【柏仁医学】动物疾病模型实验专题：颅脑损伤动物模型构建指南

核心建模方法对比

 

模型类型	常用动物	构建方式	损伤特征	适用场景
Feeney 自由落体模型	大鼠（250-300g 雄性）	金属重物撞击硬脑膜（高度 30-50cm，重量 20-50g）	① 局灶性挫裂伤 ② 可控性强 ③ 重复性高	创伤修复机制研究
弥漫性合并局灶性模型	大鼠	铜柱自由坠落（400g 从 1m 高处撞击）	① 混合性损伤（弥漫性轴索损伤 + 局灶性挫伤） ② 需呼吸支持 ③ 多器官功能监测	重症颅脑损伤研究

 

实验设计关键要素

 

1. 分组方案（示例）

 

• 正常对照组：假手术 + 生理盐水
• 模型组：单纯建模处理
• 阳性药组：依达拉奉（3mg/kg）
• 受试药组：低 / 中 / 高剂量（如 10/20/40mg/kg）

2. 观测指标体系

 

（1）行为学评估

• mNSS 神经功能评分：0-18 分（0 = 正常，18 = 严重损伤）
• 平衡木测试：记录停留时间及跌落次数
• 转棒实验：评估运动协调能力（转速 15-40rpm）

 

（2）病理检测

• HE 染色：计算脑梗死体积百分比
• 尼氏染色：皮层 / 海马神经元存活数量
• 免疫组化：
  • GFAP（星形胶质细胞活化）
  • β-APP（轴索损伤标志物）
  • NeuN（神经元特异性核蛋白）

 

（3）超微结构分析

• 投射电镜：线粒体肿胀程度、突触结构完整性
• 免疫电镜：谷氨酸受体 GluN2B 亚基定位

 

（4）分子生物学

 

• qPCR：BDNF、NSE 基因表达
• Western blot：p-AKT、cleaved caspase-3 蛋白水平

 

模型构建标准化流程

 

Feeney 模型操作要点：

 

设备校准：

 

1）导管垂直度误差＜0.5°

2）撞击力校准：20g 砝码从 30cm 坠落产生约 0.5N 冲击力

 

手术步骤：

 

1）大鼠俯卧位固定，剪开头皮暴露顶骨

2）在右顶叶钻孔（直径 3mm），保持硬脑膜完整

3）调整 T 型撞杆高度至 30-50cm，释放砝码

弥漫性模型操作要点：

 

呼吸管理：

 

1）撞击后立即行气管插管，维持潮气量 8ml/kg

2）血氧饱和度需维持＞95%

 

多参数监测：

 

1）连续记录心率（＞300bpm 提示应激）

2）平均动脉压维持在 90-110mmHg

• 损伤程度分级标准

 

 

分级	mNSS 评分	瞳孔变化	自主呼吸频率	适用研究类型
轻度	4-7	等大等圆	35-45 次 / 分钟	神经保护药物筛选
中度	8-12	单侧散大	25-35 次 / 分钟	轴索损伤机制研究
重度	13-18	双侧散大固定	＜25 次 / 分钟需机械通气	重症监护技术研究

 

五、前沿技术应用

 

光声成像技术

实时监测脑水肿动态变化（血红蛋白浓度成像）

 

单细胞测序

绘制小胶质细胞激活图谱（如 C1q + 促炎亚群）

 

类器官模型

构建血脑屏障芯片，模拟创伤后炎症反应

 

注意事项

 

动物福利

撞击后需立即注射布托啡诺（0.1mg/kg）镇痛

术后每日评估疼痛程度（采用 Utrecht 疼痛评分）

 

质量控制

Feeney 模型需控制撞击速度在 3.5-4.5m/s

弥漫性模型需确保铜柱垂直撞击中心垫片

 

数据标准化

脑梗死体积计算：V=π/6×a×b×c（a/b/c 为三个正交直径）

免疫组化结果采用 ImageJ 软件进行 IOD 值定量

 

七、经典文献案例

 

《Nature Biomedical Engineering》2024

 

利用光声成像揭示 Feeney 模型中血脑屏障破坏的时空特征

 

《Journal of Neurotrauma》2025

通过单细胞测序发现弥漫性模型中少突胶质前体细胞的特异性激活

 

结语：颅脑损伤模型选择需结合损伤类型（局灶性 / 弥漫性）、研究深度及伦理要求。建议优先采用 Feeney 模型进行机制研究，弥漫性模型用于重症监护研究。注意结合多模态成像技术和单细胞测序解析病理机制，同时严格遵循国际实验动物福利标准（如 ARRIVE 指南）。