In dieser Arbeit wird gezeigt, wie ein waches geschlossenes Kopfverletzungsmodell verwendet werden kann, um die Auswirkungen eines wiederholten leichten Schädel-Hirn-Traumas (r-mSHT) auf die synaptische Plastizität im Hippocampus zu untersuchen. Das Modell repliziert wichtige Merkmale des r-mSHT bei Patienten und wird in Verbindung mit der in vitro Elektrophysiologie eingesetzt.
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Methodenartikel
Beurteilung von Veränderungen in der synaptischen Plastizität unter Verwendung eines wachen geschlossenen Kopfverletzungsmodells für ein leichtes Schädel-Hirn-Trauma
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Leichtes Schädel-Hirn-Trauma (mSHT) ist ein weit verbreitetes Gesundheitsproblem in Nordamerika. Es besteht ein zunehmender Druck, ökologisch valide Modelle von mSHT mit geschlossenem Kopf im präklinischen Umfeld zu verwenden, um die Übertragbarkeit auf die klinische Bevölkerung zu erhöhen. Das ACHI-Modell (Awake Closed-Head-Injury) verwendet einen modifizierten kontrollierten kortikalen Impaktor, um eine geschlossene Kopfverletzung zu verursachen und klinisch relevante Verhaltensdefizite zu induzieren, ohne dass eine Kraniotomie oder der Einsatz eines Anästhetikums erforderlich ist.
Diese Technik führt normalerweise nicht zu Todesfällen, Schädelbrüchen oder Hirnblutungen und ist eher mit einer leichten Verletzung vereinbar. Die milde Natur des ACHI-Verfahrens macht es ideal für Studien, die repetitive mSHT (r-mSHT) untersuchen. Immer mehr Hinweise deuten darauf hin, dass r-mSHT zu einer kumulativen Verletzung führen kann, die Verhaltenssymptome, neuropathologische Veränderungen und Neurodegeneration hervorruft. r-mSHT tritt häufig bei Jugendlichen auf, die Sport treiben, und diese Verletzungen treten während einer Phase robuster synaptischer Reorganisation und Myelinisierung auf, was die jüngere Bevölkerung besonders anfällig für die langfristigen Einflüsse von r-mSHT macht.
Darüber hinaus tritt r-mSHT in Fällen von Gewalt in der Partnerschaft auf, eine Erkrankung, für die es nur wenige objektive Screening-Maßnahmen gibt. In diesen Experimenten wurde die synaptische Funktion im Hippocampus von juvenilen Ratten, die ein r-mSHT erlebt hatten, mit Hilfe des ACHI-Modells untersucht. Nach den Verletzungen wurde ein Gewebeschneider verwendet, um Hippocampusschnitte zu machen, um die bidirektionale synaptische Plastizität im Hippocampus entweder 1 oder 7 Tage nach dem r-mSHT zu bewerten. Insgesamt bietet das ACHI-Modell den Forschern ein ökologisch valides Modell, um Veränderungen der synaptischen Plastizität nach mSHT und r-mSHT zu untersuchen.
Einleitung
Schädel-Hirn-Trauma (SHT) ist ein bedeutendes Gesundheitsproblem, mit ~2 Millionen Fällen in Kanada und den Vereinigten Staaten pro Jahr 1,2. SHT betrifft alle Altersgruppen und Geschlechter und hat eine höhere Inzidenzrate als jede andere Erkrankung, insbesondere Brustkrebs, AIDS, Parkinson und Multiple Sklerose3. Trotz der Prävalenz des SHT ist die Pathophysiologie nach wie vor nur unzureichend verstanden, und die Behandlungsmöglichkeiten sind begrenzt. Dies liegt zum Teil daran, dass 85 % aller SHT als mild (mSHT) eingestuft werden und bisher angenommen wurde, dass mSHT nur begrenzte....
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Protokoll
Die Genehmigung für alle Tierverfahren wurde vom Tierpflegeausschuss der University of Victoria in Übereinstimmung mit den Standards des Canadian Council on Animal Care (CCAC) erteilt. Alle männlichen Long-Evans-Ratten wurden im eigenen Haus gezüchtet oder gekauft (siehe Materialtabelle).
1. Haltungs- und Zuchtbedingungen
- Lassen Sie die Tiere 1 Woche lang an ihre Haltungsumgebung gewöhnen, bevor sie am 21. Tag nach der Geburt (PND) entwöhnt werden.
- Halten Sie die Ratten in Standardkäfigen bei 22,5 °C ± 2,5 °C, mit Ad-libitum-Zugang zu Futter und Wasser, in einem 12-stündigen Hel....
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Ergebnisse
Das Awake Closed-Head-Verletzungsmodell ist eine praktikable Methode zur Induktion von r-mSHT bei juvenilen Ratten. Ratten, die mit dem ACHI-Modell r-mSHT ausgesetzt waren, zeigten keine offensichtlichen Verhaltensdefizite. Die Probanden in diesen Experimenten zeigten zu keinem Zeitpunkt während des r-mSHT-Verfahrens eine Latenz nach rechts oder Apnoe, was darauf hindeutet, dass es sich tatsächlich um ein mildes SHT-Verfahren handelte. Im NAP zeigten sich subtile Verhaltensunterschiede; Wie oben beschrieben, wurden die R.......
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Diskussion
In den meisten präklinischen Forschungen wurden Modelle von mSHT verwendet, die die biomechanischen Kräfte, die in der klinischen Population beobachtet wurden, nicht rekapitulieren. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie das ACHI-Modell zur Induktion von r-mTBIs bei juvenilen Ratten eingesetzt werden kann. Dieses geschlossene Modell des r-mSHT hat erhebliche Vorteile gegenüber invasiveren Verfahren. Erstens verursacht das ACHI normalerweise keine Schädelfrakturen, Hirnblutungen oder Todesfälle, die alle Kontraindikationen fü.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Danksagungen
Wir danken allen ehemaligen und gegenwärtigen Mitgliedern des Christie Laboratory an der University of Victoria für ihre Beiträge zur Entwicklung dieses Protokolls. Dieses Projekt wurde mit Mitteln der Canadian Institutes for Health Research (CIHR: FRN 175042) und des NSERC (RGPIN-06104-2019) unterstützt. Die Schädelgrafik von Abbildung 1 wurde mit BioRender erstellt.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| 3D-gedruckter Helm | Entworfen und gebaut vom Christie-Labor (siehe Spezifikationen in Christie et al. (2019), Current Protocols in Neuroscience) | ||
| Agarose | Fisher Scientific (BioReagents) | BP160500 | |
| Anästhesiekammer | Hausgemachter | N/A | Plexiglasbehälter |
| Automatische Heizungssteuerung | Warner Electric | TC-324B | |
| Axon Digidata | Molekulare Geräte | 1440A | Geräuscharmes Datenerfassungssystem |
| Schwebebalken | Kann gebaut oder gekauft werden (100 cm lang x 2 cm breit x 0,75 cm dick) | ||
| Calciumchlorid | Bio Basic Canada Inc. | CD0050 | Für aCSF |
| Kamera | Dage MTI | NC-70 | |
| Carbogen Tank | Praxair | MM OXCD5C-K | Kohlendioxid 5%, Sauerstoff 95% |
| Clampex Software | Molecular Devices | Clampex 10.5 Version | |
| Compresstome Vibrierendes Mikrotom | Precisionary | VF 310-0Z | |
| Konzentrische Bipolare Elektrode | FHC Inc. | ||
| Dextrose (D-Glukose) | Fisher Scientific (chemisch) | D16-3 | aCSF |
| Digitaler Stimulus-Isolationsverstärker | Getting Instruments, Inc. | Modell 4D | |
| Dinatriumphosphat | Fisher Scientific (chemisch) | S373-500 | PBS |
| Sezierwerkzeuge | |||
| Feder Doppelklinge | Elektronenmikroskopie Sciences | 72002-10 | |
| Filterpapier | Whatman 1 | 1001-055 | |
| Flammende/braune Mikropipette Abzieher | Sutter Instrument | P-1000 | |
| Haarkrallenklammer | Kann in jedem Kaufhaus bezogen werden | ||
| Heim- und Erholungskäfige | Normale Rattenkäfige aus der Tierpflegeeinheit. | ||
| Hum Bug Noise Eliminator | Quest Wissenschaftlich | 726300 | |
| Isofluran USP | Fresenius Kabi | CP0406V2 | |
| Isotemp 215 Digitales Wasserbad | Fisher Scientific | 15-462-15 | |
| Leica Impact One CCI-Einheit | Die Leica Biosystems | Spitze ist so modifiziert, dass sie 7 mm Gummi-Aufprallspitze aufnehmen | |
| kann Long-Evans Ratten, männlich | Charles River Laboratories (St. Constant, PQ) | ||
| Low-Density Foam Pad | 3" Polyurethanschaumplatte | ||
| Magnesiumchlorid | Fisher Scientific (chemisch) | M33-500 | aCSF |
| Männlich Long Evans Ratten | Charles River Laboratories | Tiere, die bei Charles River Laboratories bestellt wurden, oder Welpen, die an der University of Victoria gezüchtet | |
| MultiClamp 700B Verstärker | Molekulare Geräte | Modell 700B | |
| pH-Teststreifen | VWR Chemicals BDH | BDH83931.601 | |
| Kaliumchlorid | Fisher Scientific (chemisch) | P217-500 | aCSF, PBS |
| Kaliumphosphat | Sigma | P9791-500G | PBS |
| Drucktasten-Controller | Siskiyou Corporation | MC1000e | Vierachsiger Closed-Loop-Controller Druckknopf-Probenscheiben |
| ELITechGroup | SS-033 | Zur Verwendung mit Dampfdruckosmometer | |
| Kleines Handtuch | |||
| Natriumbicarbonat | Fisher Scientific (chemisch) | S233-500 | aCSF |
| Natriumchlorid | Fisher Scientific (chemisch) | S271-3 | Für aCSF, PBS |
| Natrium Phosphat | Fisher Scientific (Chemikalie) | S369-500 | aCSF |
| Weichplastik-Rückhaltekegel | Braintree Scientific | Modell DC-200 | |
| Stoppuhr | Viele Labormitglieder verwenden ihr iPhone für diesen | ||
| Tisch oder einen großen Wagen mit erhöhten Kanten | Für NAP und ACHI | ||
| Dünnwandiges Borosilikatglas (mit Filament) | Sutter Instrument | BF150-110-10 | Außendurchmesser: 1,5 mm; Innendurchmesser: 1,10 mm; Länge: 10 cm |
| Aufrechtes Mikroskop | Olympus | Olympus BX5OWI | 5x MPlan 0,10 NA Objektiv |
| Dampfdruckosmometer | Vapro | Modell 5600 | aCSF sollte 300-310 mOSM |
| Vetbond Tissue Adhesive | 3M | 1469SB | |
| Vibraplane Vibration Isolation Table | Kinetic Systems | 9101-01-45 |
Referenzen
- Fu, T. S., Jing, R., McFaull, S. R., Cusimano, M. D. Health & economic burden of traumatic brain injury in the emergency department. Canadian Journal of Neurological Sciences. 43 (2), 238-247 (2016).
- Chen, C., Peng, J., Sribnick, E., Zhu, M., Xiang, H.
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Nachdrucke und Genehmigungen
