闭合性头部轻度创伤损伤大鼠模型及其验证

摘要

本文介绍了一种闭合性轻度创伤性脑损伤（mTBI）大鼠模型，并对其进行了验证，结果显示该模型在急性期和亚急性期的行为学表现与人类轻度创伤性脑损伤具有显著相似性。

摘要

动物模型对于推进我们对轻度创伤性脑损伤（mTBI）的理解并指导临床研究至关重要。为了获得有意义的研究结果，建立一个稳定且可重复的动物模型是必不可少的。在本研究中，我们详细描述了一种闭合性头部mTBI模型，并采用Sprague-Dawley大鼠展示了一种具有代表性的验证方法，以确认建模效果。该模型通过将一个550 g的重物从100 cm高度直接坠落至置于可破坏表面的大鼠头部，随后进行180度翻转来实现。为评估损伤情况，大鼠在损伤后10分钟内接受了一系列神经行为学评估，包括意识丧失时间、首次寻行为时间、逃逸能力以及横梁平衡能力测试。在损伤后的急性和亚急性阶段，通过行为学测试评估运动协调能力（横梁任务）、焦虑水平（开放场测试）以及学习与记忆能力（Morris水迷宫测试）。该闭合性头部mTBI模型产生了稳定一致的损伤反应，死亡率极低，并能较好地模拟真实生活中的损伤情境。所采用的验证方法有效确认了模型的建立，确保了模型的稳定性与一致性。

引言

轻度创伤性脑损伤（mTBI），即脑震荡，是最常见的损伤类型，可导致多种短期和慢性症状¹。这些症状可能包括头晕、头痛、抑郁和快感缺失等，给mTBI患者带来显著的痛苦²。由于大多数mTBI由钝力创伤引起³，因此迫切需要建立能够准确模拟此类损伤的动物模型。这些模型对于深入理解损伤本身及其潜在机制至关重要，相较于人类研究，可提供一个变异性和异质性更小的受控环境。

目前已建立了多种成熟的啮齿类动物创伤性脑损伤（TBI）模型，包括液体冲击损伤（FPI）⁴、可控性皮层冲击损伤（CCI）⁵、落重损伤⁶、爆炸性创伤性脑损伤⁷等。然而，这些模型主要侧重于模拟中度至重度TBI的情况。相比之下，专门用于模拟轻度创伤性脑损伤（mTBI）的实验模型受到的关注相对较少，仍处于探索不足的状态⁸。因此，迫切需要建立一种稳定且可重复的动物模型，以准确反映mTBI的病理特征。此类模型将显著增进我们对mTBI相关的神经生物学和行为学后果的理解。

人们无法区分轻度创伤性脑损伤大鼠与正常....

方案

动物实验已获得中南大学动物护理与使用委员会的批准。所有研究均遵循实验动物福利与伦理原则进行。

1. 动物喂养与麻醉操作

1. 将体重280-320 g的雄性Sprague-Dawley大鼠分组饲养，维持12 h光照/12 h黑暗循环，自由摄食和饮水 随意摄取在大鼠适应6天后进行实验。
2. 在诱导箱中以每分钟0.6升气流速度的3%异氟烷麻醉大鼠，直至其对足部或尾部夹捏无反应。维持该气流速度30秒。
   注意：未使用止痛药物，因为它们会干扰大鼠在神经行为学评估中的反应。

2. 术前准备

1. 将一块硬度值为35D（海绵密度为35 kg/m³）、长宽与之相同但厚度为12 cm的海绵，放入一个无顶盖的亚克力盒（15 cm × 22 cm × 43 cm）中。
2. 裁剪一张厚度为20 µm的锡箔，并使用胶带将其固定在亚克力盒上，形成一个可破坏的表面，以支撑大鼠的重量。此外，在锡箔上标记一条长约10 cm的切割线，作为放置大鼠头部的指定位置。
3. 借助铁架台，将PVC管牢固固定。准备一个质量为550克、直径为18毫米的穿孔重物。将该重物通过鱼线悬挂在聚氯乙烯（PVC）管内距底部1米的高度处，并调节导管位置，使其位于锡箔上方3厘米处。
4. 准备一个头盔和一个枕头。使用一个直径为10 mm、厚度为....

结果

本研究所使用的装置是Kane模型和Richelle Mychasiuk儿科模型的改良版本^11,12。在本研究中，SD大鼠被分为假手术组和轻度创伤性脑损伤（mTBI）组。为验证该模型的可重复性，我们独立重复了三次该模型实验，并同步进行了急性期神经行为学评估，每次实验使用8–12只大鼠。本研究共使用了30余只mTBI大鼠，其中2只因麻醉原因死亡，但实验过程中无大鼠因脑损伤死亡。这些实验的结果见图2。此外，神经行为学评估还分别在急性期和亚急性期进行（图3、图4和图5）。

急性神经行为学评估结.......

讨论

该模型成功模拟了闭合性头部轻度创伤性脑损伤（mTBI），无需进行头皮切开或开颅操作，从而更准确地再现了人类病例中观察到的冲击情景。避免头皮切开有助于防止可能与实际情况不符的炎症反应。与Richelle Mychasiuk的儿科模型¹²相比，本研究中使用的模型专门针对体重在280–320 g之间的成年大鼠设计，使我们能够深入理解mTBI对成年个体的影响。此外，通过引入枕头和头盔等关键组件，有助于传递更均匀的冲击力，并协助操作者精确定位冲击目标区域。

需要强调的是，大鼠的撞击操作是在没有维持麻醉的情况下进行的，因此在开始撞击前必须确认麻醉深度。我们通过轻轻摇动麻醉诱导箱并观察大鼠是否无反应来确认麻醉状态，同时将麻醉时间额外延长30秒，以确保达到足够的麻醉水平。建议在1分钟内完成整个撞击过程。

本研究中描述的冲击装置相对易于构建，几乎可在任何实验室中根据所提供的规格进行复制。这有助于在不同研究环境中实现实验数据的更高标准化和可比性。此外，本研究获得的验证数据为研究人员解答特定科学问题提.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
丙烯酸盒	内部	N/A	15 cm × 22 cm × 43 cm
麻醉机	RWD Life Science Co.	R540 小鼠 &和大鼠动物麻醉机
头盔	内部	N/A	直径10 mm、厚度3 mm的不锈钢圆盘
莫里斯水迷宫	RWD Life Science Co.		直径150厘米，高50厘米，平台直径35厘米
开放场	RWD Life Science Co.	63007	宽度100 cm，高度40 cm
Panlab SMART V3.0	RWD Life Science Co.	SMART v3.0
穿孔砝码	内部	N/A	重量为550 g，直径为18 mm
枕头	内部	N/A	置于大鼠头部下方的楔形海绵