소아 뇌진탕은 생리적, 심리적 혼란을 동반한 장기적인 후유증을 초래할 수 있습니다. 이 소아 뇌진탕 마우스 모델은 장기적인 신경 염증, 백질 변화 및 행동 기능 장애를 동반한 신경 변형을 초래합니다. 이 모델은 수명 변화를 평가하기 위해 차등 충격 위치 또는 반복되는 뇌진탕에 맞게 조정할 수 있습니다.
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방법 논문
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소아 뇌진탕은 생리적, 심리적 혼란을 동반한 장기적인 후유증을 초래할 수 있습니다. 이 소아 뇌진탕 마우스 모델은 장기적인 신경 염증, 백질 변화 및 행동 기능 장애를 동반한 신경 변형을 초래합니다. 이 모델은 수명 변화를 평가하기 위해 차등 충격 위치 또는 반복되는 뇌진탕에 맞게 조정할 수 있습니다.
어린 시절의 뇌진탕 및 경미한 외상성 뇌 손상(mTBI)은 심각한 건강 위험을 나타내며, 많은 환자가 나중에 쇠약해지는 생리학적, 신경학적, 심리사회적 결과를 보입니다. 세포 및 분자 병태생리학적 메커니즘은 상대적으로 알려져 있지 않으며, 이러한 중요한 격차는 만성 후유증을 완화하기 위한 특정 치료 전략에 대한 연구를 효과적으로 배제합니다. 어떤 단일 동물 뇌진탕 모델도 인간 피험자에서 보고된 모든 특징을 요약하지 않으며, 현재 모델은 특정 연구 질문에 답하도록 설계되었습니다. 우리는 임상적 초기에 직면한 장기 증상을 요약하는 청소년 뇌진탕을 개발하기 시작했는데, 이를 CHILD(Closed Head Injury with Long-term Disorder)라고 합니다. 이 모델에서는 전자기 충격기를 통한 충격력이 가볍게 마취된 구속되지 않은 출산 후 17일차(P17) 마우스의 머리에 전달되어 머리가 자유롭게 회전할 수 있도록 합니다. 생쥐를 정위 장치를 가로질러 단단히 늘어난 은박지 위에 놓고 임팩터는 대상 피질 영역과 조심스럽게 정렬됩니다. 전자기 충격기는 부상 심각도를 결정하기 위해 충격 깊이, 체류 및 지속 시간을 쉽게 선택할 수 있습니다. 이 모델의 강점은 중요한 임상 기능인 머리 회전을 허용한다는 것입니다. 충돌 후 생쥐는 즉시 주변 환경을 탐색하기 위한 적절한 시간과 시간을 모니터링한 다음 댐으로 돌아갑니다. 뇌진탕의 중증도를 높이면 쥐의 하위 집합에서 두개내 출혈이 발생합니다. 생쥐는 원하는 대로 일생 동안 행동 및 신경 영상을 정기적으로 모니터링할 수 있습니다. 다양한 부상 심각도는 청소년 뇌진탕의 이질적인 특성을 모방합니다. 현재의 표준 CHILD 모델은 두개골 골절, 관찰 가능한 기존 신경 영상 변화(임상과 유사)를 나타내지 않지만 진행성 및 지속적인 신경 세포 사멸, 확산 MRI 변경, 신경 세포 활동 및 가소성 변형, 신경교증 증가 및 나이에 따른 점진성 행동 교란을 유발합니다. 요약하면, 이 CHILD 모델은 많은 임상 뇌진탕 환자에서 관찰되는 초기 및 장기 기능을 모방합니다.
소아 외상성 뇌 손상(TBI)은 소아 응급 진료 방문의 주요 원인이며 나중에 건강을 쇠약하게 만드는 것과 관련이 있기 때문에 주요 건강 문제입니다. 모든 TBI사례의 75%를 차지하는 경증 TBI(mTBI)1조차도 생리적, 심리적, 신경학적,인지 기능 장애2를 포함한 장기적인 이상을 유발합니다. 소아 mTBI의 높은 발생률과 이와 관련된 심각한 건강 위험에도 불구하고, 만성 결핍에 선행하는 병리학적, 세포적, 분자적 메커니즘은 여전히 연구되지 않고 있습니다. 이러한 지식의 격차는 소아 mTBI에 대한 효과적인 치료법 및 진단 방법의 개발을 방해합니다.
성체 설치류 TBI 모델에는 체중 감소, 통제된 피질 충격 및 유체 타악기 손상이 포함되며 중등도에서 중증의 부상을 유발하도록 적정할 수 있습니다(결과 측정에 따라 다름)3,4. 이러한 성인 모델 중 다수는 소아 TBI에 맞게 조정되었습니다 5,6. 지난 10년 동안 mTBI 모델은 폐쇄성 두부 손상이 있는 설치류와 회전 모델7에서 개발되었습니다. 그러나 발달 중인 설치류에서 이러한 모델을 구현하는 것은 성체 TBI 문헌에 비해 희박합니다8. 소아의 임상적 이질성을 모델링하는 광범위한 중증도를 포괄하는 임상적 관련성을 다루기 위해 이 연구는 CHILD(Closed Head Injury with Long-term Disorder) TBI 모델을 개발했습니다. CHILD는 2-3세 소아에서 관찰되는 수초화의 정점에 해당하는 발달 연령인 P17 마우스를 사용하는 비수술, 비구속 뇌진탕 모델입니다9. 가벼운 이소플루란으로 마취된 마우스의 체성 감각 피질 위로 전자기 충격기를 사용하여 충격파가 전달됩니다. 구속되지 않은 머리에 충격을 가하면 뇌에 회전력이 가해집니다10, 많은 임상 뇌진탕 보고서에서 보고된 바와 같습니다. 임상적 mTBI와 일관되게 CHILD 모델은 기존 신경 영상에서 두개골 골절이나 눈에 띄는 이상을 유발하지 않습니다.
CHILD 모델에는 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, CHILD에서 초기 및 장기 병리학적 특징이 모두 관찰되었으며, 이는 청소년 뇌진탕 환자에서 관찰된 병리학적 임상적 특징을 모방합니다. 늦은 시점에서 신경교증, 변화된 확산 텐서 MRI, 연령10,11세에 따른 점진적 행동 섭동, 변형된 뉴런 활동 및 가소성11,12에서 관찰되었습니다. 흥미롭게도, 한 번의 소아 손상 후 장기적으로 심장 이상과 함께 예상치 못한 말초 결과도 발견되었다13. 둘째, 이 모델은 재현 가능하며 연구자들과 실험실 간에 유사한 결과를 보여주었습니다13. 셋째, CHILD 모델은 유연하며 TBI의 이질적인 특성을 캡슐화하도록 확장할 수 있습니다. 예를 들어, 이전 연구에서는 충격의 속도와 깊이가 다르면 심각도가 달라지는 것으로 나타났습니다10,11. 마지막으로, 이 모델의 또 다른 강점은 CHILD를 반복적으로 투여할 수 있고 반복적인 손상에 대한 반응을 조사하고 취약한 뇌 영역을 식별하기 위해 다른 위치에 쉽게 적용할 수 있다는 것입니다.
전반적으로 CHILD 모델은 임상적 소아 mTBI 및 뇌진탕을 복제하고 소아 mTBI의 병태생리학적 특성에 대한 이해를 촉진하는 연구 도구 역할을 합니다. 실제 TBI 사례에 설명된 기능의 모든 측면을 캡슐화하는 모델은 없지만 이 모델은 답변되지 않은 많은 뛰어난 연구 질문을 해결할 수 있습니다.
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실험은 University of Bordeaux(프랑스)와 University of California Riverside(미국 CA)의 2개 사이트에서 재현되었습니다.
보르도에서는 대학 동물 시설에서 사육된 수컷 및 암컷 P17 C57Bl6J 마우스에 대해 모든 실험이 수행되었습니다. 초기 육종가는 상업적인 출처에서 얻었으며 12/12-h 암흑 / 명암 주기, 21 °C ± 1 °C의 온도, 55 % ± 10 %의 습도, 그리고 음식과 물이 임시로 제공되는 표준 조건에서 자랐습니다. 실험 절차는 보르도 대학교 동물 관리 위원회 규정, 실험실 동물 사용에 관한 프랑스 법률(승인 #29324-2021012118549817 v3), 유럽 이사회 지침(86/609/EEC) 및 ARRIVE 지침을 따릅니다. 이 프로토콜은 외상성 뇌 손상의 가벼운 모델이기 때문에 통증이나 고통을 일으키지 않습니다. 따라서 정기적인 통증 관리 외에 특별한 통증 관리가 필요하지 않습니다. 새끼의 이유식(TBI, Shams)은 P25에서 효과적이었습니다.
리버사이드에서는 E13 임신한 C57Bl6J 암컷 마우스를 상업적으로 획득했으며, 모든 실험은 P17세의 수컷 및 암컷 새끼 모두의 결과 새끼에 대해 수행되었습니다. 동물은 자동화된 12/12시간 암/광 주기와 21°C의 온도로 사육되었습니다. 댐과 새끼들은 음식과 물을 즉흥적으로 이용할 수 있었다. 모든 실험 절차는 University of California, Riverside Institutional Animal Care and Use Committee의 승인을 받았으며 동물 복지법 및 공중 보건 서비스 정책을 준수했습니다. 해당 시설의 모든 강아지(TBI, Sham)는 P21에서 젖을 뗐습니다.
이 연구에 사용된 동물, 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 예비 단계
2. 소아 경미한 외상성 뇌 손상 시술

그림 1: 임팩터 팁의 위치.(A) 임팩터 팁은 먼저 귀 사이의 정중선에 위치합니다. (B) 그런 다음 팁을 3mm 앞으로 이동합니다(팁 직경과 동일). (C) 마지막으로 피스톤 팁을 마우스 왼쪽에서 3mm 이동합니다. (디,이) 마그네틱 배럴과 관련하여 임팩터 팁의 가능한 위치. (D) 임팩터는 피스톤 몸체와 관련하여 3개의 위치(중립, 수축 또는 확장/충격)를 가지며 그 사이에는 5mm 범위가 있습니다. (E) 절차의 여러 단계에서 두개골 표면과 관련된 임팩터 팁의 위치. (1) 중립 위치에 있는 충격기의 위치; (2) 피스톤이 동물의 두개골에 부드럽게 닿도록 움직입니다 (2.5 단계). (3) 그런 다음 임팩터를 후퇴시키도록 설정합니다(단계 3.6). (4) 임팩터의 몸체 전체를 x mm 아래로 이동합니다(2.7 단계). G1 등급의 경우 G1의 경우 2mm 깊이(x)에서 2m.s-1의 충격 속도(y) 또는 G2의 경우 3mm(x) 깊이에서 3m.s-1의 충격 속도(y). (5) 레버 임팩트를 누르면 임팩터 팁이 중립 위치로 다시 이동할 때 체류 시간 동안 y 속도로 두개골 표면 아래 xmm 이동합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: CHILD 순서도. 뇌진탕 유도의 여러 단계를 나타내기 위해 색상으로 구분된 PND17 마우스에서 CHILD를 유도하는 단계를 자세히 설명하는 순서도. 설정 사진에는 (A) 임팩트 컨트롤러, 팽팽한 주석 호일 위에 임팩터와 팁이 위치한 정위 장치, 가열 패드 위에 위치한 회수 상자를 포함한 전체 CHILD 유도 장치(마취 장치는 보이지 않음)가 포함됩니다. (B) 스케일이 있는 고무 임팩트 팁(3mm). (C) 정위 프레임을 가로질러 뻗어 있는 주석 호일이 있는 정위 장치와 호일 위에 위치한 임팩트 팁이 있는 임팩터 솔레노이드. (D) 히트 패드 위에 놓인 회수실. (E) 순서도에서와 같이 강조 표시된 두 개의 제어 스위치가 있는 임팩트 컨트롤러(빨간색 상자 = 확장/후퇴/끄기, 보라색 상자 = 임팩트 토글). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 외상 후 후속 조치
참고: 다음 단계는 오프라인 분석을 위해 비디오로 녹화할 수 있으므로 실험자는 여러 동물에 대해 연속으로 CHILD를 수행할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 동물 복지에 대한 정기적이고 반복적인 평가가 수행되어야 합니다.
4. 면역조직화학(Immunohistochemistry)
참고: 부상 후 하루 후, G2 및 가짜 그룹(G2의 경우 n = 4 마우스, Sham의 경우 n = 4)의 동물을 마취하고 4°C에서 pH 7.4의 인산염 완충 식염수(PBS) 0.1M에서 제조된 4% 파라포름알데히드(PFA)로 경심 관류했습니다. 두개골에서뇌 10 개를 추출하여 동일한 PFA 용액에 하룻밤 동안 담근 다음, 절단하기 전에 아지드화나트륨(0.1%)이 함유된 PBS로 옮겼습니다. 그런 다음 비브라톰을 사용하여 50μm 두께로 관상 절편을 준비했습니다. 장기 보관을 위해 절편을 사용할 때까지 -20°C에서 동결 보호 배지(PBS의 경우 30% 에틸렌 글리콜 및 20% 글리세롤)에 배치했습니다. 뇌진탕이 뇌신경교증 및 신경 소실에 미치는 영향을 특성화하기 위해 GFAP 및 NeuN을 표적으로 하는 면역조직화학을 아래와 같이 수행했습니다.
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CHILD 모델은 소아 마우스에서 비교적 빠르고 재현 가능한 mTBI 모델로, 중증도와 위치의 변화를 허용합니다. 예상대로 CHILD 마우스는 폐쇄성 두부 손상으로부터 상당히 긴 회복 시간을 보였습니다(그림 3). 코호트(n = 36 female sham, n = 140 male sham, n = 30 female G1, n = 55 male G1, n = 32 female G2, n = 141 male G2)를 집계했을 때, righting time(그림 3A, 3-way ANOVA p < 0.001)과 탐색적 행동을 재개하는 시간(Figure 3B, 3-way ANOVA p < 0.001)의 지연이 관찰되었다. 회복 기간은 또한 영향의 심각도에 따라 달라졌다(그림 3, G...
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프로토콜의 중요한 단계
여기에 설명된 CHILD 프로토콜은 (1) 충격 매개변수(속도, 깊이, 지속 시간)를 표준화하고, (2) 실험실 내부 및 실험실 간의 재현성을 보장하며, (3) 상업적으로 쉽게 이용할 수 있는 전자기 충격기(그림 2A)의 사용을 요구합니다. 또 다른 중요한 구성 요소는 설치류의 머리를 치는 충격기 팁입니다. 실리콘에서 금속 팁에 이르기까지 다양한 가능성을 사용할 수 있지만 이 프로토콜은 2mL 주사기의 플런저에서 얻은 고무 팁을 사용합니다(그림 2B). 고무 팁의 근거는 충격의 힘과 회전을 두개골에 전달하지만 두개골 골절을 유발하지 않는 것입니다. G2 마우스에서는 작은 부분 집합이 관련 경막하 출혈을 동반하거나 동반하지 않은 두개골 골절을 보였습니다. 전자기 충격기를 사용하면 G1 및 G2 지정에서와 같...
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이 방법 논문은 Eranet Neuron Neuvasc(Badaut), Agence Nationale de la Recherche Nanospace(Badaut), CNRS IRP IINOVAtion(Badaut) 및 NIH NINDS Grant No. 1R01NS119605(Obenaus, Badaut) 및 1RF1NS138032(Obenaus, Territo)의 지원을 받았습니다. 그림 1 은 BioRender.com 사용하여 만든 것입니다.
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| BSA | Sigma Aldrich Chimie S.a.r.l 80 Rue de Luzais L'lsle-d'Abeau Chesnes - BP701 38297 Saint-Quentin-Fallavier Cedex France | A7030 | |
| C57Bl6J 마우스 | 찰스 리버 연구소 프랑스 CRLF 9 All. 물랑 버거, 69130 É cully, France | Bordeaux | |
| Electromagnetic impactor | Leica Biosystems, Richmond, IL USA | Impact One 입체 임팩터 | |
| Epifluorescence microscope | Olympus, BX41, Center Valley, PA | ||
| Ethylen glycol | Sigma Aldrich Chimie S.a.r.l 80 Rue de Luzais L'lsle-d'Abeau Chesnes - BP701 38297 Saint-Quentin-Fallavier Cedex 프랑스 | 102466 | |
| GFAP 1차 항체 | Millipore, Billerica, MA | AB5541 | 닭 anti-GFAP |
| GFAP 2차 항체 | Molecular Probes, Invitrogen | A11034 | 염소 anti-rabbit AlexaFluor 488 |
| Glycerol | Sigma Aldrich Chimie S.a.r.l 80 Rue de Luzais L'lsle-d'Abeau Chesnes - BP701 38297 Saint-Quentin-Fallavier Cedex France | G5516 | |
| 헤비 듀티 알루미늄 호일 | Kirkland | RK611 | Cosco |
| Micromanager 소프트웨어에서 획득됨 | (NIH, 미국 | ||
| NeuN 1차 항체 | AbCam, Discovery Drive, Cambridge Biomedical Campus, Cambridge, CB2 0AX, 영국 | AB128886 | 토끼 항NeuN |
| NeuN 2차 항체 | 분자 프로브, Invitrogen | A11041 | 염소 항닭 AlexaFluor 568 |
| PBS | Sigma Aldrich Chimie S.a.r.l 80 Rue de Luzais L'lsle-d'Abeau Chesnes - BP701 38297 Saint-Quentin-Fallavier Cedex France | P5493 | |
| PFA | Sigma Aldrich Chimie S.a.r.l 80 Rue de Luzais L'lsle-d'Abeau Chesnes - BP701 38297 Saint-Quentin-Fallavier Cedex France | 1.04003 | |
| 아지드화 | 나트륨Sigma Aldrich Chimie S.a.r.l 80 Rue de Luzais L'lsle-d'Abeau Chesnes - BP701 38297 Saint-Quentin-Fallavier Cedex France | 26628-22-8 | |
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