הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

מודל גל פיצוץ בעצימות נמוכה להערכה פרה-קלינית של פגיעה מוחית טראומטית קלה בראש סגור במכרסמים

2.5K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/61244

⸱

6 בנובמבר 2020

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Geriatrics Research Education and Clinical Center, Veterans Affairs, 2Division of Gerontology and Geriatric Medicine, University of Washington, 3Department of Neurosurgery, University of Florida, 4Department of Neurosurgery, West Virginia University, 5Division of Pharmaceutical Sciences, University of Cincinnati, 6Central Illinois Neuro Health Sciences, Bloomington, IL, 7Neuro-research, Dallas, TX

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

אנו מציגים כאן פרוטוקול של מודל גל פיצוץ למכרסמים לחקור השפעות נוירוביולוגיות ופתולוגיות של פגיעה מוחית טראומטית קלה עד בינונית. הקמנו מערך מונע גז, ספסל עליון מצויד בחיישני לחץ המאפשרים דור אמין וניתן לשחזור של פגיעה מוחית קלה עד בינונית הנגרמת על ידי פיצוץ.

תקציר

פגיעה מוחית טראומטית (TBI) היא בעיה רחבת היקף של בריאות הציבור. Mild TBI היא הצורה הנפוצה ביותר של נוירוטראומה ומהווה מספר רב של ביקורים רפואיים בארצות הברית. אין כרגע טיפולים שאושרו על ידי ה-FDA זמינים עבור TBI. השכיחות המוגברת של TBI הקשורים לצבא, המושרה בפיצוץ מדגישה עוד יותר את הצורך הדחוף בטיפולי TBI יעילים. לכן, מודלים פרה-קליניים חדשים של בעלי חיים TBI המסכמים מחדש היבטים של TBI הקשורים לפיצוץ אנושי יקדמו מאוד את מאמצי המחקר לתהליכים הנוירוביולוגיים והפתופיזיולוגיים שבבסיס TBI מתון עד בינוני, כמו גם פיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשניות עבור TBI.

כאן אנו מציגים מודל אמין, לשחזור לחקירה של ההשפעות המולקולריות, התאיות וההתנהגותיות של TBI פיצוץ קל עד בינוני. אנו מתארים פרוטוקול שלב אחר שלב עבור ראש סגור, פיצוץ המושרה TBI מתון מכרסמים באמצעות התקנה ספסל העליון המורכב צינור הלם מונע גז מצויד בחיישני לחץ פיזואלקטרי כדי להבטיח תנאי בדיקה עקביים. היתרונות של ההתקנה שהקמנו הם העלות הנמוכה יחסית שלה, קלות ההתקנה, קלות השימוש וקיבולת תפוקה גבוהה. יתרונות נוספים של מודל TBI לא פולשני זה כוללים את המדרגיות של לחץ היתר של שיא הפיצוץ ויצירת תוצאות רבייה מבוקרות. רבייה ורלוונטיות של מודל TBI זה הוערכו במספר יישומים במורד הזרם, כולל ניתוחים נוירוביולוגיים, נוירופתולוגיים, נוירופיזיולוגיים והתנהגותיים, התומכים בשימוש במודל זה לאפיון תהליכים שבבסיס האטיולוגיה של TBI מתון עד בינוני.

מבוא

פגיעה מוחית טראומטית (TBI) אחראית ליותר משני מיליון ביקורים בבתי חולים מדי שנה בארצות הברית בלבד. TBI מתון הנובע בדרך כלל מתאונות דרכים, אירועי ספורט, או נפילות מייצגים כ -80% מכלל מקרי TBI1. TBI מתון נחשב "מחלה שקטה" כמו חולים לעתים קרובות חווים סימפטומים גלויים בימים ובחודשים שלאחר העלבון הראשוני, אבל יכול לפתח סיבוכים חמורים הקשורים TBI מאוחר יותר בחיים2. יתר על כן, TBI מתון המושרה פיצוץ נפוץ בקרב אנשי שירות צבאי, והוא נקשר עם תפקוד לקוי כרוני של מערכת העצבים המרכזית3,4,5,5,6. בשל השכיחות הגוברת של TBI7,8 מתון הקשור לפיצוץ, מודלים פרה-קליניים של תהליכים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים הקשורים TBI מתון הפך ובכך למוקד בפיתוח התערבויות טיפוליות חדשניות עבור TBI.

מבחינה היסטורית, מחקר TBI התמקד בעיקר בצורות חמורות של נוירוטראומה, למרות המספר הנמוך יחסית של מקרי TBI אנושיים חמורים. מודלים מכרסמים פרה-קליניים עבור TBI אנושי חמור פותחו, כולל ההשפעה הקליפתית מבוקרת (CCI)9,10 ופגיעה בכלי הקשה נוזליים (FPI)11 מודלים, אשר שניהם מבוססים היטב כדי לייצר אפקטים פתופיזיולוגיים אמינים12,13. מודלים אלה הניחו את היסודות למה שידוע כיום על נוירו-דליקות, ניוון עצבי ותיקון עצבי ב- TBI. למרות ידע ניכר של pathophysiology של TBI פותחה, אין כרגע יעיל, טיפולים שאושרו על ידי ה-FDA זמין עבור TBI.

לאחרונה, המוקד של מחקר TBI הורחב לכלול ספקטרום רחב יותר של פתולוגיות הקשורות TBI עם המטרה הסופית של פיתוח התערבויות טיפוליות יעילות. עם זאת, מודלים פרה-קליניים מעטים עבור TBI מתון הוקמו שהראו השפעות מדידות, ורק מספר קטן של מחקרים חקרו את ספקטרום TBI המתון2,14,15. כמו TBI מתון מהווה את הרוב הגדול של כל מקרי TBI, מודלים אמינים של TBI מתון נדרשים בדחיפות כדי להקל על המחקר לתוך אטיולוגיה נוירופתיפיזיולוגיה של המצב האנושי, על מנת לפתח אסטרטגיות טיפוליות חדשניות.

בשיתוף עם מהנדסים ביו-רפואיים ופיזיקאים של תעופה וחלל, הקמנו מודל גל פיצוץ מדרגי וסגור ראש עבור TBI קל עד בינוני. מודל מכרסמים פרה-קליני זה פותח במיוחד כדי לחקור את ההשפעות של דינמיקת כוח, כולל גלי הלם ותנועת האצה / האטה, הקשורים TBI מתון אנושי שהושג בקרבות צבאיים, אירועי ספורט, תאונות דרכים, ונפילות. כאשר גלי ההדף תואמים לדינמיקת הכוח הגורמת ל- TBI מתון בבני אדם, מודל זה תוכנן לייצר צורת גל עקבית של פרידלנדר עם דחף, הנמדדת כקילוגרמים לאינץ ' מרובע (psi)*אלפית שנייה (אלפית השנייה). רמת הדחף היא קנה מידה ליפול מתחת עקומות קטלניות ריאות מוגדרות עבור עכברים וחולדות על מנת לנהל חקירות פרה קליניות16,17,18. בנוסף, מודל זה מאפשר חקירה של הפיכה ופגיעה קונטרה-קונטרה עקב כוחות סיבוב מהירים של ראש החיה. סוג זה של פגיעה טבוע במספר סוגים של מצגות TBI קליניות, כולל אלה שנצפו באוכלוסיות צבאיות ואזרחיות כאחד. לכן, מודל רב-תכליתי זה מתאים לצורך הכולל מצגות קליניות מרובות של TBI.

המודל הפרה-קליני המוצג כאן מייצר שינויים פתופיזיולוגיים אמינים הניתנים לשחזור הקשורים ל- TBI קליני מתון כפי שהוכח על ידי מספר מחקרים קודמים17,19,20,20,21,22,23. מחקרים עם מודל זה הראו כי חולדות שנחשפו לגל פיצוץ בעצימות נמוכה הציגו דליקות עצביות, פגיעה אקסונית, נזק מיקרו-וסקולרי, שינויים ביוכימיים הקשורים לפגיעה עצבית ולרעיונות בפלסטיות לטווח קצר והתרגשות סינפטית19. עם זאת, מודל TBI מתון זה לא גרם לשינויים נוירופתולוגיים מקרוסקופיים, כולל נזק לרקמות, דימום, שטף דם וחבלה19 שנצפו בדרך כלל במחקרים באמצעות מודלים פולשניים פולשניים בינוניים עד חמורים של TBI10,24. מחקרים קודמים19,21,22,23 הראו כי מודל פרה קליני זה יכול לשמש לאפיון תהליכים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים שבבסיס האטיולוגיה של TBI17 מתון ומתון,19,20,21,22,23. מודל זה מאפשר גם בדיקת תרכובות ואסטרטגיות טיפוליות חדשות, כמו גם זיהוי של יעדים חדשניים ומתאימים לפיתוח התערבויות TBI יעילות19,21,22,23.

מודל זה פותח כדי לחקור את ההשפעות הנגרמות על ידי גלי הלם, כמו גם כוחות סיבוב מהירים על תוצאות מולקולריות, תאיות והתנהגותיות מכרסמים. בניגוד למודל גל ההדף המוצג כאן, פותחו מספר מודלים פרה-קליניים המנסים לשחזר TBI מתון עד בינוני באמצעות גלי לחץ מונעי גז2,14,14,17,17,25,25,26,27,28. חלק מהמגבלות של דגמים אחרים כוללות: החיה קבועה לאלונקה של רשת תיל והראש משותק בעת הפגיעה; האיברים ההיקפיים נחשפים לגל בנוסף למוח, היוצר את המשתנים המבלבלים של פוליטראומה; והמודלים גדולים ונייחים, מה שמגביל את השינוי וההתאמה של פרמטרים קריטיים לתנאי מודל טובים יותר המזכירים את TBI האנושי.

היתרונות של התקנת צינור הלם מונחה גז זה הם העלות הנמוכה יחסית שלה עבור הוצאות רכישה ותפעול, כמו גם קלות ההתקנה והשימוש. יתר על כן, ההתקנה מאפשרת פעולה בתפוקה גבוהה ויצירת גלי פיצוץ לשחזור מבוקרים ותוצאות vivo הן בעכברים והן בחולדות. על מנת לשלוט בתנאי בדיקה עקביים (כלומר, גל פיצוץ מתמיד ולחץ יתר) ההתקנה מצוידת בחיישני לחץ. היתרונות של מודל זה עבור TBI כוללים מדרגיות של חומרת הפציעה וכי TBI מתון הוא המושרה באמצעות הליך לא פולשני, ראש סגור. שיא לחץ היתר ופגיעה מוחית לאחר מכן להגדיל עם ממברנות פוליאסטר עבות יותר באופן מדרגי עקבי17. היכולת לשנות את קנה המידה של חומרת TBI באמצעות עובי הממברנה היא כלי שימושי כדי לקבוע את הרמה, שבה ניכרים מדדי תוצאה ספציפיים (למשל, דליקה עצבית). מתן מיגון מגן לאיברים ההיקפיים, מאפשר גם חקירה ממוקדת של מנגנוני TBI קלים על ידי הימנעות או הפחתת משתנים מבלבלים של פגיעה מערכתית, כגון פגיעה בריאה או בבית החזה. יתר על כן, התקנה זו מאפשרת לבחור את הכיוון, שבאמצעותו גל ההדף מכה / חודר לראש (כלומר, ראש בראש, בצד, למעלה או מתחת) ולכן ניתן לחקור סוגים שונים של עלבונות הגורמים ל- TBI. ההליך הסטנדרטי לזירוז TBI קל עד בינוני המתואר כאן משתמש בחשיפה צדדית כדי להעריך את ההשפעות של פגיעה בגל ההדף בשילוב עם הפיכה ופגיעה contrecoup עקב כוחות סיבוב מהירים. יתר על כן, על מנת לחקור באופן בלעדי פציעה הנגרמת על ידי פיצוץ, חשיפה לגל פיצוץ מלמעלה למטה ניתן להשתמש במודל זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הפרוטוקול פועל על פי הנחיות הטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת סינסינטי ואוניברסיטת מערב וירג'יניה. כל ההליכים הנוגעים לבעלי חיים אושרו על ידי הוועדות המוסדיות לטיפול בבעלי חיים ולשימוש (IACUC), ובוצעו על פי עקרונות המדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה.

1. התקנת ההתקנה של הגדרת TBI הפיצוץ

  1. רכשו את כל חלקי העבודה הנדרשים להתקנה, כולל: צינור הלם המורכב ממקטע מונע פלדה ונהג, קרום פוליאסטר, ברגים מאובטחים, חיישני לחץ, מגן צינור פוליוויניל כלוריד (PVC) להגנה על איברים היקפיים, קו הידראולי בלחץ גבוה של 9.53 מ"מ וחיבור מהיר בין גברים לנשים, וסת גז בזרימה גבוהה ובילון גז עם סוגר הרה על הקיר (ראו איור 1A, B וטבלת החומרים).
    הערה: המפרטים של מקטע הנהגים והמונעים המשמשים כאן (ראו איור 2 וטבלת החומרים) נקבעו כדי לייצר גל פיצוץ בקנה מידה קבוע של זמן קצר (ראו איור 3C,D) כדי לגרום ל-TBI מתון עד בינוני בעכברים. למטרה זו, נבחר מקטע מנהל התקן קצר שעוצב על-ידי התחדדות (6°taper). ניתן לשנות את האורך והקוטר של מקטעי הכונן והנהג כדי לחקור במיוחד את גל ההדף29,30,30,31,32, את גל הדחיסה18 או את דינמיקת גלי ההלם33. לניסויים בחולדות, יש להתאים את הממדים של צינור ההלם כדי להניב כוחות דומים על פי פרמטרים רלוונטיים לשינוי קנה המידה של הגוף17 (ראה טבלת חומרים).
  2. התקן את חלקי העבודה הבודדים של ההתקנה על שולחנות שקופיות מכונה הקבועים על משטח יציב וקל לניקוי (רצוי נירוסטה לשימוש במכרסמים) בחלל מעבדה שאושר לניסויים בבעלי חיים.
    הערה: ניסויי גלי ההדף מייצרים רמה ניכרת של רעש; לכן בחר מיקום בתוך מרחב מעבדה סופג קול, שבו רעש לא יפריע ניסויים אחרים / קבוצות מעבדה.
    1. תקן את מגן צינור PVC בניצב להתקנת צינור ההלם כך שגופו של המכרסם יהיה מכוסה במלואו ורק הראש בולט.
      הערה: עבור ההליך הסטנדרטי כדי לגרום TBI מתון עד בינוני המתואר כאן, מרכז הראש ממוקם 5 ס"מ מקצה החלק המונע עבור עכברים.
    2. בלון גז להרכבה על הקיר בסמיכות להתקנה בהתאם ל- OSHA ולכל תקנות הבטיחות הרלוונטיות האחרות.
      הערה: אוויר דחוס, הליום או גז חנקן משמשים בדרך כלל כדי ליצור את גלי ההדף במודלים של צינור הלם מכרסמים. כל הנתונים המוצגים כאן נוצרו באמצעות הליום, כמו גז זה מייצר לחץ יתר גבוה יותר על פני משך קצר יותר34, המאפשר קנה מידה מתאים עבור נושאים מורין.

2. הערכת מאפייני ההתקנה וגל ההדף באמצעות הקלטות חיישן לחץ.

  1. הכינו את צינור ההלם.
    1. בזהירות לחתוך את קרום פוליאסטר מבלי לכופף ולייצר סדקים, על מנת להבטיח קרע עקבי.
    2. הכנס את הממברנה בין המקטעים המונעים לבין מקטעי הנהג. אבטחו את המקטעים על-ידי הידוק הברגים המחברים.
    3. ודא כי המערכת אטומה והממברנה קבועה היטב בין קטעים מונעים של הנהג.
    4. חבר את מיכל הדלק באמצעות צינור הידראולי בלחץ גבוה בקוטר 9.53 מ"מ וחיבור מהיר לצינור ההלם
      הערה: מקטעי הנהג והמונעים מצוידים במכונה לטולרנסים מדויקים על מנת להרשות לעצמם אטימה מלאה של הממברנה בין החלקים. זה מאפשר ללא דליפת גז ומונע שימוש בכל צורה של חומר אטם / o-טבעת ומאפשר עקביות רבה יותר בצורת גל שנוצרה.
  2. התקינו את חיישני הלחץ לניטור גלי ההדף (ראו איור 1C).
    1. מקם חיישן לחץ אחד באזור מיקום הראש, ושלושה חיישנים ביציאה מצינור ההלם (ראו איור 1C ו-2).
    2. ליזום הקלטה מחיישני לחץ, ממש לפני ביצוע גל ההדף. הקלט את נתוני גל הלחץ ב- 500,000 פריימים לשנייה באמצעות מרכך אותות חיישן ולוח רכישת נתונים (ראה טבלת חומרים).
      הערה: יש ללבוש מחממי אוזניים שאושרו על-ידי OHSA כדי להבטיח הגנה נאותה מפני שמיעה.
    3. פתח את השסתום הראשי של מיכל הדלק הדחוס באופן מלא כדי לאפשר לזרימת הגז לייצר ספייק לחץ פתאומי ומהיר.
      הערה: לחץ היתר של הגז קורע את קרום הפוליאסטר כדי לשחרר גל הלם שעובר לגל דחיסה בתוך החלק המונע ויוצא מהצינור לכיוון אזור מיקום הראש.
    4. כבה את זרימת הגז מיד לאחר ההליך.
      הערה: ההתקנה יכולה להיות מצוידת שסתום החזרה באביב כדי לעצור באופן אוטומטי ומהיר את זרימת הגז.
    5. נתח את הקלטות גלי הלחץ באמצעות תוכנת מחשב כתובה מותאמת אישית כדי לקבוע שיא לחץ יתר ונתוני גרף. ניתן לשרטט נתונים עם כל חיישן בנפרד או לכסות אחד על השני כדי להדגים את המישוריות של הגל שנוצר (ראו איור 3C,D).
      הערה: מבחינה טכנית ניתן לבצע את הניתוח באמצעות תוכנה זמינה יותר, אך בשל ערכות הנתונים הגדולות, לתוכניות אלה יש עיכובים ארוכים ביצירת חלקות.
  3. קבעו תנאים ניסיוניים המתאימים למטרת המחקר הייעודי של TBI, ואשרו שהמודל מייצר גל פיצוץ עקבי עם שיא של לחץ יתר, משך זמן ומדידת דחפים הדומים לגל פרידלנדר (ראו איור 3). אמת פרמטרים אלה באמצעות תוכנת המחשב הנ"ל.
    1. כייל את ההתקנה על-ידי חזרה על שלבים 2.1.1.1. ל-2.2.5. והשתמשו בהקלטות של גלי הלחץ כדי לקבוע אם ההגדרה זקוקה להתאמה (לנתונים מייצגים ראו איור 3).
    2. שנה את ההתקנה (במידת הצורך).
      הערה: ניתן להתאים את מאפייני גל ההדף על-ידי שינויים קלים של ההתקנה. לדוגמה, המרחק של הראש לסוף החלק המונע משפיע על כוח גל ההדף ברמת הראש. עובי קרום הפוליאסטר קובע את רמת הלחץ הגבוה, כאשר ממברנות עבות יותר מגדילות את רמות השיא (ראו איור 3A,B). בנוסף, ההתקנה מאפשרת לבחור את הכיוון שבאמצעותו גל ההדף מכה /חודר לראש (כלומר, ראש בראש, בצד, למעלה או מתחת) ולכן ניתן לחקור היבטים שונים, כגון פגיעה בגל ההדף לבד או בשילוב עם הפיכה ופגיעה בקונטרקופ עקב כוחות סיבוב מהירים.
    3. חזור על שלבים 2.1.1 עד 2.2.4 כדי לקבוע תכונות רצויות של גל ההדף (במידת הצורך) ובקרה לשחזור.
    4. חזור על שלבים 2.1.1 עד 2.2.4 עם ממברנות פוליאסטר בעובי שונה כדי להעריך את המדרגיות של ההתקנה (לנתונים מייצגים ראה איור 3A,B).

3. הכנת התקנה ניסיונית ואינדוקציה של TBI מתון במכרסמים

הערה: העבר מכרסמים לאזור החזקה 30 דקות עד שעה לפני תחילת ניסויי TBI כדי להתאקלם. בחר אזור החזקה המושפע באופן מינימלי מרעש ההליך.

  1. הכן את כל החומרים הדרושים לניסוי ובדוק את ההתקנה להתקנה נכונה (למשל, התאם פרמטרים לפי מטרת המחקר) (~ 5 – 10 דקות).
    הערה: ניתן להתאים את חומרת הפציעה על-ידי בחירת עובי קרום הפוליאסטר. בהתבסס על המחקרים שלנו, עובי ממברנה של 25.4 עד 102 מיקרומטר מנוצל עבור TBI מתון עד בינוני בעכברים35. השתמשנו בעבר ממברנות עם עובי של 76.2 כדי 127 מיקרומטר כדי לייצר TBI מתון עד בינוני בחולדות19.
    1. חותכים בזהירות את קרום הפוליאסטר, מכניסים אותו בין החלקים המונעים לנהג ומאובטחים על ידי הידוק הברגים המחברים.
    2. חבר את מיכל הדלק לצינור ההלם באמצעות אביזרי שחרור מהיר. ודא כי הממברנה קבועה היטב בין הנהג לבין קטעים מונעים.
    3. מקם שלושה חיישני לחץ ביציאה של צינור ההלם, 120° זה מזה, כדי לפקח על תכונות גל ההדף במהלך אינדוקציה TBI כמתואר בשלבים 2.2.2 ו 2.2.5.
    4. ודא שהמרחק מקצה מנגנון צינור ההלם נכון עבור כל נושא בהתאמה באמצעות מיקרומטר מותקן. שמור על המיקום של הראש של המכרסם (כלומר, מיקום, מרחק) קבוע בתוך מחקרים כדי לאפשר הערכת פציעה עקבית.
      הערה: כאמור ב 1.2.1., סוגים שונים של פגיעה יכול להיגרם על ידי בחירת הכיוון, שבו גל ההדף משפיע על הראש. עבור ההליך כדי לגרום TBI מתון עד בינוני המתואר כאן, הגוף ממוקם בניצב לצינור ההלם כי גל ההדף משפיע על הצד של הראש. בהגדרה זו, הראש מותר ניידות חופשית ולכן נחשף גל ההדף וכוחות סיבוב מהיר המאפשרים את הדור של הפיכה ואפקטו contrecoup.
    5. הפעל את ההקלטה מחיישני הלחץ באמצעות ממשק המשתמש הגרפי (GUI) של התוכנה.
  2. הרדמה ומיצוב של מכרסמים במערך
    1. העבר מכרסמים מחדר ההמתנה ולגרום להרדמה עם 4% איזופלוריין בחמצן ולשמור עם 2% איזופלוראן בחמצן כדי להפחית מצוקה וכאב.
      הערה: ודאו שבעל החיים אינו מגיב לצביטת הבוהן או הזנב לפני שתמשיך. ודא כי אינדוקציה של הרדמה עקבית עבור כל בעלי החיים הניסיוניים, כולל בקרות מזויפות. הליך זה דורש רמה נמוכה ומשך קצר של הרדמה.
    2. מניחים את המכרסם מורדם לחלוטין במגן צינור PVC עם ריפוד כדי להגן על איברים היקפיים מפני גל ההדף.
      הערה: נושאי הבקרה מורדמים וממוקמים בסמיכות להתקנה, אך אינם נתונים ישירות לגל ההדף. ודא כי הפקדים כפופים לרעש שנוצר על ידי צינור ההלם.
    3. מניחים את ראש המכרסם בתוך אזור מיקום הראש ותומכים בו מלמטה, בין אם על ידי תמיכה שנבנתה ישירות לתוך מנגנון המיגון או כרית גזה. קבעו את יישור הראש בהתאם לאנטומיה של כל מכרסם בודד, כאשר הקונדיליה העורפית מיושרת עם קצה המיגון המגן.
      הערה: הימנע מהפניית גל הלחץ ישירות לגזע המוח כדי להקטין את התמותה. פגיעה במרכז הנשימה של גזע המוח וחוט השדרה הצווארי ידועה לתרום חריגות נשימה ואפילו מוות במודלים מכרסמים של TBI36,37,38.
  3. חשיפה של מכרסמים לגל הפיצוץ.
    1. פתח במהירות את השסתום הראשי של מיכל הדלק הדחוס כדי לייצר ספייק לחץ שקורע את הממברנה ומייצר פיצוץ חזק המאשר את יצירתו של גל לחץ. הממברנה תיקרע חזותית כאשר תוסר לאחר הניסוי.
      הערה: ניתן להשתמש במצלמה במהירות גבוהה כדי ללכוד את השפעות ההפיכה והקונטרה של התאוצה הסיבובית שחווה המכרסם לניתוח נוסף.
    2. כבה את זרימת הגז מיד לאחר ששמע את הפיצוץ.
  4. התאוששות מחשיפה לגל ההדף
    1. לאחר חשיפה לגל ההדף, הסר את המכרסם מהמנגנון והנח על משטח שטוח ישירות בסמוך לצינור ההלם בצד שלהם.
    2. נטר נושאים כדי לקבוע את זמן רפלקס תיקון (RRT). השתמש בשעון עצר כדי לתעד את הזמן מחשיפה לגלי פיצוץ עד שהם יחזרו לרפלקס התיקון הטבעי. (ראו איור 4A).
    3. ברגע שהנבדקים חוזרים לרפלקס הנכון שלהם, מניחים אותם בכלוב הביתי שלהם, שם הם מנוטרים לתופעות לוואי (כלומר, התקפים, קשיי נשימה, דימום מפתח גוף) למשך 24 השעות הבאות.
    4. לאחר תקופת הניטור הראשונית, ניתן לנתח את הנבדקים באמצעות בדיקות ביוכימיות, נוירופתולוגיות, נוירופיזיולוגיות והתנהגותיות שונות לבחירת החוקרים (ראה להלן).
  5. הכן התקנה ומקום לניסוי הבא.
    1. נקה את ההתקנה עם חומר ניקוי כדי להסיר ריח.

4. יישומים במורד הזרם עבור מכרסמים חשופים גל פיצוץ / כוחות סיבוב ובקרות

הערה: במחקרים קודמים, ההשפעות של TBI מתון עד בינוני בנקודות זמן שונות לאחר חשיפה לגל פיצוץ וכוחות סיבוב הוערכו מכרסמים באמצעות יישומים במורד הזרם, כולל ביוכימיים, נוירופתולוגיים, נוירופיזיולוגיים, ניתוחים התנהגותיים19.

  1. ניתוח ביוכימי
    1. בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), רקמת קציר (למשל, מוח, דם) לניתוח ביוכימי באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים כמתואר19.
    2. השתמש ברקמות לניתוח ביוכימי (כלומר, אימונופולטינג, ELISA וכו ') כדי להעריך את ההשפעה של TBI מתון על תהליכים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים.
  2. ניתוח נוירופתולוגי
    1. בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), מכרסמים perfuse transcardially עם תמיסת מלח ואחריו 4% פתרון paraformaldehyde כדי לתקן את הרקמה כפי שתואר19.
      הערה: יישומים מסוימים אינם תואמים קיבעון paraformaldehyde (למשל, כתמי כסף, כמה נוגדנים עבור immunohistochemry).
    2. השתמש ברקמה קבועה ומנומרת לניתוחים אנטומיים, היסטולוגיים ומולקולריים כדי להעריך שינויים נוירופתולוגיים הקשורים ל- TBI מתון, כולל דליקות עצביות, ניוון עצבי ושינויים נוירוכימיים כמתואר19.
  3. ניתוח נוירופיזיולוגי בפרוסות המוח
    1. בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), להקריב מכרסמים על ידי עריפת ראש, להסיר את המוח ולהכין פרוסות המוח כפי שתואר19.
    2. בצע הקלטות אלקטרופיזיולוגיות כמתואר19 כדי להעריך את ההשפעה של TBI מתון על תכונות סינפטיות בסיסיות ופלסטיות סינפטית.
  4. ניתוח התנהגותי
    1. בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), העריכו ביצועים התנהגותיים, כולל תפקוד מוטורי (למשל, שדה פתוח, רוטרוד, פעילות לוקומוטור; ראו איור 4D) ולמידה וזיכרון (למשל, מיזוג פחד, מבוך בארנס, מבוך המים של מוריס).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

המדרגיות של הגדרת גל ההדף נבדקה באמצעות שלושה עוביים שונים של הממברנה, 25.4, 50.8 ו 76.2 מיקרומטר. רמות הלחץ הגבוהות הוערכו באזור מיקום הראש ויציאה ממנגנון צינור ההלם באמצעות חיישני לחץ פיזואלקטריים (ראו איור 1 ואיור 2). לחצי שיא מגבירים את ההתאמה לעובי הממברנה בשני מיקומי החיישנים (איור 3A,B), ומוכיחים כי לחץ השיא ניתן להרחבה בטבע. ניתן לנצל מאפיין זה של ההתקנה כדי לכייל את המערכת ולהעריך את המדרגיות שלה כמתואר בשל...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

אנו מציגים כאן מודל TBI מתון פרה-קליני שהוא חסכוני, קל להתקנה וביצוע, ומאפשר תוצאות ניסיוניות בעלות תפוקה גבוהה, אמינות וניתנות לשחזור. מודל זה מספק מיגון מגן לאיברים היקפיים כדי לאפשר חקירה ממוקדת של מנגנוני TBI מתונים תוך הגבלת המשתנים המבלבלים של פגיעה מערכתית. לעומת זאת, ידוע שמודלים אחרים של פיצוץ גורמים נזק לאיברים היקפיים 2,39,40. יתרון נוסף של דגם זה הוא יכולתו לספק את גל ההדף מכל זווית רצויה בהשוואה למיקום הקבוע בדגמי פ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים מתחרים.

תודות

אנו מודים לר. גטנס, נ. סנט ג'ונס, פ. בנט וג'יי רובסון על תרומתם לפיתוח מודל TBI. NARSAD מענקי חוקרים צעירים מהקרן לחקר המוח וההתנהגות (F.P. ו- M.J.R.), מענק מחקר מקרן המחקר המלכותית דארל ק. רויאל למחלת אלצהיימר (F.P. ) ופרס קרן PhRMA (M.J.R.) תמכו במחקר זה. עבודה זו נתמכה באמצעות מלגות טרום-דוקטורט מהקרן האמריקאית לחינוך פרמצבטי (A.F.L ו- B.P.L.).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
3/8 SAE צינור הידראולי בלחץ גבוהEaton AeroquipR2-6-6-36Mזמין מ-Grainger
3/8 אינץ' תקעים נקבה לחיבור מהירKarcherKAR 86410440
3/8 אינץ' חיבור מהיר תקעים זכרKarcherKAR 86410440
כל מבוך תוכנת מעקב וידאוStoelting Co.מבוך כלשהי
ממברנה Clear Mylar ePlastics.comPOLYCLR0.003http://www.eplastics.com/Plastic/Clear_Polyester_Film/POLYCLR0-003; קרום מיילר שקוף נמכר בעוביים שונים. כולם נמכרים על ידי הספק המפורט לעיל.
שולחן שקופיות מורכב (X2)גריזלי תעשייתיG5757
דדמן שסתום כדור בקרת גזConeraco Inc.71-502-01"אפולו", זמין מ-Grainger
Driver ומדור מונע (מורין)עיצוב/ייצור עצמיn/aלמידע נוסף אנא צרו קשר עם המחברים
מדור נהג ומונע (חולדה)עיצוב/ייצור עצמיn/aלמידע נוסף אנא צרו קשר עם המחברים
Ear Muffs3M37274זמין מ-Grainger
ווסת גז - Hi Flow 3500-600-580מיכלי האריס3003539
גז הליום AirGasHE 300זמינים בגדלים שונים
מערכת הרדמה בשאיפהVetEquipמודול קלט 901806
מכשירים לאומיים NI9223
IsofluraneBaxterNDC 10019-360-40בהזמנת וטרינר
טיימר מעבדה/שעון עצרפישר סיינטיפיק50-550-352
Labview גרסה 12.0National InstrumentsData Acquistion Software
מחוון חיוג מגנטי/מיקרומטרגריזלי תעשייתיG9849
MATLABMathWorksתוכנה לניתוח הקלטת לחץ
ווסת חמצןMedlineHCS8725M
מחשב לעיבוד נתונים
- 25.4 מ"מFORMUFITP001FGP-WH-40x3
PCBPiezotronics102A05
מקלט USBמארז National Instruments DAQ-9171
חיישן מזגן אותותPCB Piezotronics482C סדרה
שולחן הרכבה נירוסטה בדירוג NSFGridmannGR06-WT2448
אלן ידית T - 3/16 אינץ'S& ק73310
תוכנת צינורות פוליוויניל כלוריד של Dell חיישני לחץ מפתח

מקורות

  1. Bazarian, J. J., et al. Mild traumatic brain injury in the United States, 1998--2000. Brain Injury. 19 (2), 85-91 (2005).
  2. Meabon, J. S., et al. Repetitive blast exposure in mice and combat veterans causes persistent cerebellar dysfunction. Science Translational Medicine. 8 (321), (2016).
  3. Mac Donald, C. L., et al. Detection of blast-related traumatic brain injury in U.S. military personnel. New England Journal of Medicine. 364 (22), 2091-2100 (2011).
  4. Fischer, B. L., et al. Neural activation during response inhibition differentiates blast from mechanical causes of mild to moderate traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (2), 169-179 (2014).
  5. Peskind, E. R., et al. Cerebrocerebellar hypometabolism associated with repetitive blast exposure mild traumatic brain injury in 12 Iraq war Veterans with persistent post-concussive symptoms. Neuroimage. 54, Suppl 1 76-82 (2011).
  6. Jorge, R. E., et al. White matter abnormalities in veterans with mild traumatic brain injury. American Journal of Psychiatry. 169 (12), 1284-1291 (2012).
  7. Hoge, C. W., et al. Mild traumatic brain injury in U.S. Soldiers returning from Iraq. New England Journal of Medicine. 358 (5), 453-463 (2008).
  8. Eskridge, S. L., et al. Injuries from combat explosions in Iraq: injury type, location, and severity. Injury. 43 (10), 1678-1682 (2012).
  9. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
  10. Dixon, C. E., Clifton, G. L., Lighthall, J. W., Yaghmai, A. A., Hayes, R. L. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
  11. McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28 (1), 233-244 (1989).
  12. Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
  13. Osier, N., Dixon, C. E. Mini Review of Controlled Cortical Impact: A Well-Suited Device for Concussion Research. Brain Sciences. 7 (7), (2017).
  14. Goldstein, L. E., et al. Chronic traumatic encephalopathy in blast-exposed military veterans and a blast neurotrauma mouse model. Science Translational Medicine. 4 (134), (2012).
  15. Rodriguez-Grande, B., et al. Gliovascular changes precede white matter damage and long-term disorders in juvenile mild closed head injury. Glia. 66 (8), 1663-1677 (2018).
  16. Bowen, I. G., Fletcher, E. R., Richmond, D. R., Hirsch, F. G., White, C. S. Biophysical mechanisms and scaling procedures applicable in assessing responses of the thorax energized by air-blast overpressures or by nonpenetrating missiles. Annals of the New York Academy of Sciences. 152 (1), 122-146 (1968).
  17. Turner, R. C., et al. Modeling clinically relevant blast parameters based on scaling principles produces functional & histological deficits in rats. Experimental Neurology. , 520-529 (2013).
  18. Lucke-Wold, B. P., et al. Elucidating the role of compression waves and impact duration for generating mild traumatic brain injury in rats. Brain Injury. 31 (1), 98-105 (2017).
  19. Hernandez, A., et al. Exposure to mild blast forces induces neuropathological effects, neurophysiological deficits and biochemical changes. Molecular Brain. 11 (1), 64(2018).
  20. Bittar, A., et al. Neurotoxic tau oligomers after single versus repetitive mild traumatic brain injury. Brain Communications. 1 (1), (2019).
  21. Logsdon, A. F., et al. Salubrinal reduces oxidative stress, neuroinflammation and impulsive-like behavior in a rodent model of traumatic brain injury. Brain Research. 1643, 140-151 (2016).
  22. Lucke-Wold, B. P., et al. Bryostatin-1 Restores Blood Brain Barrier Integrity following Blast-Induced Traumatic Brain Injury. Molecular Neurobiology. 52 (3), 1119-1134 (2015).
  23. Logsdon, A. F., et al. Altering endoplasmic reticulum stress in a model of blast-induced traumatic brain injury controls cellular fate and ameliorates neuropsychiatric symptoms. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 421(2014).
  24. Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. Journal of Neurosurgery. 67 (1), 110-119 (1987).
  25. Long, J. B., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. Journal of Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
  26. Budde, M. D., et al. Primary blast traumatic brain injury in the rat: relating diffusion tensor imaging and behavior. Frontiers in Neurology. 4, 154(2013).
  27. Genovese, R. F., et al. Effects of mild TBI from repeated blast overpressure on the expression and extinction of conditioned fear in rats. Neuroscience. 254, 120-129 (2013).
  28. Kuriakose, M., Rama Rao, K. V., Younger, D., Chandra, N. Temporal and Spatial Effects of Blast Overpressure on Blood-Brain Barrier Permeability in Traumatic Brain Injury. Scientific Reports. 8 (1), 8681(2018).
  29. Cernak, I., et al. The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice. Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).
  30. Prima, V., Serebruany, V. L., Svetlov, A., Hayes, R. L., Svetlov, S. I. Impact of moderate blast exposures on thrombin biomarkers assessed by calibrated automated thrombography in rats. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1881-1887 (2013).
  31. Mishra, V., et al. Primary blast causes mild, moderate, severe and lethal TBI with increasing blast overpressures: Experimental rat injury model. Scientific Reports. 6, 26992(2016).
  32. Tompkins, P., et al. Brain injury: neuro-inflammation, cognitive deficit, and magnetic resonance imaging in a model of blast induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1888-1897 (2013).
  33. Kuriakose, M., et al. Tailoring the Blast Exposure Conditions in the Shock Tube for Generating Pure, Primary Shock Waves: The End Plate Facilitates Elimination of Secondary Loading of the Specimen. Public Library of Science One. 11 (9), 0161597(2016).
  34. Panzer, M. B., et al. A Multiscale Approach to Blast Neurotrauma Modeling: Part I - Development of Novel Test Devices for in vivo and in vitro Blast Injury Models. Frontiers in Neurology. 3, 46(2012).
  35. Logsdon, A. F., et al. A mouse Model of Focal Vascular Injury Induces Astrocyte Reactivity, Tau Oligomers, and Aberrant Behavior. Archives of Neuroscience. 4 (2), (2017).
  36. Lee, M. C., Klassen, A. C., Heaney, L. M., Resch, J. A. Respiratory rate and pattern disturbances in acute brain stem infarction. Stroke. 7 (4), 382-385 (1976).
  37. Ikeda, K., et al. The respiratory control mechanisms in the brainstem and spinal cord: integrative views of the neuroanatomy and neurophysiology. Journal of Physiological Sciences. 67 (1), 45-62 (2017).
  38. Alilain, W. J., Horn, K. P., Hu, H., Dick, T. E., Silver, J. Functional regeneration of respiratory pathways after spinal cord injury. Nature. 475 (7355), 196-200 (2011).
  39. Logsdon, A. F., et al. Blast exposure elicits blood-brain barrier disruption and repair mediated by tight junction integrity and nitric oxide dependent processes. Scientific Reports. 8 (1), 11344(2018).
  40. Logsdon, A. F., et al. Nitric oxide synthase mediates cerebellar dysfunction in mice exposed to repetitive blast-induced mild traumatic brain injury. Scientific Reports. 10 (1), 9420(2020).
  41. Huber, B. R., et al. Blast exposure causes dynamic microglial/macrophage responses and microdomains of brain microvessel dysfunction. Neuroscience. 319, 206-220 (2016).
  42. Gama Sosa, M. A., et al. Low-level blast exposure disrupts gliovascular and neurovascular connections and induces a chronic vascular pathology in rat brain. Acta Neuropathologica Communications. 7 (1), 6(2019).
  43. Abutarboush, R., et al. Exposure to Blast Overpressure Impairs Cerebral Microvascular Responses and Alters Vascular and Astrocytic Structure. Journal of Neurotrauma. 36 (22), 3138-3157 (2019).
  44. Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews: Neuroscience. 14 (2), 128-142 (2013).
  45. Petraglia, A. L., et al. Concussion in the absence of head impact: a case in a collegiate hammer thrower. Current Sports Medicine Reports. 14 (1), 11-15 (2015).
  46. Viano, D. C., Casson, I. R., Pellman, E. J. Concussion in professional football: biomechanics of the struck player--part 14. Neurosurgery. 61 (2), 313-327 (2007).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

TBITBI
מודל גל פיצוץ בעצימות נמוכה להערכה פרה-קלינית של פגיעה מוחית טראומטית קלה בראש סגור במכרסמים
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.