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Research Article
Rita Campos-Pires1,2, Amina Yonis1, Warren Macdonald2,3, Katie Harris1, Christopher J. Edge4,5, Peter F. Mahoney6, Robert Dickinson1,2
1Anaesthetics, Pain Medicine and Intensive Care Section, Department of Surgery and Cancer,Imperial College London, 2Royal British Legion Centre for Blast Injury Studies, Department of Bioengineering,Imperial College London, 3Department of Bioengineering,Imperial College London, 4Department of Life Sciences,Imperial College London, 5Department of Anaesthetics,Royal Berkshire Hospital NHS Foundation Trust, 6Royal Centre for Defence Medicine,Medical Directorate Joint Force Command
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este papel describe un modelo novedoso de lesión de cerebro traumática de la explosión primaria. Un tubo de descarga por aire comprimido se utiliza para exponer en vitro ratón rebanada hippocampal culturas una sola onda de choque. Este es un protocolo simple y rápido de generar una lesión de tejido de cerebro reproducible con un alto rendimiento.
Lesión cerebral traumática es una causa principal de muerte y discapacidad en poblaciones militares y civiles. Blast cerebral traumática lesión proviene de la detonación de artefactos explosivos, sin embargo, los mecanismos que subyacen a los daños cerebrales resultantes de la exposición de sobrepresión de la ráfaga no se entienden completamente y se creen que son únicas para este tipo de lesión cerebral. Modelos preclínicos son herramientas cruciales que contribuyen a entender mejor la lesión del cerebro inducida por la explosión. Se desarrolló un modelo TBI novela en vitro blast utilizando un tubo de descarga abierta para simular las olas de la vida real campo abierto explosión modeladas por la forma de onda de Friedlander. Culturas de rebanada hippocampal organotypic ratón C57BL/6N fueron expuestas a la sola ondas de choque y el desarrollo de lesiones se caracterizó hasta 72 h utilizando yoduro de propidio, un marcador fluorescente bien establecido de daño celular que solamente penetra en las células con comprometida de las membranas celulares. Fluorescencia de yoduro de propidio fue significativamente mayor en los sectores expuestos a una onda de explosión cuando se compara con rebanadas de simulacro durante toda la duración del protocolo. Lesión del tejido cerebral es muy reproducible y proporcional a la sobrepresión de pico de la onda de choque aplicada.
Lesión cerebral traumática (TBI) por explosión es un tipo complejo de la lesión cerebral que resulta de la detonación de artefactos explosivos1,2. Blast TBI ha emergido como un importante problema de salud en los últimos 15 años con los conflictos militares recientes en Irak y Afganistán2,3. En general, se estima que entre el 4.4% y 22,8% de soldados que regresan de Irak y Afganistán han sufrido TBI suave, una gran proporción de ellos está relacionado con explosión, con una mayor tasa informó de la explosión TBI en las fuerzas de Estados Unidos en comparación con las fuerzas de UK4 ,5.
El uso de dispositivos explosivos improvisados ha sido responsable de la mayoría del trauma asociado de explosión, incluyendo ráfaga TBI, soportada por el fuerzas militares6. La detonación de una carga explosiva resulta en una muy rápida, pero transitoria, aumento de presión, que ocurre en milisegundos. La onda de sobrepresión resultante de una explosión de campo libre de la vida real es modelada por la función de Friedlander, con una subida repentina a la sobrepresión máxima seguida de un decaimiento exponencial7,8. La gama de fuerzas extremas y su curso rápido tiempo de respuesta en un evento de explosión generalmente no tienen experiencia en traumas de la explosión no1,9. La sobrepresión máxima, que es la presión máxima de la onda y la duración de la onda positiva se cree que son contribuidores importantes a la lesión cerebral de la ráfaga y éstos dependen de la carga explosiva y la distancia de la detonación de10, 11.
El trauma que los resultados de un soplo explosivo está clasificado como cuatro componentes discretos, denominados primario, secundario, terciario y cuaternario de la ráfaga lesión10,12,13,14. Cada uno de estos componentes se asocia con mecanismos específicos de lesiones. Lesión por explosión primaria resulta de la acción directa de la onda de sobrepresión en órganos y tejidos2,13. Resultados de lesión explosión secundaria del impacto de fragmentos del proyectiles, causando penetrantes y no penetrantes heridas2,15. Lesión por explosión terciaria ocurre cuando el cuerpo de la víctima es desplazado contra el suelo o los objetos y se asocia con las fuerzas de aceleración/deceleración1,10,13. Lesión por explosión cuaternario describe un grupo heterogéneo de lesiones directamente relacionados con la explosión no cubierta por la primera tres lesión mecanismos descritos12,13. Incluye (pero no se limita a) lesión termal, inhalación de humo, radiación, ondas electromagnéticas y efectos psicológicos adversos13,15. Mayoría TBI asociada a explosión da directamente en los primeros tres mecanismos de lesión, mientras que el cuaternarios mecanismos de lesión de ráfaga se asocian generalmente a lesión sistémica13. Los efectos de las fuerzas de aceleración/desaceleración (p. ej., lesión por latigazo), contundente y penetrante traumatismo craneoencefálico se han estudiado ampliamente en relación con otros tipos de TBI (p. ej., accidentes de vehículo de motor, caídas, heridas balísticas). Sin embargo, la onda de sobrepresión de la explosión primaria es exclusiva de lesión por explosión y sus efectos en el tejido cerebral son mucho menos bien entendidos16. Los mecanismos de lesión explosión primaria, asociados a una onda de sobrepresión, son las primeras de las fuerzas mecánicas para interactuar con el cerebro.
Numerosos modelos preclínicos de TBI se han desarrollado en las últimas décadas que han sido invaluables para entender blast TBI mecanismos de lesión y de la patofisiología e investigar potenciales nuevos tratamientos, que de otro modo sería imposibles hacerlo exclusivamente en la clínica entorno17,18,19. Aunque ningún modelo preclínico solo puede reproducir la complejidad del trauma de cerebro de explosión clínica, típicamente diversos modelos preclínicos de TBI replican aspectos distintos de TBI humana. La acción perjudicial de las fuerzas asociadas con una explosión de la explosión puede ser estudiada de forma aislada o en combinación en modelos TBI de explosión tanto in vitro e in vivo . Modelos in vitro tienen la ventaja de permitir un control estricto del ambiente experimental (tejido condiciones fisiológica y biomecánica de la lesión), lo que reduce la variabilidad biológica y mejora la reproducibilidad, que permita el estudio de específico molecular cascadas sin los factores de confusión presentes en animales modelos20. Nuestro objetivo fue desarrollar un modelo de vitro para investigar los efectos de la explosión primaria en tejido cerebral. El objetivo fue desarrollar un modelo con una onda de choque supersónica con un representante de la forma de onda de Friedlander de una explosión, campo libre como la producida por un artefacto explosivo improvisado (IED).
Los experimentos descritos en este manuscrito se realizaron en cumplimiento de la ley de Reino Unido los animales (procedimientos científicos) de 1986 y han sido aprobados por el bienestar de los animales y ética de cuerpo del Imperial College de Londres. Cuidado de los animales fue en cumplimiento de las directrices institucionales del Imperial College de Londres.
1. hippocampal Organotypic rodaja preparación y cultura
Nota: Este protocolo permite la producción de rebanadas hippocampal organotypic según el método de interfaz descrito por Stoppini y colegas con modificaciones menores21,22,23. Idealmente, no más de tres animales sacrificados y disecados en una sesión para que cada paso se realiza con rapidez y evitar comprometer la calidad de las láminas. Utilizar técnica aséptica en todo.
2. preparación de las rebanadas Hippocampal Organotypic para el protocolo de TCE de explosión Experimental
Nota: Todos los pasos de esta sección, excepto la proyección de imagen, llevará a cabo en una campana de flujo laminar cultivo de tejidos.
3. inmersión y transporte de la cultura del tejido se inserta con las rebanadas Hippocampal Organotypic
4. preparación del tubo de descarga y exposición de ondas de choque de Hippocampal Organotypic rebanada
5. cuantificación de lesiones hippocampal Organotypic rebanada
El tubo de choque utilizado en este método permite la generación de oscilaciones de sobrepresión que simulan explosiones reales espacio modeladas por la función de Friedlander7,8. Ondas de choque supersónicos con una velocidad de 440 m/s (Mach 1.3) se obtienen (figura 2A). Los datos de forma de onda registrados están de sensor 2, situado radialmente al final de la sección por el tubo de descarga.
Utilizando el protocolo descrito anteriormente, las culturas de rebanada hippocampal organotypic expuestas a una sola onda de choque (figura 2A) desarrollan lesión significativa cuantificado utilizando yoduro de propidio, un colorante fluorescente altamente polar que penetra sólo las células con comprometida de las membranas celulares24,25 (figura 2B, C).
Incluso en condiciones óptimas y consistentes a otros OHSC publican modelos21,22, hay un bajo nivel de fluorescencia de yoduro de propidio fondo debido, en parte, menores daños causados por el () las manipulaciones inherentes del tejido como los cambios en los medios de comunicación durante el período de cultivo o extracción de la incubadora para la proyección de imagen). Este protocolo de TCE de explosión implica manipulación sustancial que incluye la inmersión de las rodajas en medio de bolsas estériles y un grado considerable de manipulación durante el protocolo de exposición de ondas de choque (e.g., sujeción de las bolsas estériles para la estructura de soporte). Sin embargo, si todos los pasos se realizan con cuidado, esta manipulación adicional no tiene un impacto en la salud subyacente de la OHSC como no observaron diferencias significativas entre un grupo control de rebanadas de mantenerse en las placas de 6 pozos en todo momento (es decir., los insertos no fueron sumergidos o manipulados) y el grupo sham, que incluye segmentos que se sumergieron dentro de bolsas estériles con abrazadera para el tubo de descarga (figura 2B).
Las ondas de choque dos escogidas, a 50 kPa y sobrepresión máxima de 55 kPa, produjo significativos (p < 0,05 y p < 0.0001, respectivamente) y lesión reproducible en comparación con la farsa ileso rodajas en todos momentos después de la exposición de la ráfaga Protocolo (figura 2B) sin causar daños a los insertos de cultivo de tejidos o bolsas estériles. Para determinar la sensibilidad del modelo a pequeñas diferencias en el pico de sobrepresión, decidimos seleccionar valores diferentes en ~ 10%. Estos resultados también muestran que, como era de esperar, las lesiones resultantes de 55 kPa es mayor que después de una onda de choque de 50 kPa.
Los datos se expresan como media ± error estándar de la media. Significación se evaluó mediante una 2-forma de medidas repetidas análisis de varianza con prueba post hoc de Holm-Sidak. El factor 1 fue grupo (control, sham, ráfaga) y factor 2 fue tiempo después de la lesión (-1 h, 24 h, 48 h y 72 h), donde el factor 1 el factor repetido. El ajuste del valor de p para las comparaciones múltiples se utilizó. Se tomaron valores de P de menos de 0.05 para indicar una diferencia significativa entre los grupos. Se aplicaron pruebas estadísticas utilizando un paquete de software de gráficos y estadísticas.

Figura 1: esquema del dispositivo de tubo de choque con la estructura de soporte de bolsa estéril de. (A). el tubo de descarga es un tubo largo de acero inoxidable de 3,8 m, de tres tramos largo de 1.22 m, conectados por juntas y bridas, con un diámetro interno de 59 mm. recuadro (B) muestra la Asamblea de doble cerrojo. Uno o dos diafragmas de Mylar se pueden fijar en la Asamblea con el sello proporcionado por anillos o de goma. (C) estructura de soporte de bolsa estéril. El cuerpo de la estructura consiste en dos placas de metal con un agujero circular centrado (59 mm de diámetro) que se alinea con la salida del tubo de descarga. Disponen de dos hojas de fina (4 mm) de elastómero de silicona entre las dos placas de metal. El propósito de estas fichas es proporcionar una superficie uniforme y adherente para sujetar las bolsas estériles. La distancia entre la bolsa y la salida del tubo de descarga es de 7 cm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: shockwave típico y lesiones resultantes de hippocampal organotypic de la rebanada culturas. (A) ejemplo de ondas de choque obtenido usando 23 μm de espesor película de poliéster 2.16 bar presión de ruptura, 55 kPa sobrepresión de pico, duración de onda positiva de 0,4 ms, impulso de 10,1 kPa·ms. Se obtuvieron datos de forma de onda del sensor 2 montado radialmente en el reborde distal del tubo de choque impulsada por sección. La velocidad de la onda de choque fue 440 m/s (Mach 1.3). (B) el desarrollo de la lesión es proporcional a la intensidad de la onda de choque. 50 kPa y 55 kPa máxima sobrepresión ondas de choque habían causado lesión significativa que desarrolló a lo largo del Protocolo de 72 h en comparación con el grupo sham. La lesión resultante de una exposición de onda de sobrepresión 55 kPa pico fue significativamente superior después de 50 kPa a las 48 h y rebanadas de 72 h. simulacro fueron tratados idénticamente a rodajas blast pero tubo de choque no fue despedido. Rebanadas de control fueron mantenidos en 6 placas de pozos en una incubadora sin ninguna manipulación. Las barras representan valores medios y barras de error son errores estándar (n = 7, controles; n = 48, farsa; n = 30, blast 50 kPa; n = 51, blast 55 kPa; n = número de cortes, de 6 experimentos independientes). * p < 0.05, *p < 0.0001 comparado con el tratamiento simulado. # p < 0.05, #p < 0.01 comparado con blast 55 kPa. Imágenes de fluorescencia de yoduro (C) representante propidio organotypic rebanadas de farsa (), (ii) blast 50 kPa (iii) blast 55 kPa grupos y a las 72 h después de la lesión. El segmento de farsa muestra bajos niveles de fluorescencia, es decir., lesiones y la explosión láminas expuestas muestran altos niveles de lesión difusa, más marcada en el segmento de sobrepresión expuesto pico de 55 kPa (barra de escala = 500 μm). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los autores tienen intereses financieros que compiten.
Este papel describe un modelo novedoso de lesión de cerebro traumática de la explosión primaria. Un tubo de descarga por aire comprimido se utiliza para exponer en vitro ratón rebanada hippocampal culturas una sola onda de choque. Este es un protocolo simple y rápido de generar una lesión de tejido de cerebro reproducible con un alto rendimiento.
Apoyado por: centro real de medicina de la defensa, Birmingham, Reino Unido, centro Legión británica real explosión lesiones estudios, Imperial College de Londres, Reino Unido. Consejo de investigación médica, Londres, Reino Unido (MC_PC_13064; MR/N027736/1). La seguridad de Gas Trust, Londres, Reino Unido. Rita Campos-Pires recibió un premio de formación doctoral de la Fundação para a Ciência e a Tecnologia, Lisboa, Portugal. Katie Harris recibió una beca de doctorado de la Westminster Medical School Research Trust, Londres, Reino Unido.
Este modelo fue desarrollado con el apoyo de la Legión británica real para estudios de lesión Blast (RBLCBIS) en el Imperial College. Nos gustaría reconocer el apoyo financiero de la Legión británica real. Los investigadores interesados en colaboraciones o detalle adicional pueden comunicarse con los autores o RBLCBIS.
Agradecemos Dr. Amarjit Samra, Director de investigación, centro de la real defensa medicina, Birmingham, Reino Unido, para apoyar este trabajo, Scott Armstrong, Departamento de cirugía y cáncer, Imperial College de Londres, para obtener ayuda con experimentos preliminares , Theofano Eftaxiopolou, Hari Arora y Luz Ngoc Nguyen, Departamento de Bioingeniería Imperial College de Londres y William Proud, Departamento de física de Imperial College de Londres, para asesoramiento sobre el tubo de descarga, Raquel Yustos, técnico, Departamento de investigación de Ciencias de la vida, Imperial College London, para encargado de taller de apoyo técnico, Paul Brown MBE y Steve Nelson, técnico del taller, Departamento de física del Imperial College de Londres, para hacer el metal anillos, Neal Powell del Departamento de física, Imperial College London, para obra de arte.
| Solución salina equilibrada Geys | Sigma UK | G9779 | |
| D-glucosa | Sigma UK | G8270 | |
| Antibiótico/antimicótico | Sigma UK | A5955 | |
| Medio esencial mínimo Eagle | Sigma UK | M4655 | |
| Hanks solución salina equilibrada | Sigma UK | H9269 | |
| Suero de caballo | Sigma UK | H1138 | |
| L-glutamina | Sigma UK | G7513 | |
| HEPES | VWR Prolabo, Bélgica | 441476L | |
| Hidróxido de sodio | Sigma UK | S-0945 | |
| Insertos para cultivo de tejidos | Millicell CM 30 mm de baja altura Millipore | PICM ORG 50 | |
| placas de 6 pocillos | NUNC, Dinamarca | 140675 | |
| Yoduro de propidio | Sigma UK | P4864 | |
| Bolsas estériles de polietileno - Twirl'em Bolsas de muestras estériles | Fisherbrand | 01-002-30 | |
| Portex Avon Kwill Tubo de llenado 5" (127 mm) | Smiths Medical Supplies | E910 | |
| Microscopio de epifluorescencia | NIKON Eclipse 80i, Reino Unido | ||
| Objetivo de microscopio | Nikon Plan UW magn. 2x, NA 0.06, WC 7.5 mm | ||
| Filtro de microscopio | Nikon G-2B (emisión de paso largo) | ||
| Película aislante eléctrica de Mylar, 304 mm x 200 mm x 0,023 mm | RS Components UK | 785-0782 | |
| Transductor de presión | Dytran Instruments Inc. | 2300V1 | |
| Picadora de tejidos | Mickle Laboratory Engineering Co., Guildford, Surrey, Reino Unido. | Picadorade tejidos Mcllwain | |
| Elastómero de silicona | Dow Corning, Estados Unidos | Sylgard 184 | |
| Software de gráficos y estadísticas | GraphPad Software, Estados Unidos | Prisma 7.0 |