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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
本稿では、プライマリ爆発外傷性脳損傷の新たなモデルについて説明します。圧縮空気駆動型衝撃波管を使用して、単一の衝撃波にマウス海馬スライス培養体外を公開します。高スループットで再現可能な脳組織の損傷を生成する簡単かつ迅速なプロトコルです。
外傷性脳損傷は、軍と民間人の集団における死亡や障害の主要な原因です。爆発装置の爆発からの爆風外傷性脳傷害の結果しかし、爆発圧力の露出に起因する脳損傷の根底にあるメカニズムに完全に理解されない、脳損傷のこのタイプに固有であると考えられています。前臨床モデルは、ブラストによる脳損傷を理解に寄与する重要なツールです。フリードランダー波形をモデル化した現実野外爆発波をシミュレートするために、自由回答式衝撃波管を用いた新規体外ブラストの TBI モデルが開発されました。C57BL/6 n マウス脊髄海馬スライス培養された単一衝撃波にさらされ、損傷の開発は最大 72 時間細胞に浸透し、細胞の損傷だけの老舗蛍光マーカーによる特徴づけられました。細胞膜が損なわれます。Propidium ヨウ化蛍光プロトコルの全期間にわたって偽スライスと比較すると爆風にさらされるスライスで有意に高値だった。脳組織の損傷は非常に再現性のある適用衝撃波のピーク過圧に比例です。
爆発外傷性脳損傷 (TBI) は、爆発装置1,2の爆発に起因する脳損傷の複合型です。ブラスト TBI は、健康問題にイラクとアフガニスタンの2,3の最近の軍事衝突の最後の 15 年間で、主要なとして登場しました。全体的にみて、推定されている 4.4% とイラクとアフガニスタンからの帰還兵の 22.8% の穏やかな TBI、ブラスト関連英国軍4 と比較して米軍にブラスト TBI の報告された率が高いとされているこれらの大きい割合に苦しんでいます。 ,5。
即席爆発装置の使用は、ブラスト TBI、軍隊6耐えを含む、ブラスト関連の外傷のほとんどを担当しています。爆薬の爆轟により非常に急速な-しかし、過渡-ミリ秒単位で発生する圧力の増加します。現実自由場爆発から結果の重圧の波がフリードランダー関数、指数関数的減衰7、8に続いてピーク過圧に急激な増加をモデル化しました。極端な力と爆発イベントで彼らの急速な時間経過の範囲通常経験のない非爆発のトラウマ1,9。波形の最大圧力と肯定的な波の期間であるピーク過圧ブラスト脳損傷への重要な貢献者と考えられているし、これらは、爆薬と起爆10からの距離に依存 11。
爆破の結果を一次、二次、第三紀と第四紀の爆発負傷10,12,13,14として指定された 4 つの個別のコンポーネントとして分類するトラウマ。これらの各コンポーネントは、傷害の特定のメカニズムに関連付けられます。プライマリ爆発損傷臓器や組織の2,13重圧の波の直接行動からの結果します。投射物のフラグメントの影響から二次爆発傷害の結果、傷を2,15貫通と非貫通を引き起こします。第三爆発損傷は、犠牲者の体は地面や周囲のオブジェクトに対して変位、加速/減速力1,10,13と関連付けられる場合に発生します。第四紀の爆発の損傷では、最初の 3 つの傷害メカニズム説明12,13でカバーされない爆発に直接関連傷害の異種グループについて説明します。それは (しかしに限定されていません) が含まれています熱損傷、煙の吸入、放射線、電磁波、心理的悪影響13,15。爆風損傷の第四紀のメカニズムは通常全身負傷13に関連付けられてほとんどのブラスト関連 TBI は傷害の最初の 3 つの機構から直接結果します。効果 (例えばむち打ち症) 加速/減速力を鈍らせるし、外傷性脳損傷の浸透が盛ん TBI (例えば、自動車クラッシュ、滝、弾道傷害) の他のタイプに関連して。ただし、爆風損傷にユニークなプライマリ爆風過圧、脳組織への影響はあまりよく理解されて16。重圧の波に関連付けられているプライマリ爆発傷害メカニズムは、脳を操作する機械の力の最初です。
多くの前臨床 TBI モデル ブラスト TBI 機構傷害の病態生理を理解し、それ以外の場合、排他的に行うことが可能となるだろう潜在的な新しい治療法を調査する貴重なされている最後の十年にわたって開発されています。臨床設定の17,18,19を実行します。単一の前臨床モデルで臨床ブラスト脳外傷の複雑さを再現しないが通常異なる臨床 TBI モデルは人間 TBI の異なる側面をレプリケートします。爆発爆発に関連付けられている力の有害な作用は、単独で、あるいは両方生体外でそして生体内のブラスト TBI モデルでの組み合わせで学ぶことができます。In vitroモデル生物学的変動が減少し、向上の研究を許可する再現性実験環境 (組織の生理学的な条件および傷害バイオメカニクス) の厳格な制御を許可する利点があります。特定の分子は、動物の存在の交絡因子モデル20なしに重ねて表示します。私たちの目標は、脳組織に及ぼす主な爆発を調査するための in vitroモデルを開発することでした。即席爆発装置 (IED) によって生成されるよう自由場爆発フリードランダー波形代表と超音速衝撃波とモデルの開発を目指しました。
本稿に記載されている実験イギリス動物 (科学的なプロシージャ) の行為 1986 年に準拠して行われた、動物福祉・倫理的レビュー体のインペリアル カレッジ ロンドンによって承認されています。動物の世話は、ロンドン大学インペリアル カレッジの制度のガイドラインに準拠してだった。
1. 海馬切片スライス標本と文化
注: このプロトコル Stoppini とマイナーな修正21,22,23の同僚によって記述されるインターフェイス メソッドによると海馬スライス標本切片の製造が可能します。理想的には、3 つ以上の動物を安楽死させ、各ステップを迅速に行うようにして、スライスの品質を損なうことを避けるために 1 つのセッションで解剖する必要があります。全体の無菌技術を使用します。
2. 実験的爆発 TBI プロトコルの海馬切片スライスの準備
注: 画像を除く、このセクションのすべての手順で行われる流ティッシュ文化フード。
3. 水没と組織文化の輸送を海馬切片スライスを挿入します。
4. 衝撃波管と海馬切片スライス衝撃波露出の準備
5. 海馬切片スライス損傷の定量化
このメソッドで使用される衝撃波管には、フリードランダー関数7、8をモデル化した現実オープン フィールド爆発をシミュレート圧力トランジェントの生成が可能です。440 m/s (マッハ 1.3) の速度で超音速衝撃波 (図 2 a) が得られました。報告された波形データは、センサー 2、衝撃波管駆動部の終わりに放射状に配置されているからです。
上記プロトコルを使用して (図 2 a) 単一衝撃波にさらされる切片海馬スライス培養開発定量化、だけで細胞を浸透水性蛍光色素による重大な傷害細胞膜24,25 (図 2 b, C) を侵害されました。
最適な条件下でも、その他一部は、OHSC に一貫性モデル21,22、ある propidium ヨウ化蛍光バック グラウンドのレベルが低いため、一部では、固有の組織操作 (から生じる軽微な損傷にメディアの変更など培養期間またはイメージングのためのインキュベーターから除去中)。TBI のプロトコルは、この爆発を含む培地滅菌バッグと衝撃波露出プロトコル間処理のかなりの程度の中でスライスの水没を含む相当な操作 (例えば.、滅菌袋をクランプ、ホルダー フレーム)。ただし、慎重に、すべての手順を行う場合この追加操作がない影響の一部は、OHSC の基になる健康に 6 ウェル プレートに常時保管スライスのコントロール グループ間の有意差は見られなかったので (すなわち、。挿入を水没または処理されなかった) とクランプ滅菌袋内衝撃波管 (図 2 b) に水中に沈められたスライスが含まれて偽のグループ。
55 kPa ピーク過圧 50 kPa で選ばれた 2 つの衝撃波を重要な生産 (p < 0.05、 p < 0.0001、それぞれ) と無傷のシャムと比較して再現性のある傷害スライス爆発の露出の後の時点ですべての組織培養の挿入または滅菌バッグに損傷を与えずにプロトコル (図 2 b)。ピーク過圧のわずかな違いに対するモデルの感度を決定するために 〜 10% によって異なる値を選択することにしました。これらの結果は、予想通り、55 kPa から生じる損傷は 50 kPa の衝撃波後も表示します。
データは、平均の平均 ± 標準誤差として表されます。意義は、ホルム Sidakホックを投稿テストを使用しての分散の 2 ウェイ反復測定分析を使用して評価されました。因子 1 グループ (コントロール、シャム、爆発)、要因 2 だった (-1 h、24 時間、48 時間、72 時間) 傷害の後に繰り返し要因の要因 1 のところ。多重比較のp値の調整が使用されました。P値が 0.05 未満は、グループ間に有意差を示すために撮影されました。統計的検定は、グラフや統計ソフトウェア パッケージを用いて実装されていました。

図 1: 滅菌バッグ ホルダー フレーム ショック チューブ デバイスの模式。(A). 衝撃波管は 3.8 m 長いステンレス鋼チューブ、ガスケットとフランジで接続された 3 つの 1.22 メートル長いセクション、内部の直径 59 mm. の(B)インセットは、ダブル逆子アセンブリを示しています。1 つまたは 2 つのマイラー振動板は、ゴム o リングによるシールとアセンブリにクランプすることができます。(C) 滅菌バッグ ホルダーのフレーム。フレームのボディは衝撃管出口揃う中心円形穴 (直径 59 mm) を 2 つの金属板から成っています。シリコーン ・ エラストマーの 2 つの薄い (4 mm) シートは、金属平板間取り付けられています。これらのシートの目的は、滅菌袋をクランプにも禁煙滑りやすい表面を提供することです。バッグと衝撃波管の出口との間の距離は 7 cmこの図の拡大版を表示するにはここをクリックしてください。 。

図 2: 典型的な衝撃波と海馬切片で傷害結果スライス文化。(A) 23 μ m 厚ポリエステル フィルム、バーの破裂圧力、55 kPa ピーク過圧、肯定的な波の持続時間を 0.4 ms、10.1 kPa·ms インパルス 2.16 を用いて衝撃波の代表的な例です。波形データは、放射状にセクションを駆動型衝撃波管の遠位部のフランジに装着したセンサー 2 から得られました。衝撃波速度は 440 m/s (マッハ 1.3) だった。(B) 傷害の開発は衝撃波の強さに比例します。50 kPa と 55 kPa ピーク過圧衝撃波シャム群と比較して 72 時間プロトコルを通して開発された重大な傷害を引き起こした。55 kPa ピーク過圧波曝露に起因する傷害だった 50 kPa で 48 時間後より有意に高いと 72 h 偽スライスは同じブラスト スライスに扱われたが、衝撃波管が発生しませんでした。コントロールのスライスは、操作することがなくインキュベーターで 6 ウェル プレートで維持されました。バーは、平均値を表し、エラーバーは標準誤差 (n = 7、コントロール; n = 48、シャム; n = 30、爆風 50 kPa; n = 51、ブラスト 55 kPa; n = 6 の個別の実験からのスライスの数)。*p < 0.05、 *p < 0.0001 がシャムと比較して。#p < 0.05、 #p < ブラスト 55 kPa に比べ 0.01。(C) 代表 propidium ヨウ化蛍光画像 (私) シャムから切片スライス、(ii) ブラスト 50 kPa と (iii) ブラスト 55 kPa グループ負傷後 72 時間で。偽スライス蛍光、すなわちの低レベルを示しています。、傷害と露出したスライスが 55 kPa ピーク過圧公開スライスでより顕著、びまん性の損傷の高レベルを示す爆発 (スケールバー = 500 μ m)。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
著者は競合する金融興味を持ってないです。
本稿では、プライマリ爆発外傷性脳損傷の新たなモデルについて説明します。圧縮空気駆動型衝撃波管を使用して、単一の衝撃波にマウス海馬スライス培養体外を公開します。高スループットで再現可能な脳組織の損傷を生成する簡単かつ迅速なプロトコルです。
サポートされている: イギリスの防衛医学、バーミンガム、イギリス、爆発損傷研究、インペリアル カレッジ ロンドン、ロイヤル ブリティッシュ軍団センター ロイヤル センター。医療研究評議会、ロンドン、イギリス (MC_PC_13064;MR/N027736/1)。ガスの安全性の信頼、ロンドン、イギリス。リタ カンポス ピレスだったカルースト パラから博士課程賞を受賞 Ciência e、技術、リスボン、ポルトガル。ケイティ ・ ハリスは、ウェストミン スター医療学校研究の信頼、ロンドン、イギリスから思い立ったの受信者だった。
このモデルは、インペリアル ・ カレッジでの爆発損傷研究 (RBLCBIS) のロイヤル英国リージョン センターの支援を受けて開発されました。我々 は、ロイヤル英国在郷軍人会の助成を受けたいと思います。著者または RBLCBIS、研究者のコラボレーションやさらなる詳細に興味がお問い合わせください。
ありがとう Dr Amarjit Samra、調査担当ディレクター、ロイヤル センター防衛医学、バーミンガム、イギリス、この作業を支援するスコット ・ アームスト ロング、外科・がん、インペリアル カレッジ ロンドン、予備実験について、ウィリアム誇りに思う, 部の物理ロンドン大学インペリアル カレッジ、ラケル Yustos 衝撃波管についてのアドバイスを、部門の技術者を研究・ ルス ゴック グエン、部の生物工学ロンドン大学インペリアル カレッジ、ハリ アローラ Theofano Eftaxiopolou生命科学、ロンドン大学インペリアル カレッジ、テクニカル サポート、ポール ・ ブラウン MBE ワーク ショップ マネージャーのスティーブ · ネルソン、工場の技術者、金属を作るためのインペリアル カレッジ ロンドン物理学、リング、物理学教室のニール ・ パウエルインペリアル ・ カレッジ ・ ロンドン、アートワークの。
| 間欠泉バランス塩溶液 | シグマUK | G9779 | |
| D-グルコース | シグマUK | G8270 | |
| 抗生物質/抗真菌薬 | シグマUK | A5955 | |
| 最小必須媒体 イーグル | シグマUK | M4655 | |
| ハンクスバランス塩溶液 | シグマUK | H9269 | |
| 馬血清 | シグマUK | H1138 | |
| L-グルタミン | Sigma UK | G7513 | |
| HEPES | VWR Prolabo, Belgium | 441476L | |
| 水酸化ナトリウム | Sigma UK | S-0945 | |
| 組織培養インサート | Millicell CM 30 mm 低高 Millipore | PICM ORG 50 | |
| 6 ウェルプレート | NUNC, Denmark | 140675 | |
| ヨウ化プロピジウム | シグマ UK | P4864 | |
| 滅菌ポリエチレン袋 - Twirl'em 滅菌サンプル袋 | フィッシャーブランド | 01-002-30 | |
| Portex エイボン クウィル充填チューブ 5インチ (127 mm) | スミスメディカルサプライ | E910 | |
| 落射蛍光顕微鏡 | NIKON Eclipse 80i, 英国 | ||
| 顕微鏡対物 | レンズニコンプラン UW 倍率 2倍、NA 0.06、WC 7.5 mm | ||
| 顕微鏡フィルター | Nikon G-2B (ロングパスエミッション) | ||
| マイラー電気絶縁フィルム、304 mm x 200 mm x 0.023 mm | RS Components UK | 785-0782 | |
| 圧力トランスデューサ | Dytran Instruments Inc. | 2300V1 | |
| ティッシュチョ | ッパーMickle Laboratory Engineering Co.、ギルフォード、サリー州、イギリス。 | Mcllwain ティッシュチョッパー | |
| シリコーンエラストマー | ダウコーニング、米国 | シルガード184 | |
| グラフ作成および統計ソフトウェア | GraphPadソフトウェア、米国 | プリズム7.0 |