Induzione di lesioni cerebrali assonali diffuse nei ratti in base all'accelerazione rotazionale
9 maggio 2020
Questo protocollo convalida un modello di roditore affidabile, facile da eseguire e riproducibile di lesioni assonali diffuse dal cervello (DAI) che induce danni diffusi alla materia bianca senza fratture o contusioni al cranio.
La lesione cerebrale traumatica è una delle principali cause di morte e disabilità. La lesione cerebrale assonale diffusa è un danno assonale diffuso sviluppato dopo il TBI. In questa ricerca, vorrei presentare il nostro modello sulla lesione cerebrale assonale diffusa a induzione basata sul risultato del meccanismo di accelerazione rotazionale TBI.
Seleziona ratti maschi adulti Sprague-Dawley del peso di 300-350 grammi. Fornire chow di ratto e acqua ad libitum. Esegui tutti gli esperimenti tra le 6:00 e le 12:00. Il dispositivo è stato posizionato su un tavolo da laboratorio pesante e stabile.
Il dispositivo è costituito dai seguenti componenti: un cilindro, un peso del ferro, un meccanismo di rotazione costituito da un tubo cilindrico e perni di fissazione della testa. Il peso è attaccato a una corda ed elevato all'altezza di 120 centimetri. Il peso che cade liberamente colpisce il bullone attivando il meccanismo di rotazione.
Il dispositivo di rotazione laterale della testa del ratto è stato utilizzato per ruotare rapidamente la testa da zero a 90 gradi. Dopo l'induzione, lesione cerebrale assonale diffusa, il ratto è stato spostato nella sala di recupero. F è la forza applicata alla testa dell'animale in chilogrammi.
Il capitale M è il momento della forza, K per l'energia cinetica. Poco m è la massa del peso in caduta, g per l'accelerazione gravitazionale, h per l'altezza in centimetri, e D è la distanza tra i perni dell'orecchio in centimetri. Per la valutazione del deficit neurologico e dei deficit del modello di grado, abbiamo usato il punteggio di gravità neurologica nei ratti.
Valutiamo la mobilità, l'emiplegia, il compito di beam walking, il fallimento nel compito di beam walking. Guasto dell'attività di bilanciamento del fascio largo 1,5 centimetri. Stabilità e bilanciamento del fascio, sforzo sul bilanciamento del fascio largo 1,5 centimetri e riflessi.
48 ore dopo l'infortunio, tutti i ratti, le lesioni e il gruppo di controllo sono stati profondamente anestetizzati e perfusi transcardiacamente con soluzione salina eparinizzata allo 0,9%, seguiti da 500 millilitri di formaldeide al 4% in tampone di fosfato 0,1 M. Dopo la perfusione, è stata prodotta la decapitazione e il cervello è stato immediatamente rimosso, quindi fissato in una soluzione di formaldeide al 4% per 48 ore. I cervelli sono stati quindi bloccati in sezioni coronali di cinque millimetri dalla faccia del bulbo olfattivo alla corteccia visiva mentre il cervelletto e gli steli cerebrali sono stati sezionati.
Dopo l'incorporamento della paraffina, le sezioni coronali e sagittali sono state fatte dal talamo. Produrre la colorazione immunochimica della proteina precursore beta-amiloide. I vari gruppi di ratti in momenti diversi sono mostrati sullo schema.
Lesione cerebrale assonale diffusa all'inizio dell'esperimento. Al tempo 48 ore, è stato esaminato il punteggio di gravità neurologica. Al tempo 48 ore, la colorazione immunochimica della beta-APP è stata eseguita in tutti e due i gruppi.
Deficit neurologico illustrato 48 ore dopo la lesione cerebrale assonale diffusa per due gruppi di studio. Un test mann-whitney ha indicato che il deficit neurologico era significativamente maggiore per 15 ratti con lesioni cerebrali assonali diffuse rispetto a 15 ratti ingenui a 48 ore dall'intervento. Fotomicrografi rappresentativi che rivelano le immunoreattività assonali e neuronali a seguito di lesioni cerebrali assonali diffuse isolate nei ratti 48 ore dopo la lesione.
Stringhe cellulari più piccole sono rilevate con la proteina precursore beta-amiloide. Nel gruppo sham, non è stato rilevato. Nel nostro lavoro, abbiamo sviluppato un nuovo modello semplice, riproducibile e affidabile per lesioni cerebrali assonali diffuse basate su un meccanismo di accelerazione rotazionale.
Tale modello consentirà una migliore comprensione della fisiopatologia delle lesioni cerebrali assonali diffuse e lo sviluppo di trattamenti più efficaci. La ringrazio molto per l'attenzione.
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Panoramica
Questo studio presenta un modello affidabile e riproducibile di lesione assonale diffusa cerebrale (DAI) nei roditori, che induce danni diffusi alla sostanza bianca attraverso un meccanismo di accelerazione rotazionale. Il modello mira a comprendere meglio la fisiopatologia della DAI dopo una lesione cerebrale traumatica (TBI) e può facilitare lo sviluppo di trattamenti efficaci.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Neuroscienze
- Lesioni cerebrali traumatiche
- Modelli di lesione assonale
Contesto
- La lesione cerebrale traumatica è una delle principali cause di morte e disabilità.
- La lesione cerebrale assonale diffusa porta a estesi danni assonali dopo una TBI.
- C'è la necessità di modelli animali robusti per studiare la DAI.
Obiettivo dello studio
- Validare un nuovo modello di roditori per studiare la DAI.
- Indurre lesioni cerebrali senza fratture del cranio o contusioni.
- Comprendere l'insorgenza dei deficit neurologici.
Metodi utilizzati
- La piattaforma principale coinvolge un dispositivo per lesioni da trauma cranico rotazionale.
- I ratti Sprague-Dawley maschi adulti sono serviti come modello biologico, concentrandosi sull'induzione di DAI.
- I deficit neurologici sono stati valutati utilizzando il Punteggio di Gravità Neurologica a 48 ore dopo la lesione.
- È stata eseguita una colorazione immunochimica per la proteina precursore dell'amiloide-beta su sezioni cerebrali.
Principali risultati
- Sono stati osservati deficit neurologici significativamente maggiori nei ratti con DAI rispetto ai controlli.
- I test immunochimici hanno rivelato danni assonali indicati dalla colorazione della proteina precursore dell'amiloide-beta.
- Il modello dimostra impatti chiari e misurabili sulla funzione neurologica entro 48 ore.
Conclusioni
- Questo studio stabilisce un modello semplice ed efficace per investigare i meccanismi di lesione assonale diffusa.
- Le intuizioni acquisite possono portare a una migliore comprensione e a trattamenti per la TBI.
- I risultati possono informare la futura ricerca sui processi di lesione e recupero neuronale.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
Reliable preclinical models of diffuse axonal injury (DAI) are essential for de-risking neurotrauma target validation and enabling translational continuity in traumatic brain injury (TBI) research. This rotational acceleration-based rat model provides a reproducible platform for quantifying neurological deficits and axonal pathology, supporting predictive confidence in early discovery and mechanistic studies. Its ability to induce widespread white matter damage without confounding focal injuries positions it as a strategic asset for neurotherapeutic pipeline advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neurotrauma hypotheses by isolating diffuse axonal injury mechanisms.
- Supports functional target validation through quantifiable neurological and histological endpoints.
- Facilitates biological de-risking by excluding focal injury confounders.
- Provides a platform for mechanistic studies of axonal pathology relevant to TBI.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized injury induction for reproducible preclinical screening.
- Generates quantitative outputs via Neurological Severity Score and beta-amyloid precursor protein staining.
- Enables assay readiness for evaluating neuroprotective or regenerative compounds.
- Supports scalability and cross-study comparability in neurotrauma research.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant mechanisms observed in human TBI patients.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation of neurotherapeutics.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on robust, quantifiable endpoints.
- Supports biomarker development through immunochemical detection of axonal injury.
Pipeline & Workflow Integration
This model integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven studies, quantitative screening, and translational validation of neurotrauma interventions.
- Discovery Biology: Supports null hypothesis testing and mechanistic de-risking of axonal injury pathways.
- Screening: Provides reproducible, quantitative neurological and histological readouts for compound evaluation.
- Analytics: Enables statistical comparison of injury severity and treatment effects using standardized scores and immunostaining.
- Translational Research: Bridges preclinical findings to clinical TBI by modeling diffuse axonal pathology without focal confounds.
- Enterprise Reuse: Offers a validated, scalable platform for ongoing neurotrauma research and therapeutic development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neurotrauma target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of preclinical TBI studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by providing robust, quantifiable endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of neurotherapeutic candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent neurotrauma modeling and neurological assessment.
- Needs specialized rotational injury apparatus and histological analysis infrastructure.
- Demands cross-team standardization of injury induction and scoring protocols.
- Adaptation may be needed for different rodent strains or injury severities.
- Model focuses on acute injury; chronic outcome studies may require protocol extension.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:45
Preparing Rats for the Experimental Procedure
1:11
Procedure of Induction Diffuse Axonal Brain Injury
1:54
Measurement of Rotational Kinematics, Biomechanical Parameters
2:32
Evaluation of Neurological Severity Score after 48 hours
3:08
Brain Collection for Histological Examination after 48 hours
4:02
Immunohistochemical Staining
4:16
Results
5:22
Conclusion
