Model fali uderzeniowej o niskiej intensywności do przedklinicznej oceny łagodnego urazowego uszkodzenia mózgu u gryzoni
6 listopada 2020
Prezentujemy tutaj protokół modelu fali uderzeniowej dla gryzoni w celu zbadania neurobiologicznych i patofizjologicznych skutków łagodnego do umiarkowanego urazowego uszkodzenia mózgu. Stworzyliśmy zasilany gazem, laboratoryjny zestaw wyposażony w czujniki ciśnienia, co pozwala na niezawodne i powtarzalne generowanie łagodnych lub umiarkowanych urazowych uszkodzeń mózgu wywołanych wybuchem.
Protokół ten powoduje nieinwazyjne uszkodzenie mózgu z zamkniętą głową, które podsumowuje ludzkie doświadczenie związane z kontuzją sportową lub narażeniem na wybuch na otwartym polu. Podstawową zaletą tego protokołu jest to, że pozwala na ruch głowy w celu uchwycenia zdarzeń przyspieszania/zwalniania nieodłącznie związanych z wieloma postaciami TBI. Model ten ma na celu podsumowanie ludzkiego doświadczenia z różnymi czynnikami TBI i pozwala na ocenę klinicznie istotnych następstw TBI.
Ze względu na efekty przyspieszenia/spowolnienia modelu, odtwarzamy czynniki i doświadczenia nieodłącznie związane z powszechnymi postaciami TBI obserwowanymi klinicznie. Zacznij od nabycia wszystkich części roboczych potrzebnych do konfiguracji i zainstaluj je pojedynczo na stołach przesuwnych maszyny, zamocowanych na stabilnej, łatwej do czyszczenia powierzchni ze stali nierdzewnej w przestrzeni laboratoryjnej zatwierdzonej do eksperymentów na zwierzętach. Zamocuj osłonę rury PVC prostopadle do układu rurki amortyzującej, tak aby ciało zwierzęcia było całkowicie zakryte, pozwalając tylko na wystające głowę.
Zamontuj butlę z gazem na ścianie w pobliżu instalacji, przestrzegając odpowiednich przepisów bezpieczeństwa. Po przygotowaniu wszystkich materiałów potrzebnych do eksperymentu, sprawdź konfigurację pod kątem prawidłowej instalacji, dostosowując parametry zgodnie z celem badania. Ostrożnie odetnij membranę poliestrową i włóż ją między sekcję napędzaną i zabierającą.
Zabezpiecz go, dokręcając łączące. Umieść trzy czujniki ciśnienia na wyjściu rurki uderzeniowej pod kątem 120 stopni od siebie, aby monitorować właściwości fali uderzeniowej podczas indukcji TBI. Za pomocą mikrometru upewnij się, że odległość od końca aparatu z rurką uderzeniową jest prawidłowa dla każdego obiektu.
Utrzymuj stałą pozycję głowy gryzonia w badaniach, aby umożliwić spójną ocenę obrażeń. Korzystając z graficznego interfejsu użytkownika oprogramowania, zainicjuj rejestrację z czujników ciśnienia. Umieść w pełni znieczulonego gryzonia w osłonie rury PVC z amortyzacją, aby chronić narządy obwodowe przed falą uderzeniową.
Umieść głowę w obszarze umieszczenia głowy i podpieraj się od dołu gazikiem. Określ ustawienie głowy zgodnie z anatomią każdego gryzonia z kłykciem potylicznym wyrównanym z krawędzią osłony ochronnej. Otwórz główny zawór zbiornika sprężonego gazu, aby wytworzyć skok ciśnienia, który rozrywa membranę i głośną eksplozję, która potwierdza wytworzenie fali ciśnienia.
Membrana zostanie wizualnie pęknięta po usunięciu po eksperymencie. Wyłącz dopływ gazu natychmiast po usłyszeniu eksplozji. Wyjmij gryzonia z aparatu i połóż go na boku na płaskiej powierzchni bezpośrednio przylegającej do rurki uderzeniowej.
Jak tylko odzyska odruch prostowania, umieść go w odpowiedniej klatce domowej i monitoruj go pod kątem działań niepożądanych przez następne 24 godziny. Wyczyść konfigurację detergentem, aby usunąć zapach i przygotuj się do następnego eksperymentu. Ciśnienia szczytowe wzrosły zgodnie z grubością membrany w obszarze umieszczenia głowicy i wyjściu aparatu z rurką uderzeniową, co pokazuje, że są one skalowalne.
Myszy wystawione na działanie fali uderzeniowej wytworzonej za pomocą membrany o grubości 76,2 mikrometra wykazywały znaczny wzrost czasu odruchu prostowania w porównaniu z kontrolami pozorowanymi, co sugeruje, że ta fala uderzeniowa wywołuje utratę przytomności. W przeciwieństwie do tego, myszy wystawione na falę uderzeniową z membrany o średnicy 50,8 mikrometra nie wykazywały znaczącego wzrostu czasu odruchu prostowania, co wskazuje na łagodną postać TBI. Wystawienie na działanie fali uderzeniowej z membraną o średnicy 76,2 mikrometra spowodowało znaczny spadek temperatury ciała myszy z indukcją TBI w ciągu pierwszej godziny w porównaniu z ich pozorowanymi kontrolami, co sugeruje znaczący efekt fizjologiczny.
Myszy poddane urazowemu uszkodzeniu mózgu z membraną o grubości 76,2 mikrometra wykazywały ostre, zależne od czasu zmniejszenie całkowitej masy ciała w ciągu jednego dnia po TBI w porównaniu z kontrolami pozorowanymi i znaczny spadek aktywności lokomotorycznej. Ważne jest, aby odpowiednio zabezpieczyć membranę w celu powtarzalnego generowania fali uderzeniowej. Przed eksperymentem in vivo fala uderzeniowa powinna zostać przechwycona i oceniona za pomocą czujników ciśnienia.
Oceny neurologiczne, takie jak czas ostrego odruchu prostowania, lokomocja i/lub bardziej złożone behawioralne oceny funkcji poznawczych, można przeprowadzić zgodnie z protokołem TBI. Zapalenie nerwów i/lub neuropatologię można również ocenić za pomocą odpowiednich testów biochemicznych.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie szczegółowo opisuje model fali uderzeniowej dla gryzoni, zaprojektowany w celu zbadania neurobiologicznych i patofizjologicznych skutków lekkich i umiarkowanych urazów czaszkowo-mózgowych (TBI). Protokół wykorzystuje gazowy układ laboratoryjny z czujnikami ciśnienia do generowania powtarzalnych urazów wywołanych wybuchem, naśladując warunki zbliżone do TBI związanych ze sportem oraz ekspozycji na falę uderzeniową.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Urazowe uszkodzenie mózgu (TBI)
- Badania na modelach zwierzęcych
Wstęp
- Model ten odtwarza różne czynniki TBI występujące u ludzi.
- Umożliwia on ruchy głową w celu zarejestrowania realistycznych zdarzeń przyspieszenia/opóźnienia.
- Koncentruje się na ocenie klinicznie istotnych następstw TBI.
- Sprzyja zrozumieniu neuroinflamacji i neuropatologii indukowanej przez TBI.
Cel badania
- Ustanowienie wiarygodnego modelu do badania skutków TBI u gryzoni.
- Ocena zmian fizjologicznych i behawioralnych po TBI.
- Ułatwienie oceny procesów neurobiologicznych związanych z TBI.
Zastosowane metody
- W badaniu wykorzystano model fali uderzeniowej generowanej przez gaz.
- Model biologiczny obejmował znieczulone gryzonie poddane kontrolowanej ekspozycji na falę uderzeniową.
- Nie wspomniano o zastosowaniu przepływu pracy multiomicznej.
- Myszy monitorowano pod kątem reakcji niepożądanych przez 24 godziny po zakończeniu eksperymentu.
- Czujniki ciśnienia mierzyły charakterystykę fali uderzeniowej w celu zapewnienia powtarzalności.
Główne wyniki
- Myszy poddane działaniu fali uderzeniowej przez membranę o grubości 76,2 µm wykazały znaczne upośledzenie odruchu prostowania oraz obniżenie temperatury ciała.
- Ekspozycja na falę uderzeniową doprowadziła do zależnej od czasu utraty masy ciała oraz ograniczenia aktywności lokomocyjnej.
- Wskazuje to na korelację między grubością membrany a stopniem nasilenia skutków fali uderzeniowej.
Wnioski
- Badanie prezentuje nową konfigurację eksperymentalną do badania skutków TBI u gryzoni.
- Dostarcza ono informacji na temat odpowiedzi behawioralnych i fizjologicznych na różną intensywność TBI.
- Zwiększa zrozumienie mechanizmów neuronalnych zaangażowanych w TBI.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niezawodne modele przedkliniczne, które odtwarzają łagodne urazy czaszkowo-mózgowe (TBI) u ludzi, są niezbędne dla neuronauki translacyjnej i odkrywania nowych metod neuroterapii. Ten skalowalny model fali uderzeniowej u gryzoni umożliwia kontrolowaną i powtarzalną indukcję zamkniętych urazów czaszkowo-mózgowych, wspierając ograniczanie ryzyka mechanistycznego oraz walidację celów dla strategii neuroprotekcyjnych. Jego powtarzalność i ilościowe wyniki sprawiają, że jest on krytycznym narzędziem do wczesnej selekcji projektów badawczych oraz zwiększania wiarygodności prognostycznej w procesach badawczych nad TBI.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia badanie mechanizmów neurobiologicznych i patofizjologicznych leżących u podstaw łagodnych i umiarkowanych TBI.
- Wspiera walidację funkcjonalnych celów poprzez modelowanie klinicznie istotnych następstw TBI in vivo.
- Zwiększa pewność predykcyjną podczas testowania hipotez terapeutycznych w zakresie neuroprotekcji i regeneracji.
Przesiewy i opracowanie testu
- Zapewnia zwalidowany, powtarzalny system dla późniejszych analiz neurobiologicznych, neuropatologicznych i behawioralnych.
- Gwarantuje standaryzację analiz poprzez kontrolowane parametry fali uderzeniowej oraz monitorowanie czujnikiem ciśnienia.
- Umożliwia ilościowy pomiar skutków ostrego i podostrego TBI w celu oceny związków chemicznych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Uspójnia przedkliniczne mechanizmy urazu z ludzkimi TBI, wspierając opracowywanie biomarkerów translacyjnych.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną, umożliwiając odczyty behawioralne i fizjologiczne.
- Zmniejsza ryzyko translacyjne poprzez modelowanie efektów przyspieszenia/opóźnienia oraz działania fali uderzeniowej obserwowanych w klinicznych TBI.
Integracja potoku i przepływu pracy
Model ten integruje się z kontinuum od etapu odkrywania do badań przedklinicznych, umożliwiając testowanie hipotez, identyfikację związków wiodących oraz walidację translacyjną terapeutyków w leczeniu TBI.
- Biologia odkrywcza: Wspiera badania mechanistyczne nad neuroinflamacją, neuropatologią i deficytami behawioralnymi indukowanymi przez TBI.
- Screening: Dostarcza powtarzalnych, ilościowych wyników, takich jak czas odruchu prostowania i aktywność lokomotoryczna, do screeningu związków.
- Analityka: Zapewnia dane z czujników ciśnienia oraz pomiary fizjologiczne w celu porównania stanów urazowych i efektów interwencji.
- Badania translacyjne: Łączy wyniki przedkliniczne z punktami końcowymi klinicznymi poprzez modelowanie istotnych mechanizmów i następstw urazów.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje skalowalną platformę wysokoprzepustową, którą można dostosować do różnych programów badawczych nad neurotraumą.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów terapeutycznych przy TBI.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje indukcję urazu oraz pomiar efektów w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz alokację kapitału poprzez dostarczenie rzetelnych danych przedklinicznych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację kandydatów neuroprotekcyjnych i neurorestauracyjnych z uwzględnieniem analizy ryzyka.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w obchodzeniu się z gryzoniami, znieczulaniu oraz ocenie neurobehawioralnej.
- Wymaga dostępu do aparatury z rurą uderzeniową napędzaną gazem, czujników ciśnienia oraz oprogramowania do akwizycji danych.
- Wymaga rygorystycznej standaryzacji parametrów urazu i miar wyników pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji do różnych szczepów gryzoni i stopni nasilenia urazu poprzez odpowiednie modyfikacje protokołu.
- Kalibracja fali uderzeniowej oraz szczelność membrany są krytyczne dla powtarzalności i bezpieczeństwa.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:53
Installation of the Blast TBI Setup
1:34
Preparation of Experimental Setup and Induction of Mild TBI in Rodents
3:06
Exposure of Rodent to Blast Wave and its Recovery
3:59
Results: Acute In-Vivo Effects of Blast-Induced TBI
5:28
Conclusion
