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
2020年5月9日
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。
外傷性脳損傷は、死亡および障害の主な原因の1つである。びまん軸索脳損傷は、TBI後に広範囲にわたる軸索損傷が発症する。本研究では、回転加速機構の結果TBIに基づく、インダクション軸索脳損傷モデルについて紹介したいと思います。
体重300〜350グラムの成人オススプレイグ・ドーリーラットを選択する。ラットチャウと水のアドリビタムを提供します。午前 6:00 から午後 12:00 の間に、すべての実験を実行します。装置は重く、安定した実験室のテーブルの上に置かれた。
装置は次の部品から成っている:シリンダー、鉄の重量、円柱管から成る回転機構およびヘッド固定ピン。重量は紐に付けられ、120センチメートルの高さに上昇する。自由落下重量は回転機構を活性化するボルトに当たります。
ラット横方向のヘッド回転装置を使用して、頭を0度から90度に急速に回した。誘導後、びまん軸索脳損傷、ラットを回復室に移動した。Fは動物の頭部に与えられる力をキログラムで示す。
資本Mは力の瞬間、運動エネルギーのためのKである。リトルmは、落下重量の質量、重力加速度の場合はg、センチメートルの高さのためのh、Dはセンチメートル単位での耳ピン間の距離です。神経学的欠損およびグレードモデルの欠陥の評価のために、ラットの神経学的重症度スコアを使用した。
移動性、片麻痺、ビーム歩行作業、ビーム歩行作業の失敗を評価します。ビームバランシングタスクの失敗幅1.5センチメートル。安定性とビームバランス、ビームバランスの努力 1.5 センチメートル幅と反射。
48時間後の傷害、すべてのラット、傷害および対照群は、0.9%ヘパリン化生理食塩水を深く麻酔し、トランス心臓的に透過させ、続いて0.1Mリン酸緩衝液生理食塩水で4%ホルムアルデヒドの500ミリリットルが続いた。灌流後、切断が生成され、脳はすぐに除去され、4%ホルムアルデヒド溶液に48時間固定された。その後、脳は嗅球面から視覚皮質までの5ミリメートルのコロナセクションにブロックされ、小脳と脳幹が解剖された。
パラフィン埋め込み後、コロナおよび矢状切片は視床から作られた。β-アミロイド前駆体タンパク質の免疫化学的染色を製造する。異なる時間におけるラットの様々なグループは、スキーム上に示されている。
実験の開始時にびまん軸索脳損傷。時間48時間で、神経学的重症度スコアを調べた。時間48時間で、β-APPの免疫化学的染色は、全2群で行った。
2つの研究グループのびまん軸索脳損傷後48時間の神経学的欠損を示す。マン・ホイットニーの検査では、介入後48時間で15匹のナイーブラットと比較して、15個のびまん性軸索脳損傷ラットの神経学的欠損が有意に大きいことが示された。代表的な顕微鏡写真は、傷害後48時間のラットにおける単離されたびまん軸索脳損傷後の軸索および神経細胞の免疫活性を明らかにする。
より小さい細胞の文字列は、β-アミロイド前駆体タンパク質で検出されます。シャムグループでは、検出されませんでした。今回の研究では、回転加速度機構に基づく、拡散軸索脳損傷のシンプルで再現性の高い、信頼性の高い新しいモデルを開発しました。
このようなモデルは、びまん軸索脳損傷の病態生理学のより良い理解とより効果的な治療法の開発を可能にする。ご注意ありがとうございました。
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概要
本研究では、回転加速度メカニズムを通じて広範な白質損傷を誘発する、信頼性と再現性の高い脳拡散軸索損傷（DAI）のげっ歯類モデルを提示します。このモデルは、外傷性脳損傷（TBI）後のDAIの病態生理をより深く理解することを目的としており、効果的な治療法の開発を促進することが期待されます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 外傷性脳損傷
- 軸索損傷モデル
背景
- 外傷性脳損傷は、死因および障害の主要な原因となっています。
- びまん性軸索損傷は、TBI後に広範な軸索損傷を引き起こします。
- DAIを研究するための堅牢な動物モデルが必要です。
研究目的
- DAIの研究における新しいげっ歯類モデルを検証すること。
- 頭蓋骨骨折や挫傷を伴わずに脳損傷を誘発すること。
- 神経学的欠損の発現機序を理解すること。
使用方法
- メインプラットフォームには、回転性頭部外傷誘発装置が用いられています。
- 生物学的モデルとして成雄性のSprague-Dawleyラットを使用し、DAIの誘発に焦点を当てました。
- 外傷後48時間において、Neurological Severity Scoreを用いて神経学的欠損を評価しました。
- 脳切片を用いて、ベータアミロイド前駆体タンパク質の免疫化学染色を実施しました。
主要な結果
- 対照群と比較して、DAIラットでは神経学的欠損が有意に増加していることが観察されました。
- 免疫化学的アッセイにより、ベータアミロイド前駆体タンパク質の染色で示される軸索損傷が明らかになりました。
- 本モデルは、48時間以内に神経機能への明確かつ測定可能な影響を及ぼすことを示しています。
結論
- 本研究は、びまん性軸索損傷のメカニズムを調査するための、簡便かつ効果的なモデルを構築するものである。
- 得られた知見は、外傷性脳損傷（TBI）の理解の深化と治療法の改善につながる可能性がある。
- 本知見は、ニューロンの損傷および回復過程に関する今後の研究に寄与すると考えられる。
よくある質問
業界における実用的な重要性
びまん性軸索損傷（DAI）の信頼性の高い前臨床モデルは、神経外傷の標的バリデーションにおけるリスクを軽減し、外傷性脳損傷（TBI）研究におけるトランスレーショナルな連続性を確保するために不可欠です。この回転加速度に基づいたラットモデルは、神経学的欠損および軸索病理を定量化するための再現可能なプラットフォームを提供し、初期探索およびメカニズム研究における予測の信頼性を高めます。局所的な損傷による混同を伴わずに広範な白質損傷を誘導できるため、本モデルは神経治療パイプラインの進展に向けた戦略的な資産となります。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- びまん性軸索損傷メカニズムを単離することで、神経外傷の仮説検証を可能にする。
- 定量可能な神経学的および組織学的エンドポイントを通じて、機能的なターゲット検証をサポートする。
- 局所的損傷による混同要因を排除することで、生物学的なリスク低減を促進する。
- TBIに関連する軸索病理のメカニズム研究のためのプラットフォームを提供する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 再現性のある前臨床スクリーニングに向けた、標準化された傷害誘発を実現します。
- 神経学的重症度スコア（Neurological Severity Score）およびベータアミロイド前駆体タンパク質染色による定量的出力を生成します。
- 神経保護剤または再生化合物の評価に向けたアッセイの準備を可能にします。
- 神経外傷研究におけるスケーラビリティと研究間での比較可能性をサポートします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- ヒトのTBI患者で観察される疾患関連メカニズムと一致しています。
- 神経治療薬の探索から前臨床検証までの継続的なフローを提供します。
- 堅牢で定量可能なエンドポイントに基づいた、リスク調整済みの推進判断を可能にします。
- 軸索損傷の免疫化学的検出によるバイオマーカー開発を支援します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このモデルは、仮説に基づいた研究、定量的スクリーニング、および神経外傷介入のトランスレーショナルな検証を可能にすることで、基礎研究から前臨床段階に至る一連の流れへと統合されます。
- 探索生物学：軸索損傷経路の帰無仮説検定およびメカニズムのデリスキングを支援します。
- スクリーニング：化合物の評価に向けた、再現性のある定量的な神経学的および組織学的リードアウトを提供します。
- アナリティクス：標準化されたスコアおよび免疫染色を用いて、損傷の重症度と治療効果の統計的比較を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：局所的な混乱因子のないびまん性軸索病変をモデル化することで、前臨床研究の結果を臨床的なTBIへと橋渡しします。
- エンタープライズ再利用：継続的な神経外傷研究および治療法開発のための、検証済みで拡張可能なプラットフォームを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：神経外傷のターゲットバリデーションにおける予測の信頼性を高め、メカニズムの曖昧さを軽減する。
- 運用的価値：前臨床TBI研究の標準化、再現性、および拡張性を向上させる。
- 戦略的価値：堅牢で定量化可能なエンドポイントを提供することにより、go/no-go判断の精度と資本効率を改善する。
- ポートフォリオへの影響：神経治療薬候補のリスク調整済み優先順位付けおよび開発推進を可能にする。
実施上の留意点
- げっ歯類における神経外傷モデルの作製および神経学的評価の専門知識が必要です。
- 専用の回転損傷装置および組織学的解析インフラが必要です。
- 損傷誘発およびスコアリングプロトコルのチーム間での標準化が求められます。
- げっ歯類の種類や損傷の程度に応じて、調整が必要になる場合があります。
- 本モデルは急性損傷に焦点を当てており、慢性的な転帰を研究する場合はプロトコルの延長が必要となる可能性があります。
バイオファーマ FAQ
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
