Name: Ein skalierbares Modell zur Untersuchung der Auswirkungen von Stumpfkraftverletzungen bei erwachsenen Zebrafischen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-05-31T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 13 s
Description: Lernen Sie ein skalierbares Modell zur Induktion stumpfer Kraftverletzungen bei erwachsenen Zebrafischen. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung von Hirnverletzungen und neuronalen Regenerationsmechanismen.

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Die Autoren danken den Hyde-Labormitgliedern für ihre durchdachten Diskussionen, den Technikern des Freimann Life Sciences Center für die Pflege und Haltung von Zebrafischen und der University of Notre Dame Optical Microscopy Core/NDIIF für den Einsatz von Instrumenten und deren Dienstleistungen. Diese Arbeit wurde vom Center for Zebrafish Research an der University of Notre Dame, dem Center for Stem Cells and Regenerative Medicine an der University of Notre Dame und Zuschüssen des National Eye Institute of NIH R01-EY018417 (DRH), dem National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (JTH), LTC Neil Hyland Fellowship of Notre Dame (JTH) unterstützt. Sentinels of Freedom Fellowship (JTH) und das Pat Tillman Scholarship (JTH).

Zebrafische wurden in der Zebrafischanlage Notre Dame im Freimann Life Sciences Center gezüchtet und gepflegt. Die in diesem Manuskript beschriebenen Methoden wurden vom Animal Care and Use Committee der University of Notre Dame genehmigt.
1. Paradigma der traumatischen Hirnverletzung
<ol><li>1 ml 2-Phenoxyethanol zu 1 l Systemwasser (60 mg Instant Ocean in 1 l entionisiertem RO-Wasser) geben.</li>
	<li>Bereiten Sie einen belüfteten Rückgewinnungstank mit 2 l Systemwasser bei Raumtemperatur vor.</li>
	<li>Wählen Sie das gewünschte Gewicht des Kugellagers und eine gewünschte Länge und durchmesser von Stahl-/Kunststoffrohren und bestimmen Sie die Energie und Schlagkraft. HINWEIS: Der Schlauch sollte einen Innendurchmesser haben, der es dem Kugellager ermöglicht, durchzugehen, ohne seinen Weg oder seine Bewegungsgeschwindigkeit zu ändern.<ol>
<li>Bestimmen Sie die kinetische Energie beim Aufprall: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62709/62709eq01.jpg"> Dabei gilt: KE = kinetische Energie, m = Masse (in kg), g = Gravitationskraft, h = Höhe (in m) vom Tropfenpunkt zum Fisch. HINWEIS: Dies liefert kinetische Energie in J. Multiplizieren Sie den Wert mit 1.000, um mJ zu bestimmen. KE basiert auf einem beschleunigenden Objekt, das auftritt, wenn das Kugellager aus einer stationären Position fallen gelassen wird.</li>
		<li>Erzeugen Sie ein mildes TBI (miTBI) aus einem 7,62 cm langen Stahl-/Kunststoffrohr, das 1,5 cm über der Platte auf dem Zebrafischschädel (Gesamtabstand 9,1 cm) endet, und einem Kugellager von 1,5 g (6,4 mm Durchmesser). Diese erzeugen eine kinetische Energie von 1,33 mJ. Dieser Schaden wurde empirisch als gleichwertig mit einem miTBI auf der Grundlage wichtiger pathophysiologischer TBI-Marker wie Gefäßverletzungen, subduraler/intrazerebraler Hämatombildung, neuronalem Zelltod und kognitiven Beeinträchtigungen entschieden, die weitgehend rekapitulierten, was in der menschlichen Bevölkerung in einer schweregradabhängigen Weise berichtet wurde.</li>
		<li>Kinetische Energie berechnen miTBI = <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62709/62709eq02.jpg">
</li>
		<li>Erzeugen Sie einen moderaten TBI (moTBI) mit einem 12,7 cm langen Stahl-/Kunststoffrohr, das 1,5 cm über der Platte auf dem Zebrafischschädel (Gesamtabstand 14,2 cm) endet, und einem Kugellager mit einem Durchmesser von 1,5 g (6,4 mm Durchmesser), das eine kinetische Energie von 2,08 mJ erzeugt.</li>
		<li>Kinetische Energie berechnen moTBI = <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/62709/62709eq03.jpg">
</li>
		<li>Erzeugen Sie einen schweren TBI (sTBI) mit einem 7,62 cm langen Stahl-/Kunststoffrohr, das 1,5 cm über der Platte auf dem Zebrafischschädel (Gesamtabstand 9,1 cm) endet, und einem Kugellager von 3,3 g (8,38 mm Durchmesser), das eine kinetische Energie von 2,94 mJ erzeugt.</li>
		<li>Kinetische Energie berechnen sTBI = <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/62709/62709eq04.jpg">
</li>
	</ol></li>
	<li>Füllen Sie eine Petrischale mit Modelliermasse (Abbildung 1, Schritt 1) und verwenden Sie ein stumpfes Instrument (d. h. die Rückseite einer Pinzette), um eine erhöhte Plattform (5 cm x 1,5 cm) mit zusätzlicher Modelliermasse zu erstellen (Abbildung 1, Schritt 2).<ol>
<li>Verwenden Sie eine Rasierklinge, um die erhöhte Plattform der Länge nach in zwei ungefähr gleiche Hälften zu teilen (Abbildung 1, Schritt 3, rote gestrichelte Linie). Formen Sie die beiden Hälften zu einem Kanal, der die Länge eines erwachsenen Fisches aufnimmt (Abbildung 1, Schritt 4). Verwenden Sie zusätzlichen Lehm, um Wände zu bauen, die ~ 2/3 des Fischkörpers sichern und den Kopf freilegen.</li>
		<li>Formen Sie eine kleine Stütze im freiliegenden Kopfbereich senkrecht zu den Wänden, um den Kopf zu stützen, um eine Rotation oder einen Rückstoß des Kopfes bei Verletzungen zu vermeiden (Abbildung 1, Schritt 4). HINWEIS: Der Kanal sollte tief genug sein, um den Fisch in einer dorsalen Position zu stützen, aber dennoch sollte der Kopf über dem umgebenden Ton ruhen können. Darüber hinaus sollte die Kopfstütze der natürlichen Krümmung des Fisches folgen und den unteren Unterkiefer und die Kiemen stützen.</li>
		<li>Stellen Sie sicher, dass das abfallende Gewicht nicht durch die Seiten des Kanals behindert wird (Abbildung 1, Schritt 4).</li>
	</ol></li>
	<li>Erstellen Sie eine Stahlscheibe mit einem Durchmesser von 3 mm mit einem Mini-Locher und 22 g Stahlblitzen. Jede Festplatte kann mehrmals verwendet werden.</li>
	<li>Betäuben Sie einen Fisch, indem Sie ihn in ein Becherglas mit 50-100 ml 1:1000 (1 ml / 1 l, 0,1%) 2-Phenoxyethanol geben, bis er nicht mehr auf Schwanzdrücken reagiert.</li>
	<li>Legen Sie den Fisch mit der Rückenseite nach oben auf die Tonform innerhalb des Kanals, so dass der Körper an den Seiten befestigt ist, und legen Sie eine 3 mm 22 g Stahlscheibe auf den Kopf, zentriert über den gewünschten Aufprallpunkt (Abbildung 1, Schritt 5).<ol>
<li>Stellen Sie sicher, dass der Fisch so senkrecht wie möglich ausgerichtet ist, um zu vermeiden, dass sein Kopf zur Seite kippt, was zu einem ungleichmäßigen Aufprall führen könnte.</li>
	</ol></li>
	<li>Befestigen Sie das Stahl-/Kunststoffrohr mit einem Standard-Ringständer und einer Armklemme, sodass sich der Boden des Rohrs 1,5 cm über dem Kopf des Zebrafisches befindet (Abbildung 1, Schritt 6). Stellen Sie sicher, dass der Schlauch gerade ist.<ol>
<li>Schauen Sie das Rohr nach unten und stellen Sie sicher, dass das Rohr über der Stahlplatte ausgerichtet ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Lassen Sie das Kugellager (1,5 g für leichtes und moderates SHT und 3,3 g für schweres SHT) aus einer vorbestimmten Höhe (beschrieben in den Schritten 1.3.3-1.3.5) durch das Rohr auf die Stahlplatte fallen, die sich über dem gewünschten neuroanatomischen Bereich von Interesse befindet (z. B. Kleinhirn, Abbildung 1, Schritt 5), um den stumpfen TBI für die gewünschte Schwere der Verletzung zu erzeugen. Legen Sie die verletzten Fische in ein Aufwachbecken, um überwacht zu werden. HINWEIS: Je nach Schwere der Verletzung können Mortalität oder tonisch-klonische Anfälle auftreten. Wenn die Fische nach dem TBI über einen längeren Zeitraum nicht ansprechbar sind, verwenden Sie eine Transferpipette oder eine Pinzette, um eine Schwanzzange zu verabreichen und eine Schmerzreaktion zu bewerten.</li>
</ol>2. Scoring-Anfälle nach TBI beim erwachsenen Zebrafisch
<ol><li>Betäuben und verletzen Sie den Fisch gemäß dem in Abschnitt 1 beschriebenen Verletzungsprotokoll und legen Sie den verletzten Fisch in ein belüftetes Aufwachbecken mit 2 l Systemwasser.</li>
	<li>Beobachten Sie den Fisch auf Anzeichen von posttraumatischen Anfällen, die unmittelbar nach dem Einsetzen in das Aufwachbecken beginnen. Legen Sie eine Beobachtungszeit fest (d. h. 1 h) und zeichnen Sie alle Anfallsaktivitäten auf, einschließlich des Anfalls-Scores (unten beschrieben), der Dauer jedes Anfalls und des Prozentsatzes der Fische, bei denen Anfälle aufgetreten sind (Abbildung 2A). HINWEIS: Anfälle können sofort nach einer Verletzung sowie Stunden oder Tage nach TBI auftreten. Anfälle können langfristig bestehen bleiben und ein einzelner Fisch kann mehrere Anfälle haben. Die Festlegung einer Beobachtungszeit von 1 h oder mehr liefert eine gute Darstellung des Gesamttrends der Anfallsraten.</li>
	<li>Bewerten Sie Fische anhand der Mussulini18-Richtlinien für adulte Zebrafisch-Anfallsphänotypen. HINWEIS: Ohne die Verwendung der Tracking-Software ist es schwierig, Anfallswerte unter 3 unvoreingenommen zu beurteilen. Daher sollten nur Anfallswerte von 3 oder höher aufgezeichnet werden, wenn die Bewertung ohne Software durchgeführt wird.</li>
</ol>3. Gehirndissektion
<ol><li>Fische in einer 1:500 (2 ml/1 l, 0,2%) Lösung von 2-Phenoxyethanol einschläfern, bis die Kiemenbewegungen aufhören und sie am gewünschten Endpunkt nicht mehr auf Flossendrücken reagieren.</li>
	<li>Füllen Sie eine Petrischale mit Modelliermasse und schaffen Sie einen kleinen Hohlraum, um den Körper während der Dissektion zu unterstützen.</li>
	<li>Legen Sie den Fisch mit der Rückenseite nach oben in die Tonform. Platzieren Sie einen Sezierstift durch die Mittellinie auf halber Höhe des Fischkörpers und einen zweiten Stift ~ 5 mm hinter der Basis des Kopfes.</li>
	<li>Unter einem sezierenden Lichtmikroskop den Sehnerv stumpf mit einer Dumontzange Nr. 5 durchtrennen und die Augen entfernen (Abbildung 2A).</li>
	<li>Richten Sie den Fisch so aus, dass das rostrale Ende am weitesten entfernt ist, wenn Sie durch das Mikroskop schauen (Abbildung 2B). HINWEIS: Die folgenden Schritte gelten für Rechtshänder. Linkshänder können es vorziehen, die folgenden Schritte in einer gespiegelten Ausrichtung auszuführen.</li>
	<li>Verwenden Sie die Pinzette Nr. 5, um langsam ein Ende der Pinzette unter die rechte Parietalplatte zu legen, indem Sie eine absichtliche Scherenbewegung in Richtung des Rostralendes ausführen und die rechten Parietal- und Frontalplatten entfernen (Abbildung 2C).<ol>
<li>Halten Sie die Pinzette in einem Winkel von 45 ° oder niedriger, um zu vermeiden, dass während der Dissektion in das Gehirn eingedrungen wird.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Drehen Sie den Fisch um 90° im Uhrzeigersinn. Legen Sie ein Ende der Pinzette Nr. 5 unter die linke Parietalplatte und verwenden Sie die gleiche Scherenbewegung, um die linken Parietal- und Frontalplatten zu entfernen, die den gesamten dorsalen Aspekt des Gehirns freilegen (Abbildung 2D, E).</li>
	<li>Durchschneiden Sie den Oberkiefer stumpf mit einer Pinzette Nr. 5. Bewahren Sie die Riechkolben auf und beschädigen Sie sie nicht, wenn dies die Region von Interesse ist.</li>
	<li>Entfernen Sie den rechten Operkel, den Präoperkel, den Interoperkel und den Suboperkel mit der Pinzette Nr. 5 (Abbildung 2F).</li>
	<li>Resezieren Sie die Muskulatur stumpf am kaudalen Ende der Kalvarienbergöffnung mit einer Pinzette Nr. 5 und legen Sie das Rückenmark frei.</li>
	<li>Stumpf transektieren Sie das Rückenmark mit # 5 Pinzette. Legen Sie vorsichtig eine Pinzette unter das Gehirn und entfernen Sie das Gehirn vorsichtig aus dem Kalvarienberg. HINWEIS: Kneifen Sie niemals das Gehirn. Verwenden Sie eine Pinzette, um das Gehirn zu "wiegen" oder kaudal zu resezieren und das freiliegende Rückenmark als Kneifpunkt zu nutzen, um das Gehirn zu manövrieren.</li>
	<li>Fixieren Sie die entfernten Gehirne in 9 Teilen 100% Ethanol auf 1 Teil 37% Formaldehyd über Nacht bei 4 ° C auf einer Wippplattform.</li>
</ol>4. Ödemstudien im Zebrafischgehirn
<ol><li>Betäuben und verletzen Sie Fische gemäß dem in Abschnitt 1 beschriebenen Verletzungsprotokoll und lassen Sie die Fische sich in einem Aufwachbecken erholen, bis sie frei schwimmen können.</li>
	<li>Legen Sie den Fisch nach der Verletzung für 1 Tag wieder unter die normalen Haltungsbedingungen.</li>
	<li>Den Fisch nach Ablauf der Zeit in 1:500 2-Phenoxyethanol einschläfern.</li>
	<li>Sezieren Sie das gesamte Gehirn oder die Region von Interesse gemäß dem in Abschnitt 3 beschriebenen Protokoll und legen Sie das Gehirn sofort auf ein kleines Wiegeboot. HINWEIS: Seien Sie vorsichtig beim Übertragen des Gehirns und verwenden Sie eine feine Pinzette, um es vorsichtig auf das Wiegeboot zu legen, ohne das Gehirn zu erstechen oder zu kratzen, was zum Verlust von Gewebe führen könnte.</li>
	<li>Beschriften Sie (mit Verletzungsgruppe und Gehirnnummer) und taraieren Sie ein zusätzliches kleines Trocknungswiegeboot auf einer Waage. Verwenden Sie eine Waage mit der Fähigkeit, mindestens 0,001 g zu messen, um eine genaue Messung zu erhalten.</li>
	<li>Übertragen Sie das Gehirn auf das geteerte Trocknungswiegeboot und zeichnen Sie das nasse Gewicht des Gehirns auf. Richten Sie die Gehirne so aus, dass sie flach auf dem Wiegeboot mit der Rückenseite nach oben liegen.</li>
	<li>Stellen Sie das Trocknungswiegeboot und das Gehirn für 8 h in einen hybridisierten Ofen, der auf 60 °C eingestellt ist.</li>
	<li>Nach dem Trocknen kann das Gehirn an dem trocknenden Wiegeboot haften bleiben und kann schwierig zu entfernen und auf ein neues geteertes kleines Wiegeboot zu übertragen sein. Vermeiden Sie es, das Gehirn mit einer Pinzette zu kneifen, da dies zu einer Schädigung des trockenen Gehirns und zum Verlust von Gewebe führen kann. Kneifen Sie stattdessen die feine Pinzette zusammen und schöpfen Sie ab der ventralen Seite des Gehirns eine Aufwärtsbewegung ein.</li>
	<li>Bestimmen Sie den Wassergehalt jedes Gehirns mit der Formel (Abbildung 4): <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/62709/62709eq05.jpg">
</li>
</ol>5. Markierung der Zellproliferation über die Neuroaxis und Vorbereitung von fixiertem Gewebe.
<ol><li>10 mM 5-Ethynyl-2'-desoxyuridin (EdU) in 2 ml ddH2O herstellen.</li>
	<li>Anästhesieren Sie 3 bis 4 Fische gleichzeitig in 50-100 ml 1:1000 (1 ml/1 l, 0,1 %) 2-Phenoxyethanol, bis die Fische nicht mehr auf Schwanzdrücken reagieren, und zwar zum gewünschten Zeitpunkt nach der Verletzung (unter Verwendung des in Abschnitt 1 beschriebenen Protokolls).</li>
	<li>Machen Sie einen Teilschnitt auf einem nassen Schwamm und legen Sie einen Fisch nach dem anderen in die Öffnung, ventrale Seite nach oben.</li>
	<li>Verwenden Sie eine 30 G Nadel, um ~ 40 μL von 10 mM EdU in den Körper des Fisches zu injizieren. Bringen Sie den Fisch in einen mit Systemwasser gefüllten Fäkalientank zurück. HINWEIS: Wiederholte Injektionen können zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt werden, um eine größere Anzahl von sich ausbreitenden Zellen zu markieren, und können erforderlich sein, wenn eine Verfolgungsdauer von mehr als 1 Woche gewünscht wird.</li>
	<li>Sammeln Sie Gehirne wie in Abschnitt 3 beschrieben und legen Sie sie als Gruppe in eine 5 ml Glasfläschchen mit 2 ml 9 Teilen 100% Ethanol zu 1 Teil 37% Formaldehyd. Fixieren Sie die Gehirne bei 4 °C auf einer Wippplattform. HINWEIS: Eine Wipp- oder Shaker-Plattform verbietet es dem Gehirn, unten zu ruhen, und dem Telencephalon des ganzen Gehirns, sich zu kräuseln.</li>
	<li>Rehydrieren Sie Gehirne, in der gleichen Glasfläschchen, die zur Fixierung von Gehirnen verwendet wird, in Waschungen von absteigenden Ethanol-Serien, 75%, 50% und 25%, für jeweils 15 Minuten, gefolgt von einer 1,5-stündigen Wäsche in 5% Saccharose / PBS auf einer Wippe bei Raumtemperatur. Lagern Sie die Gehirne in einem Glasfläschchen über Nacht in 30% Saccharose/PBS bei 4° C auf einer Wippplattform.</li>
	<li>Entfernen Sie Gehirne aus 30% Saccharose / PBS und übertragen Sie sie mit einer Pinzette in eine 12-Well-Platte (eine Behandlungsgruppe pro Bohrung) mit Vertiefungen, die mit einer 2: 1-Lösung gefüllt sind, die aus 2 Teilen Gewebe-Gefriermedium und 1 Teil 30% Saccharose / PBS besteht. Inkubieren Sie die Gehirne über Nacht bei 4 °C auf einer Wippplattform.</li>
	<li>Übertragen Sie Gehirne für 2-24 h bei 4 ° C in die nächste Reihe von Vertiefungen innerhalb der 12-Well-Plattenplatten-Tauchgehirne in 100% TFM.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Kryostatenfutter, um die Gehirne in TFM in der gewünschten Ausrichtung auf Trockeneis einzubetten.</li>
	<li>Führen Sie eine Kryosektion (16 μm dicke Abschnitte) durch und sammeln Sie die Abschnitte auf positiv geladenen Objektträgern. Objektträger 1 h auf einem Objektträgerwärmer trocknen und dann bei -80 °C lagern oder mit der Immunhistochemie fortfahren.</li>
	<li>Bereiten Sie eine hydrophobe Barriere auf dem Objektträger um die Gewebeabschnitte vor und lassen Sie sie 20 Minuten auf einem Objektträger trocknen.</li>
	<li>Waschen Sie die Objektträger kurz in PBS für 5 min und dann zweimal in PBS-Tween 20 (0,05%) für jeweils 10 min.</li>
	<li>Führen Sie die EdU-Erkennung mit dem EdU Cell Proliferation Kit und den Anweisungen des Herstellers durch.</li>
	<li>Analysieren Sie die Objektträger und quantifizieren Sie die fluoreszierenden EdU-markierten Zellen entweder mit einem Epifluoreszenzmikroskop oder einem konfokalen Mikroskop. Mindestens ein 40-faches Objektiv ist erforderlich, um einzelne Zellen klar zu unterscheiden.</li>
</ol>

<ol><li>Centers for Disease Control and Prevention. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surveillance+Report+of+Traumatic+Brain+Injury-related+Emergency+Department+Visits%2C+Hospitalizations%2C+and+Deaths-United+States%2C+2014%5BTitle%5D)+AND+%22Centers+for+Disease+Control+and+Prevention%2C+U.S.+Department+of+Health+and+Human+Services%22%5BJournal%5D)">Surveillance Report of Traumatic Brain Injury-related Emergency Department Visits, Hospitalizations, and Deaths-United States, 2014.</a> Centers for Disease Control and Prevention, U.S. Department of Health and Human Services. , (2019).</li>
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</ol>

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Untersuchungen zu Neurotrauma und assoziierten Folgeerkrankungen konzentrieren sich seit langem auf traditionelle nicht-regenerative Nagetiermodelle20. Erst kürzlich haben Studien verschiedene Formen von ZNS-Schäden auf regenerative Modelle angewendet9,11,13,14,21. Obwohl aufschlussreich, sind diese Modelle entweder durch die Verwendung...

Traumatische Hirnverletzungen (TBIs) sind eine globale Gesundheitskrise und eine der Hauptursachen für Tod und Behinderung. In den Vereinigten Staaten erleben etwa 2,9 Millionen Menschen jedes Jahr einen TBI, und zwischen 2006 und 2014 stieg die Mortalität aufgrund von TBI oder TBI-Folgeerkrankungen um über 50%1. TBIs unterscheiden sich jedoch in ihrer Ätiologie, Pathologie und klinischen Präsentation, was zum großen Teil auf den Mechanismus der Verletzung (MOI) zurückzuführen ist, der auch die Behandlungsstrategien und die prognostizierte Prognose beeinflusst2. Obwohl TBIs aus verschiedenen MOI resultieren können, sind sie überwiegend das Ergebnis eines durchdringenden oder stumpfen Gewalttraumas. Penetrierende Traumata machen einen kleinen Prozentsatz der TBIs aus und erzeugen eine schwere und fokale Verletzung, die auf die unmittelbaren und umliegenden aufgespießten Hirnregionen lokalisiert ist3. Im Gegensatz dazu sind stumpfe TBIs häufiger in der Allgemeinbevölkerung, umfassen eine Reihe von Schweregraden (leicht, mittelschwer und schwer) und verursachen eine diffuse, heterogene und globale Verletzung, die mehrere Hirnregionen betrifft1,4,5.
Zebrafische (Danio rerio) wurden verwendet, um eine breite Palette von neurologischen Beleidigungen zu untersuchen, die das zentrale Nervensystem (ZNS) umfassen.6,7,8,9. Zebrafische besitzen im Gegensatz zu Säugetieren auch eine angeborene und robuste regenerative Reaktion, um ZNS-Schäden zu reparieren10. Aktuelle Zebrafisch-Traumamodelle verwenden verschiedene Verletzungsmethoden, einschließlich Penetration, Exzision, chemische Beleidigung oder Druckwellen11,12,13,14,15,16. Jede dieser Methoden verwendet jedoch ein MOI, das von der menschlichen Bevölkerung selten erlebt wird, nicht über eine Reihe von Verletzungsschweregraden skalierbar ist und nicht auf die Heterogenität oder schweregradabhängige TBI-Folge zurückzuführen ist, die nach stumpfer TBI berichtet wurde. Diese Faktoren schränken die Verwendung des Zebrafischmodells ein, um die zugrunde liegenden Mechanismen der Pathologien zu verstehen, die mit der häufigsten Form von SHT in der menschlichen Bevölkerung (leichte stumpfe Gewaltverletzungen) verbunden sind.
Unser Ziel war es, ein schnelles und skalierbares TBI-Zebrafischmodell mit stumpfer Kraft zu entwickeln, das Möglichkeiten zur Untersuchung der Verletzungspathologie, des Fortschreitens von TBI-Folgeerkrankungen und der angeborenen regenerativen Reaktion bietet. Wir modifizierten den häufig verwendeten Nagetier-Marmarou17-Gewichtstropfen und trugen ihn auf erwachsene Zebrafische auf. Dieses Modell ergibt einen reproduzierbaren Schweregradbereich von leicht, mittelschwer bis schwer. Dieses Modell rekapituliert auch mehrere Facetten der menschlichen TBI-Pathologie in einer schweregradabhängigen Weise, einschließlich Anfällen, Ödemen, subduralen und intrazerebralen Hämatomen, neuronalem Zelltod und kognitiven Defiziten wie Lern- und Gedächtnisstörungen. Tage nach der Verletzung lösen sich Pathologien und Defizite auf und kehren zu einem Niveau zurück, das unbeschädigten Kontrollen ähnelt. Darüber hinaus zeigt dieses Zebrafischmodell eine robuste Proliferations- und neuronale Regenerationsreaktion über die Neuroaxis in Bezug auf die Schwere der Verletzung.
Hier geben wir Details zur Einrichtung und Induktion eines stumpfen Gewalttraumas, zur Bewertung posttraumatischer Anfälle, zur Beurteilung von Gefäßverletzungen, Anweisungen zur Vorbereitung von Hirnschnitten, Ansätze zur Quantifizierung von Ödemen und Einblicke in die proliferative Reaktion nach einer Verletzung.

<table><tbody><tr><td>2-Phenoxyethanol</td><td>Sigma Alderich</td><td>77699</td><td></td></tr><tr><td>#00 Buckshot</td><td>Remington</td><td>RMS23770</td><td>3,3 g Gewicht für sTBI</td></tr><tr><td>#3 Buckshot</td><td>Remington</td><td>RMS23776</td><td>1,5 g Gewicht für miTBI/moTBI</td></tr><tr><td>#5 Dumont Pinzette</td><td>WPI</td><td>14098</td><td></td></tr><tr><td>5-ethynyl-2'-desoxyuridin</td><td>Life Technologies</td><td>A10044</td><td>EdU</td></tr><tr><td>5 ml Glasfläschchen</td><td>VWR</td><td>66011-063</td><td></td></tr><tr><td>Click-iT EdU Zellproliferationskit</td><td>Life Technologies</td><td>C10340</td><td></td></tr><tr><td>CytoOne 12-Well-Platte</td><td>USA Scientific</td><td>CC7682-7512</td><td></td></tr><tr><td>Instant Ocean</td><td>Instant Ocean</td><td>SS15-10</td><td></td></tr><tr><td>Super Frost postiviely geladene Objektträger</td><td>VWR</td><td>48311-703</td><td></td></tr><tr><td>Super PAP Pen Liquid Blocker</td><td>Ted Pella</td><td>22309</td><td></td></tr><tr><td>Medium zum Einfrieren von Gewebe</td><td>VWR</td><td>15148-031</td><td></td></tr></tbody></table>

ein skalierbares modell zur untersuchung der auswirkungen von stumpfkraftverletzungen bei erwachsenen zebrafischen

A Scalable Model to Study the Effects of Blunt-Force Injury in Adult Zebrafish

Stumpfe Schädel-Hirn-Traumata (TBI) sind die häufigste Form des Kopftraumas, das sich über einen dicken Schweregrad erstreckt und zu komplexen und heterogenen Nebenwirkungen führt. Während es keinen Mechanismus gibt, um die verlorenen Neuronen nach einem TBI beim Menschen zu ersetzen oder zu regenerieren, besitzen Zebrafische die Fähigkeit, Neuronen in ihrem ganzen Körper, einschließlich des Gehirns, zu regenerieren. Um die Breite der Pathologien zu untersuchen, die bei Zebrafischen nach einem stumpfen TBI gezeigt werden, und um die Mechanismen zu untersuchen, die der nachfolgenden neuronalen regenerativen Reaktion zugrunde liegen, modifizierten wir den häufig verwendeten Nagetier-Marmarou-Gewichtsabfall für die Verwendung bei erwachsenen Zebrafischen. Unser einfaches Stumpfkraft-TBI-Modell ist skalierbar, induziert einen leichten, mittelschweren oder schweren TBI und rekapituliert viele der Phänotypen, die nach menschlichen TBI beobachtet wurden, wie Kontakt- und posttraumatische Anfälle, Ödeme, subdurale und intrazerebrale Hämatome und kognitive Beeinträchtigungen, die jeweils in Abhängigkeit von der Schwere der Verletzung auftreten. TBI-Folgeerscheinungen, die innerhalb von Minuten nach der Verletzung auftreten, klingen ab und kehren innerhalb von 7 Tagen nach der Verletzung auf nahezu unbeschädigte Kontrollniveaus zurück. Der regenerative Prozess beginnt bereits 48 Stunden nach der Verletzung (hpi), wobei die maximale Zellproliferation von 60 hpi beobachtet wird. So erzeugt unser Zebrafisch-Stumpfkraft-TBI-Modell charakteristische primäre und sekundäre Verletzungs-TBI-Pathologien, die dem menschlichen SHT ähneln, was die Untersuchung des Krankheitsbeginns und -fortschreitens sowie der Mechanismen der neuronalen Regeneration ermöglicht, die für Zebrafische einzigartig sind.

Die Vorbereitung des Verletzungsinduktions-Rigs ermöglicht eine schnelle und vereinfachte Möglichkeit, erwachsenen Zebrafischen einen skalierbaren stumpfen TBI zu liefern. Der abgestufte Schweregrad des Verletzungsmodells liefert mehrere leicht identifizierbare Metriken für eine erfolgreiche Verletzung, obwohl die Gefäßverletzung eine der einfachsten und prominentesten Pathologien ist (Abbildung 3). Die Belastung der Fische, die während der Verletzung verwendet wurden, kann diesen Indikator ...

Wir modifizierten das Marmarou-Gewichtsabfallmodell für erwachsene Zebrafische, um eine Breite von Pathologien nach stumpfer traumatischer Hirnverletzung (TBI) und die Mechanismen, die der nachfolgenden neuronalen Regeneration zugrunde liegen, zu untersuchen. Dieses stumpfe TBI-Modell ist skalierbar, induziert ein leichtes, mittelschweres oder schweres SHT und rekapituliert die bei menschlichen TBI beobachtete Verletzungsheterogenität.

Ein skalierbares Modell zur Untersuchung der Auswirkungen von Stumpfkraftverletzungen bei erwachsenen Zebrafischen

Blunt-force traumatic brain injuries (TBI) are the most common form of head trauma, which spans a range of severities and results in complex and ...

Dieses Protokoll bietet eine einfache, schnelle und reproduzierbare Methode, um eine skalierbare stumpfe Schädel-Hirn-Trauma bei erwachsenen Zebrafischen zu induzieren. Die erwachsenen Zebrafische, die diese stumpfe traumatische Hirnverletzung erleiden, weisen viele der Merkmale auf, die bei Menschen beobachtet werden, die an einer stumpfen Kraft TBI leiden. Das Verfahren wird von Herrn James Hentig und Frau Kaylee Cloghessy, zwei Doktoranden aus meinem Labor, demonstriert.Beginnen Sie mit dem Füllen einer Petrischale mit Modelliermasse. Verwenden Sie dann Finger oder die Rückseite einer Pinzette, um eine erhöhte Plattform mit zusätzlicher Modelliermasse zu erstellen. Teilen Sie die erhöhte Plattform der Länge nach mit einer Rasierklinge in zwei ungefähr gleiche Hälften.Bilden Sie die beiden Hälften zu einem Kanal, so dass er die Länge eines erwachsenen Fisches aufnimmt. Verwenden Sie zusätzlichen Lehm, um Wände zu bauen, um 2/3 des Fischkörpers mit freiliegendem Kopf zu sichern. Formen Sie eine kleine Stütze im freiliegenden Kopfbereich senkrecht zu den Wänden, um eine Rotation oder einen Rückstoß des Kopfes bei Verletzungen zu vermeiden.Stellen Sie sicher, dass die Seiten des Kanals das abfallende Gewicht nicht behindern. Verwenden Sie einen Mini-Locher, um eine 3-Millimeter-Stahlscheibe aus einem 22-Gauge-Stahlblitz zu erstellen. Legen Sie einen betäubten Fisch, der nicht auf Schwanzdrücken reagiert, mit der Dorsalseite nach oben auf die Tonform im Kanal, so dass sein Körper an den Seiten befestigt ist.Legen Sie die 3-Millimeter-22-Gauge-Stahlscheibe auf den Kopf, zentriert über den gewünschten Aufprallpunkt. Richten Sie den Fisch senkrecht aus, um zu vermeiden, dass sein Kopf zur Seite kippt, was zu einem ungleichmäßigen Aufprall führen könnte. Verwenden Sie einen Standard-Ringständer und eine Armklemme, um das Stahl- oder Kunststoffrohr zu sichern, und stellen Sie sicher, dass es gerade ist, so dass der Boden des Schlauches 1,5 Zentimeter über dem Kopf des Zebrafisches liegt.Schauen Sie nach dem Rohr, um sicherzustellen, dass es über der Stahlplatte ausgerichtet ist. Wählen Sie das geeignete Kugellager basierend auf der gewünschten Schwere der Verletzung. Lassen Sie das Kugellager aus einer vorgegebenen Höhe das Rohr hinunter auf die Stahlplatte fallen.Legen Sie dann die verletzten Fische in das Bergungsbecken, um überwacht zu werden. Füllen Sie eine Petrischale mit Modelliermasse und schaffen Sie einen kleinen Hohlraum, um den Körper während der Dissektion zu unterstützen. Legen Sie den Fisch mit der Rückenseite nach oben in die Tonform.Platzieren Sie zwei Sezierstifte, einen durch die Mittellinie auf halber Höhe des Körpers und den anderen etwa 5 Millimeter hinter der Basis des Kopfes. Verwenden Sie ein Paar 5 Dumont-Pinzetten, um den Sehnerv stumpf zu durchtrennen und die Augen zu entfernen. Legen Sie ein Ende der 5 Pinzetten unter die rechte Parietalplatte.Machen Sie eine absichtliche Scherenaktion, die sich in Richtung des Rostralendes bewegt, und entfernen Sie die rechte Frontplatte. Drehen Sie dann den Fisch um 90 Grad im Uhrzeigersinn. Legen Sie ein Ende der 5 Pinzetten unter die linke Parietalplatte und verwenden Sie die gleiche Scherenbewegung, um die linken Parietal- und Frontalplatten zu entfernen und den gesamten dorsalen Aspekt des Gehirns freizulegen.Verwenden Sie die 5 Pinzetten, um den Oberkiefer stumpf zu durchschneiden, so dass die Riechkolben erhalten bleiben und nicht beschädigt werden. Entfernen Sie mit derselben Pinzette den rechten Operkel, den Präoperkel, den Interoperkel und den Suboperkel. Resezieren Sie dann stumpf die Muskulatur am kaudalen Ende des Kalvarienbergs, um das Rückenmark freizulegen.Mit der Pinzette stumpf das Rückenmark transektieren. Legen Sie die Pinzette vorsichtig unter das Gehirn und entfernen Sie das Gehirn vorsichtig aus dem Kalvarienberg. Sezieren Sie das gesamte Gehirn oder die Region von Interesse mit den Anweisungen im Textmanuskript und legen Sie das Gehirn sofort mit einer feinen Pinzette auf ein kleines Wiegeboot, wobei Sie darauf achten, das Gehirn nicht zu erstechen oder zu kratzen.Übertragen Sie das Gehirn auf das geteerte Trocknungswiegeboot und zeichnen Sie das nasse Gewicht des Gehirns auf. Richten Sie die Gehirne so aus, dass sie flach auf dem Wiegeboot mit der Rückenseite nach oben liegen. Dann legen Sie das Gehirn und das Trocknungswiegeboot für acht Stunden in einen Hybridisierungsofen, der auf 60 Grad Celsius eingestellt ist.Um das Gehirn auf ein neues geteertes kleines Wiegeboot zu übertragen, sobald es trocken ist, kneifen Sie die feine Pinzette zusammen und schöpfen Sie ab der ventralen Seite des Gehirns eine Aufwärtsbewegung ein. Machen Sie einen Teilschnitt auf einem nassen Schwamm. Legen Sie einen Fisch nach dem anderen mit der ventralen Seite nach oben in die Öffnung und injizieren Sie mit einer 30-Gauge-Nadel etwa 40 Mikroliter 10 Millimol EdU in den Körper des Fisches.Dann bringen Sie den Fisch in den mit Systemwasser gefüllten Fäkalientank zurück. Sammeln Sie die Gehirne wie bereits erwähnt und legen Sie sie als Gruppe in eine 9-Milliliter-Glasfläschchen mit 2 Millilitern von neun Teilen 100% Ethanol zu einem Teil 37% Formaldehyd. Fixiere die Gehirne bei 4 Grad Celsius auf einer Wippplattform.Verwenden Sie ein Kryostatenfutter, um die Gehirne in TFM in der gewünschten Ausrichtung auf Trockeneis einzubetten. Vaskuläre Verletzungen erwiesen sich als eine der einfachsten und prominentesten Pathologien, um erfolgreiche Verletzungen über dieses Modell zu identifizieren. Die Fähigkeit, den Indikator zu identifizieren, änderte sich mit dem Stamm der Fische, die während der Verletzung verwendet wurden.Die Identifizierung einer Gefäßverletzung bei Wildtyp AB war aufgrund der Pigmentierung schwer zwischen leichtem oder mittelschwerem TBI und unbeschädigten Kontrollfischen zu unterscheiden. Nach einer Verletzung zeigten die milden TBI-Fische minimale Oberflächenabschürfungen, während die moderaten TBI-Fische eine begrenzte Hirnblutung aufwiesen. Das Ausmaß der Verletzung zeigte sich bei schweren TBI-Fischen.Im Gegensatz dazu können Gefäßverletzungen bei der Verwendung von Albino- oder Casperfischen leicht identifiziert werden. Schwellungen des Großhirns aufgrund von Verletzungen wurden anhand von Ödemen beurteilt. Im Gegensatz dazu wiesen sowohl moderate TBI als auch schwere TBI signifikante Ödeme, 1 dpi und 3 dpi auf, aber der Flüssigkeitsgehalt sowohl von moderatem TBI als auch von schwerem TBI kehrte zu einem Niveau zurück, das einer unbeschädigten Kontrolle von 5 dpi ähnelte.Diese stumpfe Kraftverletzung führte zu einer robusten Zellproliferationsantwort, die sich über die Neuroachse erstreckt. Eine erhöhte EdU-Markierung wurde in den ventrikulären und subventrikulären Zonen des Vorderhirns im Vergleich zu unbeschädigten Kontrollen beobachtet. Die verletzten Gehirne zeigten eine erhöhte EdU-Markierung in der periventrikulären Grauzone, den optischen Tektallappen und Aspekten des vorderen Hypothalamus im Vergleich zum unbeschädigten Fischgehirn.Nach schweren TBI zeigten neurogene Regionen im Hinterhirn im Vergleich zum unbeschädigten Gehirn eine erhöhte Zellproliferation. Stellen Sie für eine ordnungsgemäße Induktion der Verletzung sicher, dass die Fische in der Form gesichert und stabil sind und dass der Schlauch gerade ist, um einen außermittigen Aufprall zu vermeiden oder die Gewichtsabfallbahn zu verändern. Dieses Verfahren bietet eine schnelle und kostengünstige Induktionsmethode für stumpfe Gewaltverletzungen, die auf ein regeneratives Modell angewendet wird, das insbesondere für wiederholte Kopfverletzungen oder verletzungsinduzierte regenerative Studien geeignet wäre.

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Research

Forschung

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Neurowissenschaften

Dieses Video demonstriert eine Methode zur Untersuchung von Hirnverletzungen von Zebrafischlarven mit Hilfe der groß angelegten Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM), einer Technik, die Elemente der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) kombiniert, um hochauflösende Bilder zu erzeugen. Es beschreibt die Schritte bei der Vorbereitung von Proben und der Aufnahme von hochauflösenden MINT-Bildern zur Identifizierung von Hirnverletzungen.

Untersuchung einer Hirnverletzung einer Zebrafischlarve mit großflächiger Rastertransmissionselektronenmikroskopie

In diesem Video werden befruchtete Zebrafischembryonen unter einem Stereomikroskop dechorioniert und dann einem Cholesterinsynthesehemmer ausgesetzt, was zur Entwicklung von Blutgefäßrissen und Hirnblutungen in den Larven führt. Hämorrhagische Larven, die an deutlichen roten Flecken zu erkennen sind, werden anschließend zur weiteren Analyse unter einem Mikroskop getrennt.

Modellierung der medikamenteninduzierten Blutung in Zebrafischlarven

Um die zellulären und molekularen Mechanismen der Neurogenese und Regeneration adulter Zebrafische zu beleuchten, haben wir ein Protokoll für invasive Operationen entwickelt, die mechanische Verletzungen im adulten Telencephalon des Zebrafisches verursachen, und die anschließende Überwachung von Veränderungen in der gestochenen Hemisphäre durch Immunhistochemie oder in situ Hybridisierung.

Stichwunde Verletzung des Zebrafisch Erwachsene Telen: eine Methode, um Wirbel Gehirn Neurogenese und Regeneration Untersuchen

Dieser Artikel beschreibt eine Methode zur Erzeugung einer mechanischen Gefäßverletzung in Zebrafischembryonen. Dieses Verletzungsmodell bietet eine Plattform für die Untersuchung von Blutstillung, verletzungsbedingten Entzündungen und Wundheilung in einem Organismus, der sich ideal für die Echtzeitmikroskopie eignet.

Mechanische Gefäßverletzung in Zebrafischembryonen

Hier beschreiben wir 3 Erwachsene Zebrafisch-Verletzung-Modelle und ihre kombinierte Nutzung mit immunsuppressiven medikamentösen Behandlung. Wir betreuen über Bildgebung Gewebe zu regenerieren und Mineralisierung der Knochen darin erkennen.

Erwachsenen Zebrafisch Verletzungen Modelle zur Untersuchung der Auswirkungen von Prednisolon bei der Regeneration von Knochengewebe

Hier stellen wir ein Protokoll zur Quantifizierung von Hirnverletzungen, Bewegungsdefiziten und Neuroentzündungen nach Blutungen im Gehirn in Zebrafisch-Larven vor, im Zusammenhang mit der menschlichen intrazerebralen Blutung (ICH).

Verwendung von Zebrafisch-Lamellen, um die pathologischen Folgen von hämorrhagischen Stroke zu studieren

Dieses Protokoll beschreibt die Verfahren zur Induzieren akute Nierenverletzung (AKI) bei erwachsenen Zebrafischen mit Cisplatin als Nephrotoxisches Mittel. Wir haben die Schritte zur Bewertung der Reproduzierbarkeit der Technik und zwei Techniken zur Analyse von Entzündungen und Zelltod im Nierengewebe, Durchflusszytometrie bzw. TUNEL detailliert beschrieben.

Akute Nierenverletzung Modell induziert durch Cisplatin bei erwachsenen Zebrafischen

Ein mechanisches Hirnverletzungsmodell im erwachsenen Zebrafisch wird beschrieben, um die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die ihre hohe Regenerationsfähigkeit regulieren. Die Methode erklärt, wie eine Stichwundenverletzung im optischen Tectum mehrerer Arten kleiner Fische erzeugt wird, um die regenerativen Reaktionen mittels fluoreszierender Immunfärbung zu bewerten.

Stichwundenverletzungsmodell des adulten optischen Tektums unter Verwendung von Zebrafisch und Medaka zur vergleichenden Analyse der Regenerationsfähigkeit

Der erwachsene Zebrafisch ist in der Lage, sich nach einer Rückenmarksverletzung funktionell zu erholen und ist ein erstklassiges Modellsystem zur Aufklärung der angeborenen Mechanismen der neuronalen Regeneration. Hier beschreiben wir Schwimmausdauer- und Schwimmverhaltensassays als funktionelle Auslesungen der Rückenmarksregeneration.

Beurteilung der Schwimmausdauer und des Schwimmverhaltens bei erwachsenen Zebrafischen

Dieses Protokoll beschreibt ein Kryoverletzungsmodell, um eine tiefgreifende Schädigung mehrerer kaudaler Myomere in erwachsenen Zebrafischen zu induzieren. Diese Methode bietet einen neuen Ansatz zur Untersuchung der Skelettmuskelregeneration nach starkem Gewebeverlust bei Nicht-Säugetier-Wirbeltieren.

Ein Kryoverletzungsmodell zur Untersuchung der Skelettmuskelregeneration des Schwanzstiels bei erwachsenen Zebrafischen

Dieses Protokoll bietet eine Methode zur Untersuchung der zellulären Dynamik mit einer einfachen In-vitro-Kulturtechnik . Es bietet Zebrafischforschern und Pädagogen die Möglichkeit, zelluläre Prozesse, wie z. B. solche, die mit der Knochenhomöostase und der grundlegenden Zellbiologie zusammenhängen, zu untersuchen, indem fluoreszierende Zellkerne und apoptotische Zellen innerhalb der Skalen sichtbar gemacht werden.

In-vitro-Kultivierungstechnik zur Untersuchung der zellulären Dynamik in Zebrafischschuppen

Lernen Sie ein skalierbares Modell zur Induktion stumpfer Kraftverletzungen bei erwachsenen Zebrafischen. Diese Methode ermöglicht die Untersuchung von Hirnverletzungen und neuronalen Regenerationsmechanismen.

Ein skalierbares Modell zur Untersuchung der Auswirkungen von Stumpfkraftverletzungen bei erwachsenen Zebrafischen

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