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.
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 zostały przeprowadzone zgodnie z zaleceniami Deklaracji z Helsinek i Tokio oraz z Wytycznymi Wspólnoty Europejskiej dotyczącymi wykorzystania zwierząt doświadczalnych. Eksperymenty zostały zatwierdzone przez Komitet Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu Ben-Guriona w Negev.
1. Przygotowanie szczurów do procedury doświadczalnej
UWAGA: Wybierz dorosłego samca szczura Sprague-Dawley o wadze 300-350 g.
2. Indukcja rozlanego uszkodzenia aksonalnego
UWAGA: Urządzenie składa się z następujących elementów: 1) przezroczystego plastikowego cylindra, 2) żelaznej wagi (1308 g), 3) mechanizmu obrotowego składającego się z cylindrycznej rurki, dwóch łożysk, na których obraca się oś i mocowania głowy (dla szpilek do uszu); 4) pozioma platforma, na której zamocowane są dwa łożyska.
3. Pomiar kinematyki rotacyjnej/parametrów biomechanicznych.



4. Ocena oceny ciężkości neurologicznej po 48 godzinach
UWAGA: Deficyty neurologiczne zostały ocenione i ocenione za pomocą Oceny Nasilenia Neurologicznego, jak wcześniej opisano17,18,19. Zmiany w funkcjach motorycznych i zachowaniu są oceniane za pomocą systemu punktowego w taki sposób, że maksymalny wynik 24 oznacza poważną dysfunkcję neurologiczną. Wynik 0 wskazuje na nienaruszony stan neurologiczny. Oceniane są następujące funkcje behawioralne.
5. Pobranie mózgu do badania histologicznego po 48 godzinach
6. Barwienie i badanie immunochemiczne
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tabela 1 ilustruje oś czasu protokołu. Śmiertelność w tym modelu DAI wynosiła 0%. Test Manna-Whitneya wykazał, że deficyt neurologiczny był znacznie większy u 15 szczurów DAI w porównaniu z 15 szczurami pozorowanymi po 48 godzinach od interwencji (Mdn = 1 vs. 0), U = 22,5, p < 0,001, r = 0,78 (patrz Tabela 2). Dane są mierzone w liczbach i są prezentowane jako mediana i zakres percentyla 25–75.
Reprezentatywne mikrofotografie przekrojów wzgórza tkanki mózgo...
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.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie