운동 선수는 매년 수백 건의 경증 외상성 뇌 손상 (mTBI) / 뇌진탕을 흡수합니다. 그러나 뇌에 대한 이들의 결과는 제대로 이해되지 못했습니다. 따라서 임상 적으로 적절한 증상을 반복적으로 반복하는 단일 및 반복 mTBI의 동물 모델은 mTBI 및 뇌진탕의 연구를 발전시킬 수있는 수단을 제공합니다.
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이 논문에서
요약
초록
경미한 외상성 뇌 손상 (mTBI)은 혼란의시기, 의식 상실 (LOC), 국소 신경 학적 결손 및 기억 상실을 포함하여 뇌 기능의 급격한 상실을 초래할 수 있습니다. 접촉 스포츠에 참여하는 선수는 많은 수의 mTBI에 노출 될 위험이 높습니다. 운동 선수의 부상 정도를 보면 mTBI는 전반적인 병리학 적 변화를 일으키지 않는 경미한 부상으로 정의되지만 자발적으로 해결되는 단기간의 신경 학적 결손을 유발합니다. 마우스 및 쥐에서 mTBI를 모델링하려는 이전의 시도에도 불구하고 많은 사람들이 두개골 골절, 뇌내 출혈, 축삭 손상 및 신경 세포 죽음을 포함하는 심한 부작용을보고했다. 여기서 우리는 임상 적으로 관련된 증상을 재생하는 mTBI의 매우 재현 가능한 동물 모델을 설명합니다. 이 모델은 맞춤형 공압 임팩터 장치를 사용하여 폐두 외상을 제공합니다. 이 충격은 정밀한 속도 및 변형 파라미터 하에서 이루어지며,단일 또는 반복 진탕 mTBI의 효과에 기여하는 메커니즘을 조사 할 수있는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 모델을 만듭니다.
서론
외상성 뇌 손상 (Traumatic Brain Injury, TBI)은 외부의 물리적 인 힘으로부터 지속되는 두부 손상으로 정의되어 정상적인 뇌 기능을 손상시킵니다. 질병 통제 예방 센터 (CDC)는 매년 20 백만명의 미국인이 매년 TBI를지지한다고 추산하는 의회보고를 통해 심각한 사회 경제적 및 공중 보건 부담을 나타냅니다. 이것은 환자의 삶의 질에 영향을 줄뿐만 아니라, 현재 연간 765 억 달러로 추정되는 지역 사회에 매우 높은 경제적 비용을 부과합니다. 전달되는 실제 뇌 손상의 양과 급성기의 증상은 경증, 중등도 및 중증의 TBI를 정의합니다.
뇌진탕이라고도하는 경미한 외상성 뇌 손상 (mTBI)은 매년보고되는 TBI의 70 % 이상을 차지합니다 1 . 권투 및 축구 2를 포함하여 위험도가 높은 접촉 스포츠에 참여하는 선수들 사이에서 가장 일반적입니다. 온건파와 달리또는 심한 형태의 TBI로 인해 mTBI와 관련된 즉각적인 손상 및 증상이 때로는 분명하지 않습니다 3 . 대조적으로, mTBI의 장기적인 효과는 중등도 및 중증 형태에서 나타나는 것과 마찬가지로 쇠약해질 수 있습니다. 반복되는 mTBI로 고통받는 사람들은 만성 외상성 뇌 질환 (CTE)뿐만 아니라 기타인지 및 퇴행성 질환을 발병하는 것으로 나타났습니다 4 . 따라서 mTBI 이후에 발생하는 단기 증상 및 전반적인 장기 손상에 기여하는 메커니즘에 대한 이해를 높이는 것이 중요합니다.
사람의 경우, 스포츠 제동에 대한 제 4 차 국제 회의 (취리히 2012) 5 에 정의 된 뇌진탕의 정의는 스포츠 뇌진탕의 경미한 수준은 경미하고, 병리학 적으로 큰 변화를 일으키지 않지만 단기간의 신경 학적 결손을 유발한다고 명시합니다 자발적으로 해결됩니다. 실제로, 수신기nt 연구는 머리 충돌 원격 측정 시스템을 사용하는 고등학교 축구 선수의인지 장애에 대한 mTBI의 영향을 조사했습니다. 이 연구는 선수가 한 시즌에 20 그램을 초과하는 헬멧 충격을 견뎌내는 시간이 226 (평균, 세션 당 4.7)에서 1855 (최고, 세션 당 평균 38.6)의 최고치까지 다양하다는 것을 보여주었습니다. 이러한 충격의 대부분은 뇌진탕의 임상 진단을 초래하지는 않았다. 뇌 기능의 기능적 변화에 대한 증거는 fMRI 6을 사용하여 관찰 할 수있다. 이러한 기능적 변화를 일으키는 뇌의 변화는 알려지지 않았기 때문에, 진탕 및 협착 성 mTBI의 효과에 대한 연구를 용이하게하기 위해서는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 모델을 필요로합니다.
생쥐와 쥐에서 mTBI를 모델링하려는 이전의 시도에도 불구하고 많은 사람들이 부작용을보고합니다. 특히, 대부분의 설치류 모델은 더 적은 th를 사용하여 반복성이 제한적입니다5 개의 mTBI는 뇌내 출혈, 두개골 골절, 심한 축삭 손상, 신경 세포 사멸, 사망률 증가 등의 이상 병리학 적 증상을 나타냅니다 8 , 9 , 10 , 11 , 12 . 여기서 우리는 인간에서 뇌진탕의 진정한 정의에 더 가까운 mTBI의 마우스 모델을 설명합니다. 이 모델은 명백한 뇌의 병리가없는 의식의 일시적인 손실을 초래하는 기계적 힘과 같은 인간 mTBI에서 관찰되는 많은 증상을 반복합니다. 더욱이 이전에보고 된 것처럼 오랜 기간 동안 단일 충격 및 반복 충격 패러다임 모두에 활용할 수 있다는 점에서 유리하다.
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프로토콜
이 연구는 국립 연구소 건강의 실험실 동물의 관리와 사용에 대한 가이드의 권장 사항을 엄격하게 준수하여 수행되었습니다. 이 의정서는 조지 타운 대학교 (Georgetown University)의 기관 동물 관리 및 사용위원회의 승인을 받았습니다. 생쥐를 온도 조절 동물 시설에 넣고 12 시간의 빛 / 12 시간의 암주기에 두었다. 음식과 물은 자유롭게 사용할 수있었습니다.
1. mTBI 장치의 준비
참고 : mTBI 장치에는 충돌 매개 변수를 제어하는 데이터 수집 (DAQ) 상자, 충격을 수행하는 고속 공기압 임팩터 및 충돌 후 헤드를 감속시키기위한 성형 젤 충진베이스가 있습니다.
- 압축 공기를 켜고 고속 공기압 임팩 터를 861.85 kPa의 압력 설정으로 초기화하십시오.
- DAQ 컨트롤 시스템을 피스톤 속도 2.35 m / s, 표면 드웰 시간e는 31.5ms이다.
- 정중선이 임팩터 팁의 궤적과 수직이되도록 성형 된 겔 충전베이스 (압축률 64 kPa / mm)를 놓습니다.
2. mTBI 충격
- 사용할 모든 마우스의 무게를 기록하십시오.
- 유도 챔버에서 120 초 동안 3 % isoflurane 산소로 마우스를 마취.
- 마우스를 mTBI 장치로 옮기고 유연하고 고정되지 않은 코 콘을 통해 마취를 계속합니다.
- 노우즈 콘에서 마우스 헤드를 젤 패드 위에 올려 놓으면 두개골의 평평한 표면이 임팩터 팁에 수직으로 표시됩니다.
- 마우스 헤드 위로 테이프를 올려 평평한 표면을 만들고 귀를 충격 부위에서 멀리 떨어 뜨립니다.
- 폴리 테트라 플루오르 에틸렌 임팩터 팁을 머리 중심의 시상 정중선과 정렬하도록 낮추십시오. 사용 된 임팩터 팁은 직경 10mm이며 눈 바로 뒤부터 귀의 정중선까지 두피 영역을 덮을 것입니다. 임팩터를 조정하여 주무세요.st는 마우스 머리의 표면을 만지고.
- 임팩터 팁을 후퇴시키고 필요한 굴곡 깊이 (7.5 mm)를 수동으로 내려줍니다.
- DAQ 컨트롤 시스템을 가동하고 트리거 버튼을 눌러 마우스 헤드에 영향을줍니다 (단수 또는 반복적 인 영향). 반복되는 영향은 각 충격 사이에 지체없이 연속적으로 전달됩니다.
- 최종 충격 직후 마취와 mTBI 장치에서 마우스를 제거하고 앙와위 자세로 놓습니다.
- 스톱워치를 사용하면 우회전 (잠복기부터 취침까지)의 복귀 대기 시간을 측정하고 의식 시간의 손실뿐 아니라 보행 시간 (방해받지 않는 걷기)을 결정할 수 있습니다.
- 마우스를 모니터하고 정상적인 동작으로 회복되면 홈 케이지로 돌아갑니다.
- 가짜 쥐는 동일한 취급 및 마취를 받지만 아무런 영향을받지 않습니다.
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결과
이 새로운 mTBI 장치를 사용하면 두개골 골절이나 구조적 뇌 손상의 위험없이 단발적이고 반복적 인 경미한 머리 부상이 가능합니다. 이 모델은 맞춤형 공압식 Teflon 임팩터 장치를 사용하여 닫힌 머리의 기계적 에너지 충격을 전달합니다. 충격은 단일 속도 또는 반복적 인 진탕 mTBI ( 그림 1 )의 효과에 기여하는 메커니즘을 조사 할 수있는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 모델을 만드는 정확한 속도 및 변형 매개 변수로 이루어집니다.
LOC의 존재 또는 부재는 동물 모델에서 뇌진탕의 중증도를 평가하는 데 유용한 도구입니다. 우측 반사 시간의 복귀는 우리가 단일 및 반복 mTBI (7.5 mm 깊이, 그림 2 ) 후에 LOC를 정량화하는 데 사용한 상해의...
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토론
사람의 경우, mTBI는 구조적 상해가없는 경우 기능 장애를 특징으로합니다. 이것은 의식 상실을 동반하거나 동반하지 않고 발생할 수 있습니다 1 . 반복 뇌진탕에 대한 노출은 현재 CTE 4 와 같은 신경 퇴행성 질환의 발달 및 / 또는 진행의 기초가되는 것으로 생각됩니다. CTE가 사각 팬 및 축구 선수에서 흔히 발견되며 CTE를 개발하는 데 반복적 인 뇌진탕 (의식 상실을 초래하지 않는 뇌진탕 포함)이 필수 요소로 알려져 있지만 잘 모르겠다. 반복 뇌진탕이 뇌에서 발생하는 뚜렷한 변화를 일으키는 메커니즘.
이러한 메커니즘을 이해하는 데있어 주요 장애물은 mTBI 영향을 유지하는 개인에서 관찰되는 주요 증상을 정확하게 반복하는 모델 개발의 어려움입니다. 이는 급성 및 만성 생물학적 팻이 있음을 의미합니다.뇌진탕의 근본 원인은 조사하기가 어렵고 새로운 치료법을 개발할 수 없습니다. 특히 반복...
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 신경 장애 및 뇌졸중 (MPB)을위한 국립 연구소의 R01 NS067417에 의해 뒷받침되었다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Powerlab 8SP 데이터 수집(DAQ) 컨트롤 박스 | (AD 기기) | ||
| VIP 3000 calibrated vaporizer | Matrx | ||
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 29405 | |
| 산소 | 시판되는 | ||
| 압축 공기 | 시판되는 | ||
| 마스킹 테이프 | 시판되는 | ||
| 정지 Watch | Fisher Scientific | 02-261-840 | |
| C57 Bl/6 Mice | Jackson Laboratories | ||
| 디지털 저울 및 무게 컨테이너 | Fisher Scientific | 20031 | |
| 항-Iba1 항체 | Wako | 019-19741 | |
| HRP 라벨 2차 | 잭슨 면역연구 | 111-035-003 |
참고문헌
- McMahon, P., et al. Symptomatology and functional outcome in mild traumatic brain injury: results from the prospective TRACK-TBI study. J Neurotrauma. 31 (1), 26-33 (2014).
- Barkhoudarian, G., Hovda, D. A., Giza, C. C. The molecular pathophysiology of concussive brain injury. Clin Sports Med. 30 (1), 33-48 (2011).
- Blennow, K., Hardy, J., Zetterberg, H. The neuropathology and neurobiology of traumatic brain injury. Neuron. 76 (5), 886-899 (2012).
- Levin, H. S., Diaz-Arrastia, R. R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. Lancet Neurol. 14 (5), 506-517 (2015).
- McCrory, P., et al. Consensus statement on concussion in sport: the 4th International Conference on Concussion in Sport, Zurich, November 2012. J Athl Train. 48 (4), 554-575 (2012).
- Talavage, T. M., et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J Neurotrauma. 31 (4), 327-338 (2014).
- Angoa-Perez, M., et al. Animal models of sports-related head injury: bridging the gap between pre-clinical research and clinical reality. J Neurochem. 129 (6), 916-931 (2014).
- Creed, J. A., et al. Concussive brain trauma in the mouse results in acute cognitive deficits and sustained impairment of axonal function. J Neurotrauma. 28 (4), 547-563 (2011).
- Hamberger, A., et al. Concussion in professional football: morphology of brain injuries in the NFL concussion model--part 16. Neurosurgery. 64 (6), 1174-1182 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neurosci Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Prins, M. L., et al. Repeat traumatic brain injury in the juvenile rat is associated with increased axonal injury and cognitive impairments. Dev Neurosci. 32 (5-6), 510-518 (2010).
- Tang, Y. P., et al. A concussive-like brain injury model in mice (II): selective neuronal loss in the cortex and hippocampus. J Neurotrauma. 14 (11), 863-873 (1997).
- Winston, C. N., et al. Dendritic Spine Loss and Chronic White Matter Inflammation in a Mouse Model of Highly Repetitive Head Trauma. Am J Pathol. 186 (3), 552-567 (2016).
- Johnson, V. E., et al. Inflammation and white matter degeneration persist for years after a single traumatic brain injury. Brain. 136, Pt 1 28-42 (2013).
- Barrio, J. R., et al. In vivo characterization of chronic traumatic encephalopathy using [F-18]FDDNP PET brain imaging. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (16), 2039-2047 (2015).
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