頭部を閉じた軽度外傷性脳損傷マウスモデルを確立し、頭部の閉鎖型軽度外傷性脳損傷マウスモデルを確立し、粗大な構造的脳病変がない状態の慢性うつ様行動のメカニズムを研究するプロトコルを提示します。
方法論記事
頭部を閉じた軽度外傷性脳損傷マウスモデルを確立し、頭部の閉鎖型軽度外傷性脳損傷マウスモデルを確立し、粗大な構造的脳病変がない状態の慢性うつ様行動のメカニズムを研究するプロトコルを提示します。
外傷性脳損傷(TBI)は持続的な神経病理学的変化や長期的な神経精神疾患の後遺症を引き起こすことがあります。回復中、患者の多くは、通常のコンピュータ断層撮影や磁気共鳴画像法で明らかな構造異常が見つからなくても、うつ症状や睡眠関連の訴えを含む情動障害を発症します。これらの特徴を再現する実験モデルは、慢性的な心的外傷後神経精神症状のメカニズムを調査するために必要です。ここでは、顕著な粗大な脳損傷が見られない場合に、慢性うつ様行動のメカニズムを研究するための反復閉頭軽度外傷性脳損傷マウスモデルを確立するプロトコルを提示します。この方法では、完全な頭蓋骨を露出させ、定義された重量落下パラメータを用いて5日間連続で繰り返し衝撃を受けさせます。ここで述べた条件の下では、この手技は頭部の大きな骨折や巨視的な局所打撲を伴わない閉鎖性頭部損傷を生じさせます。損傷後の間隔を経て、マウスはうつ様行動を示しますが、本研究で用いられた条件下で、粗眼検査やT2加重磁気共鳴画像では明らかな局所構造異常は見られません。本プロトコルは、繰り返しの軽度外傷性脳損傷後の慢性うつ様行動を研究し、治療的介入の可能性を評価するための実験的アプローチを提供します。
しかし、現在のパラダイムは主に頭部固定マウスに線形的な影響を与えるため、スポーツ関連の脳震盪や軽度の交通傷害の直接的な生体力学的模倣ではなく、慢性的な情動転帰の研究に最適化された閉頭型RMTBIモデルとして解釈すべきです。」外傷性脳損傷(TBI)は現在、外傷関連の発症率と死亡率の主要な原因の一つであり、家族や社会に大きな医療的・経済的負担を課しています1,2。特筆すべきは、TBI後の中枢神経系障害は一時的なものではありません。通常、慢性的かつ進行的に進行します。TBIに関する研究では、損傷から18年経っても微粒細胞の活性化が持続し、慢性的な神経炎症が慢性的に重度の神経劣化を引き起こし続けていることが明らかになりました3。疫学的データによると、回復フェーズ4の長期期間中に患者の最大28%〜32%が重度の情動障害を発症します。本記事では、rmTBIは繰り返しの軽度外傷性脳損傷誘発パラダイムを指し、持続的な行動変化を特徴とする慢性的な損傷後段階は慢性外傷性脳損傷(c-TBI)と呼ばれます。ここでc-TBIという用語は、rmTBI後に持続的な行動変化を特徴とする慢性的な損傷後状態を指すものであり、明確な損傷パラダイムとは区別されていません。この用法は、実験的TBIが長期的な組織病理学的および行動異常を伴う進行性の慢性過程として進化しうることを示す私たちの以前の研究と概念的に整合しています。
これらの慢性神経精神医学的後遺症は患者の生活の質と機能的転帰を著しく損なう5.しかし、これらの二次性情動障害の正確な病因は依然として不明であり、臨床的治療の選択肢も著しく限られています。したがって、c-TBI誘発性うつ様行動のメカニズムを調査し、正確な治療標的を特定することは、緊急の臨床的必要性と実用的な重要性を有しています。
TBIの病理学的メカニズムを明らかにするために、研究者たちは様々な動物モデルを開発してきました。その中で、制御皮質インパクト(CCI)モデルは現在最も広く使われているものの一つです。CCIは衝撃パラメータの精密制御を可能にし、高度に再現性の高い局所病変を生成します。しかし、CCIモデルも従来の液体打撃損傷(FPI)モデルも通常、開頭切開が必要です。これらの手法は、局所打撲、組織喪失、重度病変関連の神経炎症反応の研究に特に有用ですが、重度の開放性外傷をシミュレートする傾向があり、スポーツ関連脳震盪のような軽度閉鎖頭外傷の最も一般的な臨床症状とは大きく異なります。重要なのは、脳組織の壊死、グリア瘢痕、そして開頭切開と衝突による後期の空洞化が二つの大きな制約を生み出していることです。第一に、重度の構造的欠損はしばしば運動機能障害を引き起こし、行動結果の正確な評価を直接妨げます。第二に、組織の物理的な喪失は長距離神経投射を断ち切る。CCI誘発性TBIモデルを用いた以前の研究で示されたように、マウスは著しい局所性脳打撲を示しました。この構造的障害は、ウイルストレーシングなどの高度な神経解剖学的技術の応用を著しく妨げ、精神症状やそれに関連する神経回路の調査をほぼ不可能にしています。したがって、これらのモデルは重度または局所性TBIの研究には依然として有用ですが、反復的な軽度閉鎖頭損傷後の慢性情動異常の調査を目的とする場合、特に行動的および回路レベルの解析において構造的完全性の維持が重要な場合には、あまり適さが薄くなる可能性があります。
前述の重度開放型TBIモデルの限界を克服するため、本研究は開頭術なしで露出した完全な頭蓋骨に重量落下法を用いて反復性軽度外傷性脳損傷(rmTBI)マウスモデルを確立するプロトコルを詳述します。このプロトコルは、落下高度25cm、重量20gという、正確に定義された衝撃パラメータを用いています。衝突部位は矢状縫合の左2mm、冠状縫合線の後方2mmを標的とし、直径4mmの湾曲した金属インパクターチップを用いて衝撃力の正確性と均一性を確保しました。さらに、5日間連続した反復的影響の特定の頻度は、慢性的な病理的変化の安定性を保証します。MRI、組織病理学、行動分析を用いた包括的な評価により、このマウスモデルは明らかな局所打撲や運動障害なしに、脳の大まかな構造的完全性を維持しつつ、うつに似た顕著な行動を示すことが示されています。この表現型プロファイルは、通常の神経画像で明らかな構造異常が見られないにもかかわらず、神経精神疾患様の変化を含む反復的な軽度頭部外傷の行動特徴を捉えています(10,11,12,13)。しかし、現行のパラダイムは主に頭部固定マウスに線形影響を与えるため、スポーツ関連脳震盪や軽度の交通障害の直接的な生体力学的模倣ではなく、慢性的な情動転帰の研究に最適化された閉頭型RMTBIモデルとして解釈すべきです。
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すべての動物処置は、合肥総合科学センター人工知能研究所の動物ケア・利用委員会(承認番号)によって承認されました。IAI2024071004)。すべての処置は、実験動物のケアおよび使用に関する機関および国家のガイドラインに従って実施されました。実験プロトコルの回路図は 図1に示されています。他社の同等機器も使用可能ですが、20gの衝撃重量、25cmの落下高さ、4mmのインパクターチップ直径、信頼性の高いイソフルラン投与、ここで使用されたものと同等のMRI設定などの重要な性能特性が維持されます。試薬および使用機器は 材料表に記載されています。
1. 動物の調理
2. 手術および麻酔の準備
3. 反復的軽度外傷性脳損傷モデルの確立
4. 磁気共鳴画像の取得
注:本研究では、MRIは最終損傷後7日目に実施されました。マウスはイソフルラン麻酔下でスキャンされ、画像診断前に犠牲にされませんでした。組織採取は画像検査後に実験スケジュールに従って行われました。
5. 大脳神経病理の評価
6. 体重のモニタリング
7. ビームウォーク試験の実施
8. 尾部サスペンション試験の実施
9. 強制泳ぎテストの実施
10. オープンフィールドテストの実施
11. バーンズ迷宮の演奏
12. データ分析
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c-TBIマウスの画像診断および神経病理学的評価
動物の全体的な健康状態と基礎運動機能を評価するため、 図1に示されたタイムラインに従って体重とビームウォークのパフォーマンスをモニタリングしました。縦断的群差は、動物をランダム効果として用いる線形混合効果モデルを用いて分析しました。モデリング以前は、グループ間で体重に統計的な差はありませんでした(図4A)。モデリング後、c-TBIマウスの全体体重はナイーブ群およびシャム群よりやや低く、TBI後3日目に最低点に達しました。しかし、これらのグループ間の違いは統計的に有意ではありませんでした。TBI後3日目以降、c-TBIマウスの体重は徐々に回復し増加しました。ビームウォークテストでは、評価された時刻において、c-TBI、シャム、ナイーブグループ間でビームを通過するのに必要とされる時間に有意な差は見られませんでした(
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本研究は、繰り返し自由落下の重さ落下法を用いて、反復軽度外傷性脳損傷(rmTBI)マウスモデルを確立するための標準化された実験プロトコルを詳述します。頭蓋骨にさらされたマウスを立体誘導装置に固定し、25cmの高さから落とした20gの重りを5日間連続で定められた座標に繰り返し衝撃を加えることで、頭蓋骨骨折や重度の局所性脳打撲なしに慢性うつ様行動を特徴とする行動表現型が誘導されました。このモデルの主な特徴は、繰り返しの軽度の閉鎖頭部衝撃の後に、損傷後期間にうつ様行動が再現可能に現れることです。したがって、本研究は、慢性的な心的外傷後うつ様行動および関連する神経精神疾患後遺症のメカニズムを調査するために用いられるrmTBIマウスモデルを確立します。本研究では、最終影響から最大30日以内までアウトカムが評価され、急性反応ではなく慢性的な損傷後の時間点として用いられました。さらに後の時間点は、今後の研究でモデルの時間的特徴付けをさらに強化することになるでしょう。
このプロトコルの実行には、いくつかの重要な手順が細心の注意を払...
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利益相反は申告されていません。
本研究は中国国家自然科学基金(No. 82202438)、安徽省高等教育機関重点自然科学研究プロジェクト(No. 2025AHGXZK30114)、安徽省臨床・トランスレーショナルリサーチプロジェクト(No. 202427b10020130)、安徽医科大学実験臨床協同研究先進プログラム(No. 2022xkjT032)、および安徽医科大学大学院イノベーション研究・実践プログラム(No. 2022xkjT032)から資金提供を受けています。YJS20230179)。著者らはすべての研究参加者に感謝し、データベースの整理を行ったコアマネジメントグループに感謝の意を表します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 5-0 非吸収性ポリプロピレン単糸縫合糸 | Jinhuan Medical | I303 | 創閉 |
| 麻酔機 | RWD Life Science | R550 | 動物モデルの構築 |
| ANY-maze行動追跡ソフトウェア | Stoelting | Version 7 | 行動ソフトウェア |
| バーンズ迷路 | 上海新軟情報技術 | XR-XB108 | 行動ソフトウェア |
| Biorender | BioRender | https://biorender.com | 科学研究描画ソフトウェア |
| ブプレノルフィン | Sigma-Aldrich | Y0001108 | 術後鎮痛 |
| 電動シェーバー | AUX | AUX-C5-1 | 術前脱毛 |
| 強制水泳テスト | 上海新軟情報技術 | XR-XQX201 | 行動ソフトウェア |
| GraphPad Prism 9.5 | La Jolla | 9.5 | 統計ソフトウェア |
| イソフルラン | RWD Life Science | R510-22-10 | 動物モデルの構築 |
| マウス | Charles river | C57/6N | 実験動物 |
| オープンフィールドテスト | 上海新軟情報技術 | XR-XZ301 | 行動ソフトウェア |
| 眼科用軟膏 | 北京ツインラック製薬 | H11021342 | 麻酔中の角膜乾燥防止 |
| パラホルムアルデヒド(PFA)、4% | Biosharp | BL539A | 灌流と組織固定 |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | Biosharp | BL1425A | 灌流と組織洗浄 |
| ポビドンヨード溶液、10% | Beyotime | 27883-25g | 手術前の皮膚消毒 |
| 前臨床磁気共鳴画像システム | ユナイテッドイメージング生命科学機器 | uMR9.4T | イメージングソフトウェア |
| メス刃No. 11 | Jinhuan Medical | K3-11 | 手術中の皮膚切開 |
| メスハンドル | Jinhuan Medical | K6-10 | No. 11メス刃と併用 |
| ステレオタキシー器具 | RWD Life Science | 68025 | 動物モデルの構築 |
| 滅菌ガーゼ | HYNAUT | BK05 | 出血制御と外科的清掃 |
| テールサスペンションテスト | 上海新軟情報技術 | XR-XQX201 | 行動ソフトウェア |
| 重量落下インパクター | RWD Life Science | 68093 | 動物モデルの構築 |
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