УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА

Полезная модель относится к области экспериментальной биологии и медицины в качестве технического средства для фиксации лабораторных животных, преимущественно крыс, при моделировании локального лучевого воздействия на таргетные зоны головного мозга.
Проведение радиотерапии злокачественных новообразований головного мозга человека может сопровождаться лучевым повреждением прилегающих к опухолевому очагу критических зон нейрогенеза, ответственных за репаративные процессы в нервной ткани и влияющих на неврологическую дееспособность и когнитивные функции пациентов. Зоны нейрогенеза занимают ограниченные участки головного мозга и располагаются, в основном, в ростральном отделе боковых желудочков и зубчатой извилине гиппокампа. Экспериментальное моделирование радиационного повреждения зон нейрогенеза с последующей оценкой эффективности нейропротективных препаратов и клеточной терапии для стимуляции восстановительных процессов в нервной ткани является одним из необходимых этапов доклинических исследований методов коррекции нарушенных при радиотерапии показателей психоневрологического статуса у пациентов с опухолями головного мозга.
Для обеспечения прецизионного лучевого воздействия на таргетные зоны головного мозга необходима надежная фиксация головы лабораторного животного. К настоящему времени известен ряд устройств для фиксации лабораторных животных при проведении различных манипуляций.
Известно устройство для фиксации экспериментальных животных (SU 1242156 A1, 07.07.1986 г.), состоящее из полуцилиндрической камеры с головной и хвостовой частями, установленной на плоском основании, и имеющей в головной части вырез, позволяющий получать доступ к голове животного. При этом жесткая фиксация животного в целом и его головы в частности осуществляется с помощью системы задвижек и планок.
Недостатками этого устройства являются сложность его исполнения и громоздкость конструкции, а также возможное сдавливание верхних дыхательных путей животного.
Известно устройство для фиксации лабораторных животных (SU 1123680 A1, 15.11.1984 г.), представляющее собой платформу на штативе, снабженную подвижной кареткой с захватами для бедер и фиксаторами тазового пояса, неподвижной кареткой с захватами для плеч и фиксаторами плечевого пояса и съемным головодержателем с фиксатором затылка, ограничителями горизонтального движения головы и подвижным фиксатором открытого рта.
Недостатками этого устройства являются сложность его исполнения и громоздкость конструкции, а также вынужденное причинение животному ряда неудобств при использовании, что может спровоцировать у него стрессорную реакцию и, следовательно, исказить результаты эксперимента.
Известен способ фиксации мелких лабораторных животных на операционном столе (RU 2303421 C1, 27.07.2007). Способ заключается в размещении наркотизированного животного на устройстве, содержащем основание с подставочными упорами и направляющими, повторяющими контуры размещенного на спине данного вида животного с раскинутыми в стороны передними и задними лапами и головой. После чего обертывают конечности, туловище и голову вместе с направляющими липкой лентой.
Недостатком этого способа фиксации являются обязательная наркотизация животного и отсутствие свободного доступа к голове.
Известно устройство для фиксации лабораторных животных (RU 2375012 C1, 10.12.2009), которое содержит основание из однородного материала, прозрачного для используемого излучения. Вдоль основания для животного выполнено углубление, по бокам которого имеются возвышения, ограничивающие поле зрения. В области конечностей по краям основания изготовлены выступы и установлены прижимы с фиксаторами. Для плоскостной фиксации животного имеется прижимная планка с возможностью крепления ее в головной и хвостовой части устройства.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности надежной фиксации головы.
Известен контейнер для фиксации лабораторного животного (RU 2510166 C1, 27.03.2014). Контейнер для фиксации содержит вытянутую носовую часть с отверстием для дыхания, вырезы для хвоста и конечностей. Кроме того, контейнер дополнительно снабжен выдвижными опорными платформами и регулируемыми фиксаторами для конечностей, при этом фиксаторы для конечностей выполнены в виде съемных зажимов в форме полого цилиндра с мягкими прокладками внутри и имеют возможность перемещения в трех плоскостях. Задняя стенка выполнена съемной и имеет возможность перемещения по горизонтали, для изменения размера контейнера. Прорези для конечностей выполнены в боковых стенках и снабжены парными съемными ограничительными планками с полукруглым вырезом на одном конце.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности надежной фиксации головы.
Известно устройство для фиксации лабораторных животных при радиологических исследованиях (RU 2547719 C1, 10.04.2015). Устройство включает основание, заднюю, переднюю и боковые стенки, образующие бокс. При этом на боковых стенках внутри бокса выполнены вертикальные и горизонтальные пазы. В вертикальных пазах помещена подвижная перегородка, обеспечивающая возможность изменения длины бокса. В горизонтальные пазы введена подвижная крышка бокса, позволяющая менять его высоту. Задняя стенка выполнена в виде дверцы, укрепленной на шарнирах. Передняя стенка имеет отверстие для головы животного и состоит из двух частей, причем верхняя часть стенки подвижная и имеет отверстие. В боковых стенках имеются отверстия для вентиляции. В задней части основания бокса выполнены отверстия для туалета. На поверхности основания устройства с внешней стороны передней стенки установлен подвижный столик с закрепленными на нем дугообразными створками и механизмом перемещения. Створки со стороны бокса имеют конусообразные лепестки, обеспечивающие плотность охвата головы животного со стороны шеи. На основании устройства, по обе стороны от подвижного столика, размещены площадки для коллиматора. Они имеют возможность изменения высоты и наклона коллиматора.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности обеспечения жесткой фиксации головы животного.
Известно устройство бережной фиксации мелких лабораторных животных, позволяющее производить манипуляции с выбранным участком поверхности тела, для проведения доклинических исследований (RU 2633781 C1, 18.10.2017). Устройство содержит прозрачный корпус, прикрепленные к нему заднюю заглушку корпуса и переднюю подвижную перемещаемую вдоль оси корпуса воронкообразную заглушку, выполненные из поликарбоната. Корпус имеет прямоугольную форму, снабжен плоской платформой со съемной крышкой. Задняя заглушка выполнена подвижной, на верхней поверхности корпуса в головной части и воронкообразной передней подвижной заглушке выполнены прямоугольные отверстия размерами 15×60 мм. Эти отверстия позволяют получить доступ к различным выбранным участкам тела животного, в том числе и к голове.
Однако, известное устройство не позволяет надежно ограничить движения отдельных частей тела, поэтому не подходит для целенаправленного воздействия ионизирующим излучением на конкретную зону головного мозга.
Известно устройство фиксации головы лабораторных животных (RU 2629777 C2, 26.07.2017). Устройство содержит фиксатор ушной, фиксатор морды и микроманипулятор. Фиксатор ушной состоит из микрометрических механизмов фиксаторов ушных, наконечников фиксаторов ушных, предохранительных шариков-наконечников фиксаторов ушных и опоры фиксаторов ушных. Фиксатор морды состоит из барашков для крепления резцов верхней челюсти, фиксатора резцов верхней челюсти, втулки фиксатора носа и нижней челюсти, колесика фиксатора морды, пружин, рамки опорной фиксатора морды, а микроманипулятор - из вертикального и горизонтального микрометрических механизмов с ручной подачей и колесиков вертикальной и горизонтальной подачи.
Недостатком этого устройства является техническая сложность его исполнения и использования, а также громоздкость конструкции. Фиксация животного в этом устройстве занимает много времени и не может обеспечить достаточного уровня воспроизводимости результатов.
В результате анализа перечисленных источников информации сделан вывод о том, что ни одно из вышеназванных известных устройств нельзя считать наиболее близким аналогом и выбрать в качестве прототипа, поскольку заявляемая полезная модель не только имеет кардинальные отличия от них в плане конструкции, но и предусматривает совершенно иной способ размещения и фиксации животного.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание простого в исполнении и использовании устройства надежной фиксации головы лабораторных животных, позволяющего осуществлять локальное воздействие ионизирующим излучением на «мишеневые» зоны головного мозга, а также проводить иные манипуляции с подопытными животными в условиях их иммобилизации.
Указанный технический результат решается тем, что устройство изготовлено из инертного материала и состоит П-образной прямоугольной платформы  с двумя бортиками, причем по бокам бортиков имеются по две полукруглые прорези  для фиксации конечностей и верхних резцов, ложемента, причем на ложементе  имеется  круглое отверстие  для дорсальной области головы, а  в торцевой части ложемента  расположены двулепестковые металлические фиксаторы  с текстильными шнурами   по два на длинной части  и один на широкой части ложемента.   Для  облучения в вертикальной ориентации животного используют подставку с пазами.
Для облучения локальных зон головы крысы протонами или ионами углерода, пучки которых направлены по горизонтали, основание с зафиксированным на нем животным поворачивают на 90° и вставляют вертикально в пазы подставки, располагая дорсальную область головы животного перпендикулярно направлению воздействия. При этом сфокусированные пучки корпускулярного излучения направляют точно на обозначенный маркером участок головы крысы, соответствующий топографическому расположению мишеневых участков головного мозга, включая зоны нейрогенеза [Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Compact third edition // Acad. Press, San Diego. 1997].
Для воздействия на головной мозг животного излучением, направляемым сверху вниз (фотонами, электронами и др.), платформу с зафиксированным на ней животным помещают в установку для облучения горизонтально, дорсальной поверхностью головы животного вверх.
Полезная модель поясняется подробным описанием и иллюстрациями, на которых изображено:
Фиг. 1 – схема устройства: 1 – ложемент; 2 – отверстие с проекцией на дорсальную область головы животного; 3 – двулепестковые металлические фиксаторы; 4 – полукруглые прорези для фиксации конечностей и верхних резцов; 5 – дополнительная подставка для облучения в вертикальной ориентации ложемента с пазами 7; 6 –П-образная прямоугольная платформа 6 с двумя бортиками.
Фиг. 2 – чертеж устройства с указанными размерами в мм: А – фронтальный вид устройства в вертикальном положении; Б – профильный вид устройства; В – вид сверху на подставку для устройства
Фиг. 3 – общий вид устройства в собранном виде для иммобилизации животного.
Фиг. 4 – пример фиксирования лабораторной крысы в устройстве: а) вид снизу с фиксацией мягким текстильным шнуром конечностей и верхних резцов головы, б) вид сверху; в проекции отверстия на ложементе нанесена метка для воздействия ионизирующим излучением на зону нейрогенеза в ростральном отделе боковых желудочков.
Устройство для фиксации лабораторных животных изготовлено из инертного материала и состоит из (Фиг. 1): П-образной прямоугольной платформы 6 с двумя бортиками, причем по бокам бортиков имеются по два полукруглых прорезей 4 для фиксации конечностей и верхних резцов, ложемента 1, причем на ложементе 1 имеется  круглое отверстие 2 для дорсальной области головы, а  в торцевой части ложемента 1 расположены двулепестковые металлические фиксаторы 3 с текстильными шнурами (на иллюстрации ее показано)  по два на длинной части ложемента 1 и один на широкой части ложемента 1. Для вертикального облучения  ложемента устройство дополнительно снабжено  подставкой 5 с пазами 7.
Устройство работает следующим образом.
Животное в положении на спине с внутренней стороны П-образной платформы 6 (Фиг. 1) помещают на ложемент 1 с круглым отверстием  2. Наркотизация животного не обязательна. На конечности животного надевают фиксирующие петли из текстильного шнура  и растягивают их в стороны через прорези 4 под углом примерно 45° и надежно закрепляют их в металлических двулепестковых фиксаторах 3. Голову животного фиксируют, зацепляя петлю растяжки за верхние резцы крысы и закрепляя шнур   в лепестковом фиксаторе 3, расположенном на фронтальной части ложемента напротив головы животного таким образом, чтобы лобно-теменная область головы располагалась над отверстием  в платформе 2. Топографическое расположение зон головного мозга и их проекцию на поверхность черепа определяют по стереотаксическим координатам уровня брегма и обозначают маркером на депилированной коже головы, что обеспечивает высокую точность лучевого воздействия. Воспроизводимость точности укладки при этом составляет ± 1мм. Затем, в зависимости от способа облучения и вида излучения, платформу 6 с зафиксированным в ней животным ставят вертикально в пазы 7 на подставку 5, либо горизонтально на бортики платформы.
Устройство позволяет облучать голову крыс массой тела от 150 до 500 г путем регуляции длины шнуров таким образом, чтобы дорсальная область головы животного располагалась под вырезом платформы.
Пример выполнения.
Для проведения эксперимента было изготовлено устройство (Фиг.2, а, б, в, Фиг. 3) П-образной прямоугольной платформы 6 размерами 174 х 297 х 10 мм из плексигласа с двумя бортиками (Фиг. 3, 4) высотой 35 мм по длинным сторонам платформы и отверстием 2 диаметром 30 мм для теменной части головы животного во фронтальной части ложемента. Для вертикального расположения платформы использовали подставку 5 размерами 174 х 152 х 40 мм. На конечности крысы надевали петли из текстильного материала и помещали животное в положении на спине на ложемент 1 (Фиг. 4, А) так, чтобы голова особи располагалась над круглым отверстием платформы. Для этого конечности животного растягивали под углами примерно 45° и закрепляли петли в фиксаторах 3. Пятую петлю надевали на верхние резцы крысы и закрепляли в соответствующем фиксаторе 3, расположенном на фронтальной части ложемента 1. В проекции отверстия 2 на ложементе маркером наносили метку для воздействия ионизирующим излучением (Фиг. 4, Б). Для облучения теменной области головы крысы пучком протонов ложемент 1 с зафиксированным на нем животным вставляли вертикально в пазы 7 подставки 5. Для локального воздействия на теменную часть головы крысы гамма-квантами платформу 6 с иммобилизованным животным помещали горизонтально в соответствующую облучательную установку дорсальной областью головы вверх.
Благодаря предложенной конструкции, полезная модель позволяет:
добиться надежной иммобилизации лабораторных животных без наркотизации, влияющей на радиобиологические эффекты,
воздействовать пучками ионизирующих излучений на исследуемые зоны головного мозга, а также для проведения других манипуляций.
Устройство просто в использовании и не требует больших затрат в его изготовлении.