Спортсмены поглощают несколько сотен легких травматических повреждений головного мозга (mTBI) / сотрясения каждый год; Однако их последствия на мозге плохо изучены. Таким образом, животная модель одиночного и повторяющегося mTBI, которая последовательно реплицирует клинически значимые симптомы, обеспечивает средства для продвижения изучения mTBI и сотрясения мозга.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Модель мыши одиночной и повторяющейся легкой травматической травмы головного мозга
В этой статье
Краткое содержание
Аннотация
Мягкая травматическая травма головного мозга (mTBI) может привести к острой потере функции мозга, включая период замешательства, потерю сознания (LOC), очаговые неврологические дефициты и даже амнезию. Спортсмены, участвующие в спортивных состязаниях, подвергаются высокому риску воздействия большого количества mTBI. Что касается уровня травмы у спортсмена-спортсмена, то mTBI определяется как легкая травма, которая не вызывает грубых патологических изменений, но вызывает кратковременный неврологический дефицит, который спонтанно разрешается. Несмотря на предыдущие попытки моделировать mTBI у мышей и крыс, многие сообщили о грубых побочных эффектах, включая переломы черепа, внутримозговое кровотечение, повреждение аксонов и гибель нейронов. Здесь мы описываем нашу сильно воспроизводимую модель животных mTBI, которая воспроизводит клинически значимые симптомы. Эта модель использует специально изготовленное пневматическое ударное устройство для доставки травмы с закрытой головкой. Это влияние достигается с помощью точных параметров скорости и деформации,Создавая надежную и воспроизводимую модель для изучения механизмов, которые способствуют воздействию одиночного или повторяющегося кантазного mTBI.
Введение
Травматическая травма головного мозга (TBI) определяется как травма головы, полученная от внешней физической силы, что приводит к нарушению нормальной функции мозга. Он представляет собой значительное социально-экономическое и общественное бремя, а Центр по контролю и профилактике заболеваний в 2015 году сообщает Конгрессу, что 2,5 миллиона американцев ежегодно получают TBI. Это влияет не только на качество жизни пациента, но и на чрезвычайно высокие экономические издержки для сообщества, в настоящее время оценивается в 76,5 млрд. Долл. США в год. Количество фактического повреждения головного мозга и симптоматика острой фазы - это то, что определяет умеренный, умеренный и тяжелый ТБИ.
Мягкая травматическая травма головного мозга (mTBI), также называемая сотрясением мозга, составляет более 70% TBI, сообщаемых каждый год 1 . Это наиболее распространено среди спортсменов, которые участвуют в спортивных соревнованиях с высоким риском, включая бокс и футбол 2 . В отличие от умеренныхИли тяжелые формы TBI, непосредственный ущерб и симптомы, связанные с mTBI, иногда не так выражены 3 . Напротив, долгосрочные эффекты mTBI могут быть столь же изнурительными, как и у умеренных и тяжелых форм. Показано, что у тех, кто страдает от повторяющихся mTBI, развивается хроническая травматическая энцефалопатия (CTE), а также другие когнитивные и дегенеративные болезни 4 . Поэтому важно получить более полное представление о механизмах, которые способствуют краткосрочным симптомам и общему долгосрочному ущербу, который возникает после mTBI.
У людей определение сотрясения мозга, определенное на четвертой Международной конференции по сотрясению в спорте (Цюрих 2012) 5, гласит, что уровень травмы спортивного сотрясения мягкий, не вызывает грубых патологических изменений, но вызывает кратковременный неврологический дефицит Которые спонтанно разрешаются. Действительно, приемNt изучало влияние mTBI на когнитивные нарушения у футболистов средней школы, используя системы телеметрии с ударом головы. Это исследование показало, что количество ударов шлема, нанесенных игроками в течение> 20 г за один сезон, варьировалось от низкого уровня 226 (в среднем 4,7 за сеанс) до максимума 1855 (в среднем 38,6 за сеанс) 6 . Большинство из этих воздействий не привели к клиническому диагнозу сотрясения мозга; Но наличие функциональных изменений функции мозга можно было наблюдать с использованием fMRI 6 . Мозговые изменения, которые приводят к этим функциональным изменениям, неизвестны, и поэтому существует настоятельная необходимость иметь надежную и воспроизводимую модель для облегчения исследования влияния казуальных и субконкуссивных mTBI.
Несмотря на предыдущие попытки моделировать mTBI у мышей и крыс 7 , многие сообщают о неблагоприятных последствиях. В частности, большинство моделей грызунов ограничены в своем повторяющемся характере, используя меньшеВоздействие пяти мТБИ, а также наличие неблагоприятных патологических явлений, включая внутримозговое кровотечение, переломы черепа, тяжелое повреждение аксонов, гибель нейронов и увеличение смертности 8 , 9 , 10 , 11 , 12 . Здесь мы описываем модель мыши mTBI, которая ближе к истинному определению сотрясения у людей. Эта модель повторяет многие симптомы, наблюдаемые в человеческом mTBI, такие как механическая сила, которая приводит к кратковременной потере сознания без явной грубой патологии мозга. Кроме того, это выгодно в том, что он может использоваться как для синтаксического воздействия, так и для повторяющихся парадигм воздействия в течение длительных периодов времени, как сообщалось ранее 13 .
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Протокол
Эти исследования проводились в строгом соответствии с рекомендациями Руководства по уходу и использованию лабораторных животных здоровья национальных институтов. Протокол был одобрен Комитетом по уходу за больными и их использованием в Университете Джорджтауна. Мышей помещали в контролируемую температурой установку для животных и выдерживали в течение 12 ч светлого / 12-часового темного цикла. Еда и вода были доступны ad libitum .
1. Получение устройства mTBI
ПРИМЕЧАНИЕ. Устройство mTBI включает в себя блок сбора данных (DAQ) для управления параметрами удара, высокоскоростной пневматический ударный элемент для выполнения имплантации и заполненную гелем заполненную основу для замедления головки после удара.
- Включите сжатый воздух и инициализируйте высокоскоростной пневматический ударник до значения давления 861,85 кПа.
- Откалибруйте систему управления DAQ следующими параметрами: скорость поршня 2,35 м / с, время выдержки поверхностиЕ 31,5 мс.
- Поместите заполненное гелем основание (сжимаемость 64 кПа / мм) таким образом, чтобы средняя линия была перпендикулярна траектории наконечника ударника.
2. Влияние mTBI
- Запишите вес всех используемых мышей.
- Анестезируйте мышей с 3% изофлураном в кислороде в течение 120 с в индукционной камере.
- Перенесите мышей в аппарат mTBI, продолжая анестезию через гибкий нефиксированный носовой конус.
- Пока в носовом конусе поместите головку мыши на гелевую подушечку так, чтобы плоская поверхность черепа была представлена перпендикулярно кончику ударника.
- Поместите ленту над головой мыши, чтобы создать плоскую поверхность и удержать уши от места удара.
- Опустите наконечник имплантата из политетрафторэтилена, чтобы выровнять его с сагиттальной срединной линией в центре головы. Используемый наконечник ударника составляет 10 мм в диаметре и будет покрывать область кожи головы от глаз до средней линии ушей. Отрегулируйте ударник так, чтобы он былКасаясь поверхности головки мыши.
- Отодвиньте наконечник ударника и вручную наберите требуемую глубину прогиба (7,5 мм).
- Возьмите систему управления DAQ и нажмите кнопку триггера, чтобы воздействовать на головку мыши, либо сингулярное, либо повторяющееся воздействие. Повторяющиеся воздействия приводятся последовательно, без задержки между каждым ударом.
- Сразу после окончательного воздействия удалите мышь из анестезии и аппарата mTBI и поместите в положение на спине.
- Использование секундомера измеряет латентность возврата правого рефлекса (лежа на спине), для определения потери времени сознания, а также время для движения (беспрепятственная ходьба).
- Наблюдайте за мышью и при восстановлении до нормального поведения возвращайтесь в свою домашнюю клетку.
- Шейные мыши получают одинаковое обращение и анестезию, но не получают никакого воздействия.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Результаты
Использование этого нового устройства mTBI позволяет получать однократные и повторяющиеся легкие травмы головы без риска перелома черепа или структурного повреждения головного мозга. Модель использует специально изготовленное пневматическое тефлоновое ударное устройство для обеспечения механического воздействия энергии на закрытую головку. Воздействие производится с точными параметрами скорости и деформации, создавая надежную и воспроизводимую модель для изучения механизмов, которые спос...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Обсуждение
У людей mTBI характеризуется функциональным нарушением в отсутствие структурных повреждений. Это может произойти с потерей сознания или без него 1 . В настоящее время считается, что воздействие повторных сотрясений лежит в основе развития и / или прогрессирования нейродегенеративных заболеваний, таких как CTE 4 . Хорошо известно, что CTE обычно встречается у боксеров и футболистов, и, хотя известно, что воздействие повторных сотрясений (в том числе те, которые не приводят ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Раскрытие информации
Авторам нечего раскрывать.
Благодарности
Эта работа была поддержана R01 NS067417 от Национального института неврологических расстройств и инсульта (MPB).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Материалы
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Блок управления сбором данных (DAQ) Powerlab 8SP | (AD instruments) | ||
| Калиброванный испаритель VIP 3000 | Matrx | ||
| Изофлуран | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
| Кислород | Коммерчески доступный | ||
| Сжатый воздух | Коммерчески доступный | ||
| Малярная лента | Коммерчески доступный | ||
| Стоп Часы | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Mice | Jackson Laboratories | ||
| Цифровые весы и контейнер для взвешивания | Fisher Scientific | 20031 | |
| антитело к Iba1 | Wako | 019-19741 | |
| HRP помечено вторично | Джексон Иммуноисследования | 111-035-003 |
Ссылки
- McMahon, P., et al. Symptomatology and functional outcome in mild traumatic brain injury: results from the prospective TRACK-TBI study. J Neurotrauma. 31 (1), 26-33 (2014).
- Barkhoudarian, G., Hovda, D. A., Giza, C. C. The molecular pathophysiology of concussive brain injury. Clin Sports Med. 30 (1), 33-48 (2011).
- Blennow, K., Hardy, J., Zetterberg, H. The neuropathology and neurobiology of traumatic brain injury. Neuron. 76 (5), 886-899 (2012).
- Levin, H. S., Diaz-Arrastia, R. R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. Lancet Neurol. 14 (5), 506-517 (2015).
- McCrory, P., et al. Consensus statement on concussion in sport: the 4th International Conference on Concussion in Sport, Zurich, November 2012. J Athl Train. 48 (4), 554-575 (2012).
- Talavage, T. M., et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J Neurotrauma. 31 (4), 327-338 (2014).
- Angoa-Perez, M., et al. Animal models of sports-related head injury: bridging the gap between pre-clinical research and clinical reality. J Neurochem. 129 (6), 916-931 (2014).
- Creed, J. A., et al. Concussive brain trauma in the mouse results in acute cognitive deficits and sustained impairment of axonal function. J Neurotrauma. 28 (4), 547-563 (2011).
- Hamberger, A., et al. Concussion in professional football: morphology of brain injuries in the NFL concussion model--part 16. Neurosurgery. 64 (6), 1174-1182 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neurosci Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Prins, M. L., et al. Repeat traumatic brain injury in the juvenile rat is associated with increased axonal injury and cognitive impairments. Dev Neurosci. 32 (5-6), 510-518 (2010).
- Tang, Y. P., et al. A concussive-like brain injury model in mice (II): selective neuronal loss in the cortex and hippocampus. J Neurotrauma. 14 (11), 863-873 (1997).
- Winston, C. N., et al. Dendritic Spine Loss and Chronic White Matter Inflammation in a Mouse Model of Highly Repetitive Head Trauma. Am J Pathol. 186 (3), 552-567 (2016).
- Johnson, V. E., et al. Inflammation and white matter degeneration persist for years after a single traumatic brain injury. Brain. 136, Pt 1 28-42 (2013).
- Barrio, J. R., et al. In vivo characterization of chronic traumatic encephalopathy using [F-18]FDDNP PET brain imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (16), 2039-2047 (2015).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Перепечатки и разрешения
