Zhang T., Kopp M.A., Dirnagl U., Macleod M.R., Howells D.W., Schwab J.M. // PLoS Biol. 2016, V.14, e1002468[12] Reier. P.J., Lane M.A., Hall E.D., Teng Y.D., Howland D.R. // Handb. Clin. Neurol. 2012, V.109, P.411-433[13] Onifer S.M., Nunn C.D., Decker J.A., Payne B.N., Wagoner M.R., Puckett A.H., Massey J.M., Armstrong J., Kaddumi E.G., Fentress K.G. // Exp. Neurol. 2007, V.207, P.238-247[14] Cheriyan T., Ryan D.J., Weinreb J.H., Cheriyan J., Paul J.C., Lafage V., Kirsch T., Errico T.J. // Spinal Cord. 2014, V.52, №8, P.588-595[15] Zhang N., Fang M., Chen H., Gou F., Ding M. // Neural. Regen. Res. 2014, V.9, №22, P.2008-2012[16] Rivlin A.S., Tator C.H. // Surg. Neurol. 1978, V.10, P.38-43[17] von Euler M., Seiger A., Sundström E. // Exp. Neurol. 1997, V.145, P.502-510[18] Gruner J.A., Yee A.K., Blight A.R. // Brain Res. 1996, V.729, P.90-101[19] Basso D.M., Beattie M.S., Bresnahan J.C. // Exp. Neurol. 1996, V.139, P.244-256[20] Fujiki M., Kobayashi H., Inoue R., Ishii K. // Exp. Neurol. 2004, V.187, P.468-477[21] Cao Q., Zhang Y.P., Iannotti C., DeVries W.H., Xu X.M., Shields C.B., Whittemore S.R. // Exp. Neurol. 2005, V.191, P.3-16[22] Pertici V., Trimaille T., Laurin J., Felix M.S., Marqueste T., Pettmann B., Chauvin J.P., Gigmes D., Decherchi P. // Biomaterials. 2014, V.35, №24, P.6248-6258[23] Mills C.D., Grady J.J., Hulsebosch C.E. // J. Neurotrauma. 2001, V.18, P.1091-1105[24] Fehlings M.G., Tator C.H. // Exp. Neurol. 1995, V.132, P.220-228[25] Seddon H. // Brain. 1943, V.66, №4, P.237-288[26] Sunderland S. // Brain. 1951, V.74, №4, P.491-516[27] Zhou L., Kambin P., Casey K.F., Bonner F.J., O’Brien E., Shao Z., Ou S. // Neurol. Res. 1995, V.17, №4, P.307-311[28] Alant J.D., Kemp S.W., Khu K.J., Kumar R., Webb A.A., Midha R. // J. Neurotrauma. 2012, V.29, №8, P.1691-1703[29] Geuna S., Raimondo S., Ronchi G., Di Scipio F., Tos P., Czaja K., Fornaro M. // Int. Rev. Neurobiol. 2009, V.87, P.27-46[30] Belkas J.S., Shoichet M.S., Midha R. // Neurol. Res. 2004, V.26, №2, P.151-160[31] Hilliard M.A. // J. Neurochem. 2009, V.108, №1, P.23-32[32] Taveggia C., Feltri M.L., Wrabetz L. // Nat. Rev. Neurol. 2010, V.6, №5, P.276-287[33] Suzuki H., Kanchiku T., Imajo Y., Yoshida Y., Nishida N., Gondo T., Yoshii S., Taguchi T. // Med. Mol. Morphol. 2015, V.48, №4, P.214-224[34] Lundy-Ekman L. // Neuroscience: Fundamentals for Reh abilitation. 3rd ed. St. Louis, Missouri: Elsevier Saunders, 2007 2007[35] Campos N.A., Chiles J.H., Plunkett A.R. // Pain Physician. 2009, V.12, №6, P.997-1000[36] Willenbring S., DeLeo J.A., Coombs D.W. // Anesth. Analg. 1995, V.81, №3, P.549-554[37] Günther M.I., Weidner N., Müller R., Blesch A. // Acta Biomater. 2015, V.27, P.140-150[38] Ilfeld B.M., Preciado J., Trescot A.M. // Expert. Rev. Med. Devices. 2016, V.13, №8, P.713-725[39] Gruber H., Glodny B., Kopf H., Bendix N., Galiano K., Strasak A., Peer S.A. // J. Roentgenol. 2008, V.190, №5, P.1263-1269[40] Marcol W., Slusarczyk W., Gzik M., Larysz-Brysz M., Bobrowski M., Grynkiewicz-Bylina B., Rosicka P., Kalita K., Węglarz W., Barski J.J. // J. Reconstr. Microsurg. 2012, V.28, №8, P.561-568[41] Cui Z.S., Zhao P., Jia C.X., Liu H.J., Qi R., Cui J.W., Cui J.H., Peng Q., Lin B., Rao Y.J. // Genet. Mol. Res. 2015, V.14, №3, P.9109-9117[42] Li Z., Fang Z.Y., Xiong L., Huang X.L. // Indian J. Biochem. Biophys. 2010, V.47, P.359-363[43] Kjell J., Olson L. // Dis. Model Mech. 2016, V.9, №10, P.125-1137[44] Liao Y., Zhong D., Kang M., Yao S., Zhang Y., Yu Y. // Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke Za Zhi. 2015, V.29, №8, P.1009-1015[45] Schrimsher G.W., Reier P.J. // Exp. Neurol. 1993, V.120, P.264-276[46] Cameron A.A., Smith G.M., Randal D.C., Brown D.R., Rabchevsky A.G. // J. Neurosci. 2006, V.26, P.2923-2932[47] Gao M., Lu P., Bednark B., Lynam D., Conner J.M., Sakamoto J., Tuszynski M.H. // Biomaterials. 2013, V.34, P.1529-1536[48] Gros T., Sakamoto J.S., Blesch A., Havton L.A., Tuszynski M.H. // Biomaterials. 2010, V.31, P.6719-6729[49] Huang Y.C., Huang Y.Y. // Artif. Organs. 2006, V.30, P.514-522[50] Patist C.M., Mulder M.B., Gautier S.E., Maquet V., Jérôme R., Oudega M. // Biomaterials. 2004, V.25, P.1569-1582[51] Spilker M.H., Yannas I.V., Kostyk S.K., Norregaard T.V., Hsu H.P., Spector M. // Restor. Neurol. Neurosci. 2001, V.18, P.23-28[52] Taylor S.J., Sakiyama-Elbert S.E. // J. Control. Release. 2006, V.116, P.204-210[53] King V., Phillips J., Hunt-Grubbe H., Brown R., Priestley J. // Biomaterials. 2006, V.27, P.485-496[54] King V.R., Alovskaya A., Wei D.Y., Brown R.A., Priestley J.V. // Biomaterials. 2010, V.31, P.4447-4456[55] Mothe A.J., Tam R.Y., Zahir T., Tator C.H., Shoichet M.S. // Biomaterials. 2013, V.34, P.3775-3783[56] Stokols S., Tuszynski M.H. // Biomaterials. 2006, V.27, P.443-451[57] Wei Y., He Y., Xu C., Wang Y., Liu B., Wang X., Sun X.D., Cui F.Z., Xu Q.Y. // J. Biomed. Mater. Res. B. Appl. Biomater. 2010, V.95, P.110-117[58] Kwon B.K., Liu J., Messerer C., Kobayashi N.R., McGraw J., Oschipok L., Tetzlaff W. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002, V.99, №5, P.3246-3251[59] You S.W., Chen B.Y., Liu H.L., Lang B., Xia J.L., Jiao X.Y., Ju G. // Restor. Neurol. Neurosci. 2003, V.21, №1-2, P.39-45[60] Li L.S., Yu H., Raynald R., Wang X.D., Dai G.H., Cheng H.B., Liu X.B., An Y.H. // Peer. J. 2017, V.5, e2865[61] Cloud B.A., Ball B.G., Chen B.K., Knight A.M., Hakim J.S., Ortiz A.M., Windebank A.J. // J. Neurosci. Meth. 2012, V.211, P.179-184[62] Heimburger R.F. // Spinal Cord. 2005, V.43, P.438-440[63] Lukovic D., Moreno-Manzano V., Lopez-Mocholi E., Javier Rodriguez-Jiménez F., Jendelova P., Sykova E., Oria M., Stojkovic M., Erceg S. // Sci. Repts. 2015, V.5, №9640[64] Cho S., Kim Y.R., Kang H., Yim S.H., Park C., Min Y.H., Lee B.H., Shin J.C., Lim J.B. // Cell Transplant. 2009, V.18, P.1359-1368[65] Novikova L.N., Pettersson J., Brohlin M., Wiberg M. // Biomaterials. 2008, V.29, P.1198-1206[66] Dunham K.A., Siriphorn A., Chompoopong S., Floyd C.L. // J. Neurotrauma. 2010, V.27, P.2091-2106[67] Zhao Z., Alam S., Oppenheim R.W., Prevette D.M. // Exp. Neurol. 2004, V.190, P.356-372[68] Straley K.S., Foo C.W., Heilshorn S.C. // J. Neurotrauma. 2010, V.27, №1, P.1-19[69] Yara T., Kato Y., Kataoka H., Kanchiku T., Suzuki H., Gondo T., Yoshii S., Taguchi T. // Med. Mol. Morphol. 2009, V.42, P.150-154[70] Yoshii S., Oka M., Shima M., Akagi M., Taniguchi A. // Spine. 2003, V.28, P.2346-2351[71] Yoshii S., Oka M., Shima M., Taniguchi A., Taki Y., Akagi M. // J. Biomed. Mater. Res. 2004, V.70, P.569-575[72] Guo S.Z., Ren X.J., Wu B., Jiang T. // Spinal Cord. 2010, V.48, P.576-581[73] Geller M., Fawcett J.W. // Exp. Neurol. 2002, V.174, P.125-136[74] Jain A., Kim Y.T., McKeon R.J., Bellamkonda R.V. // Biomaterials. 2006, V.27, P.497-504[75] Hurtado A., Moon L.D., Maquet V., Blits B., Jérôme R., Oudega M. // Biomaterials. 2006, V.27, P.430-442[76] Moore M.J., Friedman J.A., Lewellyn E.B., Mantila S.M., Krych A.J., Ameenuddin S., Knight A.M., Lu L., Currier B.L., Spinner R.J., Marsh R.W., Windebank A.J., Yaszemski M.J. // Biomaterials. 2006, V.27, P.419-429[77] Novikova L.N., Novikov L.N., Kellerth J.O. // Curr. Opin. Neurol. 2003, V.16, P.711-715[78] Tsai E.C., Dalton P.D., Shoichet M.S., Tator C.H. // Biomaterials. 2006, V.27, P.519-533[79] Balyabin A.V., Tikhobrazova O.P., Muravyeva M.S., Klyuev E.A., Ponyatovskaya A.V., Shirokova O.M., Bardakova K.N., Minaev N.V., Koroleva A.V., Mitaeva Y.I. // Neurosci. Res. 2016, V.8, №4, P.198-211[80] Timashev P.S., Vedunova M.V., Guseva D., Ponimaskin E., Deiwick A., Mishchenko T.A., Mitroshina E.V., Koroleva A.V., Pimashkin A.S., PanchenkoV.Ya. I.O. // Biomed. Phys. Eng. Express. 2016, V.2, №3, P.035001[81] Jerani T.S., Pettikiriarachchi C., Parish L., Shoichet M.S., Forsythe J.S., Nisbet D.R. // Aust. J. Chem. 2010, V.63, P.1143-1154[82] Ragnarsson K.T. // Spinal Cord. 2008, V.46, P.255-274[83] Yang E.Z., Zhang G.W., Xu J.G., Chen S., Wang H., Cao L.L., Liang B., Lian X.F. // Acta Pharmacol. Sinica. 2017, V.38, P.623-637[84] Wang N., Xiao Z., Zhao Y., Wang B., Li X., Li J., Dai J. // J. Tissue. Eng. Regen. Med. 2017, 10.1002/term.2450.[85] Zhao Y., Xiao Z., Chen B., Dai J. // Organogenesis. 2017, V.10, P.1-8[86] Shi Q., Gao W., Han X., Zhu X.S., Sun J., Xie F., Hou X.L., Yang H.L., Dai J.W., Chen L. // Stem Cells Reg Med. China. 2014, V.57, №2, P.232-240[87] Jiao G., Pan Y., Wang C., Li Z., Li Z., Guo R. // Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. V.76, PtAppl. 2017a, P.81-87[88] Jiao G., Lou G., Mo Y., Pan Y., Zhang Z., Guo R., Li Z. // Mater. Sci. Eng. C. Mater. Biol. V.74, PtAppl. 2017b, P.230-237[89] Xu Z.X., Zhang L.Q., Wang C.S., Chen R.S., Li G.S., Guo Y., Xu W.H. // Curr. Neurovasc. Res. 2017, 10.2174/15672 02614666170718093508.[90] Zhang C., Morozova A.Y., Abakumov M.A., Gubsky I.L., Douglas P., Feng S., Bryukhovetskiy A.S., Chekhonin V.P. // Med. Sci. Monit. 2015, V.21, P.3179-3185[91] Kato N., Nemoto K., Nakanishi K., Morishita R., Kaneda Y., Uenoyama M., Ikeda T., Fujikawa K. // Diabetes. 2005, V.54, №3, P.846-854[92] Boehmerle W., Huehnchen P., Peruzzaro S., Balkaya M., Endres M. // Sci. Rep. 2014, V.18, №4, P.63-70[93] Abdullah M., O′Daly A., Vyas A., Rohde C., Brushart T.M. // Exp. Neurol. 2013, V.249, P.1-7[94] Muheremu A., Wang Y., Peng J. // Can. J. Neurol. Sci. 2013, V.40, P.292-298[95] Roep B.O., Atkinson M. // Diabetologia. 2004, V.47, №10, P.1650-1656[96] Mestas J., Hughes C.C. // J. Immunol. 2004, V.172, №5, P.2731-2738