Name: 軽度の外傷性脳損傷を有するラットの海馬における高度な拡散イメージング (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-14T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: 学ぶ軽度外傷性脳損傷ラットの海馬における拡散MRIを用いた微細構造変化の定量的評価法。この手法は従来のCTや解剖学的MRIでは検出できない脳の変化を可視化し、客観的かつ定量的な回復過程のモニタリングを可能にします。

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著者らは、この作品を支援してくれた研究財団フランダース(FWO)に感謝したいと思います(助成番号:G027815N)。

<ol><li>Carroll, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systematic+Review+of+the+Prognosis+After+Mild+Traumatic+Brain+Injury+in+Adults%5BTitle%5D)+AND+%22Cognitive%2C+Psychiatric%2C+and+Mortality+Outcomes%3A+Results+of+the+International+Collaboration+on+Mild+Traumatic+Brain+Injury+Prognosis.+Archives+of+Physical+Medicine+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Systematic Review of the Prognosis After Mild Traumatic Brain Injury in Adults.</a> Cognitive, Psychiatric, and Mortality Outcomes: Results of the International Collaboration on Mild Traumatic Brain Injury Prognosis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 95 (3), S152-S173 (2014).</li>
<li>Buck, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mild+Traumatic+Brain+Injury%3A+A+Silent+Epidemic+in+Our+Practices%5BTitle%5D)+AND+%22Health+%26+Social+Work%22%5BJournal%5D)">Mild Traumatic Brain Injury: A Silent Epidemic in Our Practices.</a> Health & Social Work. 36 (4), 299-302 (2011).</li>
<li>Bodanapally, U. K., Sours, C., Zhuo, J., Shanmuganathan, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+of+Traumatic+Brain+Injury%5BTitle%5D)+AND+%22Radiologic+Clinics+of+North+America%22%5BJournal%5D)">Imaging of Traumatic Brain Injury.</a> Radiologic Clinics of North America. 53 (4), 695-715 (2015).</li>
<li>Basser, P. J., Mattiello, J., LeBihan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MR+diffusion+tensor+spectroscopy+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">MR diffusion tensor spectroscopy and imaging.</a> Biophysical Journal. 66 (1), 259-267 (1994).</li>
<li>Hulkower, M. B., Poliak, D. B., Rosenbaum, S. B., Zimmerman, M. E., Lipton, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Decade+of+DTI+in+Traumatic+Brain+Injury%3A+10+Years+and+100+Articles+Later%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">A Decade of DTI in Traumatic Brain Injury: 10 Years and 100 Articles Later.</a> American Journal of Neuroradiology. 34 (11), 2064-2074 (2013).</li>
<li>Hutchinson, E. B., Schwerin, S. C., Avram, A. V., Juliano, S. L., Pierpaoli, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+MRI+and+the+detection+of+alterations+following+traumatic+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">Diffusion MRI and the detection of alterations following traumatic brain injury.</a> Journal of Neuroscience Research. 96 (4), 612-625 (2018).</li>
<li>Wallace, E. J., Mathias, J. L., Ward, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+tensor+imaging+changes+following+mild%2C+moderate+and+severe+adult+traumatic+brain+injury%3A+a+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Imaging+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Diffusion tensor imaging changes following mild, moderate and severe adult traumatic brain injury: a meta-analysis.</a> Brain Imaging and Behavior. , 1-15 (2018).</li>
<li>Rutgers, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((White+Matter+Abnormalities+in+Mild+Traumatic+Brain+Injury%3A+A+Diffusion+Tensor+Imaging+Study%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Neuroradiology%22%5BJournal%5D)">White Matter Abnormalities in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusion Tensor Imaging Study.</a> American Journal of Neuroradiology. 29 (3), 514-519 (2008).</li>
<li>Bondi, C. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Found+in+translation%3A+Understanding+the+biology+and+behavior+of+experimental+traumatic+brain+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Found in translation: Understanding the biology and behavior of experimental traumatic brain injury.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 58, 123-146 (2015).</li>
<li>Shultz, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+potential+for+animal+models+to+provide+insight+into+mild+traumatic+brain+injury%3A+Translational+challenges+and+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 76, 396-414 (2017).</li>
<li>Osier, N. D., Dixon, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Controlled+Cortical+Impact+Model%3A+Applications%2C+Considerations+for+Researchers%2C+and+Future+Directions%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">The Controlled Cortical Impact Model: Applications, Considerations for Researchers, and Future Directions.</a> Frontiers in Neurology. 7 (AUG), (2016).</li>
<li>Lyeth, B. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Historical+Review+of+the+Fluid-Percussion+TBI+Model%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neurology%22%5BJournal%5D)">Historical Review of the Fluid-Percussion TBI Model.</a> Frontiers in Neurology. 7 (DEC), 1-7 (2016).</li>
<li>Marmarou, A., Foda, M. A. A. -E., van den Brink, W., Campbell, J., Kita, H., Demetriadou, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+model+of+diffuse+brain+injury+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">A new model of diffuse brain injury in rats.</a> Journal of Neurosurgery. 80 (2), 291-300 (1994).</li>
<li>Heim, L. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Invisibility+of+Mild+Traumatic+Brain+Injury%3A+Impaired+Cognitive+Performance+as+a+Silent+Symptom%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">The Invisibility of Mild Traumatic Brain Injury: Impaired Cognitive Performance as a Silent Symptom.</a> Journal of Neurotrauma. 34 (17), 2518-2528 (2017).</li>
<li>Zohar, O., Rubovitch, V., Milman, A., Schreiber, S., Pick, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+consequences+of+minimal+traumatic+brain+injury+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Neurobiol+Exp+%28Wars%22%5BJournal%5D)">Behavioral consequences of minimal traumatic brain injury in mice.</a> Acta Neurobiol Exp (Wars. 71 (1), 36-45 (2011).</li>
<li>Pierpaoli, C., Basser, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+quantitative+assessment+of+diffusion+anisotropy%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+resonance+in+medicine%E2%80%AF%3A+official+journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Toward a quantitative assessment of diffusion anisotropy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 36 (6), 893-906 (1996).</li>
<li>Jensen, J. H., Helpern, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+quantification+of+non-Gaussian+water+diffusion+by+kurtosis+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">MRI quantification of non-Gaussian water diffusion by kurtosis analysis.</a> NMR in Biomedicine. 23 (7), 698-710 (2010).</li>
<li>Fieremans, E., Jens, H., Jensen, J. A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((White+matter+characterization+with+diffusional+kurtosis+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">White matter characterization with diffusional kurtosis imaging.</a> NeuroImage. 58, 177-188 (2011).</li>
<li>Leemans, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeemans%2C+A+%22Explore+DTI%22">Explore DTI</a>. , (2019).</li>
<li>Loening, A. M., Gambhir, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((AMIDE%3A+A+Free+Software+Tool+for+Multimodality+Medical+Image+Analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+Imaging%22%5BJournal%5D)">AMIDE: A Free Software Tool for Multimodality Medical Image Analysis.</a> Molecular Imaging. 2 (3), 131-137 (2003).</li>
<li>Veraart, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Denoising+of+diffusion+MRI+using+random+matrix+theory%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Denoising of diffusion MRI using random matrix theory.</a> NeuroImage. 142, 394-406 (2016).</li>
<li>Veraart, J., Fieremans, E., Novikov, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+MRI+noise+mapping+using+random+matrix+theory%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Diffusion MRI noise mapping using random matrix theory.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 76 (5), 1582-1593 (2016).</li>
<li>Braeckman, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+changes+in+hippocampal+diffusion+and+kurtosis+metrics+following+experimental+mTBI+correlate+with+glial+reactivity%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%3A+Clinical%22%5BJournal%5D)">Dynamic changes in hippocampal diffusion and kurtosis metrics following experimental mTBI correlate with glial reactivity.</a> NeuroImage: Clinical. 21 (August 2018), 101669(2019).</li>
<li>Jones, D. K., Knösche, T. R., Turner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((White+matter+integrity%2C+fiber+count%2C+and+other+fallacies%3A+The+do%27s+and+don%27ts+of+diffusion+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">White matter integrity, fiber count, and other fallacies: The do's and don'ts of diffusion MRI.</a> NeuroImage. 73, 239-254 (2013).</li>
<li>Matlab code DKI and WMTI model. , Available from:
 <a target="_blank" href="https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging">https://github.com/NYU-DiffusionMRI/Diffusion-Kurtosis-Imaging</a> (2019).</li>
</ol>

著者は、開示する利益相反を持っていません。

mTBIは、CTおよび従来のMRIスキャンに異常を示さない拡散および微妙な損傷の結果であることが多いため、軽度の外傷後の微小構造損傷の評価は依然として課題である。したがって、外傷の全範囲を可視化するためには、より高度なイメージング技術が必要である。TBI研究における拡散磁気共鳴イメージングの応用は、拡散テンソルイメージングが最も頻繁に使用される過去10年間に、より多くの関心を集めています 5.DTIモデルの限界は、脳の微細構造(障壁として機能する膜を有する軸と細胞の複雑なネットワークからなる)の正確な仮定ではないガウス拡散プロセスの仮定であり、DTIメトリックは非特異的である。基礎となる生物学的微細構造24.拡散核症イメージングは、DTIモデルの延長であり、非ガウス拡散17の程度を特徴付けようとする試みである。これは、組織の不均一性または複雑さに関する追加情報を提供する可能性があります。
しかし、DTIおよびDKIモデルの欠点は、確率的な水...

外傷性脳損傷(TBI)は、これらの脳損傷が生涯の認知、身体的、感情的、社会的結果をもたらすことが明らかになったので、近年、より注目を集めています。この意識の高まりにもかかわらず、軽度のTBI(mTBI、または脳震盪)は依然として過小報告され、未診断である。MTBIはサイレント・オプシの流行と呼ばれ、mTBIの歴史を持つ個人は、薬物乱用や精神医学的問題の割合が高いことを示しています2.mTBIを有する複数の患者は、従来のコンピュータ断層撮影(CT)または磁気共鳴画像(MRI)スキャンでは見られない傷害の拡散および微妙な性質のために毎年診断されない。脳損傷の放射線証拠の欠如は、微細構造変化に対してより敏感である拡散MRIなどのより高度なイメージング技術の開発につながっている3.
拡散MRIは、微細構造の生体内マッピングを可能にし、このMRI技術は、TBI研究4、5、6で広く使用されている。拡散テンソルから、分画異方性(FA)および平均二分性(MD)が計算され、傷害後の微細構造組織における変化を定量化する。mTBI患者の最近のレビューは、FAの増加と損傷後のMDの減少を報告します, これは、軸生腫脹7を示すことができます.反対に、MDの増加およびFAの減少も見出され、上皮形成、軸質変性、または繊維のずれ/破壊8に続く無根構造の破壊の根には示唆されている。これらの混合所見は、異なるタイプの衝撃および重症度(例えば、回転加速、鈍力外傷、爆発傷害または前者の組み合わせ)によって引き起こされるmTBIの有意な臨床的不均一性によって部分的に説明することができる。しかし、現在のところ、微細構造組織の変化を支える根本的な病理と生物学的/細胞基盤に関する明確なコンセンサスはありません。
動物モデルは、より詳細にTBIに続く傷害および修復の生物学的メカニズムを調査するために標準化され、制御された設定を提供する。TBIのためのいくつかの実験モデルが開発され、ヒトTBIの異なる側面を表している(例えば、焦点対拡散外傷または回転力によって引き起こされる外傷)9、10。一般的に使用される動物モデルは、制御された皮質衝撃(CCI)および横液パーカッション傷害(LFPI)モデル11、12を含む。実験パラメータは十分に制御できますが、これらのモデルは頭蓋を利用して脳を露出させる。頭蓋骨や頭蓋骨骨折はmTBIで一般的に見られない;したがって、これらの実験モデルはmTBIを模倣するために有効ではありません。Marmarou et al.13が開発した衝撃加速モデルは、ヘルメットで保護されているラットの頭部に一定の高さから落とされた重量を利用しています。この動物モデルは、軽度の外傷を持続する患者に見られるように、同様の微小構造変化および認知障害を誘発する。したがって、このマルマロウ重量降下モデルは、拡散mTBI14、15のイメージングバイオマーカーを調べるのに適している。
この報告は、Marmarou重量降下モデルを用いてmTBIラットモデルにおける高度拡散MRIの応用を示す。まず、軽度および拡散性外傷を誘導する方法を示し、拡散テンソルイメージング(DTI)モデルを用いて分析を行う。特定の生物学的情報は、より高度な拡散モデル[すなわち、拡散尖度イメージング(DKI)および白色物質管完全性(WMTI)モデル]を使用して得られる。具体的には、軽度の外傷が生じ、従来のT2加重MRIと高度な拡散イメージングプロトコルを用いて海馬における微小構造変化が評価される。

<table><tbody><tr><td><強い>トラウマの誘導</強い></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>0.9% NaCl生理学的解決策</td><td>B ブラウン</td><td>394496</td><td></td></tr><tr><td>真鍮 重量 450g</td><td>カスタム</td><td>メイド オーダーメイド</td><td>直径 18mmと210mmの高さ</td></tr>の<tr><td>カテーテル</td><td>テルモ</td><td>・バーサス-W</td><td>26G</td></tr><tr><td>エチロンII</td><td>エチコン</td><td>EH7824 FS-3</td><td>、4-0、3/8、16mm</td></tr><tr><td>サイズ</td><td></td><td>タイプE</td><td></td></tr><tr><td>プレキシガラスチューブ</td><td>ISPAプラスチック</td><td>416564</td><td>M1 PMMAのXTグーチューブ25x19ミリメートル(内径19ミリメートル、1.50メートルの最小長さ)</td></tr><tr><td>前臨床CTスキャナ</td><td>Molecubes</td><td>Xキューブ</td><td></td></tr><tr><td>スチールヘルメット</td><td>カスタムメイド</td><td>カスタムメイド</td><td>直径10ミリメートルと厚さ3ミリメートル</td></tr><tr><td>Vetbondティッシュ接着剤3M</td><td></td><td>1469SB</td><td></td></tr><tr><td>獣医学(ブプレノルフィン)</td><td>EcuPhar</td><td>VETERG20</td><td>0.05 mk/kg</td></tr><tr><td>キシロカイン 2% ゲル</td><td>アストラゼネカ</td><td>キシロカイン 2%</td><td>ゲル</td></tr><tr><td>キシロカイン (リドカイン 2%)</td> <td>アスペン/アストラゼネカ</td><td>キシロカイン 2% ゲル</td><td>100 &mu;l 注射</td></tr><tr><td><強>拡散 MRI</強></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>前臨床MRI取得ソフトウェア</td><td>Bruker Biospin MRI GmbH</td><td>Z400_PV51_CENTOS55</td><td>ParaVision 5.1 MRIソフトウェア</td></tr><tr><td>前臨床MRIスキャナー</td><td>Bruker Biospin MRI GmbH</td><td>PharmaScan 70/16</td><td>7T MRIスキャナー</td></tr><tr><td>直交ボリュームコイル</td><td>Bruker Biospin MRI GmbH</td><td>RF RES 300 1H 075/040 QSN TR</td><td>型番:1P T13161C3</td></tr><tr><td>小動物生理モニタリングユニット</td><td>ラピッドバイオメディカル</td><td>EKGHR02-0571-043C01</td><td>呼吸モニタリング用ユニット</td></tr><tr><td>水性加熱ユニット</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>ハーケS 5P</td><td>型式番号:1523051</td></tr><tr><td>Anaesthesia</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>麻酔可動ユニット</td><td>獣医学</td><td></td><td>BDO - メディパス、アイマイデン</td></tr><tr><td>イソフルラン:Isoflo</td><td>Zoetis</td><td>B506</td><td></td></tr><tr><td>酸素発生器獣</td><td>医技術</td><td>7F-3</td><td>BDO - Medipass、Ijmuiden</td></tr><tr><td>Diffusion画像処理</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Amide</td><td>http://amide.sourceforge.net</td><td>バージョン1.0.5。</td><td>Medical Imaging Data Examiner Toolbox (Loening AM, Gambhir SS, "AMIDE: A FREE SOFTWARE TOOL FOR MULTIMODALITY MEDICAL IMAGE ANALYSIS", Molecular Imaging, 2(3):131-137, 2003年)</td></tr><tr>拡散強調 MR 画像の (前) 処理と解析のための <td>ExploreDTI</td><td>http://www.exploredti.com</td><td>バージョン 4.8.6</td><td>ツールボックス (Leemans A, Jeurissen B, Sijbers J, and Jones DK. ExploreDTI: 拡散 MR データを処理、解析、視覚化するためのグラフィカルなツールボックス。In: 17th Annual Meeting of Intl Soc Mag Reson Med, p. 3537, Hawaii, USA, 2009)</td></tr><tr><td>MRtrix3</td><td>http://www.mrtrix.org</td><td>Version 3.0_RC3-86-g4b523b41</td><td>拡散加重 MR 画像の (前) 処理と分析のためのツールボックス</td></tr></tbody></table>

軽度の外傷性脳損傷を有するラットの海馬における高度な拡散イメージング

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

軽度の外傷性脳損傷(mTBI)は、後天性脳損傷の最も一般的なタイプである。外傷性脳損傷の患者は、大きな変動性と不均一性(年齢、性別、外傷の種類、その他の可能な病理など)を示すので、動物モデルは臨床研究の限界である要因を解明する上で重要な役割を果たします。それらはTBIに続く傷害および修理の生物学的メカニズムを調査するために標準化され、制御された設定を提供する。しかし、すべての動物モデルがmTBIの拡散と微妙な性質を効果的に模倣しているわけではありません。例えば、一般的に使用される制御皮質衝撃(CCI)および横液パーカッション損傷(LFPI)モデルは、脳を露出させ、mTBIで一般的に見られない広範な焦点外傷を誘発するために頭蓋切開術を利用する。したがって、これらの実験モデルはmTBIを模倣するために有効ではない。したがって、mTBI を調査するために適切なモデルを使用する必要があります。ラットのMarmarou体重減少モデルは、軽度の外傷を持続する患者に見られるように、同様の微小構造変化および認知障害を誘発する;したがって、このモデルはこのプロトコルに対して選択されました。従来のコンピュータ断層撮影および磁気共鳴イメージング(MRI)スキャンは、mTBIはしばしば微妙で拡散性の傷害のみを誘発するので、一般的に軽度の傷害に続く損傷を示さない。拡散加重MRIにより、脳組織の微細構造特性を調べることができ、軽度の外傷後の顕微鏡的変化に関するより多くの洞察を提供することができる。したがって、本研究の目的は、軽度および拡散性脳損傷を得た後に疾患の進行をフォローアップするために、選択された関心領域(すなわち海馬)の定量的情報を得ることである。

研究では、すべてのTBIラット(n=10)が衝撃を生き延び、麻酔23から剥離した後15分以内に衝撃および麻酔から回復することができた。CT画像では、頭蓋骨骨折の証拠はなく、T2画像は外傷の1日後の挫傷部位で出血、拡大した心室、または水腫形成などの異常を示さなかった(図5)。したがって、解剖画像のこれらの目視検査に基づいて、大きな焦点病変は検出されず、傷害の拡散および軽度の性質を確認した。
T2画像と拡散データセット(ステップ4.4)との間の共登録(非剛性)ステップの品質を、色分けされたFAマップにT2画像のオーバーレイを追加して調べた(図6)。次に、FA、MD、AD、およびRDパラメトリックマップを計算し(図1)、アミドソフトウェアにロードした。FAマップに基づいて、海馬構造を含むROIが描かれました(図4)。</s...

この手順の全体的な目標は、軽度の外傷性脳損傷を持つラットにおける海馬の定量的微細構造情報を得ることである。これは、高度な拡散加重磁気共鳴イメージングプロトコルとパラメトリック拡散マップの関心領域ベースの解析を使用して行われます。

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

この拡散画像化プロトコルを用いて、解剖学的MRIでは見えない軽度の外傷性脳損傷を有するラットの海馬の微細構造変化を調査することが可能である。この技術は、CTまたは解剖学的MRIでは検出できない軽度および拡散性外傷に続く脳内の変化を検出することができる。この技術は、客観的かつ定量的な方法で軽度の外傷性脳損傷を持続した後、回復プロセスを監視することが容易になります。この拡散イメージングおよび分析技術は、前臨床試験だけでなくヒトにおいても、認知症や多発性硬化症などの脳に影響を及ぼす他の障害にも適用できる。このプロトコルでは、拡散スキャンと補正ステップの品質が高いということが重要であるため、経験豊富な技術者やアナリストからの指導が推奨されます。生後12週の雌のウィスターHラットでつまみつまみへの応答の欠如を確認した後、動物を37°Cの加熱パッドに置き、カテーテルを側面尾静脈に挿入します。2%リドカインの100マイクロリットルを剃り、分解した頭皮に局所的に注入し、中線切開を行い、頭蓋骨を露出させます。小さなはさみを使用して余分な膜を取り除き、骨膜が存在しなくなるまで頭蓋骨を横切って綿棒をこすり、ティッシュ接着剤の滴を使用して直径10ミリメートル、厚さ3ミリメートル、金属ディスクを約1/3の前に、ブレグマの後ろに2/3を取り付けます。外傷性脳損傷誘導のために、ラットを特定のばね定数のフォームマットレスでカスタムメイドのベッドに置き、ラットをできるだけ水平にヘルメットを持つ450グラムの真鍮の重量を持つ透明なプラスチックチューブの下に直接置きます。重量を1メートルまで引き上げろ。2番目の実験者が存在すると、体重を解放し、2番目の実験者は、2番目の損傷を防ぐために、衝撃の直後にラットをチューブから離して移動させます。頭蓋骨からヘルメットをそっと引っ張り、ガーゼを使って出血を止めます。縫合糸で皮膚を閉じ、切開部に局所鎮痛ゲルを塗布します。ラットをCTスキャナーのベッドに置き、頭蓋骨骨折を排除するために汎用の低用量CTスキャンを行い、動物をケージに戻す前に完全な再発まで監視して37°Cの加熱パッドのきれいなケージにラットを置きます。外傷誘導の前および1日後に、実験動物におけるつまみつまみへの応答の欠如を確認し、MRスキャナーベッドの上に動物を頭の最初に置き、起こりやすい位置に置く。直交容ボリュームコイルを頭の上にスライドさせ、スキャナーベッドをスキャナーボアに進めます。正しい位置を確認するには、デフォルトの 3 平面スカウトスキャンを取得します。スキャンが終了したら、画像ディスプレイにスキャンをロードし、頭がまっすぐに横たわっていて、脳が磁石とコイルの中心に配置されていることを確認します。フィールド、ビュー、およびマトリックスサイズを除き、デフォルト設定を使用して T2 加重画像を取得します。ジオメトリ エディタを開き、脳の球根や小脳などの正しい位置にスライス パッケージを配置し、B_diffusion フォルダから 3 つの新しいエコー平面、拡散重み付け、スピン エコー シーケンスをスキャン制御プロトコルにロードします。デフォルト設定を使用して拡散ウェイト画像を取得し、[スキャンの編集]タブを開きます。スライスの方向を軸に、スライスの数を 25 に設定して、スライスの厚さ 500 マイクロメートルと内側のスライス距離を 600 マイクロメートルにし、読み出し方向を左から右に修正します。[ジオメトリ]タブで、幾何学パラメータを調整し、視野とマトリックスのサイズを105 x 105に調整して、333 x 333 マイクロメートルの解像度を確保します。3 つの拡散シェルのそれぞれについて[研究]タブの[拡散]タブをクリックし、拡散方向の数を第 1 シェルでは 32、2 番目のシェルの場合は 46、3 番目のシェルの場合は 64 に調整します。B0 イメージの数を、最初のシェルでは 5、2 番目のシェルでは 5、3 番目のシェルでは 7 に変更し、カスタム グラデーション方向ファイルでグラデーションの方向を調整します。第 1 シェルの場合は 1,500 秒/ミリメートル、3 番目のシェルでは 1,000 秒/ミリメートル、3 番目のシェルでは 2,000 秒/ミリメートルに 2,000 秒の方向の B 値を調整し、次にジオメトリ エディタを開き、大脳との間に視野を置いてアーティファクトとスキャン時間を短縮します。スキャンプロトコルの完了時に、スキャナーベッドから37°Cの加熱パッドを備えたきれいなケージに動物を転送し、完全な債務まで監視します。拡散MRI画像処理の場合は、MRtrix3に画像をロードし、ソフトウェアプログラムの拡散加重画像にノイズ補正とギブリング補正を実行します。T2 イメージ内の補正された拡散重み付けされたイメージを、示されている NIFTI 形式に変換します。エコー平面イメージング、モーション、渦電流歪みの補正を実行するには、ExploreDTIのプラグインメニューで、被験者モーションのEC/EPI歪みの補正を選択し、前処理された拡散データファイルを選択します。各ラットの拡散テンソルイメージングメトリックを計算するには、[プラグイン]と[ものをNIFTIにエクスポート]をクリックし、拡散テンソルイメージングモデルのパラメトリックマップを選択して、尖度および白質トラテグリティモデル用のパラメトリックマップをエクスポートします。各ラットの海馬のマスク ファイルを作成するには、MRtrix ビューアでラットの分数異方性画像を読み込み、プラスボタンをクリックして新しい関心領域を作成します。ラットの海馬の拡散メトリックを抽出するには、作成したマスクファイルをAMIDEソフトウェアにインポートし、ラットのパラメトリックマップとマスク画像を開きます。マスクファイルの対象領域を AMIDE に追加するには、マスクファイルイメージを選択し、「編集」「対象領域を追加」「3D 等角」をクリックして、対象領域に意味のある名前を付けます。マスクイメージに表示されている対象領域をクリックし、このボリュームに1の値を持つボクセルのみが含まれていることを確認します。海馬の拡散メトリックの平均値を計算するには、[ツール] と [対象地域統計の計算] をクリックし、含める画像と対象地域を指定します。[実行] をクリックすると、さらに統計分析に使用できる計算値を含むポップアップ ウィンドウが表示されます。この代表的な実験では、CTイメージングによって評価された頭蓋骨骨折の証拠はなく、T2画像は外傷の翌日に消耗品サイトで異常を示さなかった。T2画像と拡散データセットとの間の非剛性共登記ステップの品質を調べるために、T2画像のオーバーレイを色エンコードされた分数異方性マップに追加した。分数異方性、平均拡散率、軸拡散率、および放射状拡散度パラメトリックマップのパラメトリックマップを計算できます。対象領域内では、軸方向、平均値、放射状尖度値の平均値、軸水分率、軸軸および半径軸外拡散率、および白物位トラクトの耐音性の計算も行うことができる。本代表的な実験では、拡散テンソルイメージングメトリックの分析により、軽度外傷性脳損傷群の影響に続く分数異方性値の有意な増加および拡散率値の減少が明らかになった。また、拡散尖度測定基準は、軸方向または平均尖度の変化は認められなかった一方で、衝撃後の放射状尖度の有意な減少を示した。白質管完全性モデルを用いて、放射状軸外拡散率は有意な減少を示し、トルツオシティは衝撃の翌日に軽度の外傷性脳損傷群の有意な増加を示した。画像解析では、MRtrix のデータ形式が適切に変換されて ExploreDTI にインポートされ、各修正手順が正しく実行されたかどうかを確認することが重要です。ROI ベースの分析の代わりに、ボクセルによるボクセル分析を適用して、脳全体の変化を調査できます。この技術は、神経イメージング分野で非常に貴重であり、同様に他の脳障害、例えば、認知症および多発性硬化症に適用することができる。

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Research

JoVE Journal

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神経科学

海馬の回路への機能的な変化を調べるために多面的なアプローチを説明する。電気生理学的手法は、傷害プロトコル、行動試験および地域切開法と共に説明されています。これらの技術の組み合わせは、他の脳領域と科学的な質問のために、同様の方法で適用することができます。...

軽度の外傷性脳損傷後の海馬回路機能の改変に関する調査

出典: Braeckman, K., et.al. 軽度の外傷性脳損傷を持つラットの海馬における高度な拡散イメージング. J. Vis. Exp.

軽度外傷性脳損傷をもったラット海馬の拡散強調イメージング

&gt;jove_content&lt;脳虚血による脳損傷は、非侵襲的に画像化され、注射可能な放射性プローブである18F-フルオロデオキシグルコースと組み合わせた前臨床陽電子放出断層撮影法を使用してラットで研究することができます。さらに、VOI(Volume of...

と陽電子放射断層撮影法を用いた非侵襲的イメージングとリビングラットにおける脳虚血の分析<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

ここでは、泳ぎを必要としないマウス特異的認知試験のプロトコールを紹介します。この試験は、制御された皮質衝撃誘発性外傷性脳損傷マウスを擬似対照から首尾よく区別するために使用することができる。...

半径方向水迷路迷路を用いた外傷性脳損傷のマウスモデルにおける空間記憶障害の評価

ここに示す行動テストの目的は、外傷性脳損傷後ラットにおける機能的障害を検出するためです。4 つの特定のテストは傷害の後の 1...

外傷性脳損傷後のラットの行動の赤字を検出

このプロトコルは、頭蓋骨骨折や挫傷なしに広範囲にわたる白質損傷を誘発する脳びまん軸索損傷(DAI)の信頼性の高い、実行しやすく、再現可能なげっ歯類モデルを検証する。...

回転加速度に基づくラットにおけるびまん軸索脳損傷の誘導

ここでは、海馬のシナプス可塑性に対する軽度の外傷性脳損傷(r-mTBI)の繰り返しの影響を調べるために、覚醒閉鎖頭部損傷モデルをどのように使用できるかを示しています。このモデルは、患者におけるr-mTBIの重要な特徴を再現し、 in vitro 電気生理学と組み合わせて使用...

軽度外傷性脳損傷の覚醒閉鎖頭部損傷モデルを用いたシナプス可塑性変化の評価

本稿では、急性期および亜急性期の行動症状に関して、ヒトmTBIと顕著な類似性を示す閉鎖頭軽度外傷性脳損傷(mTBI)ラットモデルとその検証について紹介する。...

閉鎖性軽度外傷のラットモデルとその検証

このプロトコルは、反復性軽度外傷性脳損傷 (rmTBI) の修正マウス モデルを示しています 閉鎖性頭部損傷 (CHI)...

間伐頭蓋窓と流体パーカッションを組み込んだ反復性軽度外傷性脳損傷の改良マウスモデル

ここでは、急性期および長期脳萎縮の保存された脳構造を持つ合併症のない軽度の外傷性脳損傷の神経像結果を再現する閉鎖性頭部外傷動物モデルを確立するためのプロトコルを提示します。縦断的磁気共鳴画像法は、証拠に使用される主要な方法です。...

ウェイトドロップ法により改変され磁気共鳴画像法により証明された合併症のない軽度外傷性脳損傷モデルの開発

学ぶ軽度外傷性脳損傷ラットの海馬における拡散MRIを用いた微細構造変化の定量的評価法。この手法は従来のCTや解剖学的MRIでは検出できない脳の変化を可視化し、客観的かつ定量的な回復過程のモニタリングを可能にします。

軽度の外傷性脳損傷を有するラットの海馬における高度な拡散イメージング

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