$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Het protocol dat in deze studie wordt beschreven, schetst een methode voor het induceren van rmTBI via een verdund schedelvenster, dat een oplossing biedt voor het hersenletsel veroorzaakt door craniotomievoorbereiding tijdens conventionele percussie-TBI-modellering. Door gebruik te maken van deze aangepaste vloeibare percussieprocedure met het gewijzigde apparaat, werden verbeterde precisie en reproduceerbaarheid van FPI-impact bereikt13. Het gemodificeerde botslichaam heeft de veelzijdigheid om te worden gebruikt voor zowel CHI- als FPI-modellering, met of zonder schedelcraniotomie. Bovendien wordt de ernst van het letsel gemoduleerd door letselparameters aan te passen, zoals de valhoek van de impactslinger, of door extra ethyleenvinylacetaatschuimkussens met gesloten cellen van verschillende hardheid toe te voegen aan de eindplaat van de zuigerpaal.
Het gemodificeerde rmTBI-model biedt aanzienlijke voordelen, zoals het produceren van focale en diffuse pathologie zonder de corticale durale bloot te leggen, waardoor ontsteking door blootstelling aan meningeale en/of directe FPI op parenchym wordt geminimaliseerd. Bovendien vermindert dit model variaties in de dikte en vorm van het schedelbot om betrouwbare letselresultaten te produceren. Daarom is het gewijzigde rmTBI-model effectief en betrouwbaar in het simuleren van klinisch relevante post-concussieve symptomen (PCS)-gerelateerde neuropathologische en gedragsstoornissen in verschillende letselgraden. Dit model is met name nuttig voor het onderzoeken van pathologische mechanismen van TBI die afhankelijk zijn van de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van TBI-modellen bij dieren, met name voor het onderzoeken van milde TBI-gerelateerde mechanismen.
De frontale laterale tak van de middelste hersenslagader van de muis en de caudale rhinale ader19, gelegen onder de verdunde schedel, zorgden voor een duidelijke visualisatie onder de camera. Na twee rmTBI-percussieën, elk met een druk van ongeveer 2,0 atm, vertoonden alle muizen subdurale hematomen bij 0 DPI. Hoewel de integriteit van de uitgedunde schedel niet in het gedrang leek te komen; er werd echter een vermindering van het aantal microvaten waargenomen naast veranderingen in de morfologie van microvasculatuur (figuur 2H), zoals eerder gerapporteerd15. Bij 2 DPI verdwenen de hematomen grotendeels. Mortaliteit is voornamelijk het gevolg van een botsing terwijl de muis onder diepe narcose is, wat apneu aanzienlijk kan verlengen. Regelmatig beoordelen van de diepte van de anesthesie vóór de botsing door middel van de ooglid- en pootterugtrekkingsreflexen kan de mortaliteit aanzienlijk verminderen. Aanvullende factoren die van invloed kunnen zijn op de sterftecijfers na vloeibare percussie zijn onder meer de belasting van de muis, de hardheid van de schedel, het geslacht en de leeftijd. In een eerdere studie die hetzelfde rmTBI-protocol gebruikte, was één C57BL/6J-muis15 overleden. In dit protocol werden alleen mannelijke ICR-muizen gebruikt om de hele procedure te introduceren.
Zowel studies bij mensen als bij dieren hebben aangetoond dat zelfs herhaalde subconcussieve botsingen met het hoofd wijdverspreide microstructurele verwondingen aan de witte stof kunnen veroorzaken 20,21,22, die in verband worden gebracht met slechtere cognitieve prestaties 21,22. Bij 7-12 DPI kan rmTBI stoornissen veroorzaken in ruimtelijk leren en geheugen, die werden onderzocht met behulp van het MWM-paradigma. Figuur 4 illustreert de resultaten van deze beoordeling.
Analyse van de laatste acquisitieproef in de MWM toonde een significante toename (p< 0,05) van de latentie van rmTBI-muizen om het ondergedompelde platform te bereiken, vergeleken met de controlegroep. In de sondeproef toonde de analyse van het percentage van de tijd doorgebracht in het oorspronkelijke platformkwadrant een significante vermindering (p<0,01) aan in de rmTBI-groep ten opzichte van de controlegroep, wat wijst op een afname van het ruimtelijk referentieleren en geheugenvermogen bij muizen met rmTBI.
De hier beschreven methode werd gebruikt in een eerdere publicatie15 met behulp van de C57BL/6J muizen. Naast de MWM zijn er nog drie aanvullende analyses uitgevoerd, zoals hieronder beschreven.
De OFT werd gebruikt om de voortbewegings- en verkenningsmogelijkheden te beoordelen door de gemiddelde reissnelheid, de totale afgelegde afstand en het percentage van de afgelegde afstand in de centrumzones te meten. Voer een openveldtest (OFT) uit bij 6 DPI om voortbeweging, verkenning en angst bij muizen te evalueren. Het testapparaat van 40 x 40 x 40 cm, dat was verdeeld in 16 zones (elk van 18 x 18 cm). De muis werd in het midden van het apparaat geplaatst en mocht 5 minuten vrij verkennen. Er werd een registratie gemaakt van de afgelegde afstand in de middelste 4 zones, de totale afgelegde afstand, de gemiddelde bewegingssnelheid en de tijd doorgebracht in de grenszones. Angstniveaus werden geëvalueerd op basis van het percentage van de afgelegde afstand in de centrale zones en de tijd die knaagdieren in de aangrenzende zones doorbrachten gedurende een observatieperiode van 5 minuten. Bij 6 DPI heeft rmTBI mogelijk geen significante invloed op de algemene locomotiefvaardigheden van de muizen, het kan aanzienlijke angst veroorzaken en verkennend gedrag veranderen, zoals weergegeven in figuur 415. Bovendien induceert het gewijzigde rmTBI-model diffuse axonale verwondingen, die kunnen worden geëvalueerd door middel van aanvullende gedragstests, zoals de cognitieve capaciteitentest die in dit protocol wordt beschreven.
Het is aangetoond dat RmTBI de ruimtelijke werking en het referentiegeheugen bij muizen schaadt, zoals geïllustreerd in figuur 515. Deze cognitieve functies werden beoordeeld met behulp van de Y-maze-test. De test werd uitgevoerd bij 8 DPI om tekorten in het kortetermijnwerkgeheugen bij muizen te meten. Voor spontane afwisseling werd een acryl Y-doolhof apparaat (20 cm hoog, 50 cm lang en 10 cm breed aan de onderkant) gebruikt. Nadat de muis in het midden van het apparaat was geplaatst en 8 minuten had kunnen verkennen, werden de armingangen geregistreerd. Spontane afwisselingsgedrag wordt gedefinieerd als de opeenvolgende binnenkomst van de muis in de drie armen op tripletsets. Bereken de spontane afwisselingssnelheid (%) als (opeenvolgende tripletsets / totaal aantal armingangen min 2) x 100. Voor ruimtelijk referentiegeheugen sluit u tijdens de training van 8 minuten willekeurig één arm van het Y-doolhofapparaat af. Na 1 uur na de eerste belichting wordt de muis opnieuw in het doolhof geïntroduceerd met alle drie de armen open en laat hem gedurende 3 minuten vrij verkennen. De tijd die wordt besteed aan het verkennen van de nieuwe arm versus de andere twee armen wordt geregistreerd. Bereken de voorkeursindex als de tijd doorgebracht in de nieuwe arm versus de tijd doorgebracht in alle drie de armen.
Bovendien raden we aan om grove structurele laesies in de hersenen te evalueren met behulp van eenvoudige HE-kleuring (Figuur 6)15 na het voltooien van alle gedragstests. Gebruik het corticale gebied coronaal doorsnede van 1 mm vóór de laesieplaats tot de achterrand van de laesie, en het hippocampusgebied coronaal doorsnede in de typische halvemaanvormige zone (Bregma: -1,7 tot -2,2 mm). Het tellen van neuronen in elk objectglaasje uit zes willekeurige velden met behulp van een oculair raster (vergroting 400x) en het gemiddelde van het neuronale aantal leverde de cijferdichtheid per gezichtsveld (numerieke dichtheid) op. De hersengebieden die door rmTBI zijn aangetast, bleken verschillende gradaties van neuronbeschadigingen te vertonen15. In het bijzonder vertoonde de motorische cortex een krachtigere en gevarieerdere omvang van dergelijke verwondingen dan de hippocampus. HE-kleuring vertoonde een aanzienlijke verschuiving naar pyknotische morfologie van normale neuronen (Figuur 6A, B, E, F). Bovendien werd waargenomen dat de extracellulaire matrix specifiek in het gebied van de laesie loskwam (figuur 6F). Naast de waargenomen matrix-losgemaakte gebieden, vertoonden rmTBI-muizen ook een significante toename van hyperchrome kleuring, gezien als een donkerdere rode kleur, in een significant aantal subgranulaire neuronen in de dentate gyrus en sommige corticale en CA1-neuronen. Intrigerend genoeg vertoonden deze kleuringspatronen geen begeleidende tekenen van cytoplasmatische krimp of pyknotische kern (Figuur 6C,D,G,H,K)15. De hierboven genoemde gedrags- (met uitzondering van WMM-test) en HE-kleuringsmethoden werden gedetailleerd beschreven in een recente publicatie, waarin het gewijzigde rmTBI-model15 werd geïntroduceerd.

Afbeelding 1: Het gewijzigde FPI-apparaat en de schermafbeelding van de software. (A) Het gewijzigde FPI-apparaat . (B) De schermafbeelding toont de FPI-drukgolfvorm en de automatische meting en export van real-time impactdrukparameters zoals stijgtijd, valtijd en halve breedteduur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Het gemodificeerde muismodel van rmTBI in ICR-muizen. (A) Er wordt een incisie in de middellijn gemaakt om het operatiegebied bloot te leggen. (B) Een verdund schedelvenster werd gefabriceerd op de motorische cortex. De helderheid van de blootgestelde corticale microvaten wordt gebruikt om de dikte van de schedel te bepalen. (C) De dikte van de schedel kan ook worden geverifieerd door de verdunde schedel voorzichtig te onderzoeken met de afgeplatte punt van een fijne spuitnaald en de zachtheid ervan te beoordelen. (D) De vrouwelijke Luer Lock was vastgelijmd aan het uitgedunde schedelraam. (E) De bevestigde vrouwelijke Luer Lock werd vastgezet door het tandcement aan te brengen. (F) De diepte van de anesthesie werd gecontroleerd door de ooglid- en pootterugtrekkingsreflexen te controleren. (G) De FPI-impact werd toegediend na de terugkeer van een terugtrekkingsreflex naar een pootknijp. (H) Post-rmTBI-beeld van een verdund schedelvenster bij 0 DPI. (I) De hoofdhuid werd gehecht met weefsellijm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: De effecten van rmTBI op ruimtelijk referentieleren en geheugen bij ICR-muizen. (A) Het navigatiespoor voor muizen tijdens de laatste acquisitieproef geregistreerd bij 11 DPI, (B) de ruimtelijke sonderoute in de sondeproef geregistreerd bij 12 DPI, en (C) de ontsnappingstijd die muizen nodig hadden om het platform te lokaliseren tijdens de laatste acquisitieproef. Uit de resultaten bleek dat de rmTBI-groep er significant langer over deed om het verborgen platform te bereiken dan de controlegroep (p<0,05). (D) Het percentage tijd dat muizen in het oorspronkelijke platformkwadrant doorbrachten ten opzichte van de totale navigatietijd tijdens de sondeproef was significant lager in de rmTBI-groep dan in de controlegroep (p<0,01). n=8. *p<0.05, **p<0.01 vs. controle door ongepaard t-toets. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: De effecten van rmTBI op voortbeweging, exploratie en angst bij C57BL/6J muizen. (A) Representatieve sporen van controle- en rmTBI-muizenbeweging gedurende 5 minuten OFT. (B-E) Samengevatte gegevens tonen respectievelijk de afgelegde afstand in de centrumzones, de totale afgelegde afstand, de gemiddelde reissnelheid en de tijd doorgebracht in de periferiezones. Controle, n=13; rmTBI, n = 12. blz<. 01 vs. controle door ongepaard T-test. Dit cijfer is gewijzigd van15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: De effecten van rmTBI op ruimtelijk werken en referentiegeheugen in C57BL/6J muizen. (A, B) Representatieve sporen van controle en rmTBI-muizenbeweging tijdens de ruimtelijke werk- en referentiegeheugenbeoordelingen in Y-doolhof. De spontane afwisselingstest in het Y-doolhof is een veelgebruikte methode voor het beoordelen van het kortetermijngeheugen in knaagdiermodellen15. (C) Samenvatting van spontane afwisselingssnelheden van controle- en rmTBI-muizen tijdens beoordeling van ruimtelijk werk. Knaagdieren geven er meestal de voorkeur aan om een nieuwe arm van het doolhof te verkennen in plaats van een nieuwe arm te bezoeken die ze al hebben verkend. Een voorkeursindex wordt berekend op basis van de tijd die knaagdieren in de nieuwe arm doorbrengen in vergelijking met de tijd die in alle drie de armen wordt doorgebracht, en deze index wordt vervolgens geanalyseerd. (D) Samenvatting van de voorkeursindex van controle- en rmTBI-muizen tijdens de beoordeling van de ruimtelijke werking. Controle, n=13; rmTBI, n=12. blz<. 01 vs. controle door ongepaard T-test. Dit cijfer is gewijzigd van15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: Vergelijking van HE-kleuring van de ipsilaterale gewonde motorische cortex en hippocampale dentate gyrus subregio tussen controle en rmTBI bij C57BL/6J-muizen. (A, B) Normale motorische cortex; en (C, D) het hippocampusgebied van controlemuizen in verschillende vergrotingen. (E, F) Gewonde motorische cortex en (G, H) hippocampusgebieden van rmTBI-muizen. Hyperchrome neuronen in de cortex en CA1 kunnen licht zijn aangetast door de voorbereiding van een operatie of aanhoudende rmTBI; hypochrome (mogelijk intermediair gewonde) en pyknotische (apoptotische neuronen) neuronen werden echter waargenomen in de motorische cortex van rmTBI-muizen in vergelijking met normale neuronen in de controlemuizen. Deze kenmerken van neuronale apoptose omvatten neuronale cytoplasmatische krimp en krimp van de kern, vergezeld van schijnbare vacuolatie. Met name de witte afbakeningslijn in (E) vertegenwoordigt de grens tussen het beschadigde en het omringende weefsel. Bovendien verwezen de hyperchrome neuronen in de DG-subregio (H) mogelijk naar nieuw gegenereerde onrijpe en rijpe granulaire neuronen. De onderstaande staafdiagrammen tonen de verdeling van normale en door rmTBI aangetaste neuronen in de subregio's (I) motorische cortex en hippocampus (J) CA1 en (K) DG. Controle, n=13; rmTBI, n=12, ***p<. 001 vs. controle door ongepaarde T-test. Dit cijfer is gewijzigd van15. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.