RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
هنا ، نقدم نموذجا لإصابات الدماغ الرضحية الخفيفة (mTBI) مغلقة الرأس ويظهر التحقق من صحتها تشابها ملحوظا مع mTBI البشري فيما يتعلق بالمظاهر السلوكية خلال المراحل الحادة وتحت الحادة.
تعد النماذج الحيوانية ضرورية لتعزيز فهمنا لإصابات الدماغ الرضحية الخفيفة (mTBI) وتوجيه البحوث السريرية. لتحقيق رؤى ذات مغزى ، يعد تطوير نموذج حيواني مستقر وقابل للتكرار أمرا ضروريا. في هذه الدراسة ، أبلغنا عن وصف تفصيلي لنموذج mTBI مغلق الرأس وطريقة التحقق التمثيلية باستخدام فئران Sprague-Dawley للتحقق من تأثير النمذجة. يتضمن النموذج إسقاط وزن كتلة 550 جم من ارتفاع 100 سم مباشرة على رأس فأر على سطح قابل للتدمير ، يليه دوران 180 درجة. لتقييم الإصابة ، خضعت الفئران لسلسلة من التقييمات السلوكية العصبية بعد 10 دقائق من الإصابة ، بما في ذلك وقت فقدان الوعي ، ووقت البحث الأول عن السلوك ، والقدرة على الهروب ، واختبار قدرة توازن الحزمة. خلال المراحل الحادة وتحت الحادة بعد الإصابة ، تم إجراء اختبارات سلوكية لتقييم قدرة التنسيق الحركي (مهمة الحزمة) ، والقلق (اختبار المجال المفتوح) ، وقدرات التعلم والذاكرة (اختبار متاهة موريس المائية). أنتج نموذج mTBI مغلق الرأس استجابة متسقة للإصابة مع الحد الأدنى من الوفيات وتكرار مواقف الحياة الواقعية. تحققت طريقة التحقق بشكل فعال من تطوير النموذج وضمنت استقرار النموذج واتساقه.
إصابات الدماغ الرضحية الخفيفة (mTBI) ، أو الارتجاج ، هي أكثر أنواع الإصابات انتشارا ويمكن أن تؤدي إلى أعراض مختلفة قصيرة الأجل ومزمنة1. قد تشمل هذه الأعراض الدوخة والصداع والاكتئاب وانعدام التلذذ ، من بين أمور أخرى ، مما يؤدي إلى معاناة كبيرة للأفراد المصابين ب mTBI2. نظرا لأن معظم إصابات الدماغ الرضية المتنقلة ناتجة عن صدمة القوة الحادة3 ، يصبح من الضروري تطوير نماذج حيوانية تحاكي بدقة مثل هذه الإصابات. هذه النماذج ضرورية لاكتساب فهم أفضل للإصابة وآلياتها الأساسية ، مما يوفر بيئة خاضعة للرقابة مع تقليل التباين وعدم التجانس مقارنة بالدراسات البشرية.
تم تطوير العديد من نماذج القوارض الراسخة لإصابات الدماغ الرضحية (TBI) ، بما في ذلك إصابة قرع السوائل (FPI) 4 ، والتأثير القشري المتحكم فيه (CCI) 5 ، وإصابة انخفاض الوزن6 ، وإصابات الدماغ الرضحية7 ، وغيرها. ومع ذلك ، تركز هذه النماذج بشكل أساسي على تكرار سيناريوهات إصابات الدماغ الرضية المتوسطة إلى الشديدة. في المقابل ، حظيت النماذج التجريبية المصممة خصيصا لمحاكاة mTBI باهتمام أقل نسبيا ولا تزال غير مستكشفة8. لذلك ، هناك حاجة ماسة لإنشاء نموذج حيواني مستقر وقابل للتكرار يمثل بدقة mTBI. مثل هذا النموذج من شأنه أن يعزز بشكل كبير فهمنا للعواقب العصبية البيولوجية والسلوكية المرتبطة ب mTBI.
لا يمكن للمرء أن يميز العجز الوظيفي في الفئران mTBI مقارنة بالفئران العادية عن طريق الملاحظة العرضية بعد زوال آثار التخدير. لذلك ، من الضروري إجراء اختبارات محددة. في البشر ، يتم استخدام مجموعة واسعة من التقييمات السريرية لتقييم المرضى9،10،11. وبالمثل ، فإن إنشاء نموذج ناجح في نموذج الفئران يتطلب أيضا استخدام أدوات التقييم السريع لتحديد صلاحيته.
في هذه الدراسة ، نقدم نموذجا مغلقا للفئران mTBI ، مما يتيح التحقيق في mTBI بطريقة تشبه إلى حد كبير الحالة البشرية. يوفر الوصف التفصيلي للنموذج وإجراءات التحقق من صحته فهما شاملا للنهج التجريبي المستخدم في دراسة mTBI.
تمت الموافقة على التجارب على من قبل لجنة رعاية واستخدام بجامعة سنترال ساوث. أجريت جميع الدراسات بما يتماشى مع المبادئ الأخلاقية والرفاهية لحيوانات المختبر.
1. تغذية وإجراء التخدير
2. الإعداد قبل الجراحة
3. تحريض mTBI
4. تحريض الشام
5. إجراء التحقق من الصحة: التقييمات السلوكية العصبية الحادة
ملاحظة: تم تعديل التقييمات التالية بناء على درجات الخطورة العصبية9 والبروتوكول بواسطة Flierl et al.10. تم إجراء جميع هذه التقييمات بعد 10 دقائق من استعادة الجرذ لرد الفعل الصحيح.
6. إجراء التحقق من الصحة: تقييم السلوك العصبي
ملاحظة: قبل التجارب السلوكية ، تم التعامل مع الفئران لمدة 2 دقيقة يوميا لمدة 3 أيام متتالية لتقليل التوتر واضطراب الجدة. تم إجراء جميع التجارب السلوكية عن طريق وضع في بيئة الاختبار لمدة 60 دقيقة قبل بدء التجربة.
كان الجهاز المستخدم في هذا العمل نسخة معدلة من نموذج كين ونموذج الأطفال لريشيل ميشاسيوك11,12. في هذه الدراسة ، تم تعيين الفئران SD لمجموعات وهمية و mTBI. لإثبات قابلية استنساخ هذا النموذج ، أجرينا ثلاث نسخ مكررة مستقلة لهذا النموذج جنبا إلى جنب مع التقييم السلوكي العصبي الحاد ، مع كل تجربة شملت 8-12 فئران. في هذه الدراسة ، استخدمنا أكثر من 30 فأرا mTBI ، مع 2 فئران تعاني من الوفيات بسبب التخدير. ومع ذلك ، لم تستسلم أي فئران لإصابة الدماغ أثناء التجربة. نتائج هذه التجارب معروضة في الشكل 2. بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء تقييمات سلوكية عصبية خلال المراحل الحادة وتحت الحادة (الشكل 3 والشكل 4 والشكل 5).
نتائج التقييم السلوكي العصبي الحاد
تم إجراء جميع هذه التقييمات بعد التخدير / التأثير 0 دقيقة (وقت فقدان الوعي ووقت سلوك البحث الأول) أو 10 دقائق (خروج الدائرة وتوازن الحزمة) ، على التوالي.
كما هو موضح في الشكل 2 أ ، قضت الفئران mTBI وقتا أطول بكثير في التعافي من فقدان الوعي ، وهو ما يتماشى مع النتائج التي تم الحصول عليها في الدراسات السابقة12،13. أظهر سلوك البحث في الفئران الذي يعتبر نشاطا فسيولوجيا طبيعيا ، زيادة ذات دلالة إحصائية في فترة التعافي داخل مجموعة mTBI (الشكل 2B). تشير هذه النتيجة إلى أن الفئران mTBI تتطلب مدة أطول لاستعادة حركتها ، والشم ، والتحقيق عن طريق اللمس ، وقدرات المسح البيئي.
حل الاختبار الحالي للدائرة محل الاختبارات الحسية الأصلية في درجة الشدة العصبية ، والتي كانت تعتمد في السابق على الملاحظات الذاتية للفاحصين مثل اختبارات التنسيب واختبار الحس العميق. أمضت الفئران mTBI وقتا أطول بكثير في الخروج من الدائرة مقارنة بالفئران الوهمية (الشكل 2C). أظهر التحليل الإحصائي باستخدام ANOVA ثنائي الاتجاه لوقت خروج الدائرة تأثيرا رئيسيا كبيرا للإصابة (F [1 ، 36] = 21.29 ، p < 0.0001) ، مما يشير إلى وجود فرق بين mTBI والمجموعات الوهمية. ومع ذلك ، لم يكن للتجارب المختلفة تأثير كبير (F [2 ، 36] = 0.1396 ، p = 0.87).
تم تحليل نتائج اختبار توازن الحزمة باستخدام ANOVA ثنائي الاتجاه ، تليها مقارنات Bonferroni المتعددة للاختلافات بين وسائل المجموعة (الشكل 2D). كان هناك تأثير عام كبير للإصابة في جميع مهام الحزمة الواسعة (3 سم: F = 13.89 ، p < 0.001 ؛ 2 سم: F = 42.7 ، p < 0.001 ؛ 1.5 سم: F = 27.25 ، p < 0.001) ، مما يشير إلى أن الفئران mTBI أظهرت ضعفا في التوازن مقارنة بالفئران الوهمية بعد 10 دقائق بعد الاصطدام. وفقا لثلاث تجارب متكررة مستقلة ، أظهرت حزمة التوازن بعرض 2 سم و 1.5 سم تمييزا أفضل بين المجموعتين الوهمية و mTBI من الحزمة التي يبلغ عرضها 3 سم.
نتائج تقييم السلوك العصبي
تم تقييم قدرة التنسيق الحركي باستخدام مهمة الحزمة في يوم واحد قبل التخدير / الإصابة و 1 يوم و 3 أيام و 7 أيام بعد التخدير / الإصابة (الشكل 3). تم تحليل العدد الإجمالي لزلات الأطراف الخلفية (الشكل 3 أ) من خلال قياس ANOVA ثنائي الاتجاه المتكرر ، ووجدت مقارنات Bonferroni المتعددة أن الفئران mTBI أظهرت انزلاقات أطرافها الخلفية بشكل ملحوظ في اليوم الأول بعد الإصابة مقارنة بالفئران الوهمية (الشكل 3 أ ؛ ص < 0.01). ومع ذلك ، بعد انتعاش 2 يوم ، لم يلاحظ أي تغييرات في الأخطاء الخلفية ، مع إجمالي عدد الزلات التي تم حلها مرة أخرى إلى مستويات زائفة بعد 7 أيام. والجدير بالذكر أن جميع الفئران ال 6 mTBI كان لديها انزلاقات خلفية بعد الاصطدام أكثر من أدائها الأساسي. قد تترافق زلات الأطراف الخلفية المتزايدة قليلا في الفئران الوهمية مع عدم وجود عارضة توازن الممارسة. في يوم واحد و 3 أيام بعد الإصابة ، أمضت الفئران mTBI وقتا أطول في اجتياز شعاع 150 سم (39.8 ثانية ± 3.79 ثانية مقابل 28.68 ثانية ± 0.82 ثانية ، 37.06 ثانية ± 4.06 ثانية مقابل 29.28 ثانية ± 3.42 ثانية) ، على الرغم من عدم وجود فروق بين الفئران mTBI والفئران الوهمية في الوقت المستغرق لاجتياز الحزمة في جميع النقاط الزمنية (الشكل 3 ب).
لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في المسافة المقطوعة بين المجموعتين الوهمية و mTBI (الشكل 4 أ). تم تقييم السلوك الشبيه بالقلق عن طريق قياس الوقت الذي يقضيه في المنطقة المركزية أثناء اختبار المجال المفتوح. في كل من 3 أيام و 7 أيام بعد الإصابة ، أظهرت الفئران mTBI انخفاضا كبيرا في الوقت الذي تقضيه في المنطقة الوسطى مقارنة بالفئران الوهمية. تشير هذه النتيجة إلى أن الفئران mTBI أظهرت مستويات أعلى من السلوك الشبيه بالقلق بعد التأثير في غضون 7 أيام (الشكل 4B ، C).
كشفت نتائج أيام تعلم متاهة موريس المائية أن الفئران mTBI تتطلب وقتا أطول لتحديد موقع المنصة المخفية من الفئران الوهمية ، مما يشير إلى ضعف التعلم المكاني والذاكرة في مجموعة mTBI (الشكل 5). بعد ذلك ، أثناء تجربة المسبار ، أظهرت فئران mTBI عجزا في الاحتفاظ بالذاكرة المكانية ، كما يتضح من قضاء وقت أقل في البحث عن المنصة التي تمت إزالتها. والجدير بالذكر أنه لم يلاحظ أي فرق كبير في سرعة السباحة بين المجموعتين الوهمية و mTBI ، مما يدعم النتائج المتسقة التي لوحظت في تحليل المسافة المقطوعة الذي تم إجراؤه في اختبار المجال المفتوح. تشير هذه النتائج إلى أن التأثير لم يكن له تأثير ملحوظ على الوظيفة الحركية التلقائية.

الشكل 1: جهاز تأثير mTBI في الفئران. أ: المنظر العلوي والمنظر الجانبي للوسادة والخوذة في الموضع النسبي لرأس الجرذ. يظهر الخط الأحمر المنقط موضع الخوذة. (ب) صورة للمجموعة بأكملها توضح أنبوب توجيه رأسي للوزن المتساقط الموضوع فوق مرحلة الجرذ والإسفنجة الجامعة. (ج) لقطة تم التقاطها من مقطع فيديو ارتطام يصور دوران الجرذ بزاوية 180 درجة بعد اصطدام الرأس والتسارع / الدوران اللاحق. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: نتائج التقييم السلوكي العصبي الحاد بعد الجرذان الوهمية ، mTBI ، تتكرر ثلاث مرات بشكل مستقل. (أ) زيادة كبيرة في وقت فقدان الوعي بعد التوقف عن التخدير في الفئران التي تلقت mTBI مقابل الفئران الوهمية. كان هناك تأثير مجموعة معنوي (P < 0.0001 ، ثنائي الاتجاه ANOVA) ولكن لم يكن هناك تأثير زمني كبير (P = 0.6226) أو تفاعل مجموعة x time (P = 0.5803). (ب) أظهرت فئران mTBI أول سلوك بحث لها بعد التخدير. (ج) قضت فئران الشام وقتا أقل في الهروب من دائرة 60 سم (* p < 0.01 ، ** p < 0.001 ، اختبار t غير مزاوج). (د) الأداء في درجة توازن الشعاع بعرض 3 سم و 2 سم و 1.5 سم. نتائج مقارنات بونفيروني المتعددة لكل مجموعة موضحة في الأشكال. البيانات المقدمة كمتوسط ± الخطأ المعياري للمتوسط. N = تم استخدام 8-12 فأرا لكل تجربة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: أداء مهمة الحزمة قبل الاصطدام وبعد الاصطدام في اليوم 1 واليوم 3 واليوم 7. (أ) قامت فئران mTBI بمزيد من الانزلاقات الخلفية في اليوم الأول بعد الإصابة (* p < 0.001 ، تم قياس 2-way ANOVA). (ب) متوسط وقت اجتياز الفئران الوهمية أقل من متوسط وقت اجتياز الفئران mTBI. البيانات المقدمة كمتوسط ± الخطأ المعياري للمتوسط (N = 6 / مجموعة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: أداء اختبار المجال المفتوح في اليوم 1 قبل الإصابة واليوم 1 بعد الإصابة واليوم 3 واليوم 7 واليوم 14. (أ) لم يكن هناك فرق بين الجرذان الوهمية والفئران mTBI في المسافة المقطوعة. (ب) أمضت الفئران mTBI وقتا أقل في المركز من الفئران الوهمية في اليوم 3 واليوم 7 (* p < 0.01 ، ** p < 0.001 ، تم قياسها بشكل متكرر في اتجاهين ANOVA) ، مع عدم وجود اختلافات واضحة في اليوم الأول قبل الإصابة وبعد الإصابة 1 واليوم 14. (ج) خريطة تتبع الفئران mTBI في اليوم 1 واليوم 3 واليوم 7 واليوم 14 بعد mTBI. البيانات المقدمة كمتوسط ± الخطأ المعياري للمتوسط (N = 6-10 / مجموعة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: الأداء في متاهة موريس المائية. (أ) لم يكن هناك فرق في السرعة في اختبار القدرة على السباحة بين الفئران الوهمية و mTBI. (ب) زمن الانتقال إلى النظام الأساسي المخفي لمهمة الذاكرة المرجعية في يوم المحاكمة. (ج) عبرت الفئران المنصة مرات أكثر في تجربة اختبار المسبار لمدة 2 دقيقة بعد 5 أيام تجريبية. الشام (5.14 ± 0.65) مقابل mTBI (3.56 ± 0.6) ، (* p < 0.01 ، اختبار t غير المقترن). البيانات المقدمة كمتوسط ± خطأ معياري للمتوسط (N = 9 / مجموعة). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ليس لدى أصحاب البلاغ أي مصلحة مالية للكشف عنها.
هنا ، نقدم نموذجا لإصابات الدماغ الرضحية الخفيفة (mTBI) مغلقة الرأس ويظهر التحقق من صحتها تشابها ملحوظا مع mTBI البشري فيما يتعلق بالمظاهر السلوكية خلال المراحل الحادة وتحت الحادة.
نود أن نشكر جميع الزملاء في قسم المختبر بجامعة سنترال ساوث. ودعمت هذه الدراسة المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (رقم 81971791)؛ مختبر شنغهاي الرئيسي للطب الشرعي، المختبر الرئيسي لعلوم الطب الشرعي، وزارة العدل، الصين (أكاديمية علوم الطب الشرعي) (No. KF202104).
| صندوق أكريليك | داخلي | N / A | 15 سم × 22 سم × 43 سم |
| آلة التخدير | RWD Life Science Co. | R540 الفئران & خوذة آلة تخدير الفئران | داخلية N / A قرص من الفولاذ المقاوم للصدأ بقطر 10 مم وسماكة 3 مم متاهة مياه موريس RWD Life Science Co.|
| القطر 150 سم ، الارتفاع 50 سم ، قطر المنصة 35 سم | |||
| مفتوح | RWD Life Science Co. | 63007 | العرض100 سم ، الارتفاع 40 سم |
| بانلاب سمارت V3.0 | RWD لايف ساينس | SMART v3.0 | |
| وزن مثقوب | داخلي | غير متوفر | وزن550 جم وقطر 18 مم |
| وسادة | داخلية | غير | متوفرةإسفنجة على شكل إسفين لوضعها تحت رأس الجرذ |