Name: 开发一种通过重量下降法修改并通过磁共振成像验证的简单轻度创伤性脑损伤模型 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-04-11T12:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 27 s
Description: 了解通过重量下降法建立大鼠闭合性颅脑损伤模型，并利用磁共振成像进行长期纵向评估。该方法有助于研究轻度创伤性脑损伤的神经影像学变化及脑萎缩进展。

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本研究工作得到了中国台湾国家科学与技术委员会（NSTC）的研究资助（NSTC 113-2314-B-A49-047）。我们感谢阳明交通大学脑研究中心小型动物影像核心设施及台湾动物联盟在Bruker 7T PET/MR技术方面的支持。

作者无潜在利益冲突需披露。

本研究旨在建立一种非复杂性轻度创伤性脑损伤（mTBI）的动物模型，以评估单次与重复性损伤的累积效应，以及对不同脑区冲击所导致的结果。该闭合性头部损伤（CHI）模型改编自闭合性头部落锤损伤范式，旨在模拟运动员及佩戴头盔个体常见的脑震荡。该模型在最大程度减少局灶性脑损伤的同时，能够精确调控关键冲击参数，包括冲击次数、损伤间间隔时间以及冲击脑区。研究结果表明，这些参数显著影响了行为学结果和各向异性分数（FA）值的进展。值得注意的是，无论冲击负荷或位置如何，在慢性期均观察到明显的皮层萎缩，这是慢性创伤性脑病（CTE）的典型特征。该实验模型为研究非复杂性mTBI后功能与微结构改变的纵向研究提供了可靠的框架，弥补了以往动物模型中的不足。
为了模拟在接触性运动或摩托车事故等临床场景中观察到的轻度创伤性脑损伤（mTBI），已有多种啮齿类动物头盔设计被应用于不同的动物模型7。与针对暴露脑表面的损伤模型相比，对闭合颅骨或头部的冲击通常导致更轻微且更弥散性的脑损伤15,<sup clas...

轻度创伤性脑损伤（mTBI）主要见于从事对抗性运动的运动员、军事退伍人员以及交通事故相关人员1。其占所有报告的头部损伤病例的85%以上2。由于mTBI病因广泛且全球发病率持续上升，mTBI已被视为晚发性神经退行性疾病的潜在环境风险因素之一3。非复杂性轻度TBI的特征为格拉斯哥昏迷评分（GCS）为13-15分，在计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）中未观察到结构性异常。非复杂性mTBI患者常见的症状包括头痛、头晕、恶心或呕吐以及疲劳。然而，由于患者失访率较高，对非复杂性mTBI后长期预后的评估面临较大挑战4。
反复性轻度创伤性脑损伤（mTBI）的问题日益受到关注，尤其是在美国国家橄榄球联盟（NFL）职业运动员群体中，这随后也提高了非职业运动员对此问题的认知5。据推测，首次发生mTBI后脑部的脆弱性会增加，后续的脑损伤可能进一步加重损伤后果。来自最大规模橄榄球运动员捐献脑组织队列的最新研究发现，不仅既往参与橄榄球运动与慢性创伤性脑病（CTE）的严重程度相关，还提示多种与橄榄球相关的因素与CTE的风险和严重程度存在关联6。因此，关于脑震荡次数以及重复性损伤模式对损伤结局影响的担忧正在增加。临床前研究已采用多种闭合性头部损伤（CHI）模型，探讨了反复性mTBI后的神经病理学改变、神经炎症级联反应以及神经心理功能障碍7,8,9,10,11,12,13,14。然而，对于影响参数在单纯性mTBI模型中的作用——该模型可能更接近模拟运动相关重复性脑震荡，导致急性期功能性损害和慢性期脑萎缩——目前尚缺乏充分研究。
弥散张量成像（DTI）是一种用于评估水分子弥散特性的技术，已被广泛应用于研究轻度创伤性脑损伤（mTBI）的影响。分数各向异性（FA）是DTI导出的关键指标，用于量化水分子弥散的一致性程度，反映轴突及神经纤维束的结构组织状态。在多种模型中，mTBI后白质（WM）区域的FA值出现改变已被广泛报道8,10,11,15,16,17。此外，前临床研究表明，轴向弥散率（AD）和径向弥散率（RD）——分别反映轴突完整性和髓鞘完整性——在mTBI后亦发生变化10,15,16,18,19,20。然而，既往研究中DTI结果的不一致，可能源于mTBI严重程度的差异、撞击参数的不同、mTBI模型的多样性以及伤后随访时间点的不统一9。
因此，本实验方案旨在建立一种轻度创伤性脑损伤（mTBI）的动物模型，用于评估单次及重复性轻度创伤性脑损伤的累积效应。我们采用了包括动物健康状况、行为学结果、弥散张量成像（DTI）参数和皮层体积在内的全面且纵向的评估方法，以捕捉损伤后动态变化，并探讨不同冲击参数的影响。通过展示急性期功能障碍以及长期的微结构改变，该模型有效复制了既往动物研究中尚未充分涵盖的单纯性轻度创伤性脑损伤的关键特征。本文提供了利用改良的闭合性头部撞击落锤法建立单纯性轻度创伤性脑损伤模型以及在损伤后进行纵向评估的详细实验方案8,11。

<table><tbody><tr><td>对乙酰氨基酚</td><td>Center Laboratories 公司</td><td>N02BE01</td><td></td></tr><tr><td>抗生素（Dermanest 软膏）</td><td>康为制药有限公司</td><td>49391</td><td></td></tr><tr><td>抗原修复缓冲液（100倍浓缩柠檬酸盐缓冲液）</td><td>Abcam</td><td>AB93678</td><td></td></tr><tr><td>抗胶质纤维酸性蛋白（GFAP）抗体</td><td>Bioworld Technology, Inc</td><td>BS6460</td><td></td></tr><tr><td>平衡梁</td><td>定制</td><td>定制</td><td>深3 cm，宽3 cm，长80 cm，距地面60 cm</td></tr><tr><td>行为实验装置</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>圆形头盔</td><td>定制</td><td>定制</td><td>不锈钢，10 毫米直径，1 毫米厚度</td></tr><tr><td>闭合性头部损伤</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>闭合性头部损伤撞击器</td><td>定制</td><td>定制</td><td>一根不锈钢管（高 1 米，内径 20 毫米），管底固定一个带圆形顶端的冲击器（不锈钢，顶端直径 10 毫米），以及一个重物（不锈钢，600 克）。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>甲醛</td><td>Bioworld Technology, Inc</td><td>C72</td><td></td></tr><tr><td>气体麻醉仪（蒸发器）</td><td>RWD Life Science Co.</td><td>R580S 动物麻醉蒸发器及配件</td><td></td></tr><tr><td>苏木精</td><td>Bioman Scientific Co., Ltd</td><td>17372-87-1</td><td></td></tr><tr><td>免疫组织学</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>免疫过氧化物酶二抗检测系统试剂盒</td><td>Bio-Check Laboratories Ltd</td><td>K5007</td><td></td></tr><tr><td>异氟烷&amp;nbsp;</td><td>伴侣 &amp;amp; BF Biotech Inc.</td><td>8547</td><td></td></tr><tr><td>利多卡因</td><td>Step Technology Co., Ltd</td><td>N01BB02</td><td></td></tr><tr><td>光学显微镜玻片扫描仪</td><td>Olympus</td><td>BX63</td><td></td></tr><tr><td>MR兼容的小动物监测与门控系统</td><td>SA Instruments</td><td>Model 1025&amp;nbsp;</td><td>带有呼吸垫、心电图电极和直肠探头的监测套件&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>磁共振成像</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRI运行委员会</td><td>Bruker</td><td>Biospec</td><td>Paravision 360 软件</td></tr><tr><td>MRI 系统</td><td>Bruker</td><td>Biospec</td><td>PET/MR 扫描仪（PET 内置），7 T，105 厘米&amp;nbsp; 梯度设置下的内孔直径&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>开放场实验箱</td><td>定制</td><td>定制</td><td>75 cm 长，50 cm 宽，40 cm 深</td></tr><tr><td>脉搏血氧仪</td><td>STARR Life Sciences Corp. </td><td>MouseOx Plus</td><td>小鼠 &amp;& 大鼠脉搏血氧仪</td></tr><tr><td>大鼠适配器</td><td>RWD Life Science Co.</td><td>68021</td><td></td></tr><tr><td>SPSS Statistics 29</td><td>IBM</td><td>版本 29.0</td><td></td></tr><tr><td>立体定位仪</td><td>RWD Life Science Co.</td><td>G1124901-001</td><td></td></tr><tr><td>体积线圈</td><td>布鲁克</td><td>Biospec</td><td>内径为40 mm的射频激发与信号接收收发器。</td></tr><tr><td>赛拉嗪</td><td>拜耳中国台湾有限公司</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zoletil</td><td>Virbac</td><td>BN8M3YA</td><td></td></tr></tbody></table>

采用落锤法改良并经磁共振成像验证的轻度单纯性创伤性脑损伤模型的建立

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

轻度创伤性脑损伤（mTBI），即脑震荡，占全球脑损伤病例的85%以上。特别是，在急性期常规临床影像学检查中无明显异常的非复杂性mTBI，会阻碍对这些患者进行早期和适当的治疗。已有研究指出，不同的撞击参数可能影响甚至加速mTBI后继发的神经心理症状进展。然而，脑震荡期间的撞击参数与预后之间的关联尚未得到充分研究。本研究详细描述并演示了一种基于落锤致伤范式改良的闭合性头部损伤（CHI）动物模型。将20只成年雄性Sprague-Dawley大鼠随机分为不同撞击参数的CHI组（每组4只）。在为期50天的研究期间，进行了纵向磁共振成像（MR）检查，包括T2加权成像和扩散张量成像，以及一系列行为学评估，如改良神经功能缺损评分（mNSS）和平衡木行走实验。在伤后第50天进行了星形胶质细胞增生的免疫组织化学染色。与单次损伤组和假手术组相比，重复性CHI大鼠表现出更差的行为学表现。通过纵向磁共振成像（MRI）发现，伤后24小时未观察到明显的脑挫伤。然而，在伤后第50天观察到皮层萎缩以及皮层分数各向异性（FA）的改变，提示成功复制了临床非复杂性mTBI模型。最重要的是，mTBI后观察到的神经行为学结果和影像学特征的变化依赖于撞击次数、损伤间间隔时间以及动物体内选定的撞击部位。该结合临床前MRI的体内mTBI模型为在全脑尺度上探索脑损伤提供了手段，同时也允许研究对mTBI敏感且随不同撞击参数和严重程度变化的影像学生物标志物。

图2 显示了假手术组和重复性颅脑冲击伤（CHI）组在初级躯体感觉皮层（SMCx）的代表性动物纵向磁共振成像（MRI）结果。在CHI后第1天和第50天的T2加权图像中未发现明显的颅骨骨折或脑挫伤。在CHI后第1天和第50天的各向异性分数（FA）图中未发现明显的白质（WM）水肿或变形。本研究中所有接受CHI处理的动物均存活至整个实验期结束（50天），表明该CHI模型的死亡率较低（0–5%）7。
脑损伤后即刻的意识障碍程度通过动物翻正反射的丧失情况进行评估，翻正反射是指动物自我纠正体位的内在倾向。与假手术组和SMCx单次闭合性头部损伤（CHI）组相比，重复性CHI后动物恢复翻正反射所需时间延长（图3A）。CHI后动物的一般健康状况通过标准化体重变化和改良神经功能缺损评分（mNSS）来反映。各组在CHI后均未观察到显著的体重下降（图3B）。单次CHI后第50天出现较...

本文介绍了一种建立闭合性头部损伤动物模型的方案，该模型可复制轻度非复杂性创伤性脑损伤的神经影像学特征，即在急性期保留脑结构完整性，并出现长期脑萎缩。纵向磁共振成像是获取证据的主要方法。

轻度创伤性脑损伤（mTBI），即脑震荡，占全球脑损伤病例的85%以上。其中，无并发症的mTBI表现为……

我们的研究致力于开发一种闭合性头部损伤动物模型，以模拟单纯性轻度创伤性脑损伤的神经影像学表现。旨在确定重复性轻度创伤性脑损伤（RmTBI）中不同冲击参数是否会导致不同的影像学、行为学及病理学改变。我们建立了一种能够复制单纯性轻度创伤性脑损伤（mTBI）放射学改变的动物模型，该模型表现出显著的行为功能缺陷以及长期的脑萎缩。本研究将横断面人类研究与动物病理学研究相结合，通过转化研究和纵向神经影像学评估，以更深入地理解轻度创伤性脑损伤（mTBI）的进展过程。我们的结果为探究非复杂性轻度创伤性脑损伤后的疾病进展及结局变化开辟了新的途径，同时也强调了损伤参数在决定伤后结局中的关键作用。我们的实验室专注于儿童和青少年轻度创伤性脑损伤（mTBI），这是最大的患者群体。我们将应用成熟的CHI模型来研究发育期脑损伤，并通过MRI、行为学和神经病理学评估追踪长期变化。首先，将麻醉后的大鼠置于加热垫上，并使用门齿固定杆将其固定在立体定位仪框架中。调整耳杆位置以固定头部。确保大鼠在立体定位仪框架中居中且对称。随后，将脉搏血氧仪的传感器连接至后肢足掌，以监测呼吸频率、心率、血氧水平和体温。将脱毛膏涂抹于头部，三分钟后，使用70%异丙醇棉签擦去脱毛膏。随后用浸有碘液的无菌棉签多次清洁脱毛区域，再用浸有70%乙醇的棉签去除残留的碘液。使用无菌手术刀，在中线处制作一个长约2至2.5厘米的切口，以暴露颅骨表面。接着，用棉片清除颅骨上的软组织。用浸有0.9%生理盐水的棉签清洁颅骨表面，然后用干燥的棉片擦干。现在，确定前囟点作为参考点以定位撞击区域。确定目标坐标后，使用牙科水泥在指定区域上方固定一个环形不锈钢头盔。然后，移除加热垫和脉搏血氧仪。将立体定位装置和大鼠移至闭合性头部损伤撞击器下方的升降台上。使用泡沫海绵垫高大鼠的身体。将大鼠从耳杆上取下，同时保持其固定在连接输送2%异氟烷鼻罩的门齿杆上。确保大鼠的头部和身体在前后方向上保持水平。调节升降台，确保CHI撞击器与头盔之间无间隙。然后，在撞击前立即关闭异氟烷。现在，将一个600克的黄铜重物从一米高处通过不锈钢管自由下落，撞击固定有圆头冲击器的金属头盔。撞击后，降低升降台。将大鼠从立体定位仪中取出，并仰卧置于加热垫上。记录翻正反射时间，即大鼠尝试从仰卧位转为俯卧位所需的时间。现在，将大鼠重新固定于立体定位仪框架中。取下头盔，并在颅骨表面进行水泥固定前，清除所有结缔组织。现在，用牙科水泥覆盖颅骨并使其干燥。使用镊子背面检查水泥是否已变硬变固。然后，使用4-0尼龙手术缝线，打四到五个独立结，缝合切口，并在手术部位涂抹局部抗生素以预防感染。作为术后镇痛，皮下注射颈背部，剂量为每千克体重1毫升的卡洛芬。将大鼠置于清洁笼具中，并放在加热垫上，直至其恢复意识。一旦大鼠能够直立坐起，即将其放回原有笼具中。作为镇痛剂，每日将5毫升对乙酰氨基酚溶于200毫升水中，连续三天口服给药。将麻醉后的大鼠置于头部固定装置中，并连接鼻罩以维持麻醉状态。使用一小块胶带固定头部，防止扫描过程中动物移动。然后，在胸部下方放置一个压力垫以监测呼吸。插入电极，并用胶带将血氧仪夹子固定在后肢以监测心率。插入直肠探头以测量直肠温度。实验过程中，使用带有循环温水的加热毯和组织包裹物覆盖大鼠，以维持其体温。利用PET-MR扫描仪的激光定位系统标记大鼠头部中心，以实现精确定位。通过电动动物运输系统将大鼠送入MRI磁体孔内，直至头部中心与扫描仪的等中心对齐。最后，获取 MRI 图像并进行分析。在伤后1天和50天的T2加权图像及分数各向异性图中，未观察到明显的颅骨骨折、脑挫伤、白质水肿或变形，证实CHI模型中结构损伤较轻。在伤后50天观察到皮层体积显著减少，且重复性CHI导致的皮层损失大于单次CHI。在重复性闭合性头部损伤（CHI）后，采用不同冲击参数，于前囟后负四至零以及负五至正一区域的脑切片中观察到最显著的皮质体积减少。与SMCx区域CHI相比，中央脑区CHI在前囟零点处表现出显著更小的皮质体积。损伤后第50天的免疫染色显示，无论CHI严重程度及冲击部位如何，同侧损伤侧SMCx区域均出现星形胶质细胞聚集。

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开发一种通过重量下降法修改并通过磁共振成像验证的简单轻度创伤性脑损伤模型

来源：Macheda, T.，等。小鼠轻度创伤性脑损伤的电磁控制闭合式头部模型。J. Vis. Exp.

小鼠模型中轻度创伤性脑损伤的诱导

改良的落体打击技术是一种简单且经济高效的方法，用于在幼年大鼠中诱导轻度创伤性脑损伤。该新技术可产生具有临床相关性的症状，有助于推进对轻度创伤性脑损伤（mTBI）和脑震荡的研究。...

一种用于幼年大鼠的轻度创伤性脑损伤新模型

运动员每年会遭受数百次轻度创伤性脑损伤（mTBI）或脑震荡；然而，这些损伤对大脑所造成的影响尚不明确。因此，建立一种能够稳定重现临床相关症状的单次及重复性mTBI动物模型，将有助于推动对轻度创伤性脑损伤和脑震荡的研究进展。...

单次与重复性轻度创伤性脑损伤的小鼠模型

神经递质改变是脑震荡后发生的神经功能障碍机制，并可能导致有时灾难性的长期后果。该大鼠模型结合了可实现活体神经递质定量的微透析技术，以及通过对头颈部施加快速加速和减速的落重技术，后者是人类颅脑创伤的重要因素。...

一种结合力与旋转的新型可转化脑震荡大鼠模型及活体脑部微透析技术

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轻度创伤性脑损伤大鼠海马区的高级扩散成像

本文介绍了一种用于研究轻度至中度创伤性脑损伤神经生物学和病理生理学效应的啮齿类动物爆炸冲击波模型方案。我们建立了一种由气体驱动的台式装置，配备压力传感器，可稳定且可重复地产生爆炸所致的轻度至中度创伤性脑损伤。...

用于啮齿类动物闭合性轻度创伤性脑损伤临床前评估的低强度冲击波模型

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小鼠轻度创伤性脑损伤的电磁控制闭合式头部模型

在此，展示了如何利用清醒状态下的闭合性头部损伤模型来研究重复性轻度创伤性脑损伤（r-mTBI）对海马突触可塑性的影响。该模型可复制r-mTBI患者的重要病理特征，并可与电生理记录、行为学检测及分子生物学分析等技术联合使用 体外...

利用清醒状态下闭合性头部损伤的轻度创伤性脑损伤模型评估突触可塑性的变化

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。...

闭合性头部轻度创伤损伤大鼠模型及其验证

本方案介绍了一种通过闭合性头部损伤（CHI）方法诱导的重复性轻度创伤性脑损伤（rmTBI）小鼠改良模型。该方法采用颅骨变薄窗口结合液体打击技术，可减少因脑膜暴露所引起的常见炎症反应，同时提高了在啮齿类动物中建立rmTBI模型的可重复性和准确性。...

改良的小鼠重复性轻度创伤性脑损伤模型结合颅骨变薄窗与液体打击技术

了解通过重量下降法建立大鼠闭合性颅脑损伤模型，并利用磁共振成像进行长期纵向评估。该方法有助于研究轻度创伤性脑损伤的神经影像学变化及脑萎缩进展。

采用落锤法改良并经磁共振成像验证的轻度单纯性创伤性脑损伤模型的建立

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