Development of an Uncomplicated Mild Traumatic Brain Injury Model Modified by Weight-Drop Method and Evidenced by Magnetic Resonance Imaging

Pin-Hui Kuo; Tzu-Hsuan Tang; Shu-Hui Huang; Bao-Yu Hsieh; Chia-Feng Lu; Yu-Chieh Jill Kao

doi:10.3791/67011

تطوير نموذج إصابات الدماغ الرضحية الخفيفة غير المعقد المعدل بطريقة إنزال الوزن ويتضح من التصوير ب...

JoVE Journal
Neuroscience

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Neuroscience

Development of an Uncomplicated Mild Traumatic Brain Injury Model Modified by Weight-Drop Method and Evidenced by Magnetic Resonance Imaging

تطوير نموذج إصابات الدماغ الرضحية الخفيفة غير المعقد المعدل بطريقة إنزال الوزن ويتضح من التصوير بالرنين المغناطيسي

Full Text

992 Views

08:27 min

April 11, 2025

DOI: 10.3791/67011-v

Pin-Hui Kuo¹, Tzu-Hsuan Tang¹, Shu-Hui Huang¹, Bao-Yu Hsieh^2,3, Chia-Feng Lu¹, Yu-Chieh Jill Kao¹

¹Department of Biomedical Imaging and Radiological Sciences,National Yang Ming Chiao Tung University, ²Department of Medical Imaging and Radiological Sciences, College of Medicine,Chang Gung University, ³Department of Medical Imaging and Intervention,Chang Gung Memorial Hospital at Linkou

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a protocol for creating a closed-head injury animal model that accurately replicates the neuroimaging outcomes of uncomplicated mild traumatic brain injury (mTBI). The model maintains brain structure in the acute phase, while demonstrating long-term brain atrophy, and utilizes longitudinal magnetic resonance imaging (MRI) as the primary assessment tool.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Traumatic Brain Injury
Animal Models

Background

Understanding the progression of uncomplicated mild traumatic brain injury (mTBI) is crucial, especially in pediatric and adolescent populations.
The study aims to connect cross-sectional human studies with animal pathology to provide insights into mTBI progression.
The research focuses on assessing different impact parameters to analyze their effects on outcome measures.

Purpose of Study

To establish a robust animal model that accurately mimics the neuroimaging findings associated with mTBI.
To investigate the influence of various impact parameters on behavioral, imaging, and pathological outcomes post-injury.
To facilitate longitudinal neuroimaging assessments in understanding mTBI's long-term effects.

Methods Used

The protocol employs a closed-head injury model using rats.
This involves precise stereotaxic surgery to deliver controlled impacts, followed by MRI for imaging analysis.
Key steps include anesthesia, skull preparation, impact delivery, and subsequent imaging at defined time points.
Behavioral assessments are performed post-injury to evaluate recovery and deficits.

Main Results

Longitudinal MRI revealed no immediate structural brain damage, but significant cortical volume reduction was observed at later time points.
Repetitive closed-head injury led to greater cortical loss compared to a single event.
Astrocyte accumulation was noted despite the severity of the injury and impact site.

Conclusions

The study successfully establishes a model for investigating the effects of mild traumatic brain injuries, enhancing our understanding of mTBI progression.
This model allows for future studies exploring the complexities of injury parameters and their implications for treatment and rehabilitation.
Overall, the findings underscore the critical importance of injury dynamics in shaping neurological outcomes.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of this animal model?

This model effectively replicates mTBI neuroimaging outcomes and allows for the exploration of recovery dynamics over time.

How is the closed-head injury implemented in the rat model?

The closed-head injury involves precise surgical techniques and controlled impact administration using a weight drop system to induce brain injury while minimizing acute damage.

What types of data are obtained from this study?

The study provides neuroimaging data via MRI, behavioral changes assessments, and pathological analysis including astrocyte accumulation and cortical volume measurements.

How can this method be adapted for other types of injury research?

The surgical and imaging protocols can be modified to evaluate various forms of brain injuries, making this model versatile for different neurological conditions.

What are the key limitations of this closed-head injury model?

Limitations may include variations in individual animal responses to injury and the necessity for careful control over impact parameters to ensure reproducibility.

هنا ، نقدم بروتوكولا لإنشاء نموذج حيواني لإصابة الرأس المغلق يكرر نتيجة الصورة العصبية لإصابات الدماغ الرضحية الخفيفة غير المعقدة مع بنية الدماغ المحفوظة في المرحلة الحادة وضمور الدماغ طويل المدى. التصوير بالرنين المغناطيسي الطولي هو الطريقة الأساسية المستخدمة للحصول على الأدلة.

يركز بحثنا على تطوير نموذج لإصابة الرأس المغلقة يحاكي نتائج التصوير العصبي لإصابات الدماغ الرضحية الخفيفة غير المعقدة. ننتهي بتحديد ما إذا كانت معلمات التأثير المختلفة في RmTBI تؤدي إلى تغيرات تصويرية وسلوكية ومرضية مميزة. لقد طورنا نموذجا حيوانيا يكرر التغيرات الإشعاعية ل mTBI غير المعقد ، مما يدل على عجز سلوكي كبير وضمور دماغي طويل الأمد.

يربط هذا العمل الدراسات البشرية المقطعية بأبحاث علم الأمراض الحيوانية ، مما يوفر الترجمة وتقييم التصوير العصبي الطولي لفهم تقدم mTBI بشكل أفضل. تفتح نتائجنا طرقا جديدة للتحقيق في تطور المرض وتغيرات النتائج بعد إصابات إصابات الدماغ المضي الصدائي غير المعقد. كما يسلطون الضوء على الدور الحاسم لمعايير الإصابة في تشكيل نتائج ما بعد الإصابة.

يركز مختبرنا على mTBI للأطفال والمراهقين ، وهي أكبر مجموعة من المرضى. سنطبق نموذج CHI المريح الخاص بنا لدراسة إصابات الدماغ التنموية وتتبع التغييرات طويلة المدى باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي والتقييمات السلوكية والمرضية العصبية. للبدء ، ضع الجرذ المخدر على وسادة تسخين وقم بتثبيته في الإطار التجسيمي باستخدام قضيب الأسنان.

ضع قضبان الأذن لتثبيت الرأس. تأكد من أن الجرذ متمركز ومتناظر في الإطار التجسيمي. الآن ، قم بتوصيل مستشعر مقياس التأكسج النبضي بالمخلب الخلفي لمراقبة معدل التنفس ومعدل ضربات القلب ومستوى الأكسجين في الدم ودرجة حرارة الجسم.

ضعي كريم إزالة الشعر على الرأس بعد ثلاث دقائق ، امسحي الكريم باستخدام مسحات كحول الأيزوبروبيل بنسبة 70٪. نظف المنطقة المحلوقة عدة مرات باستخدام قطعة قطن معقمة مبللة باليود. ثم قم بإزالة بقايا اليود بقطعة قطن مبللة بنسبة 70٪ إيثانول.

باستخدام شفرة جراحية معقمة ، قم بإنشاء شق خط الوسط بطول حوالي سنتيمترين إلى 2.5 سم للوصول إلى سطح الجمجمة. بعد ذلك ، قم بإزالة الأنسجة الرخوة من الجمجمة باستخدام وسادة قطنية. نظف سطح الجمجمة بقطعة قطن مبللة بمحلول ملحي بنسبة 0.9٪ ، متبوعة بقطعة قطن جافة.

الآن ، حدد bregma كنقطة مرجعية لتحديد منطقة التأثير. بعد تحديد الإحداثيات المطلوبة ، قم بتسمين خوذة دائرية من الفولاذ المقاوم للصدأ فوق المنطقة المحددة باستخدام الأسمنت الأسنان. ثم قم بإزالة وسادة التدفئة ومقياس التأكسج النبضي.

انقل الجهاز التجسيمي والجرذ على طاولة الرفع أسفل صدمة إصابة الرأس المغلقة. ارفع جسم الفئران باستخدام إسفنجة رغوية. قم بإزالة الجرذ من قضبان الأذن مع إبقائه مثبتا على قضيب الأسنان المتصل بمخروط الأنف الذي يوفر 2٪ من الأيزوفلور.

تأكد من أن رأس الفئران وجسمه مستويين في اتجاه الرجفة. اضبط طاولة الرفع للتأكد من عدم وجود فجوة بين مصدم CHI والخوذة. ثم قم بإيقاف تشغيل الأيزوفلوران مباشرة قبل الاصطدام.

الآن ، قم بإسقاط وزن 600 جرام من النحاس من ارتفاع متر واحد عبر أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى الاصطدام الآمن بطرف دائري ، مستهدفا الخوذة المعدنية. بعد الضرب ، قم بخفض طاولة الرفع. قم بإزالة الجرذ من الإطار التجسيمي وضعه في وضع ضعيف على وسادة التدفئة.

سجل وقت منعكس التصحيح ، وهو الوقت الذي يحاول فيه الجرذ الانتقال من وضع الاستلقاء إلى وضع الانبطاح. الآن ، أعد تعبئة الفئران في الإطار التجسيمي. قم بإزالة الخوذة وتنظيف جميع الأنسجة الضامة قبل تثبيتها من سطح الجمجمة.

الآن ، قم بتغطية الجمجمة بأسمنت الأسنان واتركها تجف. باستخدام الجزء الخلفي من الملقط ، تأكد من أن الأسمنت صلب وصلب. بعد ذلك ، أغلق الشق باستخدام خيوط جراحية من النايلون 4o بأربع إلى خمس عقدة مستقلة وقم بتطبيق المضادات الحيوية الموضعية على موقع الجراحة لمنع العدوى.

حقن ملليلتر واحد لكل كيلوغرام من وزن الجسم من الكاربروفين تحت الجلد في الرقبة كمسكن بعد الجراحة. ضع الجرذ في قفص نظيف على وسادة تدفئة حتى يستعيد وعيه. بمجرد أن يجلس الجرذ في وضع مستقيم ، أعده إلى قفص المنزل.

قم بإعطاء خمسة ملليلتر من الأسيتامينوفين ممزوجا في 200 مل من الماء يوميا لمدة ثلاثة أيام متتالية كمسكن. ضع الجرذ المخدر في حامل الرأس وقم بتوصيله بمخروط الأنف للحفاظ على التخدير. ثبت الرأس بقطعة صغيرة من الشريط لمنع الحركة أثناء المسح.

ثم ضع وسادة ضغط تحت الصدر لمراقبة التنفس. أدخل الأقطاب الكهربائية وألصق مشابك مقياس التأكسج على الطرف الخلفي للتحقق من معدل ضربات القلب. أدخل مسبار المستقيم لقياس درجة حرارة المستقيم.

قم بتغطية الفئران ببطانية تدفئة بالماء الدافئ المتداول ولف الأنسجة للحفاظ على درجة حرارة الجسم أثناء التجربة. استخدم نظام تحديد المواقع بالليزر لماسح PET MR لتحديد مركز الرأس لمحاذاة دقيقة. انقل الجرذ إلى تجويف التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام نظام نقل الآلي حتى يتماشى مركز الرأس مع مركز الماسح الضوئي.

أخيرا ، احصل على صور التصوير بالرنين المغناطيسي وقم بتحليلها. لم يلاحظ أي كسر كبير في الجمجمة أو كدمة في الدماغ أو وذمة المادة البيضاء أو تشوه في صور T2 المرجحة وخرائط تباين الخواص الجزئية بعد يوم واحد و 50 يوما من CHI ، مما يؤكد الحد الأدنى من الضرر الهيكلي في نموذج CHI. لوحظ انخفاض كبير في حجم القشرة في 50 يوما بعد CHI ، وأدى CHI المتكرر إلى خسارة قشرية أكبر مقارنة ب CHI الفردي.

لوحظ انخفاض الحجم القشري الأكثر أهمية في شرائح عند بريجما ناقص أربعة إلى زائد صفر و بريجما ناقص خمسة إلى زائد واحد بعد CHI المتكرر مع معلمات تأثير مختلفة. لوحظ حجم قشري أصغر بكثير عند بريجما صفر بعد CHI المركزي للدماغ مقارنة ب SMCx CHI. أظهر التلوين المناعي في اليوم 50 بعد الإصابة تراكم الخلايا النجمية في SMCx المماثل ، بغض النظر عن شدة CHI وموقع التأثير.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos