Ein Repetitive erschütternder Head Injury-Modell in Mäusen

Zusammenfassung

Eine Gehirnerschütterung stellt die häufigste Art von traumatischen Hirnverletzungen dar. Daher kann ein repetitives Tiermodell mit Gehirnerschütterung, das die wichtigen Merkmale einer Verletzung bei Patienten repliziert, ein Mittel zur Untersuchung einer Gehirnerschütterung auf strenge, kontrollierte und effiziente Weise bieten.

Zusammenfassung

Obwohl die Gehirnerschütterung/das leichte Schädel-Hirn-Trauma (mTBI) das häufigste Auftreten eines Schädel-Hirn-Traumas ist, gibt es immer noch einen Mangel an Wissen über die Verletzung und ihre Auswirkungen. Um ein besseres Verständnis von Gehirnerschütterungen zu entwickeln, werden oft Tiere verwendet, da sie ein kontrolliertes, rigoroses und effizientes Modell bieten. Studien haben traditionelle Tiermodelle so angepasst, dass sie mTBI durchführen, um durch Veränderung der Verletzungsparameter eine leichte Verletzungsschwere zu stimulieren. Diese Modelle wurden verwendet, weil sie morphologisch ähnliche Hirnverletzungen wie der klinische Zustand erzeugen und ein Spektrum von Verletzungsschweregraden liefern können. Sie sind jedoch nur begrenzt in der Lage, die gleichen Merkmale von Verletzungen bei Patienten darzustellen. Bei Verwendung eines herkömmlichen Aufprallsystems kann ein Modell der repetitiven Gehirnerschütterung (repetitive concussive injury, rCHI) eine leichte bis mittelschwere Gehirnerschütterung auslösen. Der Grad der Verletzung kann bestimmt werden, indem die Dauer der Bewusstlosigkeit (LOC) mit einem Zeichen für einen vorübergehenden Atemstillstand gemessen wird. Das rCHI-Modell ist aufgrund seiner Genauigkeit und Einfachheit bei der Bestimmung von mTBI-Effekten und potenziellen Behandlungen von Vorteil.

Einleitung

Erschütternder, auch milde traumatische Hirnverletzungen (mTBI) genannt, ist die häufigste Auftreten von traumatischen Hirnverletzungen (TBI) und betrifft Millionen von Menschen in USA. Concussions kann schwierig zu diagnostizieren und es gibt keine spezifische Behandlung für Gehirnerschütterung. Es gibt eine wachsende Anerkennung und einige Hinweise darauf , dass eine geringe mechanische Trauma von Sportverletzungen, militärischen Kampf und andere körperlich eingreifenden Beschäftigungen haben kumulativ und chronische neurologische Konsequenzen ^1,2. Allerdings gibt es immer noch ein Mangel an Wissen über Gehirnerschütterungen und deren Auswirkungen. Die derzeitigen Verfahren schränkt die Studien der Pathologie und Behandlung bei Menschen, da nur neurologische Beurteilung und Bildauswertung für die klinische Diagnose zur Verfügung stehen. Tiermodelle bieten ein Mittel Kommotio in einer effizienten, rigoros zu studieren, und kontrollierten Art und Weise mit der Hoffnung auf die weitere Diagnose und Behandlung von mTBI.

Studien haben angepasst traditionellen TBIModelle wie kortikale Wirkung (CCI), Fluid-Schlagwirkung (FPI), Gewicht fallen Verletzungen gesteuert und Explosion Verletzungen mTBI durchzuführen und durch Änderung der Schädigungsparameter niedrige Verletzungsschweren stimulieren. Diese Modelle sind vorteilhaft zu verwenden, aufgrund ihrer Fähigkeit, Gehirntrauma morphologisch ähnlich dem klinischen Zustand zu replizieren; sie haben jedoch auch ihre eigenen Grenzen. Die Schwere der Verletzung durch einen Beschleunigungsverletzung (Gewichtsabfall) induziert ist oft sehr variabel. Die beiden Ergebnisse des milden CCI - Subarachnoidalblutung und fokale Quetschung - nicht vergleichbar mit typischen menschlichen Gehirnerschütterungen. CCI und FPI erfordern eine Kraniotomie, die klinisch nicht relevant ist, während Explosion Verletzungen ein umstrittener Modell in Bezug auf die unterschiedlichen Belichtungsposition und Spitzendruckmessungen sowie variable Sekundärverletzung während der Belichtung ist ^_3-6. Ein aktualisierter concussive Tiermodell das kann der präklinischen Forschung in die klinische setti übersetzenng ist in der Forschung notwendig.

Die zentrale Frage mild TBI bei der Modellierung ist die experimentelle Verletzungsschwere zu definieren, die am ehesten mit der Verletzung in einer klinischen Umgebung repliziert. Vor kurzem entwickelte verschiedenen Forschungsgruppen des geschlossenen Kopfverletzung oder concussive Kopfverletzung (CHI) Modell ^7-10. CHI ist eine Modifikation des CCI ohne Kraniotomie, aber es nutzt noch eine traditionelle elektronische magnetische Wirkung System einen Kopfaufprall zu erzeugen. Ein CHI kann durch Einstellen der Schlagparameter eine Gehirnerschütterung im Bereich von leichten bis mittelschweren induzieren. Verlust des Bewusstseins (LOC) kann durch Erfassen einer Abnahme der Atemfrequenz oder der transienten Beendigung des Atmens unmittelbar nach einem Aufprall zu beachten. Die Zeit des LOC wird verwendet, um die Schwere der Verletzung zu bestimmen. Dieses Papier enthält eine leicht verbesserte und aktualisierte Version eines wiederholten CHI (RCHI) Modell bei Mäusen, zusammen mit einer detaillierten Schritt-für-Schritt-Protokoll und repräsentative Ergebnisse. Die RCHI Modell Forschungsstrategien einre vorteilhaft bei der Bestimmung mTBI Effekte und mögliche Behandlungen, vor allem, da es keine einzelne Tiermodell der Nachahmung all der Erschütterung induzierten pathologischen Veränderungen fähig ist.

Protokoll

Alle Verfahren wurden von der Institutional Animal Care und Use Committee der University of Florida und in Übereinstimmung mit den National Institutes of Health Guide für die Pflege und Verwendung von Labortieren unter Protokolle # 201207692 genehmigt durchgeführt.

1. Animal Care

1. Verwenden Sie 3-4 Monate alten männlichen C57BL / 6J-Mäuse. Geben Sie Bettwäsche, Nistmaterial, Nahrung und Wasser ad libitum. Halten Sie die Mäuse in einer Umgebungstemperatur gesteuert, um bei 20 bis 22 ° C mit konstanten 12-Stunden-Licht / 12-Stunden-Dunkel-Zyklen.

2. Pre-Impaktion Vorbereitung

1. Bringen Sie eine maßgeschneiderte Silikon-Kautschuk beschichteten Metallspitze auf eine elektromagnetische stereotaxische Schlaggerät. Achten Sie darauf , die flache Unterseite der Spitze an die Oberfläche der Sondenspitze parallel ist (Abbildung 1A).
2. Anesthetize die Maus mit 4% Isofluran durch Aufrechterhaltung der Narkose von 2,5% Isofluran gefolgt. Überprüfen Sie die Anästhesie über den Durchflussmesser. Monitor die Anästhesie Niveau, bis das Tier erreicht eine chirurgische Ebene der Anästhesie durch den Verlust des Pedalrückzugsreflex zeigt.
3. Setzen Sie die Maus in Bauchlage auf einem Heizkissen. Verwenden Sie einen trichterförmigen Bugspitze der Maus unter Narkose zu halten. rasieren Sie vollständig den Kopf ein Trimmer. Verwenden Sie Petrolatum Augensalbe auf die Augen der Maus Trockenheit während der Narkose zu verhindern.

3. Auswirkungen Parameter Einstellung

HINWEIS: Die Auswirkungen System enthält eine Steuerbox Schlagparameter einzustellen, eine Betätigungsvorrichtung der Impaktion und einen digitalen stereotaktischen Rahmen mit 3-Bewegungsachsen durchzuführen.

1. die Geschwindigkeit der Schlagvorrichtung zu 4 m / s und die Verweilzeit auf 240 ms auf dem Steuerkasten voreingestellt.

4. Positionierung der Auswirkungen Zentrum

1. Setzen Sie ein weiches Heizkissen unter dem Körper des Tieres in der Nähe von 39 ° C, um die Körpertemperatur zu halten. Montieren Sie die Maus in einem stereotaktischen Rahmen in einem prone-Position mit den stumpfen Enden Ohr Bars.
2. Senken Sie die Schlagspitze nahe an den Kopf der Maus durch die Z-Fahrer bewegt. Stellen Sie die flachen Schlagspitze (9 mm Durchmesser) durch die X- und Y-Bewegen-Treiber auf halbem Weg auf das Ziel über der Pfeilnaht Koordinaten.
3. Achten Sie darauf , eine Kante der Schlagspitze senkrecht zu einer gedachten horizontalen Linie zwischen den beiden Ohren (1C) gezogen wird parallel. Das Zentrum des Aufpralls entspricht dem zentralen Sagittalnaht auf halbem Weg zwischen interfrontal und lambdoid Nähten (interaurale 9 mm 0 mm Interaurale, seitlich 4,5 mm).

5. Auswirkungen Tiefeneinstellung

1. Für eine korrekte Schlagtiefe eingestellt wurden, können zusätzliche Sondenspitze die isolierte Silikonkautschuk beschichtet Schlagspitze zu ersetzen.
2. Um sicherzustellen, dass es keine Verschiebung des Aufpralls Zentrum nach dem Einschalten Tipps, die X- und Y-Kanal auf der digitalen Stereotaxie-Bedienfeld auf Null vor dem Einschalten der Spitzen gesetzt.
3. Bewegen Sie den probe Spitze zur Mitte des Bereichs Auswirkungen durch manuell die X-und Y-Antriebe bewegen.
4. Clip Kontaktsensor an den Schwanz der Maus.
5. Bewegen Sie den Impaktor (Z-Antrieb) nach unten, bis die Sondenspitze die Oberfläche der Aufprallstelle berührt.
6. Stellen Sie den Z-Kanal auf dem stereotaktischen Bedienfeld auf Null.
7. Bewegen Sie die Schlagspitze zurück in den Einwirkungsbereich durch eine manuelle Einstellung der X- und Y-Treiber (nicht der Null-Tasten auf der digitalen Stereotaxie-Bedienfeld), bis X- und Y-Treiber sind Null (wobei die Schlagspitze zuvor positioniert wurde).
8. Ziehen Sie den Aktuator durch Bewegen des Rückzugs-Schalter auf dem Steuerkasten. Manuelles Verschieben der Impaktor nach unten (Z-Treiber) von 4 mm.

6. Auswirkungen

1. Lösen Sie die Auswirkungen durch Klicken auf die Schlagschalter auf dem Steuerkasten und erreichen eine Verformungstiefe von 4 mm.

7. Post-Impaktion

1. Messen Sie die Zeit von den Auswirkungen, bis der erste Atem Maus mit Hilfe einer Zeitschaltuhr.
2. Das Tier aus dem Gerät entfernen und sie an einem warmen Pad platzieren, um ihre Körpertemperatur zu halten. Nicht das Tier unbeaufsichtigt lassen, bis es genügend Bewusstsein zu halten Brustlage wiedergewonnen hat.
3. Lassen Sie für die Wiederherstellung, bevor das Tier wieder in einen sauberen Käfig zurück. Verwenden Sie kein Tier an die Firma von anderen Tieren zurückkehren, bis sie vollständig erholt.
4. Bitte beachten und die Mäuse wiegen täglich. Wenn die Mäuse Anzeichen von Schmerzen zeigen, intraperitoneal sie mit Meloxicam injizieren mit einem 1 - 2 mg / kg alle 12 bis 24 Stunden.

8. Repetitive Impaction

1. Geben Sie den Mäusen zusätzliche Verletzungen an den Tagen 4, 7 und 10 nach der ersten Verletzung (72 Stunden Intervall zwischen den Auswirkungen).

9. Immunhistochemie (IHC)

1. transkardialer Perfusion
   1. Anesthetize die Mäuse über intraperitoneale Injektion mit 200 m / kg Pentobarbital.
   2. Beurteilen und versichern chirurgische Ebene der Anästhesie durch eine Zehe Prise. Sekundeure die Maus in Rückenlage durch sanft die Vorderpfoten und Hinterpfoten auf einem Styropor-Arbeitsfläche innerhalb einer chemischen Abzugshaube Taping.
   3. Machen Sie einen Schnitt durch die Haut entlang der Brustmittellinie von knapp unterhalb der Xiphoidbasis zum Schlüsselbein. Machen Sie zwei zusätzliche Hautschnitte am Xiphoidbasis und gehen seitlich entlang der Basis des ventralen Brustkorbs.
   4. Öffnen Sie die Brusthöhle und setzen das Herz, indem sie durch die Brustmuskulatur und Brustkorb zu schneiden.
   5. Sichern Sie das schlagende Herz mit stumpfen Pinzette und machen 1 - 2 mm Einschnitt im linken Ventrikel.
   6. einfügen Sofort Butterfly-Nadel in den rechten Vorhof. Beginnen Sie mit der Infusion von 20 ml Kochsalzlösung durch die Spritze langsam schieben.
   7. Wechseln Sie von Kochsalzlösung auf 4% Paraformaldehyd. Weiter Perfusion mit 20 ml Paraformaldehyd.
   8. Enthaupten die Maus und entfernen Sie die Haut mit einer Schere. Isolieren Sie das Gehirn aus dem Schädel eines Knochenschneider.
2. Cryostat sectioning
   1. Einbetten von Hirngewebe in optimaler Schnitttemperatur (OCT) Formulierung und Einfrieren bei -80 ° C. Legen Sie das Gehirn in den Kryostaten in sagittaler Ausrichtung. Schneiden Gehirnschnitte 5 & mgr; m dick.
3. Die Färbung
   1. Trocknen der gefrorenen Schnitte bei Raumtemperatur für 1 Std.
   2. Inkubieren der Objektträger mit 100 ul 2% Ziegenserum und 0,1% Triton X-100 in phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) für 1 h bei RT.
   3. Waschen Sie die Folien 3-mal mit 300 ul PBS. Dann Inkubieren der Objektträger mit Anti-GFAP (1: 200) oder anti-Ferritin-Antikörper (1: 200) getrennt über Nacht bei 4 ° C.
   4. Waschen Sie die Folien 3-mal mit 300 ul PBS. Dann Inkubieren der Objektträger für 2 h bei Raumtemperatur mit Biotin-konjugiertem sekundärem Antikörper.
   5. Waschen Sie die Folien 3-mal mit 300 ul PBS. Dann Inkubieren der Objektträger mit Avidin-Biotin-Komplex (ABC) Lösung (1:50) bei Raumtemperatur für 30 min.
   6. Waschen Sie die Folien 3-mal mit 300 ul PBS. Dann Inkubieren in 3,3'-Diaminobenzidin (DAB) Substratlösung (50 ml PBS, 10 & mgr; l H ₂ O _2, 10 mg DAB Tablette, Filter vor der Verwendung) für 5 bis 8 min. Den Objektträger unter dem Mikroskop, bis die positiven Zellen erscheinen.
   7. Spülen Sie die Folien in langsam fließendem Leitungswasser für 5 min. Saubere Folien mit einem Labor-abzuwischen. Dann montieren Sie die Abschnitte mit Eindeckmedium und Deckglas.

Ergebnisse

In diesem Modell (Abbildung 1 AC), gab es kurze Perioden von Keuchen und flach respirations. Ein Verlust des Bewusstseins (unbewussten) als eine Abnahme der Atemfrequenz oder vorübergehende Beendigung der Atmung definiert, bevor eine normale Atmung wieder aufzunehmen. Ein Einfluss auf die Mitte des Kopfes verursacht kurzfristige Bewusstlosigkeit (7,5 ± 4,7, 7,8 ± 5,5, 10,2 ± 8,8, 9,5 ± 8,0 Sekunden bei jedem Aufprall getrennt, 1D). Gehirn der Maus zeigte...

Diskussion

Um Verletzungen des Gehirns morphologisch ähnlich dem klinischen Zustand, Post-Gehirnerschütterung Symptome erwartet imitieren. Post-Gehirnerschütterung Symptome in der Regel sind Kopfschmerzen, Schwindel, Schwindel, Müdigkeit, Gedächtnis und Schlafprobleme, Probleme sowie Angst und depressive Stimmung zu konzentrieren. Da somatische Symptome in Tiermodellen können noch nicht messbar sind, werden die Änderungen von motorischen und kognitiven Funktion und emotionale Verhalten als Kriterien für die Bewertung rational Gehi...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Anästhesiegerät	Eagle Eye Anesthesia, Inc	Modell 150	Anästhesie
Elektromagnetischer Impaktor	LeicaBiosystems	Impact One Stereotaxischer Impaktor	für die Impaktion
Digitales stereotaktisches Instrument	LeicaBiosystems		39462501 Maus- und Positionierungsspitzen
Sicilone gummibeschichtete Metallspitze	Präzisionswerkzeug & Engineering, Gainesvill FL	maßgeschneiderte	Prallspitze
Lithium-Ionen-All-in-One-Trimmer	WAHL Home Produkte	9854-600	Rasiermaus
Haarklammern Büroklammern	nach Maß		Sondenspitze
Applikatoren mit Wattespitze	MEDLINE	MDS202055	Scheuerkopf mit Kochsalzlösung
Tissue Tek O.C.T.	ASKURA FINETEK USA INC	4583	Gewebeeinbettung
Anti-GFAP	Dako	CA93013	Antikörper für IHC
Anti-Ferritin	Sigma	F6136	Antikörper für IHC
VECTASTAIN Elite ABC  Kit	Vector Laboratories	PK-6100	IHC Detektionssystem
Permount Eindeckmedium	Fisher Scientific	SP15-100
Aperio XT ScanScope Scanner	Leica Microsystems Inc,Objektträger		scannen
Leica AutoStainer XL	Leica die Pathologie Unternehmen	ST2010	H& E Färbung
DAB	sigma	D3939	IHC-Detektionssystem