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Neuroscience
Induktion von diffusen axonalen Hirnverletzungen bei Ratten basierend auf Rotationsbeschleunigung
Induktion von diffusen axonalen Hirnverletzungen bei Ratten basierend auf Rotationsbeschleunigung
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JoVE Journal Neuroscience
Induction of Diffuse Axonal Brain Injury in Rats Based on Rotational Acceleration

Induktion von diffusen axonalen Hirnverletzungen bei Ratten basierend auf Rotationsbeschleunigung

Full Text
8,922 Views
06:14 min
May 9, 2020

DOI: 10.3791/61198-v

Dmitry Frank*1, Israel Melamed*2, Benjamin F. Gruenbaum3, Julia Grinshpun1, Ruslan Kuts1, Rachel Shvartsur4, Abed N. Azab4, Mohamad H. Assadi5, Max Vinokur1, Matthew Boyko1

1Division of Anesthesia and Critical Care, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 2Department of Neurosurgery, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 3Department of Anesthesiology,Yale University School of Medicine, 4Recanati School for Community Health Professions, Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 5Department of microbiology and immunology, Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev

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

Overview

This study presents a reliable and reproducible rodent model of brain diffuse axonal injury (DAI), which induces widespread white matter damage through a rotational acceleration mechanism. The model is aimed at better understanding the pathophysiology of DAI following traumatic brain injury (TBI) and may facilitate the development of effective treatments.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Traumatic Brain Injury
  • Axonal Injury Models

Background

  • Traumatic brain injury is a leading cause of death and disability.
  • Diffuse axonal brain injury leads to extensive axonal damage post-TBI.
  • There is a need for robust animal models to study DAI.

Purpose of Study

  • To validate a novel rodent model for studying DAI.
  • To induce brain injury without skull fractures or contusions.
  • To understand the onset of neurological deficits.

Methods Used

  • The main platform involves a rotational head injury device.
  • Adult male Sprague-Dawley rats served as the biological model, focusing on DAI induction.
  • Neurological deficits were assessed using the Neurological Severity Score at 48 hours post-injury.
  • Immunochemical staining for beta-amyloid precursor protein was performed on brain sections.

Main Results

  • Significantly increased neurological deficits were observed in DAI rats compared to controls.
  • Immunochemical assays revealed axonal damage indicated by beta-amyloid precursor protein staining.
  • The model demonstrates clear and measurable impacts on neurological function within 48 hours.

Conclusions

  • This study establishes a simple and effective model to investigate diffuse axonal injury mechanisms.
  • Insights gained may lead to improved understanding and treatments for TBI.
  • Findings may inform future research on neuronal injury and recovery processes.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of this rodent model?
The model allows for the induction of diffuse axonal injury without causing skull fractures or contusions, making it suitable for studying TBI effects.
How is the diffuse axonal injury induced?
Injury is induced via a rotational acceleration mechanism using a head rotation device that simulates TBI conditions.
What outcomes are evaluated in the study?
Outcomes include neurological deficits assessed through the Neurological Severity Score and immunochemical staining for axonal damage.
How can this model contribute to research?
The model facilitates explorations into the pathophysiology of DAI, aiding in developing therapeutic approaches for brain injuries.
Are there any limitations to consider?
While promising, the model primarily focuses on acute injury effects, and further research may be needed for chronic injury implications.
What is the importance of beta-amyloid precursor protein staining?
This staining serves as a marker for axonal damage and helps quantify the extent of injury in the DAI model.

Dieses Protokoll validiert ein zuverlässiges, einfach durchzuführendes und reproduzierbares Nagetiermodell der diffusen Axonalverletzung (DAI), das weit verbreitete Schäden an weißer Materie ohne Schädelfrakturen oder Prellungen verursacht.

Traumatische Hirnverletzungen sind eine der Hauptursachen für Tod und Behinderung. Diffuse axonale Hirnverletzungen sind eine weit verbreitete axonale Schädigung, die sich nach TBI entwickelt. In dieser Forschung möchte ich unser Modell über Induktion diffuse axonale Hirnverletzungen auf der Grundlage von Rotationsbeschleunigungsmechanismus Ergebnis TBI präsentieren.

Wählen Sie erwachsene männliche Sprague-Dawley Ratten mit einem Gewicht von 300 bis 350 Gramm. Geben Sie Ratte Chow und Wasser ad libitum. Führen Sie alle Experimente zwischen 6:00 Uhr und 12:00 Uhr durch. Das Gerät wurde auf einen schweren, stabilen Labortisch gestellt.

Das Gerät besteht aus folgenden Komponenten: einem Zylinder, einem Eisengewicht, einem Rotationsmechanismus, der aus einem zylindrischen Rohr besteht, und Kopfbefestigungsstiften. Das Gewicht wird an einer Schnur befestigt und auf die Höhe von 120 Zentimetern erhöht. Das frei fallende Gewicht trifft die Schraube, die den Rotationsmechanismus aktiviert.

Die seitliche Kopfrotationsvorrichtung der Ratte wurde verwendet, um den Kopf schnell von null auf 90 Grad zu drehen. Nach der Induktion, diffuse naxonale Hirnverletzung, Wurde die Ratte in den Erholungsraum gebracht. F ist die Kraft, die in Kilogramm auf den Kopf des Tieres ausgeübt wird.

Hauptstadt M ist das Moment der Kraft, K für kinetische Energie. Little m ist die Masse des fallenden Gewichts, g für Gravitationsbeschleunigung, h für die Höhe in Zentimetern und D ist der Abstand zwischen den Ohrnadeln in Zentimetern. Für die Beurteilung von neurologischen Defiziten und Gradmodelldefiziten haben wir den neurologischen Schweregrad bei Ratten verwendet.

Wir bewerten Mobilität, Hemiplegie, Strahl-Walking-Aufgabe, Versagen in Strahl-Walking-Aufgabe. Ausfall der Strahlausgleichsaufgabe breit 1,5 Zentimeter. Stabilität und Strahlausgleich, Aufwand auf Strahlbalance 1,5 Zentimeter breit und Reflexe.

48 Stunden nach der Verletzung waren alle Ratten, Verletzungen und Kontrollgruppen tief befruchtet und transkardial mit 0,9% heparinisierter Saline gefolgt von 500 Millilitern 4%Formaldehyd in 0,1 M Phosphatpuffer-Saline. Nach der Perfusion wurde enthauptet und die Gehirne wurden sofort entfernt, dann in einer 4%Formaldehyd-Lösung für 48 Stunden fixiert. Die Gehirne wurden dann in fünf Millimeter koronalen Abschnitten von der olfaktorischen Glühbirne Gesicht zum visuellen Kortex blockiert, während das Kleinhirn und GehirnStämme seziert wurden.

Nach Paraffineinbettung wurden aus dem Thalamus koronare und sagittale Abschnitte gemacht. Produzieren Sie die immunchemische Färbung von Beta-Amyloid-Vorläuferprotein. Die verschiedenen Gruppen von Ratten zu verschiedenen Zeiten sind auf dem Schema dargestellt.

Diffuse axonale Hirnverletzungen zu Beginn des Experiments. Zu 48 Stunden wurde der neurologische Schweregrad-Score untersucht. In 48 Stunden wurde die immunchemische Färbung von beta-APP in allen zwei Gruppen durchgeführt.

Illustriertes neurologisches Defizit 48 Stunden nach diffuser axonaler Hirnverletzung für zwei Studiengruppen. Ein Mann-Whitney-Test zeigte, dass das neurologische Defizit bei 15 diffusen axonalen Hirnverletzungen ratten signifikant größer war als bei 15 naiven Ratten nach 48 Stunden nach intervention. Repräsentative Photomikroskope, die axonale und neuronale Immunreaktivität nach isolierten diffusen axonalen Hirnverletzungen bei Ratten 48 Stunden nach der Verletzung aufdecken.

Kleinere zelluläre Saiten werden mit Beta-Amyloid-Vorläuferprotein nachgewiesen. In Scheingruppen wurde sie nicht erkannt. In unserer Arbeit haben wir ein einfaches, reproduzierbares und zuverlässiges neues Modell für diffuse axonale Hirnverletzungen auf der Grundlage eines Rotationsbeschleunigungsmechanismus entwickelt.

Ein solches Modell wird ein besseres Verständnis der Pathophysiologie der diffusen axonalen Hirnverletzungen und die Entwicklung effektiverer Behandlungen ermöglichen. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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Neurowissenschaften Ausgabe 159 Diffuse axonale Verletzung (DAI) traumatische Hirnverletzung (TBI) Rotationsbeschleunigung Rattenmodell weiße Materie Dehnungsverletzung

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