Ten protokół potwierdza niezawodny, łatwy do wykonania i powtarzalny model rozlanego uszkodzenia aksonalnego mózgu (DAI) u gryzoni, który wywołuje rozległe uszkodzenia istoty białej bez złamań czaszki czy stłuczeń.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten protokół potwierdza niezawodny, łatwy do wykonania i powtarzalny model rozlanego uszkodzenia aksonalnego mózgu (DAI) u gryzoni, który wywołuje rozległe uszkodzenia istoty białej bez złamań czaszki czy stłuczeń.
Urazowe uszkodzenie mózgu (TBI) jest główną przyczyną śmierci i niepełnosprawności. Rozlane uszkodzenie aksonów (DAI) jest dominującym mechanizmem urazu u dużego odsetka pacjentów z TBI wymagających hospitalizacji. DAI polega na rozległym uszkodzeniu aksonów w wyniku potrząsania, rotacji lub urazu wybuchowego, co prowadzi do szybkiego uszkodzenia rozciągnięcia aksonów i wtórnych zmian aksonalnych, które są związane z długotrwałym wpływem na powrót do sprawności. Historycznie rzecz biorąc, eksperymentalne modele DAI bez uszkodzenia ogniskowego były trudne do zaprojektowania. W tym miejscu weryfikujemy prosty, powtarzalny i niezawodny model DAI gryzoni, który powoduje rozległe uszkodzenia istoty białej bez złamań lub stłuczeń czaszki.
Urazowe uszkodzenie mózgu (TBI) jest główną przyczyną śmierci i niepełnosprawności w Stanach Zjednoczonych. TBI przyczyniają się do około 30% wszystkich zgonów związanych z urazami1,2. Główne przyczyny TBI różnią się w zależności od grupy wiekowej i obejmują upadki, kolizje z dużą prędkością podczas uprawiania sportu, celowe samookaleczenia, wypadki samochodowe i napaści1,2,3.
Rozproszone uszkodzenie aksonalne mózgu (DAI) to specyficzny rodzaj TBI wywołany przyspieszeniem obrotowym, wstrząsem lub uszkodzeniem mózgu spowodowanym wybuchem w wyniku nieograniczonego ruchu głowy w chwili po urazie4,5,6,7,8. DAI wiąże się z rozległym uszkodzeniem aksonów prowadzącym do długotrwałego upośledzenia neurologicznego, które wiąże się ze słabymi wynikami, uciążliwymi kosztami opieki zdrowotnej i śmiertelnością na poziomie 33-64%1,2,4,5,9,10,11. Pomimo ostatnich znaczących badań nad patogenezą DAI, nie osiągnięto konsensusu co do najlepszych opcji leczenia11,12,13,14.
W ciągu ostatnich dziesięcioleci liczne modele eksperymentalne próbowały dokładnie odtworzyć różne aspekty DAI11,12,15,16. Modele te mają jednak ograniczenia, biorąc pod uwagę unikalną prezentację DAI w porównaniu z innymi urazami ogniskowymi. Te wcześniejsze modele nie tylko powodują uszkodzenie aksonów w obszarach istoty białej, ale także powodują ogniskowe uszkodzenia mózgu. Klinicznie DAI towarzyszą mikrokrwotoki, które mogą stanowić główną przyczynę uszkodzenia istoty białej.
Wykazano, że tylko dwa modele zwierzęce odtwarzają kluczowe cechy kliniczne DAI. Gennarelli i jego koledzy stworzyli pierwsze urządzenie do bocznej rotacji głowy w 1982 roku, wykorzystując nieuderzeniowe przyspieszenie obrotowe głowy do wywołania śpiączki z DAI w modelu naczelnych innych niż ludzie15. Ten model naczelnych wykorzystywał kontrolowany pojedynczy obrót do przyspieszania i zwalniania, aby przemieścić głowę o 60° w ciągu 10-20 ms. Technika ta była w stanie naśladować upośledzoną świadomość i rozległe uszkodzenia aksonów, które przypominały skutki ciężkiego TBI obserwowanego w ludzkich mózgach. Jednak modele naczelnych są bardzo drogie4,11,16. Opierając się częściowo na poprzednim modelu, w 1994 roku zaprojektowano świński model uszkodzenia mózgu spowodowany przyspieszeniem obrotowym (Ross i wsp.) z podobnymi wynikami14.
Te dwa modele zwierzęce, choć dawały różne prezentacje typowej patologii, znacznie wzbogaciły koncepcje patogenezy DAI. Szybki obrót głowy jest ogólnie akceptowany jako najlepsza metoda wywoływania DAI, a gryzonie stanowią tańszy model do badań nad szybką rotacją głowy11,16. W tym miejscu weryfikujemy prosty, powtarzalny i niezawodny model DAI gryzoni, który powoduje rozległe uszkodzenia istoty białej bez złamań czaszki lub stłuczeń. Obecny model umożliwi lepsze zrozumienie patofizjologii DAI i opracowanie skuteczniejszych metod leczenia.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Eksperymenty przeprowadzono zgodnie z zaleceniami Deklaracji Helsińskiej i Tokijskiej oraz Wytycznymi dotyczącymi wykorzystania zwierząt doświadczalnych Wspólnoty Europejskiej. Eksperymenty zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu Ben-Guriona w Negev.
1. Przygotowanie szczurów do procedury eksperymentalnej
UWAGA: Należy wybrać dorosłe samce szczurów Sprague-Dawley o masie ciała 300-350 g.
2. Indukcja rozlanego uszkodzenia aksonów
UWAGA: Urządzenie składa się z następujących elementów: 1) przezroczystego plastikowego cylindra, 2) ciężarka żelaznego (1308 g), 3) mechanizmu obrotowego składającego się z rury cylindrycznej, dwóch łożysk, na których obraca się oś, oraz mocowania głowy (dla pinów usznych); 4) platformy poziomej, na której zamocowano dwa łożyska.
3. Pomiar parametrów kinematyki rotacyjnej/biomechanicznych.



4. Ocena neurologicznej skali nasilenia objawów (Neurological Severity Score) po 48 godzinach
UWAGA: Deficyty neurologiczne oceniano i klasyfikowano przy użyciu skali Neurological Severity Score, zgodnie z wcześniejszymi opisami17,18,19. Zmiany w funkcjach motorycznych i zachowaniu ocenia się za pomocą systemu punktowego, w którym maksymalna liczba 24 punktów oznacza ciężkie dysfunkcje neurologiczne. Wynik 0 wskazuje na nienaruszony stan neurologiczny. Ocenie podlegają następujące funkcje behawioralne.
5. Pobieranie mózgu do badania histologicznego po 48 godzinach
6. Barwienie immunochemiczne i badanie
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tabela 1 przedstawia harmonogram protokołu. Wskaźnik śmiertelności w tym modelu DAI wyniósł 0%. Test Manna-Whitneya wykazał, że deficyt neurologiczny był istotnie większy u 15 szczurów z DAI w porównaniu do 15 szczurów z grupy sham w 48 godzinach po interwencji (Mdn = 1 vs. 0), U = 22.5, p < 0.001, r = 0.78 (patrz Tabela 2). Dane są mierzone jako wartości liczbowe i przedstawione jako mediana oraz zakres percentylowy 25–75.
Reprezentatywne mikrofotografie p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten opisuje model DAI dla gryzoni. W DAI przyspieszenie obrotowe w mózgu powoduje efekt ścinania, który wyzwala zmiany aksonalne i biochemiczne, które prowadzą do utraty funkcji aksonów w procesie postępującym. Wtórne zmiany aksonalne są spowodowane szybkim uszkodzeniem rozciągnięcia aksonów i są zmienne pod względem zakresu i nasilenia 4,5,10. W ciągu kilku godzin do kilku dni po pierwotnym urazie zmiany biochemiczne d...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy dziękują dr Nathanowi Kleeorinowi (Wydział Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Ben-Guriona w Negev) za pomoc w pomiarach biomechanicznych. Dziękujemy również prof. Ołenie Siewierynowskiej, Marynie Kuscheriawie, Maksymowi Krywonosowowi, Darynie Yakumenko i Evgenii Goncharyk z Wydziału Fizjologii Wydziału Biologii, Ekologii i Medycyny Uniwersytetu im. Olesa Honczara w Dnieprze na Ukrainie za jej wsparcie i pomocny wkład w nasze dyskusje.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,01 M cytrynian sodu | SIGMA - ALDRICH | ||
| 2,5% normalna surowica końska | SIGMA - ALDRICH | H0146 | Płynny |
| 4% buforowany roztwór | |||
| Białko prekursorowe antyamyloidu, C - końcowe przeciwciało wytwarzane u królika | SIGMA - ALDRICH | Lot 056M4867V | |
| biotynylowane przeciwciało drugorzędowe | Wektor | BA-1000-1,5 | 10 mM fosforan sodu, pH 7,8, 0,15 M NaCl, 0,08% azydek sodu, 3 mg/ml albumina bydlęca albumina |
| kleszczyki | |||
| Zestaw substratów Peroksydaza DAB (HRP) (z niklem), wektor 3,3'-diaminobenzydyny | laboratoryjne | ||
| kasety | |||
| etanol 99,9 | ROMICAL | Ciecz łatwopalna | |
| gilotyna | |||
| Hematoxylin | SIGMA - ALDRICH | H3136-25G | |
| Roztwór nadtlenku wodoru | Millipore | 88597-100ML-F | |
| Isofluran, USP 100% | Piramamal Critical Care, Inc | ||
| Olympus | BX 40 | ||
| Paraffine Paraplast | plus Leica Biosystem | Podłoże do zatapiania | |
| tkankach soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) | SIGMA - ALDRICH | P5368-10PAK | Zawartość jednej torebki, po rozpuszczeniu w jednym litrze wody destylowanej lub dejonizowanej, daje 0,01 M soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (NaCl 0,138 M; KCl - 0,0027 M); pH 7,4, w temperaturze 25 °C. |
| Streptawidyna HRP | ABCAM | ab64269 | Streptawidyna-HRP do stosowania z biotynylowanymi przeciwciałami drugorzędowymi podczas IHC / immunohistochemii. |
| ksylen |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.