Summary
אנו מציגים כאן פרוטוקול של מודל גל פיצוץ למכרסמים לחקור השפעות נוירוביולוגיות ופתולוגיות של פגיעה מוחית טראומטית קלה עד בינונית. הקמנו מערך מונע גז, ספסל עליון מצויד בחיישני לחץ המאפשרים דור אמין וניתן לשחזור של פגיעה מוחית קלה עד בינונית הנגרמת על ידי פיצוץ.
Abstract
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) היא בעיה רחבת היקף של בריאות הציבור. Mild TBI היא הצורה הנפוצה ביותר של נוירוטראומה ומהווה מספר רב של ביקורים רפואיים בארצות הברית. אין כרגע טיפולים שאושרו על ידי ה-FDA זמינים עבור TBI. השכיחות המוגברת של TBI הקשורים לצבא, המושרה בפיצוץ מדגישה עוד יותר את הצורך הדחוף בטיפולי TBI יעילים. לכן, מודלים פרה-קליניים חדשים של בעלי חיים TBI המסכמים מחדש היבטים של TBI הקשורים לפיצוץ אנושי יקדמו מאוד את מאמצי המחקר לתהליכים הנוירוביולוגיים והפתופיזיולוגיים שבבסיס TBI מתון עד בינוני, כמו גם פיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשניות עבור TBI.
כאן אנו מציגים מודל אמין, לשחזור לחקירה של ההשפעות המולקולריות, התאיות וההתנהגותיות של TBI פיצוץ קל עד בינוני. אנו מתארים פרוטוקול שלב אחר שלב עבור ראש סגור, פיצוץ המושרה TBI מתון מכרסמים באמצעות התקנה ספסל העליון המורכב צינור הלם מונע גז מצויד בחיישני לחץ פיזואלקטרי כדי להבטיח תנאי בדיקה עקביים. היתרונות של ההתקנה שהקמנו הם העלות הנמוכה יחסית שלה, קלות ההתקנה, קלות השימוש וקיבולת תפוקה גבוהה. יתרונות נוספים של מודל TBI לא פולשני זה כוללים את המדרגיות של לחץ היתר של שיא הפיצוץ ויצירת תוצאות רבייה מבוקרות. רבייה ורלוונטיות של מודל TBI זה הוערכו במספר יישומים במורד הזרם, כולל ניתוחים נוירוביולוגיים, נוירופתולוגיים, נוירופיזיולוגיים והתנהגותיים, התומכים בשימוש במודל זה לאפיון תהליכים שבבסיס האטיולוגיה של TBI מתון עד בינוני.
Introduction
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) אחראית ליותר משני מיליון ביקורים בבתי חולים מדי שנה בארצות הברית בלבד. TBI מתון הנובע בדרך כלל מתאונות דרכים, אירועי ספורט, או נפילות מייצגים כ -80% מכלל מקרי TBI1. TBI מתון נחשב "מחלה שקטה" כמו חולים לעתים קרובות חווים סימפטומים גלויים בימים ובחודשים שלאחר העלבון הראשוני, אבל יכול לפתח סיבוכים חמורים הקשורים TBI מאוחר יותר בחיים2. יתר על כן, TBI מתון המושרה פיצוץ נפוץ בקרב אנשי שירות צבאי, והוא נקשר עם תפקוד לקוי כרוני של מערכת העצבים המרכזית3,4,5,5,6. בשל השכיחות הגוברת של TBI7,8 מתון הקשור לפיצוץ, מודלים פרה-קליניים של תהליכים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים הקשורים TBI מתון הפך ובכך למוקד בפיתוח התערבויות טיפוליות חדשניות עבור TBI.
מבחינה היסטורית, מחקר TBI התמקד בעיקר בצורות חמורות של נוירוטראומה, למרות המספר הנמוך יחסית של מקרי TBI אנושיים חמורים. מודלים מכרסמים פרה-קליניים עבור TBI אנושי חמור פותחו, כולל ההשפעה הקליפתית מבוקרת (CCI)9,10 ופגיעה בכלי הקשה נוזליים (FPI)11 מודלים, אשר שניהם מבוססים היטב כדי לייצר אפקטים פתופיזיולוגיים אמינים12,13. מודלים אלה הניחו את היסודות למה שידוע כיום על נוירו-דליקות, ניוון עצבי ותיקון עצבי ב- TBI. למרות ידע ניכר של pathophysiology של TBI פותחה, אין כרגע יעיל, טיפולים שאושרו על ידי ה-FDA זמין עבור TBI.
לאחרונה, המוקד של מחקר TBI הורחב לכלול ספקטרום רחב יותר של פתולוגיות הקשורות TBI עם המטרה הסופית של פיתוח התערבויות טיפוליות יעילות. עם זאת, מודלים פרה-קליניים מעטים עבור TBI מתון הוקמו שהראו השפעות מדידות, ורק מספר קטן של מחקרים חקרו את ספקטרום TBI המתון2,14,15. כמו TBI מתון מהווה את הרוב הגדול של כל מקרי TBI, מודלים אמינים של TBI מתון נדרשים בדחיפות כדי להקל על המחקר לתוך אטיולוגיה נוירופתיפיזיולוגיה של המצב האנושי, על מנת לפתח אסטרטגיות טיפוליות חדשניות.
בשיתוף עם מהנדסים ביו-רפואיים ופיזיקאים של תעופה וחלל, הקמנו מודל גל פיצוץ מדרגי וסגור ראש עבור TBI קל עד בינוני. מודל מכרסמים פרה-קליני זה פותח במיוחד כדי לחקור את ההשפעות של דינמיקת כוח, כולל גלי הלם ותנועת האצה / האטה, הקשורים TBI מתון אנושי שהושג בקרבות צבאיים, אירועי ספורט, תאונות דרכים, ונפילות. כאשר גלי ההדף תואמים לדינמיקת הכוח הגורמת ל- TBI מתון בבני אדם, מודל זה תוכנן לייצר צורת גל עקבית של פרידלנדר עם דחף, הנמדדת כקילוגרמים לאינץ ' מרובע (psi)*אלפית שנייה (אלפית השנייה). רמת הדחף היא קנה מידה ליפול מתחת עקומות קטלניות ריאות מוגדרות עבור עכברים וחולדות על מנת לנהל חקירות פרה קליניות16,17,18. בנוסף, מודל זה מאפשר חקירה של הפיכה ופגיעה קונטרה-קונטרה עקב כוחות סיבוב מהירים של ראש החיה. סוג זה של פגיעה טבוע במספר סוגים של מצגות TBI קליניות, כולל אלה שנצפו באוכלוסיות צבאיות ואזרחיות כאחד. לכן, מודל רב-תכליתי זה מתאים לצורך הכולל מצגות קליניות מרובות של TBI.
המודל הפרה-קליני המוצג כאן מייצר שינויים פתופיזיולוגיים אמינים הניתנים לשחזור הקשורים ל- TBI קליני מתון כפי שהוכח על ידי מספר מחקרים קודמים17,19,20,20,21,22,23. מחקרים עם מודל זה הראו כי חולדות שנחשפו לגל פיצוץ בעצימות נמוכה הציגו דליקות עצביות, פגיעה אקסונית, נזק מיקרו-וסקולרי, שינויים ביוכימיים הקשורים לפגיעה עצבית ולרעיונות בפלסטיות לטווח קצר והתרגשות סינפטית19. עם זאת, מודל TBI מתון זה לא גרם לשינויים נוירופתולוגיים מקרוסקופיים, כולל נזק לרקמות, דימום, שטף דם וחבלה19 שנצפו בדרך כלל במחקרים באמצעות מודלים פולשניים פולשניים בינוניים עד חמורים של TBI10,24. מחקרים קודמים19,21,22,23 הראו כי מודל פרה קליני זה יכול לשמש לאפיון תהליכים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים שבבסיס האטיולוגיה של TBI17 מתון ומתון,19,20,21,22,23. מודל זה מאפשר גם בדיקת תרכובות ואסטרטגיות טיפוליות חדשות, כמו גם זיהוי של יעדים חדשניים ומתאימים לפיתוח התערבויות TBI יעילות19,21,22,23.
מודל זה פותח כדי לחקור את ההשפעות הנגרמות על ידי גלי הלם, כמו גם כוחות סיבוב מהירים על תוצאות מולקולריות, תאיות והתנהגותיות מכרסמים. בניגוד למודל גל ההדף המוצג כאן, פותחו מספר מודלים פרה-קליניים המנסים לשחזר TBI מתון עד בינוני באמצעות גלי לחץ מונעי גז2,14,14,17,17,25,25,26,27,28. חלק מהמגבלות של דגמים אחרים כוללות: החיה קבועה לאלונקה של רשת תיל והראש משותק בעת הפגיעה; האיברים ההיקפיים נחשפים לגל בנוסף למוח, היוצר את המשתנים המבלבלים של פוליטראומה; והמודלים גדולים ונייחים, מה שמגביל את השינוי וההתאמה של פרמטרים קריטיים לתנאי מודל טובים יותר המזכירים את TBI האנושי.
היתרונות של התקנת צינור הלם מונחה גז זה הם העלות הנמוכה יחסית שלה עבור הוצאות רכישה ותפעול, כמו גם קלות ההתקנה והשימוש. יתר על כן, ההתקנה מאפשרת פעולה בתפוקה גבוהה ויצירת גלי פיצוץ לשחזור מבוקרים ותוצאות vivo הן בעכברים והן בחולדות. על מנת לשלוט בתנאי בדיקה עקביים (כלומר, גל פיצוץ מתמיד ולחץ יתר) ההתקנה מצוידת בחיישני לחץ. היתרונות של מודל זה עבור TBI כוללים מדרגיות של חומרת הפציעה וכי TBI מתון הוא המושרה באמצעות הליך לא פולשני, ראש סגור. שיא לחץ היתר ופגיעה מוחית לאחר מכן להגדיל עם ממברנות פוליאסטר עבות יותר באופן מדרגי עקבי17. היכולת לשנות את קנה המידה של חומרת TBI באמצעות עובי הממברנה היא כלי שימושי כדי לקבוע את הרמה, שבה ניכרים מדדי תוצאה ספציפיים (למשל, דליקה עצבית). מתן מיגון מגן לאיברים ההיקפיים, מאפשר גם חקירה ממוקדת של מנגנוני TBI קלים על ידי הימנעות או הפחתת משתנים מבלבלים של פגיעה מערכתית, כגון פגיעה בריאה או בבית החזה. יתר על כן, התקנה זו מאפשרת לבחור את הכיוון, שבאמצעותו גל ההדף מכה / חודר לראש (כלומר, ראש בראש, בצד, למעלה או מתחת) ולכן ניתן לחקור סוגים שונים של עלבונות הגורמים ל- TBI. ההליך הסטנדרטי לזירוז TBI קל עד בינוני המתואר כאן משתמש בחשיפה צדדית כדי להעריך את ההשפעות של פגיעה בגל ההדף בשילוב עם הפיכה ופגיעה contrecoup עקב כוחות סיבוב מהירים. יתר על כן, על מנת לחקור באופן בלעדי פציעה הנגרמת על ידי פיצוץ, חשיפה לגל פיצוץ מלמעלה למטה ניתן להשתמש במודל זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הפרוטוקול פועל על פי הנחיות הטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת סינסינטי ואוניברסיטת מערב וירג'יניה. כל ההליכים הנוגעים לבעלי חיים אושרו על ידי הוועדות המוסדיות לטיפול בבעלי חיים ולשימוש (IACUC), ובוצעו על פי עקרונות המדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה.
1. התקנת ההתקנה של הגדרת TBI הפיצוץ
- רכשו את כל חלקי העבודה הנדרשים להתקנה, כולל: צינור הלם המורכב ממקטע מונע פלדה ונהג, קרום פוליאסטר, ברגים מאובטחים, חיישני לחץ, מגן צינור פוליוויניל כלוריד (PVC) להגנה על איברים היקפיים, קו הידראולי בלחץ גבוה של 9.53 מ"מ וחיבור מהיר בין גברים לנשים, וסת גז בזרימה גבוהה ובילון גז עם סוגר הרה על הקיר (ראו איור 1A, B וטבלת החומרים).
הערה: המפרטים של מקטע הנהגים והמונעים המשמשים כאן (ראו איור 2 וטבלת החומרים) נקבעו כדי לייצר גל פיצוץ בקנה מידה קבוע של זמן קצר (ראו איור 3C,D) כדי לגרום ל-TBI מתון עד בינוני בעכברים. למטרה זו, נבחר מקטע מנהל התקן קצר שעוצב על-ידי התחדדות (6°taper). ניתן לשנות את האורך והקוטר של מקטעי הכונן והנהג כדי לחקור במיוחד את גל ההדף29,30,30,31,32, את גל הדחיסה18 או את דינמיקת גלי ההלם33. לניסויים בחולדות, יש להתאים את הממדים של צינור ההלם כדי להניב כוחות דומים על פי פרמטרים רלוונטיים לשינוי קנה המידה של הגוף17 (ראה טבלת חומרים). - התקן את חלקי העבודה הבודדים של ההתקנה על שולחנות שקופיות מכונה הקבועים על משטח יציב וקל לניקוי (רצוי נירוסטה לשימוש במכרסמים) בחלל מעבדה שאושר לניסויים בבעלי חיים.
הערה: ניסויי גלי ההדף מייצרים רמה ניכרת של רעש; לכן בחר מיקום בתוך מרחב מעבדה סופג קול, שבו רעש לא יפריע ניסויים אחרים / קבוצות מעבדה.- תקן את מגן צינור PVC בניצב להתקנת צינור ההלם כך שגופו של המכרסם יהיה מכוסה במלואו ורק הראש בולט.
הערה: עבור ההליך הסטנדרטי כדי לגרום TBI מתון עד בינוני המתואר כאן, מרכז הראש ממוקם 5 ס"מ מקצה החלק המונע עבור עכברים. - בלון גז להרכבה על הקיר בסמיכות להתקנה בהתאם ל- OSHA ולכל תקנות הבטיחות הרלוונטיות האחרות.
הערה: אוויר דחוס, הליום או גז חנקן משמשים בדרך כלל כדי ליצור את גלי ההדף במודלים של צינור הלם מכרסמים. כל הנתונים המוצגים כאן נוצרו באמצעות הליום, כמו גז זה מייצר לחץ יתר גבוה יותר על פני משך קצר יותר34, המאפשר קנה מידה מתאים עבור נושאים מורין.
- תקן את מגן צינור PVC בניצב להתקנת צינור ההלם כך שגופו של המכרסם יהיה מכוסה במלואו ורק הראש בולט.
2. הערכת מאפייני ההתקנה וגל ההדף באמצעות הקלטות חיישן לחץ.
- הכינו את צינור ההלם.
- בזהירות לחתוך את קרום פוליאסטר מבלי לכופף ולייצר סדקים, על מנת להבטיח קרע עקבי.
- הכנס את הממברנה בין המקטעים המונעים לבין מקטעי הנהג. אבטחו את המקטעים על-ידי הידוק הברגים המחברים.
- ודא כי המערכת אטומה והממברנה קבועה היטב בין קטעים מונעים של הנהג.
- חבר את מיכל הדלק באמצעות צינור הידראולי בלחץ גבוה בקוטר 9.53 מ"מ וחיבור מהיר לצינור ההלם
הערה: מקטעי הנהג והמונעים מצוידים במכונה לטולרנסים מדויקים על מנת להרשות לעצמם אטימה מלאה של הממברנה בין החלקים. זה מאפשר ללא דליפת גז ומונע שימוש בכל צורה של חומר אטם / o-טבעת ומאפשר עקביות רבה יותר בצורת גל שנוצרה.
- התקינו את חיישני הלחץ לניטור גלי ההדף (ראו איור 1C).
- מקם חיישן לחץ אחד באזור מיקום הראש, ושלושה חיישנים ביציאה מצינור ההלם (ראו איור 1C ו-2).
- ליזום הקלטה מחיישני לחץ, ממש לפני ביצוע גל ההדף. הקלט את נתוני גל הלחץ ב- 500,000 פריימים לשנייה באמצעות מרכך אותות חיישן ולוח רכישת נתונים (ראה טבלת חומרים).
הערה: יש ללבוש מחממי אוזניים שאושרו על-ידי OHSA כדי להבטיח הגנה נאותה מפני שמיעה. - פתח את השסתום הראשי של מיכל הדלק הדחוס באופן מלא כדי לאפשר לזרימת הגז לייצר ספייק לחץ פתאומי ומהיר.
הערה: לחץ היתר של הגז קורע את קרום הפוליאסטר כדי לשחרר גל הלם שעובר לגל דחיסה בתוך החלק המונע ויוצא מהצינור לכיוון אזור מיקום הראש. - כבה את זרימת הגז מיד לאחר ההליך.
הערה: ההתקנה יכולה להיות מצוידת שסתום החזרה באביב כדי לעצור באופן אוטומטי ומהיר את זרימת הגז. - נתח את הקלטות גלי הלחץ באמצעות תוכנת מחשב כתובה מותאמת אישית כדי לקבוע שיא לחץ יתר ונתוני גרף. ניתן לשרטט נתונים עם כל חיישן בנפרד או לכסות אחד על השני כדי להדגים את המישוריות של הגל שנוצר (ראו איור 3C,D).
הערה: מבחינה טכנית ניתן לבצע את הניתוח באמצעות תוכנה זמינה יותר, אך בשל ערכות הנתונים הגדולות, לתוכניות אלה יש עיכובים ארוכים ביצירת חלקות.
- קבעו תנאים ניסיוניים המתאימים למטרת המחקר הייעודי של TBI, ואשרו שהמודל מייצר גל פיצוץ עקבי עם שיא של לחץ יתר, משך זמן ומדידת דחפים הדומים לגל פרידלנדר (ראו איור 3). אמת פרמטרים אלה באמצעות תוכנת המחשב הנ"ל.
- כייל את ההתקנה על-ידי חזרה על שלבים 2.1.1.1. ל-2.2.5. והשתמשו בהקלטות של גלי הלחץ כדי לקבוע אם ההגדרה זקוקה להתאמה (לנתונים מייצגים ראו איור 3).
- שנה את ההתקנה (במידת הצורך).
הערה: ניתן להתאים את מאפייני גל ההדף על-ידי שינויים קלים של ההתקנה. לדוגמה, המרחק של הראש לסוף החלק המונע משפיע על כוח גל ההדף ברמת הראש. עובי קרום הפוליאסטר קובע את רמת הלחץ הגבוה, כאשר ממברנות עבות יותר מגדילות את רמות השיא (ראו איור 3A,B). בנוסף, ההתקנה מאפשרת לבחור את הכיוון שבאמצעותו גל ההדף מכה /חודר לראש (כלומר, ראש בראש, בצד, למעלה או מתחת) ולכן ניתן לחקור היבטים שונים, כגון פגיעה בגל ההדף לבד או בשילוב עם הפיכה ופגיעה בקונטרקופ עקב כוחות סיבוב מהירים. - חזור על שלבים 2.1.1 עד 2.2.4 כדי לקבוע תכונות רצויות של גל ההדף (במידת הצורך) ובקרה לשחזור.
- חזור על שלבים 2.1.1 עד 2.2.4 עם ממברנות פוליאסטר בעובי שונה כדי להעריך את המדרגיות של ההתקנה (לנתונים מייצגים ראה איור 3A,B).
3. הכנת התקנה ניסיונית ואינדוקציה של TBI מתון במכרסמים
הערה: העבר מכרסמים לאזור החזקה 30 דקות עד שעה לפני תחילת ניסויי TBI כדי להתאקלם. בחר אזור החזקה המושפע באופן מינימלי מרעש ההליך.
- הכן את כל החומרים הדרושים לניסוי ובדוק את ההתקנה להתקנה נכונה (למשל, התאם פרמטרים לפי מטרת המחקר) (~ 5 – 10 דקות).
הערה: ניתן להתאים את חומרת הפציעה על-ידי בחירת עובי קרום הפוליאסטר. בהתבסס על המחקרים שלנו, עובי ממברנה של 25.4 עד 102 מיקרומטר מנוצל עבור TBI מתון עד בינוני בעכברים35. השתמשנו בעבר ממברנות עם עובי של 76.2 כדי 127 מיקרומטר כדי לייצר TBI מתון עד בינוני בחולדות19.- חותכים בזהירות את קרום הפוליאסטר, מכניסים אותו בין החלקים המונעים לנהג ומאובטחים על ידי הידוק הברגים המחברים.
- חבר את מיכל הדלק לצינור ההלם באמצעות אביזרי שחרור מהיר. ודא כי הממברנה קבועה היטב בין הנהג לבין קטעים מונעים.
- מקם שלושה חיישני לחץ ביציאה של צינור ההלם, 120° זה מזה, כדי לפקח על תכונות גל ההדף במהלך אינדוקציה TBI כמתואר בשלבים 2.2.2 ו 2.2.5.
- ודא שהמרחק מקצה מנגנון צינור ההלם נכון עבור כל נושא בהתאמה באמצעות מיקרומטר מותקן. שמור על המיקום של הראש של המכרסם (כלומר, מיקום, מרחק) קבוע בתוך מחקרים כדי לאפשר הערכת פציעה עקבית.
הערה: כאמור ב 1.2.1., סוגים שונים של פגיעה יכול להיגרם על ידי בחירת הכיוון, שבו גל ההדף משפיע על הראש. עבור ההליך כדי לגרום TBI מתון עד בינוני המתואר כאן, הגוף ממוקם בניצב לצינור ההלם כי גל ההדף משפיע על הצד של הראש. בהגדרה זו, הראש מותר ניידות חופשית ולכן נחשף גל ההדף וכוחות סיבוב מהיר המאפשרים את הדור של הפיכה ואפקטו contrecoup. - הפעל את ההקלטה מחיישני הלחץ באמצעות ממשק המשתמש הגרפי (GUI) של התוכנה.
- הרדמה ומיצוב של מכרסמים במערך
- העבר מכרסמים מחדר ההמתנה ולגרום להרדמה עם 4% איזופלוריין בחמצן ולשמור עם 2% איזופלוראן בחמצן כדי להפחית מצוקה וכאב.
הערה: ודאו שבעל החיים אינו מגיב לצביטת הבוהן או הזנב לפני שתמשיך. ודא כי אינדוקציה של הרדמה עקבית עבור כל בעלי החיים הניסיוניים, כולל בקרות מזויפות. הליך זה דורש רמה נמוכה ומשך קצר של הרדמה. - מניחים את המכרסם מורדם לחלוטין במגן צינור PVC עם ריפוד כדי להגן על איברים היקפיים מפני גל ההדף.
הערה: נושאי הבקרה מורדמים וממוקמים בסמיכות להתקנה, אך אינם נתונים ישירות לגל ההדף. ודא כי הפקדים כפופים לרעש שנוצר על ידי צינור ההלם. - מניחים את ראש המכרסם בתוך אזור מיקום הראש ותומכים בו מלמטה, בין אם על ידי תמיכה שנבנתה ישירות לתוך מנגנון המיגון או כרית גזה. קבעו את יישור הראש בהתאם לאנטומיה של כל מכרסם בודד, כאשר הקונדיליה העורפית מיושרת עם קצה המיגון המגן.
הערה: הימנע מהפניית גל הלחץ ישירות לגזע המוח כדי להקטין את התמותה. פגיעה במרכז הנשימה של גזע המוח וחוט השדרה הצווארי ידועה לתרום חריגות נשימה ואפילו מוות במודלים מכרסמים של TBI36,37,38.
- העבר מכרסמים מחדר ההמתנה ולגרום להרדמה עם 4% איזופלוריין בחמצן ולשמור עם 2% איזופלוראן בחמצן כדי להפחית מצוקה וכאב.
- חשיפה של מכרסמים לגל הפיצוץ.
- פתח במהירות את השסתום הראשי של מיכל הדלק הדחוס כדי לייצר ספייק לחץ שקורע את הממברנה ומייצר פיצוץ חזק המאשר את יצירתו של גל לחץ. הממברנה תיקרע חזותית כאשר תוסר לאחר הניסוי.
הערה: ניתן להשתמש במצלמה במהירות גבוהה כדי ללכוד את השפעות ההפיכה והקונטרה של התאוצה הסיבובית שחווה המכרסם לניתוח נוסף. - כבה את זרימת הגז מיד לאחר ששמע את הפיצוץ.
- פתח במהירות את השסתום הראשי של מיכל הדלק הדחוס כדי לייצר ספייק לחץ שקורע את הממברנה ומייצר פיצוץ חזק המאשר את יצירתו של גל לחץ. הממברנה תיקרע חזותית כאשר תוסר לאחר הניסוי.
- התאוששות מחשיפה לגל ההדף
- לאחר חשיפה לגל ההדף, הסר את המכרסם מהמנגנון והנח על משטח שטוח ישירות בסמוך לצינור ההלם בצד שלהם.
- נטר נושאים כדי לקבוע את זמן רפלקס תיקון (RRT). השתמש בשעון עצר כדי לתעד את הזמן מחשיפה לגלי פיצוץ עד שהם יחזרו לרפלקס התיקון הטבעי. (ראו איור 4A).
- ברגע שהנבדקים חוזרים לרפלקס הנכון שלהם, מניחים אותם בכלוב הביתי שלהם, שם הם מנוטרים לתופעות לוואי (כלומר, התקפים, קשיי נשימה, דימום מפתח גוף) למשך 24 השעות הבאות.
- לאחר תקופת הניטור הראשונית, ניתן לנתח את הנבדקים באמצעות בדיקות ביוכימיות, נוירופתולוגיות, נוירופיזיולוגיות והתנהגותיות שונות לבחירת החוקרים (ראה להלן).
- הכן התקנה ומקום לניסוי הבא.
- נקה את ההתקנה עם חומר ניקוי כדי להסיר ריח.
4. יישומים במורד הזרם עבור מכרסמים חשופים גל פיצוץ / כוחות סיבוב ובקרות
הערה: במחקרים קודמים, ההשפעות של TBI מתון עד בינוני בנקודות זמן שונות לאחר חשיפה לגל פיצוץ וכוחות סיבוב הוערכו מכרסמים באמצעות יישומים במורד הזרם, כולל ביוכימיים, נוירופתולוגיים, נוירופיזיולוגיים, ניתוחים התנהגותיים19.
- ניתוח ביוכימי
- בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), רקמת קציר (למשל, מוח, דם) לניתוח ביוכימי באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים כמתואר19.
- השתמש ברקמות לניתוח ביוכימי (כלומר, אימונופולטינג, ELISA וכו ') כדי להעריך את ההשפעה של TBI מתון על תהליכים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים.
- ניתוח נוירופתולוגי
- בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), מכרסמים perfuse transcardially עם תמיסת מלח ואחריו 4% פתרון paraformaldehyde כדי לתקן את הרקמה כפי שתואר19.
הערה: יישומים מסוימים אינם תואמים קיבעון paraformaldehyde (למשל, כתמי כסף, כמה נוגדנים עבור immunohistochemry). - השתמש ברקמה קבועה ומנומרת לניתוחים אנטומיים, היסטולוגיים ומולקולריים כדי להעריך שינויים נוירופתולוגיים הקשורים ל- TBI מתון, כולל דליקות עצביות, ניוון עצבי ושינויים נוירוכימיים כמתואר19.
- בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), מכרסמים perfuse transcardially עם תמיסת מלח ואחריו 4% פתרון paraformaldehyde כדי לתקן את הרקמה כפי שתואר19.
- ניתוח נוירופיזיולוגי בפרוסות המוח
- בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), להקריב מכרסמים על ידי עריפת ראש, להסיר את המוח ולהכין פרוסות המוח כפי שתואר19.
- בצע הקלטות אלקטרופיזיולוגיות כמתואר19 כדי להעריך את ההשפעה של TBI מתון על תכונות סינפטיות בסיסיות ופלסטיות סינפטית.
- ניתוח התנהגותי
- בנקודות זמן ניסיוניות מוגדרות (שעות עד ימים לאחר TBI מתון), העריכו ביצועים התנהגותיים, כולל תפקוד מוטורי (למשל, שדה פתוח, רוטרוד, פעילות לוקומוטור; ראו איור 4D) ולמידה וזיכרון (למשל, מיזוג פחד, מבוך בארנס, מבוך המים של מוריס).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
המדרגיות של הגדרת גל ההדף נבדקה באמצעות שלושה עוביים שונים של הממברנה, 25.4, 50.8 ו 76.2 מיקרומטר. רמות הלחץ הגבוהות הוערכו באזור מיקום הראש ויציאה ממנגנון צינור ההלם באמצעות חיישני לחץ פיזואלקטריים (ראו איור 1 ואיור 2). לחצי שיא מגבירים את ההתאמה לעובי הממברנה בשני מיקומי החיישנים (איור 3A,B), ומוכיחים כי לחץ השיא ניתן להרחבה בטבע. ניתן לנצל מאפיין זה של ההתקנה כדי לכייל את המערכת ולהעריך את המדרגיות שלה כמתואר בשלב 2.3.
על מנת להעריך את ההשפעות של TBI המושרה בפיצוץ ב- vivo, נחשף עכברי C57Bl/6J בוגרים, בני 3 חודשים, זכרים, פראיים מסוג C57Bl/6J לגלי ההדף המיוצרים על ידי התקנה זו (איור 1 ואיור 2) באמצעות הפרוטוקול המתואר כאן. ראשית, הוערכו ההשפעות של גלי ההדף המיוצרים עם שני עוביים שונים של הממברנה (50.8 ו-76.2 מיקרומטר) או טיפול מזויף בזמן רפלקס תיקון (RRT) (איור 4A). ההשהיה של העכברים כדי לתקן את עצמם באופן מלא (4 כפות על הקרקע) לאחר הרדמה נקבע כאן כמו RRT. העכברים היו מורדמים באמצעות איזופלוריין (הרדמה עקבית, קצרה וקלה) ולאחר מכן עברו אינדוקציה TBI או טיפול מזויף. מיד לאחר הפציעה, עכברים הורשו להתאושש וזמן כדי להחזיר את רפלקס תיקון נרשם. עכברים שנחשפו לגל פיצוץ המיוצר עם קרום 76.2 מיקרומטר הציגו עלייה משמעותית ב- RRT בהשוואה לבקרות מזויפות שעברו את אותו הליך הרדמה (איור 4A), דבר המצביע על כך שגל ההדף הזה גורם לאובדן הכרה. לעומת זאת, עכברים שנחשפו לגל פיצוץ מהקרום של 50.8 מיקרומטר אינם מציגים עלייה משמעותית ב-RRT (איור 4A), מה שמעיד על צורה קלה של TBI. קרע של קרום פוליאסטר 76.2 מיקרומטר סטנדרטי גורם לדור מהיר של גל פיצוץ באורך קצר של כ-160 פסאיי של לחץ יתר (איור 3C), שהצד השמאלי של הגולגולת נחשף אליו במהלך ההליך הניסיוני.
ההשפעות הפיזיולוגיות לטווח הקצר המתרחשות לאחר החשיפה לגל ההדף וכוחות סיבוביים במכרסמים אינן מאופיינות כיום היטב. כדי לתאר את ההשפעות החריפות של חשיפה לגל פיצוץ וכוחות סיבוביים ממודל זה, הערכנו ויסות טמפרטורת גוף הליבה ומשקל הגוף. הטמפרטורה ומשקל הגוף של מבוגרים, בני 3 חודשים, זכר מסוג C57Bl/6J עכברים תועדו בעקבות אינדוקציה TBI. טמפרטורת גוף הליבה הבסיסית ומשקל הגוף נרשמו בעכברים לפני הליך TBI או טיפול מזויף. חשיפה לגל הפיצוץ המיוצר עם קרום 76.2 מיקרומטר הפחיתה באופן משמעותי את טמפרטורת הגוף במהלך השעה הראשונה בעכברים המושרים על ידי TBI בהשוואה לבקרות המזויפות שלהם (איור 4B), מה שמעיד על השפעה פיזיולוגית משמעותית המיוצרת על ידי אינדוקציה TBI. באופן עקבי, עכברים שנחשפו ל- TBI באמצעות ממברנות של 76.2 מיקרומטר הציגו ירידה חריפה, תלוית זמן אך משמעותית במשקל הגוף הכולל יום אחד לאחר TBI בהשוואה לזיוף (איור 4C).
כדי לבחון את ההשפעה של TBI על תוצאות התנהגותיות, נותחה ההשפעה של TBI המושרה בפיצוץ על פעילות לוקומוטורית חריפה (איור 4D). מבוגרים, בני 3 חודשים, עכברי C57Bl/6J זכר עברו אינדוקציה TBI באמצעות 76.2 מיקרומטר ממברנה או טיפול מזויף ופעילות לוקומוטור היה במעקב במשך 30 דקות שלוש שעות לאחר TBI. חשיפה לגל הפיצוץ המיוצר עם קרום 76.2 מיקרומטר הביאה לירידה חדה ומשמעותית בפעילות הלוקומוטור (איור 4D).
איור 1: התקנה של דגם גל פיצוץ מורין. (א-ק) תמונות מייצגות של ההתקנה של מודל גל ההדף לעכברים. תצוגה צדדית של ההתקנה (A). התצוגה העליונה של ההתקנה (B). 1, בלון גז עם וסת גז בזרימה גבוהה; 2, 9.53 מ"מ קו הידראולי בלחץ גבוה וחיבור מהיר של קבצים מצורפים זכר ונקבה; 3, קטע הנהג של צינור ההלם; 4, קטע מונע של צינור ההלם; 5, מגן צינור PVC; 6, אזור מיקום הראש; 7, קרום פוליאסטר. החלקים הבודדים של ההתקנה מותקנים על שולחנות שקופיות מכונה המאפשרים מיקום מדויק של מנהל ההתקן (3) וקטעים מונעים (4) ביחס לנושא שעבר אינדוקציה של פציעה. (ג) תצוגה עליונה של ההתקנה עם מיקומי חיישן לחץ. שלושה חיישנים ממוקמים במטוס אחד ביציאה של צינור ההלם, 120 מעלות זה מזה (S1 - S3), כדי לפקח על תכונות גל ההדף במהלך אינדוקציה TBI. חיישן אחד מותקן באזור מיקום הראש (S4). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: סכמטי של צינור הלם לחץ יתר של מורין. צינור הלם במכונה מדויקת עשוי מפלדה מתיחה גבוהה. הרווח הפנימי של מקטע הנהג הוא בזווית של 6 מעלות. קוטר פנימי של הנהג וקטע מונע הוא 37 מ"מ. משטחי ההזדווגות של מקטעים מונחי מנהלי התקנים מיוצרים במכונה מדויקת כדי להבטיח חותם מלא. צינור ההלם כולו מהודק תעשייתית לשולחן שקופיות מכונה כדי להבטיח הרכבה מוצקה ועקביות של יצירת גלי פיצוץ. ביציאה של חורי החלק המונעים נקדחים (במישור אחד, 120° זה מזה) כדי להתקין את שלושת חיישני הלחץ (המצוינים על ידי *). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: הקלטות לחץ מהגדרת גל ההדף של מורין. (א,ב) לחץ שיא הוא מדרגי ותלוי בעובי קרום הפוליאסטר. חיישני לחץ שימשו לתיעוד לחצי שיא המיוצרים על ידי צינור ההלם עם גז הליום וקרומי פוליאסטר של 25.4, 50.8 או 76.2 מיקרומטר עובי. (A) באזור מיקום הראש, לחץ השיא הממוצע המיוצר עם ממברנות 25.4 מיקרומטר היה 428 ± 15.9 kPa, עם 50.8 מיקרומטר ממברנות 637 ± 21.4 kPa ועם 76.2 מיקרומטר ממברנות 1257 ± 40.7 kPa (SEM, n = 7-12, ANOVA חד כיווני ואחריו מבחן ההשוואה של דנט שלאחר הוק, *** P ≤ 0.001). (B) ביציאה של צינור ההלם, לחץ השיא הממוצע שנרשם עם ממברנות 25.4 מיקרומטר היה 164 ± 11.7 kPa, עם 50.8 מיקרומטר ממברנות 232 ± 11.7 kPa ועם 76.2 מיקרומטר ממברנות 412 ± 11.0 kPa (SEM, n = 7-12, ANOVA חד כיווני ואחריו מבחן ההשוואה של לאחר הוק Dunnett, ** P ≤ 0.01, *** P ≤ 0.001). (ג) גרף מייצג של הקלטת הלחץ מהחיישן באזור מיקום הראש (חיישן אירוע) באמצעות קרום 76.2 מיקרומטר. צורת הגל דומה לזו של גל פרידלנדר, בקנה מידה של זמן / משך עבור נושאים מורין. (D) גרף מייצג של הקלטת הלחץ משלושה חיישנים נפרדים הממוקמים בסוף המקטע המונע כדי לקבוע את הליניאריות/שלב של צורת הגל בתוך המקטע המונע. כל שלושת החיישנים (הממוקמים במרחק של 120 מעלות זה מזה) מראים משך עלייה/ירידה דומה המציין שצורת הגל העוזבת את החלק המונע דומה בחתך בתוך החלק המונע. גל ההדף נוצר באמצעות קרום 76.2 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: השפעות חריפות של TBI המושרה בפיצוץ. (A) TBI מתון, אך לא TBI מתון מגביר את זמן רפלקס התיקון (RRT). מבוגרים, בני 3 חודשים, זכר, סוג פראי C57Bl/6J עכברים היו נתונים להליכי TBI באמצעות צינור ההלם עם גז הליום וקרומי פוליאסטר של 50.8 או 76.2 מיקרומטר עובי או טיפול מזויף. מיד לאחר פציעה או טיפול מזויף, עכברים הורשו להתאושש RRT נרשם. אינדוקציה TBI עם 50.8 מיקרומטר ממברנה או טיפול מזויף הציג רמות דומות של RRT. לעומת זאת, אינדוקציה TBI באמצעות קרום 76.2 מיקרומטר מגביר RRT, המציין אובדן הכרה הנגרמת על ידי גל ההדף עם קרום 76.2 מיקרומטר (SEM, n = 4-10, Sham RRT = 35.6 ± 2.0 s, 50.8 מיקרומטר ממברנה RRT = 43.0 ± 4.3 s ו 76.2 מיקרומטר קרום RRT = 254.0 ± 40.2 s, חד כיווני ANOVA ואחריו מבחן ההשוואה של לאחר הוק דאנט, פ≤ 0.001). (B) TBI מתון מפחית באופן משמעותי וחולף את טמפרטורת הגוף של הליבה. עכברי C57Bl/6J בוגרים, בני 3 חודשים, זכרים, מסוג פראי, היו נתונים לאינדוקציה של TBI עם 76.2 מיקרומטר ממברנות או טיפול מזויף. טמפרטורת הגוף הליבה שלהם נרשמה במשך שעתיים. טמפרטורת גוף הליבה הבסיסית נרשמה לפני אינדוקציה TBI. TBI המושרה בפיצוץ עם 76.2 מיקרומטר ממברנות קשורה לירידה משמעותית בטמפרטורת גוף הליבה בתוך השעה הראשונה לאחר TBI. (SEM, n = 10, צעדים חוזרים דו-כיווניים ANOVA, ואחריו בדיקות ההשוואה המרובות של לאחר הוק בונפרוני, ** P ≤ 0.01, *** P ≤ 0.001). (ג) TBI מתון גורם לירידה חולפת במשקל הגוף. מבוגרים, בני 3 חודשים, עכברי C57Bl/6J זכרים היו נתונים להליכי TBI באמצעות 76.2 מיקרומטר ממברנות או טיפול מזויף. לאחר מכן, משקולות הגוף נרשמו במשך 5 ימים. משקל הגוף הכולל הופחת באופן משמעותי יום אחד לאחר TBI (SEM, n = 7, אמצעים חוזרים דו-כיווניים ANOVA ואחריו בדיקות ההשוואה המרובות של לאחר הוק Bonferroni, * P ≤ 0.05). (ד) תוצאות TBI מתונות בירידה חריפה בפעילות לוקומוטור. מבוגרים, בני 3 חודשים, עכברי C57Bl/6J זכרים היו נתונים להליכי TBI באמצעות 76.2 מיקרומטר ממברנות או טיפול מזויף. שלוש שעות לאחר TBI פעילות locomotor היה במעקב במשך 30 דקות וכומת באמצעות תוכנת מעקב וידאו (SEM, n = 9-11, לא מזווג דו-זנבי t-test, ** P = 0.01). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
אנו מציגים כאן מודל TBI מתון פרה-קליני שהוא חסכוני, קל להתקנה וביצוע, ומאפשר תוצאות ניסיוניות בעלות תפוקה גבוהה, אמינות וניתנות לשחזור. מודל זה מספק מיגון מגן לאיברים היקפיים כדי לאפשר חקירה ממוקדת של מנגנוני TBI מתונים תוך הגבלת המשתנים המבלבלים של פגיעה מערכתית. לעומת זאת, ידוע שמודלים אחרים של פיצוץ גורמים נזק לאיברים היקפיים 2,39,40. יתרון נוסף של דגם זה הוא יכולתו לספק את גל ההדף מכל זווית רצויה בהשוואה למיקום הקבוע בדגמי פיצוץ אחרים40. זה מאפשר מחקרים אנטומיים ממוקדים כדי להבין טוב יותר פגיעות במוח.
על מנת לחקור TBI הקשורים לפיצוץ אנושי, מודל רלוונטי עבור TBI צריך לייצר כוחות ביומכניים דומים לאלה שחווים נבדקים במהלך אינדוקציה TBI. מודל רלוונטי מבחינה קלינית צריך גם לגרום לתוצאות נוירוביולוגיות, פתופיזיולוגיות והתנהגותיות שנצפו בנבדקים הסובלים מ- TBI מתון. במחקרים קודמים, מודל גל ההדף שהוצג כאן נבדק ביסודיות 17,19,21, והיבטים ביופיזיים ונוירוביולוגיים רבים המזכירים את TBI האנושי, כולל דינמיקה של גלי פיצוץ וכוחות, דליקות עצביות, פגיעה אקסונית ונזק מיקרו-וסקולרי הוערכו. מחקרים אלה סיפקו ראיות לכך שמודל גל ההדף הפרה-קליני הזה עבור TBI מייצר שינויים נוירוביולוגיים ופתופיזיולוגיים אמינים וניתן לשחזור הקשורים ל- TBI קליני.
יתר על כן, עם השכיחות המוגברת של פיצוץ קל TBI בתוך האוכלוסייה הצבאית7,8, מודל מכרסמים רב תכליתי זה עבור TBI אנושי מתון מספק לחוקרים כלי רב ערך לחקור תהליכים הקשורים לפיצוץ TBI ולחקור אסטרטגיות טיפוליות חדשניות. לדוגמה, המודל שלנו מדגים סיבוכים נוירווסקולריים, ומדגיש את החשיבות להתערבות כלי דם כגישה טיפולית מבטיחה 22,23,35. באופן עקבי, מודלים פרה-קליניים אחרים של פיצוץ TBI יצרו גם השפעות נוירווסקולריות הקשורות ניוון עצבי, גירעונות התנהגותיים2,25,40,41,41,42,43.
בהתבסס על מחקרים קודמים19,21,22,23, קבענו שמודל גל ההדף המוצג כאן עשוי להתאים היטב לחקירה של הפתולוגיה והאטיולוגיה של זעזוע מוח אנושי. רוב המודלים הפרה-קליניים של TBI אינם מאפשרים תנועת ראש44 למרות שהתכונות הביומכניות הקשורות להאצת ראש/האטה מהירה הן גורם מנבא להתפתחות זעזוע מוח בבני אדם45,46. בהתאם למודל המתואר כאן, גולדשטיין ועמיתיו14 הראו כי תנועת ראש מהירה הנגרמת על ידי כוחות פיצוץ הם תנאי מוקדם לגיוס של ליקויים התנהגותיים, אולי בשל כוחות סיבוביים וגזירה. הבנה טובה יותר של השינויים הפתופיזיולוגיים המתרחשים ב- TBI מתון ובתגובה לזעזוע מוח תסייע גם לקבוע סמנים ביולוגיים קליניים ולזהות יעדים חדשניים לפיתוח טיפולים עבור TBI.
מעט מאוד ידוע על השינויים הפתופיזיולוגיים והתקדמות המחלה בעקבות TBI מתון חוזר ונשנה (למשל, זעזוע מוח חוזר ונשנה שחווה בספורט). מודל פרה-קליני זה מאפשר מחקר של TBI מתון שחוזר על עצמו עם מעט מאוד תמותה. לעומת זאת, מודלים מסוימים של TBI גורמים לפציעות חמורות, ולכן לעתים קרובות קשה, או לא אנושי, לגרום לפציעה נוספת. בנוסף, פציעות חמורות הן לעתים קרובות בלתי הפיכות וגילוי של שינויים פיזיולוגיים עדינים עשוי להיות נמנע. מודל זה מאפשר גם חקירה מדרגית של מרווחי זמן שונים בין פציעות; פרמטר קריטי עבור TBI מתון חוזר שדורש אפיון נוסף. לאחר TBI, מופעלת תגובת פגיעה במערכת העצבים המרכזית המסייעת להגן על שלמות המוח ולמנוע מוות נרחב של תאים עצביים. תגובת הפציעה עשויה להיות, אכן, מושפעת באופן משמעותי על ידי אינדוקציה של פציעה אחרת בתוך נקודת זמן קצרה לאחר הפציעה הראשונית. מודל זה מאפשר לחקור את מרווח הזמן בין פציעות, המהווה היבט חשוב של עיצוב ניסוי קליני עבור TBI מתון חוזר ונשנה. יתר על כן, מודל מדרגי זה מאפשר זרימת עבודה מהירה בתפוקה גבוהה, המאפשרת חקירה של פרמטרים מרובים בו זמנית, כמו גם הערכה של פעילות טיפולית של התערבויות חדשניות.
מגבלה אחת של מודל זה היא חוסר היכולת לשלוט בתכונות של גל ההדף בין יציאת הצינור לראש החיה. למרות שגל ההדף סוער עם היציאה מצינור ההלם, אמצעי התוצאה עדיין אמינים וניתנים לשחזור עם מיקום עקבי של ראשו של המכרסם18. לכן, חשוב לשמור על ההגדרות הניסיוניות (כלומר, מיקום הראש והמרחק מיציאת צינור ההלם) קבוע בין כל המחקרים. כדי למטב את העיצוב והפרוטוקול של הדגם, נמדדה דינמיקת צורת הגל בין יציאת הצינור לאזור מיקום הראש (איור 3) ומודלת באמצעות סימולציות מספריות18. פרויקטים עתידיים ישלבו מודלים סופיים של אלמנטים כדי לקבוע כיצד דינמיקת הכוח תעבור מהגולגולת לקרום המוח, לנוזל השדרתי ולבסוף לרקמת המוח. יחסי הגומלין המורכבים של דינמיקת כוח וביופיזיקה ותגובות פיזיולוגיות הנובעות מכך הם תחומים חשובים במחקר TBI שלא נחקרו עד כה.
לסיכום, אנו מציגים כאן פרוטוקול וניסוי מדומה של מודל פגיעה בגל ההדף שפותח כדי לחקור את ההשפעות של TBI מתון. הניסיון הקולקטיבי של מהנדסים, רופאים ומדענים ביו-רפואיים תרם לאופטימיזציה של תוקפו הביופיזי/פיזיולוגי והרלוונטיות הנוירוביולוגית שלו. מודל זה אומת ביסודיות וכבר הניב תוצאות משמעותיות, במיוחד בהבנת דינמיקה מוקדמת של TBI17,19,19,20,20,21,22,23. ניצול מודל פרה-קליני זה כדי להמשיך ללמוד TBI מתון יקדם באופן משמעותי את הבנתנו את הפתולוגיה והאטיולוגיה של TBI ויתרום לפיתוח התערבויות חדשניות לטובת חולים הסובלים מ- TBI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים מתחרים.
Acknowledgments
אנו מודים לר. גטנס, נ. סנט ג'ונס, פ. בנט וג'יי רובסון על תרומתם לפיתוח מודל TBI. NARSAD מענקי חוקרים צעירים מהקרן לחקר המוח וההתנהגות (F.P. ו- M.J.R.), מענק מחקר מקרן המחקר המלכותית דארל ק. רויאל למחלת אלצהיימר (F.P. ) ופרס קרן PhRMA (M.J.R.) תמכו במחקר זה. עבודה זו נתמכה באמצעות מלגות טרום-דוקטורט מהקרן האמריקאית לחינוך פרמצבטי (A.F.L ו- B.P.L.).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 3/8 SAE High Pressure Hydraulic Hose | Eaton Aeroquip | R2-6-6-36M | Available from Grainger |
| 3/8'' Quick Connect Female Plugs | Karcher | KAR 86410440 | |
| 3/8'' Quick Connect Male Plugs | Karcher | KAR 86410440 | |
| ANY-maze video tracking software | Stoelting Co. | ANY-maze software | |
| Clear Mylar membrane | ePlastics.com | POLYCLR0.003 | http://www.eplastics.com/Plastic/Clear_Polyester_Film/POLYCLR0-003; Clear Mylar membrane is sold in various thicknesses. All are sold by vendor listed above. |
| Compound Slide Table (X2) | Grizzly Industrial | G5757 | |
| Deadman Gas Control Ball Valve | Coneraco Inc. | 71-502-01 | "Apollo", Available from Grainger |
| Driver and driven section (murine) | own design/production | n/a | For further information please contact the authors |
| Driver and driven section (rat) | own design/production | n/a | For further information please contact the authors |
| Ear Muffs | 3M | 37274 | Available from Grainger |
| Gas Regulator - Hi Flow 3500-600-580 | Harris | 3003539 | |
| Helium Gas | AirGas | HE 300 | Tanks are available in various sizes |
| Inhalation Anesthesia System | VetEquip | 901806 | |
| Input Module | National Instruments | NI 9223 | |
| Isoflurane | Baxter | NDC 10019-360-40 | Ordered by veterinarian |
| Laboratory Timer/Stopwatch | Fisher Scientific | 50-550-352 | |
| Labview version 12.0 | National Instruments | Data Acquistion Software | |
| Magnetic Dial Indicator/Micrometer | Grizzly Industrial | G9849 | |
| MATLAB | MathWorks | Software for pressure recording analysis | |
| Oxygen Regulator | Medline | HCS8725M | |
| PC for Data Processing | Dell | ||
| Polyvinylchloride Tubing - 25.4 mm | FORMUFIT | P001FGP-WH-40x3 | |
| Pressure sensors | PCB Piezotronics | 102A05 | |
| Receiver USB Chassis | National Instruments | DAQ-9171 | |
| Sensor Signal Conditioner | PCB Piezotronics | 482C series | |
| Stainless NSF-Rated Mounting Table | Gridmann | GR06-WT2448 | |
| T Handle Allen Wrench - 3/16'' | S&K | 73310 |
References
- Bazarian, J. J., et al. Mild traumatic brain injury in the United States, 1998--2000. Brain Injury. 19 (2), 85-91 (2005).
- Meabon, J. S., et al. Repetitive blast exposure in mice and combat veterans causes persistent cerebellar dysfunction. Science Translational Medicine. 8 (321), (2016).
- Mac Donald, C. L., et al. Detection of blast-related traumatic brain injury in U.S. military personnel. New England Journal of Medicine. 364 (22), 2091-2100 (2011).
- Fischer, B. L., et al. Neural activation during response inhibition differentiates blast from mechanical causes of mild to moderate traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (2), 169-179 (2014).
- Peskind, E. R., et al. Cerebrocerebellar hypometabolism associated with repetitive blast exposure mild traumatic brain injury in 12 Iraq war Veterans with persistent post-concussive symptoms. Neuroimage. 54, Suppl 1 76-82 (2011).
- Jorge, R. E., et al. White matter abnormalities in veterans with mild traumatic brain injury. American Journal of Psychiatry. 169 (12), 1284-1291 (2012).
- Hoge, C. W., et al. Mild traumatic brain injury in U.S. Soldiers returning from Iraq. New England Journal of Medicine. 358 (5), 453-463 (2008).
- Eskridge, S. L., et al. Injuries from combat explosions in Iraq: injury type, location, and severity. Injury. 43 (10), 1678-1682 (2012).
- Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
- Dixon, C. E., Clifton, G. L., Lighthall, J. W., Yaghmai, A. A., Hayes, R. L. A controlled cortical impact model of traumatic brain injury in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 39 (3), 253-262 (1991).
- McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28 (1), 233-244 (1989).
- Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
- Osier, N., Dixon, C. E. Mini Review of Controlled Cortical Impact: A Well-Suited Device for Concussion Research. Brain Sciences. 7 (7), (2017).
- Goldstein, L. E., et al. Chronic traumatic encephalopathy in blast-exposed military veterans and a blast neurotrauma mouse model. Science Translational Medicine. 4 (134), (2012).
- Rodriguez-Grande, B., et al. Gliovascular changes precede white matter damage and long-term disorders in juvenile mild closed head injury. Glia. 66 (8), 1663-1677 (2018).
- Bowen, I. G., Fletcher, E. R., Richmond, D. R., Hirsch, F. G., White, C. S. Biophysical mechanisms and scaling procedures applicable in assessing responses of the thorax energized by air-blast overpressures or by nonpenetrating missiles. Annals of the New York Academy of Sciences. 152 (1), 122-146 (1968).
- Turner, R. C., et al. Modeling clinically relevant blast parameters based on scaling principles produces functional & histological deficits in rats. Experimental Neurology. , 520-529 (2013).
- Lucke-Wold, B. P., et al. Elucidating the role of compression waves and impact duration for generating mild traumatic brain injury in rats. Brain Injury. 31 (1), 98-105 (2017).
- Hernandez, A., et al. Exposure to mild blast forces induces neuropathological effects, neurophysiological deficits and biochemical changes. Molecular Brain. 11 (1), 64 (2018).
- Bittar, A., et al. Neurotoxic tau oligomers after single versus repetitive mild traumatic brain injury. Brain Communications. 1 (1), (2019).
- Logsdon, A. F., et al. Salubrinal reduces oxidative stress, neuroinflammation and impulsive-like behavior in a rodent model of traumatic brain injury. Brain Research. 1643, 140-151 (2016).
- Lucke-Wold, B. P., et al. Bryostatin-1 Restores Blood Brain Barrier Integrity following Blast-Induced Traumatic Brain Injury. Molecular Neurobiology. 52 (3), 1119-1134 (2015).
- Logsdon, A. F., et al. Altering endoplasmic reticulum stress in a model of blast-induced traumatic brain injury controls cellular fate and ameliorates neuropsychiatric symptoms. Frontiers in Cellular Neuroscience. 8, 421 (2014).
- Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. Journal of Neurosurgery. 67 (1), 110-119 (1987).
- Long, J. B., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. Journal of Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
- Budde, M. D., et al. Primary blast traumatic brain injury in the rat: relating diffusion tensor imaging and behavior. Frontiers in Neurology. 4, 154 (2013).
- Genovese, R. F., et al. Effects of mild TBI from repeated blast overpressure on the expression and extinction of conditioned fear in rats. Neuroscience. 254, 120-129 (2013).
- Kuriakose, M., Rama Rao, K. V., Younger, D., Chandra, N. Temporal and Spatial Effects of Blast Overpressure on Blood-Brain Barrier Permeability in Traumatic Brain Injury. Scientific Reports. 8 (1), 8681 (2018).
- Cernak, I., et al. The pathobiology of blast injuries and blast-induced neurotrauma as identified using a new experimental model of injury in mice. Neurobiology of Disease. 41 (2), 538-551 (2011).
- Prima, V., Serebruany, V. L., Svetlov, A., Hayes, R. L., Svetlov, S. I. Impact of moderate blast exposures on thrombin biomarkers assessed by calibrated automated thrombography in rats. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1881-1887 (2013).
- Mishra, V., et al. Primary blast causes mild, moderate, severe and lethal TBI with increasing blast overpressures: Experimental rat injury model. Scientific Reports. 6, 26992 (2016).
- Tompkins, P., et al. Brain injury: neuro-inflammation, cognitive deficit, and magnetic resonance imaging in a model of blast induced traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 30 (22), 1888-1897 (2013).
- Kuriakose, M., et al. Tailoring the Blast Exposure Conditions in the Shock Tube for Generating Pure, Primary Shock Waves: The End Plate Facilitates Elimination of Secondary Loading of the Specimen. Public Library of Science One. 11 (9), 0161597 (2016).
- Panzer, M. B., et al. A Multiscale Approach to Blast Neurotrauma Modeling: Part I - Development of Novel Test Devices for in vivo and in vitro Blast Injury Models. Frontiers in Neurology. 3, 46 (2012).
- Logsdon, A. F., et al. A mouse Model of Focal Vascular Injury Induces Astrocyte Reactivity, Tau Oligomers, and Aberrant Behavior. Archives of Neuroscience. 4 (2), (2017).
- Lee, M. C., Klassen, A. C., Heaney, L. M., Resch, J. A. Respiratory rate and pattern disturbances in acute brain stem infarction. Stroke. 7 (4), 382-385 (1976).
- Ikeda, K., et al. The respiratory control mechanisms in the brainstem and spinal cord: integrative views of the neuroanatomy and neurophysiology. Journal of Physiological Sciences. 67 (1), 45-62 (2017).
- Alilain, W. J., Horn, K. P., Hu, H., Dick, T. E., Silver, J. Functional regeneration of respiratory pathways after spinal cord injury. Nature. 475 (7355), 196-200 (2011).
- Logsdon, A. F., et al. Blast exposure elicits blood-brain barrier disruption and repair mediated by tight junction integrity and nitric oxide dependent processes. Scientific Reports. 8 (1), 11344 (2018).
- Logsdon, A. F., et al. Nitric oxide synthase mediates cerebellar dysfunction in mice exposed to repetitive blast-induced mild traumatic brain injury. Scientific Reports. 10 (1), 9420 (2020).
- Huber, B. R., et al. Blast exposure causes dynamic microglial/macrophage responses and microdomains of brain microvessel dysfunction. Neuroscience. 319, 206-220 (2016).
- Gama Sosa, M. A., et al. Low-level blast exposure disrupts gliovascular and neurovascular connections and induces a chronic vascular pathology in rat brain. Acta Neuropathologica Communications. 7 (1), 6 (2019).
- Abutarboush, R., et al. Exposure to Blast Overpressure Impairs Cerebral Microvascular Responses and Alters Vascular and Astrocytic Structure. Journal of Neurotrauma. 36 (22), 3138-3157 (2019).
- Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M.
- Petraglia, A. L., et al. Concussion in the absence of head impact: a case in a collegiate hammer thrower. Current Sports Medicine Reports. 14 (1), 11-15 (2015).
- Viano, D. C., Casson, I. R., Pellman, E. J. Concussion in professional football: biomechanics of the struck player--part 14. Neurosurgery. 61 (2), 313-327 (2007).
