Summary
Vi presenterer her en protokoll av en eksplosjonsbølgemodell for gnagere for å undersøke nevrobiologiske og patofysiologiske effekter av mild til moderat traumatisk hjerneskade. Vi etablerte et gassdrevet, benk-topp oppsett utstyrt med trykksensorer som muliggjør pålitelig og reproduserbar generasjon av eksplosjonsindusert mild til moderat traumatisk hjerneskade.
Abstract
Traumatisk hjerneskade (TBI) er et stort folkehelseproblem. Mild TBI er den mest utbredte formen for nevrotrauma og står for et stort antall medisinske besøk i USA. Det finnes for øyeblikket ingen FDA-godkjente behandlinger tilgjengelig for TBI. Den økte forekomsten av militærrelatert, eksplosjonsindusert TBI fremhever ytterligere det presserende behovet for effektive TBI-behandlinger. Derfor vil nye prekliniske TBI-dyremodeller som rekapitulerer aspekter ved menneskelig eksplosjonsrelatert TBI i stor grad fremme forskningsinnsatsen i de nevrobiologiske og patofysiologiske prosessene som ligger til grunn for mild til moderat TBI, samt utviklingen av nye terapeutiske strategier for TBI.
Her presenterer vi en pålitelig, reproduserbar modell for undersøkelse av molekylære, cellulære og atferdsmessige effekter av mild til moderat eksplosjonsindusert TBI. Vi beskriver en trinnvis protokoll for lukket hode, eksplosjonsindusert mild TBI hos gnagere ved hjelp av et benk-toppoppsett som består av et gassdrevet støtrør utstyrt med piezoelektriske trykksensorer for å sikre konsistente testforhold. Fordelene med oppsettet som vi har etablert er dens relative rimelige, enkle installasjon, brukervennlighet og høy gjennomstrømningskapasitet. Ytterligere fordeler med denne ikke-invasive TBI-modellen inkluderer skalerbarheten til eksplosjonstoppovertrykket og genereringen av kontrollerte reproduserbare resultater. Reproduserbarheten og relevansen av denne TBI-modellen har blitt evaluert i en rekke nedstrømsapplikasjoner, inkludert nevrobiologiske, nevropatologiske, nevrofysiologiske og atferdsmessige analyser, som støtter bruken av denne modellen for karakterisering av prosesser som ligger til grunn for etiologien til mild til moderat TBI.
Introduction
Traumatisk hjerneskade (TBI) står for mer enn to millioner sykehusbesøk hvert år bare i USA. Mild TBI som vanligvis skyldes bilulykker, sportsbegivenheter eller fall representerer omtrent 80% av alle TBI-tilfeller1. Mild TBI regnes som den "stille sykdommen" da pasienter ofte ikke opplever noen overt symptomer i dagene og månedene etter den første fornærmelsen, men kan utvikle alvorlige TBI-relaterte komplikasjoner senere i livet2. Dessuten er eksplosjonsindusert mild TBI utbredt blant militære tjenestemedlemmer, og har vært assosiert med kronisk CNS-dysfunksjon3,4,5,6. På grunn av den økende forekomsten av eksplosjonsrelatert mild TBI7,8, har preklinisk modellering av nevrobiologiske og patofysiologiske prosesser forbundet med mild TBI dermed blitt et fokus i utviklingen av nye terapeutiske intervensjoner for TBI.
Historisk har TBI-forskning primært fokusert på alvorlige former for nevrotrauma, til tross for det relativt lavere antallet alvorlige humane TBI-tilfeller. Prekliniske gnagermodeller for alvorlig menneskelig TBI er utviklet, inkludert den kontrollerte kortikale effekten (CCI) 9,10 og væskeperkusjonsskade (FPI) 11-modeller, som begge er godt etablert for å produsere pålitelige patofysiologiske effekter12,13. Disse modellene har lagt grunnlaget for det som i dag er kjent om nevroinflammasjon, nevrodegenerasjon og nevronreparasjon i TBI. Selv om betydelig kunnskap om patofysiologien til TBI er utviklet, er det for tiden ingen effektive, FDA-godkjente behandlinger tilgjengelig for TBI.
Mer nylig har fokuset på TBI-forskning blitt utvidet til å omfatte et bredere spekter av TBI-relaterte patologier med det endelige målet om å utvikle effektive terapeutiske intervensjoner. Likevel er det etablert få prekliniske modeller for mild TBI som har vist målbare effekter, og bare et lite antall studier har undersøkt det milde TBI-spekteret2,14,15. Ettersom mild TBI står for det store flertallet av alle TBI-tilfeller, er det presserende nødvendig med pålitelige modeller for mild TBI for å lette forskningen på den menneskelige tilstandens etiologi og nevropatofysiologi for å utvikle nye terapeutiske strategier.
I forbindelse med biomedisinske ingeniører og luftfartsfysikere har vi etablert en skalerbar, lukket eksplosjonsbølgemodell for mild til moderat TBI. Denne prekliniske gnagermodellen er spesielt utviklet for å undersøke effekten av kraftdynamikk, inkludert eksplosjonsbølger og akselerasjon / retardasjonsbevegelse, som er forbundet med menneskelig mild TBI oppnådd i militær kamp, sportsbegivenheter, bilulykker og fall. Ettersom eksplosjonsbølger korrelerer med kraftdynamikken som forårsaker mild TBI hos mennesker, ble denne modellen designet for å produsere en konsistent Friedlander-bølgeform med en impuls, som måles som pund per kvadrattomme (psi)*millisekunder (ms). Impulsnivået skaleres til å falle under definerte lungedødelighetskurver for mus og rotter for å gjennomføre prekliniske undersøkelser16,17,18. I tillegg tillater denne modellen undersøkelse av kupp- og kontrekoupskade på grunn av raske rotasjonskrefter i dyrets hode. Denne typen skader er iboende for flere typer kliniske TBI-presentasjoner, inkludert de som observeres i både militære og sivile befolkninger. Derfor passer denne allsidige modellen til et behov som omfatter flere kliniske presentasjoner av TBI.
Den prekliniske modellen som presenteres her produserer pålitelige og reproduserbare patofysiologiske endringer forbundet med klinisk mild TBI som vist ved en rekke tidligere studier17,19,20,21,22,23. Studier med denne modellen viste at rotter utsatt for en lavintensitets eksplosjonsbølge viste nevroinflammasjon, axonal skade, mikrovaskulær skade, biokjemiske endringer relatert til nevronskade og underskudd i kortsiktig plastisitet og synaptisk eksitabilitet19. Denne milde TBI-modellen induserte imidlertid ingen makroskopiske nevropatologiske endringer, inkludert vevsskade, blødning, hematom og kontusjon19 som ofte har blitt observert i studier som bruker moderate til alvorlige invasive TBI-modeller10,24. Tidligere forskning19,21,22,23 har vist at denne prekliniske modellen kan brukes til å karakterisere nevrobiologiske og patofysiologiske prosesser som ligger til grunn for etiologien til mild og moderat TBI17,19,20,21,22,23. Denne modellen tillater også testing av nye terapeutiske forbindelser og strategier, samt identifisering av nye, egnede mål for utvikling av effektive TBI-intervensjoner19,21,22,23.
Denne modellen ble utviklet for å undersøke effekter indusert av eksplosjonsbølger samt raske rotasjonskrefter på molekylære, cellulære og atferdsmessige utfall hos gnagere. Tilsvarende eksplosjonsbølgemodellen som presenteres her, er det utviklet en rekke prekliniske modeller som forsøker å rekapitulere mild til moderat TBI ved hjelp av gassdrevne overtrykksbølger2,14,17,25,26,27,28. Noen av begrensningene til andre modeller inkluderer: dyret er festet til en netting-gurney og hodet er immobilisert ved støt; de perifere organene er utsatt for bølgen i tillegg til hjernen, noe som skaper forvirrende variabler av polytrauma; og modellene er store og stasjonære, noe som begrenser endring og tilpasning av kritiske parametere til bedre modellforhold som minner om menneskelig TBI.
Fordelene med dette benkdrevne, gassdrevne støtrøroppsettet er det relativt rimelige for anskaffelses- og driftskostnader, samt enkel installasjon og bruk. Videre gir oppsettet mulighet for høy gjennomstrømningsdrift og generering av kontrollerte reproduserbare eksplosjonsbølger og in vivo-resultater hos både mus og rotter. For å kontrollere for konsistente testforhold (dvs. konstant eksplosjonsbølge og overtrykk) er oppsettet utstyrt med trykksensorer. Fordelene med denne modellen for TBI inkluderer skalerbarhet av skade alvorlighetsgraden og at mild TBI er indusert ved hjelp av en ikke-invasiv, lukket-hodet prosedyre. Topp overtrykk og påfølgende hjerneskadeøkning med tykkere polyestermembraner på en konsistent skalerbar måte17. Evnen til å skalere TBI alvorlighetsgrad gjennom membrantykkelse er et nyttig verktøy for å bestemme nivået, hvor spesifikke utfallstiltak (f.eks. nevroinflammasjon) blir tydelige. Ved å gi beskyttende skjerming for de perifere organene, kan du også fokusere på milde TBI-mekanismer ved å unngå eller redusere forvirrende variabler av systemisk skade, for eksempel lunge- eller thoraxskade. Videre tillater dette oppsettet å velge retningen, hvorpå eksplosjonsbølgen treffer / trenger inn i hodet (dvs. head-on, side, topp eller under) og derfor kan forskjellige typer TBI-induserende fornærmelser undersøkes. Standardprosedyren for å indusere mild til moderat TBI beskrevet her bruker sideeksponering for å evaluere effekten av eksplosjonsbølgeskade i kombinasjon med kupp- og kontrekoupskade på grunn av raske rotasjonskrefter. Videre, for å undersøke utelukkende eksplosjonsindusert skade, kan ovenfra og ned eksplosjonsbølgeeksponering brukes i denne modellen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen følger retningslinjene for dyrepleie ved University of Cincinnati og West Virginia University. Alle prosedyrer som involverer dyr ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committees (IACUC), og ble utført i henhold til prinsippene i Guide for the Care and Use of Laboratory Animals.
1. Installasjon av eksplosjons-TBI-oppsettet
- Skaff deg alle arbeidsdelene som kreves for oppsettet, inkludert: støtrør bestående av ståldrevet og driverseksjon, polyestermembran, sikring av bolter, trykksensorer, polyvinylklorid (PVC) rørskjold for å beskytte perifere organer, 9,53 mm høytrykkshydraulisk linje og hurtigkobling av mannlige og kvinnelige vedlegg, høystrøms gassregulator og en gassflaske med veggmonteringsbrakett (se figur 1A, B og Materialbord).
MERK: Spesifikasjonene til drevne og driverseksjonen som brukes her (se figur 2 og materialtabellen) er etablert for å produsere en konsistent kortvarighetsskalert eksplosjonsbølge (se figur 3C,D) for å indusere mild til moderat TBI hos mus. Til dette formål ble en konisk utformet (6 ° konisk) kort driverseksjon valgt. Lengden og diameteren på de drevne og driverdelene kan endres for å spesifikt undersøke eksplosjonsbølge29,30,31,32, kompresjonsbølge18 eller sjokkbølgedynamikk33. For eksperimenter med rotter må dimensjonene på støtrøret tilpasses for å gi sammenlignbare krefter i henhold til beholder relevante kroppsskaleringsparametere17 (se Materialfortegnelse). - Installer de enkelte arbeidsdelene av oppsettet på maskinskliebord som er festet på en stabil, lett å rengjøre overflate (helst rustfritt stål til bruk hos gnagere) i laboratorierom godkjent for dyreforsøk.
MERK: Eksplosjonsbølgeeksperimentene produserer et betydelig støynivå; Velg derfor et sted innen lydabsorberende laboratorierom, der støy ikke vil forstyrre andre eksperimenter/laboratoriegrupper.- Fest PVC-rørskjoldet vinkelrett på støtrøroppsettet slik at gnagerens kropp blir fullstendig dekket og bare hodet stikker ut.
MERK: For standardprosedyren for å indusere mild til moderat TBI beskrevet her, ligger midten av hodet 5 cm fra enden av den drevne delen for mus. - Veggmontert gassflaske i nærheten av oppsett i henhold til OSHA og alle andre relevante sikkerhetsforskrifter.
MERK: Trykkluft, helium eller nitrogengass brukes vanligvis til å generere eksplosjonsbølgene i gnagersjokkrørmodeller. Alle data som presenteres her har blitt generert ved hjelp av helium, da denne gassen produserer høyere overtrykk over en kortere varighet34, noe som gir passende skalering for murinpersoner.
- Fest PVC-rørskjoldet vinkelrett på støtrøroppsettet slik at gnagerens kropp blir fullstendig dekket og bare hodet stikker ut.
2. Evaluering av oppsetts- og eksplosjonsbølgeegenskapene ved hjelp av trykksensoropptak.
- Forbered sjokkrøret.
- Klipp polyestermembranen forsiktig uten å bøye og produsere sprekker, for å sikre konsistent brudd.
- Sett membranen mellom de drevne og driverdelene. Fest seksjonene ved å stramme tilkoplingsboltene.
- Kontroller at systemet er lufttett og at membranen er tett festet mellom fører- og drevne seksjoner.
- Koble bensintanken via en hydraulisk slange med høyt trykk på 9,53 mm og koble hurtigkoblingsfester til støtrøret
MERK: Fører- og drevne seksjoner er maskinert til presise toleranser for å ha råd til en fullstendig forsegling av membran mellom seksjoner. Dette gir ingen gasslekkasje og utelukker bruk av noen form for pakning / o-ring materiale og gir større konsistens i generert bølgeform.
- Monter trykksensorene for overvåking av eksplosjonsbølgene (se figur 1C).
- Plasser én trykksensor i hodeplasseringsområdet, og tre sensorer ved utgangen av støtrøret (se figur 1C og 2).
- Start opptak fra trykksensorer, like før eksplosjonsbølgeutførelse. Registrer trykkbølgedataene med 500 000 bilder per sekund ved hjelp av sensorsignalkondisjonerings- og datainnsamlingskort (se Materialfortegnelse).
MERK: Bruk OHSA-godkjente øreklokker for å sikre tilstrekkelig hørselsvern. - Åpne hovedventilen til den komprimerte gasstanken fullt ut slik at gassstrømmen kan produsere en plutselig, rask trykkspiss.
MERK: Gassovertrykket brister polyestermembranen for å frigjøre en støtbølge som går over til en kompresjonsbølge i den drevne delen og går ut av røret i retning av hodeplasseringsområdet. - Slå av gassstrømmen umiddelbart etter prosedyren.
MERK: Oppsettet kan utstyres med en fjærreturventil for automatisk og raskt å stoppe gassstrømmen. - Analyser trykkbølgeopptakene ved hjelp av tilpasset skrevet dataprogram for å bestemme toppovertrykk og grafdata. Data kan grafiseres med hver sensor individuelt eller legges på hverandre for å demonstrere planariteten til bølgen som genereres (se figur 3C,D).
MERK: Analysen kan teknisk sett gjøres ved hjelp av lettere tilgjengelig programvare, men på grunn av de store datasettene har disse programmene lange forsinkelser i å generere tomter.
- Etablere eksperimentelle forhold som er tilstrekkelige for målet med den utpekte TBI-studien, og bekreft at modellen produserer en konsistent eksplosjonsbølge med en topp overtrykks-, varighets- og impulsmåling som kan sammenlignes med en Friedlander-bølge (se figur 3). Kontroller disse parameterne ved hjelp av den nevnte dataprogramvaren.
- Kalibrer oppsettet ved å gjenta trinn 2.1.1. til 2.2.5. og bruk trykkbølgeopptakene til å avgjøre om oppsettet må justeres (for representative data, se figur 3).
- Endre oppsettet (om nødvendig).
MERK: Eksplosjonsbølgeegenskapene kan justeres ved mindre modifikasjoner av oppsettet. For eksempel påvirker avstanden til hodet til enden av den drevne delen eksplosjonsbølgekraften på hodet. Tykkelsen på polyestermembranen bestemmer nivået av toppovertrykk, med tykkere membraner som øker toppnivåene (se figur 3A,B). I tillegg tillater oppsettet å velge i hvilken retning eksplosjonsbølgen treffer / trenger inn i hodet (dvs. head-on, side, topp eller under) og derfor kan forskjellige aspekter undersøkes, for eksempel eksplosjonsbølgeskade alene eller i kombinasjon med kupp- og kontrekoupskade på grunn av raske rotasjonskrefter. - Gjenta trinn 2.1.1 til 2.2.4 for å etablere ønskede eksplosjonsbølgeegenskaper (om nødvendig) og kontroll for reproduserbarhet.
- Gjenta trinn 2.1.1 til 2.2.4 med polyestermembraner av forskjellig tykkelse for å evaluere skalerbarheten til oppsettet (se figur 3A,B).
3. Utarbeidelse av eksperimentelt oppsett og induksjon av mild TBI hos gnagere
MERK: Overfør gnagere til å holde området 30 min til 1 time før starten av TBI eksperimenter for å akklimatisere. Velg holdeområde som er minimalt påvirket av støy fra prosedyren.
- Forbered alle materialer som kreves for eksperimentet, og kontroller oppsettet for riktig installasjon (f.eks. juster parametrene i henhold til studiemålet) (~5 – 10 minutter).
MERK: Skadegraden kan justeres ved å velge tykkelsen på polyestermembranen. Basert på våre studier brukes en membrantykkelse på 25,4 til 102 μm for mild til moderat TBI hos mus35. Vi har tidligere brukt membraner med en tykkelse på 76,2 til 127 μm for å produsere mild til moderat TBI hos rotter19.- Klipp polyestermembranen forsiktig, sett den inn mellom de drevne delene og førerdelene og fest den ved å stramme tilkoblingsboltene.
- Koble gasstanken til støtrøret ved hjelp av hurtigutløsende beslag. Påse at membranen er tett festet mellom fører og drevne seksjoner.
- Plasser tre trykksensorer ved utgangen av støtrøret, 120° fra hverandre, for å overvåke eksplosjonsbølgeegenskapene under TBI-induksjonen som beskrevet i trinn 2.2.2 og 2.2.5.
- Sørg for at avstanden fra enden av støtrørapparatet er riktig for hvert enkelt motiv ved hjelp av installert mikrometer. Hold plasseringen av gnagerens hode (dvs. posisjon, avstand) konstant i studier for å muliggjøre konsistent skadeevaluering.
MERK: Som angitt i 1.2.1., kan forskjellige typer skader induseres ved å velge retningen, der eksplosjonsbølgen påvirker hodet. For prosedyren for å indusere mild til moderat TBI beskrevet her, er kroppen plassert vinkelrett på støtrøret at eksplosjonsbølgen påvirker siden av hodet. I denne innstillingen er hodet tillatt fri mobilitet og er derfor utsatt for eksplosjonsbølgen og raske rotasjonskrefter som tillater generering av kupp- og contrecoup-effekter. - Start opptaket fra trykksensorene ved hjelp av programvarens grafiske brukergrensesnitt (GUI).
- Anestesi og posisjonering av gnagere i oppsett
- Overfør gnagere fra oppbevaringsrommet og induser anestesi med 4% isofluran i oksygen og vedlikehold med 2% isofluran i oksygen for å redusere nød og smerte.
MERK: Pass på at dyret ikke reagerer på tå- eller haleklemmen før du fortsetter. Sørg for at induksjonen av anestesi er konsistent for alle eksperimentelle dyr, inkludert sham-kontroller. Denne prosedyren krever lavnivå og kort varighet av anestesi. - Plasser den fullt bedøvede gnageren i PVC-rørskjoldet med demping for å beskytte perifere organer mot eksplosjonsbølgen.
MERK: Kontrollpersonene bedøves og plasseres i nærheten av oppsettet, men blir ikke direkte utsatt for eksplosjonsbølgen. Kontroller at kontrollene utsettes for støyen som genereres av støtrøret. - Plasser gnagerens hode innenfor hodeplasseringsområdet og støtt det nedenfra, enten ved hjelp av en støtte innebygd direkte i skjermingsapparatet eller en gasbindpute. Bestem hodejusteringen i henhold til hver enkelt gnagers anatomi, med den oksipitale kondylen på linje med kanten av beskyttelsesskjermingen.
MERK: Unngå å lede trykkbølgen direkte mot hjernestammen for å redusere dødeligheten. Skade på respiratorisk senter i hjernestammen og livmorhalsen ryggmargen er kjent for å bidra til å puste abnormiteter og til og med død i gnagermodeller av TBI36,37,38.
- Overfør gnagere fra oppbevaringsrommet og induser anestesi med 4% isofluran i oksygen og vedlikehold med 2% isofluran i oksygen for å redusere nød og smerte.
- Eksponering av gnagere til eksplosjonsbølge.
- Åpne raskt hovedventilen til den komprimerte gasstanken for å produsere en trykktopp som bryter membranen og produserer en høy eksplosjon som bekrefter genereringen av en trykkbølge. Membranen vil bli visuelt revet når den fjernes etter eksperimentet.
MERK: Et høyhastighetskamera kan brukes til å fange kupp- og kontrekoupeffektene av rotasjonsakselerasjonen som gnageren opplevde for videre analyse. - Slå av gassstrømmen umiddelbart etter å ha hørt eksplosjonen.
- Åpne raskt hovedventilen til den komprimerte gasstanken for å produsere en trykktopp som bryter membranen og produserer en høy eksplosjon som bekrefter genereringen av en trykkbølge. Membranen vil bli visuelt revet når den fjernes etter eksperimentet.
- Utvinning fra eksplosjonsbølgeeksponering
- Etter eksplosjonsbølgeeksponering, fjern gnageren fra apparatet og legg på en flat overflate rett ved siden av støtrøret på deres side.
- Overvåk forsøkspersoner for å bestemme reflekstid (RRT). Bruk en stoppeklokke til å registrere tid fra eksplosjonsbølgeeksponering til de gjenvinner iboende høyre refleks. (se figur 4A).
- Så snart forsøkspersonene får tilbake sin rette refleks, plasser dem i sitt respektive hjemmebur hvor de overvåkes for bivirkninger (dvs. anfall, pustevansker, blødning fra et kroppslig åpning) i de neste 24 h.
- Etter den første overvåkingsperioden kan forsøkspersoner analyseres ved hjelp av ulike biokjemiske, nevropatologiske, nevrofysiologiske og atferdsanalyser av forskerens valg (se nedenfor).
- Forbered oppsett og plass til neste eksperiment.
- Rengjør oppsettet med vaskemiddel for å fjerne lukt.
4. Nedstrøms applikasjoner for gnagere utsatt for eksplosjonsbølge / rotasjonskrefter og kontroller
MERK: I tidligere studier ble effekten av mild til moderat TBI på ulike tidspunkter etter eksponering for en eksplosjonsbølge og rotasjonskrefter vurdert hos gnagere ved hjelp av nedstrømsapplikasjoner, inkludert biokjemiske, nevropatologiske, nevrofysiologiske og atferdsanalyser19.
- Biokjemisk analyse
- Ved definerte eksperimentelle tidspunkter (timer til dager etter mild TBI), høstvev (f.eks. hjerne, blod) for biokjemisk analyse ved hjelp av standardprotokoller som beskrevet19.
- Bruk vev til biokjemisk analyse (dvs. immunoblotting, ELISA, etc.) for å vurdere effekten av mild TBI på nevrobiologiske og patofysiologiske prosesser.
- Nevropatisk analyse
- Ved definerte eksperimentelle tidspunkter (timer til dager etter mild TBI), parfyme gnagere transkardialt med saltløsning etterfulgt av 4% paraformaldehydløsning for å fikse vev som beskrevet19.
MERK: Noen bruksområder er ikke kompatible med paraformaldehydfiksering (f.eks. sølvfarging, noen antistoffer mot immunhiistokjemi). - Bruk perfundert, fast vev for anatomiske, histologiske og molekylære analyser for å vurdere nevropatologiske endringer forbundet med mild TBI, inkludert nevroinflammasjon, nevrodegenerasjon og nevrokjemiske endringer som beskrevet19.
- Ved definerte eksperimentelle tidspunkter (timer til dager etter mild TBI), parfyme gnagere transkardialt med saltløsning etterfulgt av 4% paraformaldehydløsning for å fikse vev som beskrevet19.
- Nevrofysiologisk analyse i hjerneskiver
- Ved definerte eksperimentelle tidspunkter (timer til dager etter mild TBI), ofre gnagere ved halshugging, fjern hjernen og forbered hjerneskiver som beskrevet19.
- Utfør elektrofysiologiske opptak som beskrevet19 for å vurdere effekten av mild TBI på basale synaptiske egenskaper og synaptisk plastisitet.
- Atferdsanalyse
- Ved definerte eksperimentelle tidspunkter (timer til dager etter mild TBI) evaluerer du atferdsytelsen, inkludert motorisk funksjon (f.eks. åpent felt, rotarod, lokomotorisk aktivitet; se figur 4D) og læring og minne (f.eks. fryktkondisjonering, Barnes labyrint, Morris vann labyrint).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Skalerbarheten til eksplosjonsbølgeoppsettet ble testet med tre forskjellige membrantykkelser, 25,4, 50,8 og 76,2 μm. Topptrykknivåer ble vurdert ved hodeplasseringsområdet og utgangen av støtrørapparatet ved hjelp av piezoelektriske trykksensorer (se figur 1 og figur 2). Topptrykket øker i samsvar med membrantykkelsen på begge sensorplasseringene (figur 3A,B), noe som viser at topptrykket er skalerbart i naturen. Denne egenskapen for oppsettet kan utnyttes til å kalibrere systemet og vurdere skalerbarheten som beskrevet i trinn 2.3.
For å evaluere effekter av eksplosjonsinduserte TBI in vivo-, voksen-, 3 måneder gamle, mannlige, ville C57Bl/6J-mus ble utsatt for eksplosjonsbølger produsert av dette oppsettet (figur 1 og figur 2) ved hjelp av protokollen som er beskrevet her. For det første ble effekten av eksplosjonsbølger produsert med to forskjellige membrantykkelser (50,8 og 76,2 μm) eller shambehandling på høyre reflekstid (RRT) vurdert (figur 4A). Musenes ventetid for å helt rette seg selv (4 poter på bakken) etter anestesi bestemmes her som RRT. Musene ble bedøvet ved hjelp av isofluran (konsistent, kort og mild anestesi) og gjennomgikk deretter TBI induksjon eller sham behandling. Umiddelbart etter skade fikk mus lov til å komme seg og tid til å gjenvinne høyre refleks ble registrert. Mus som ble utsatt for en eksplosjonsbølge produsert med 76,2 μm-membranen viste en betydelig økning i RRT sammenlignet med falske kontroller som gjennomgikk samme anestesiprosedyre (figur 4A), noe som tyder på at denne eksplosjonsbølgen induserer bevissthetstap. Mus utsatt for en eksplosjonsbølge fra 50,8 μm-membranen viser derimot ingen signifikant økning i RRT (figur 4A), noe som indikerer mild form for TBI. Brudd på en standard 76,2 μm polyestermembran resulterer i rask generering av en kortvarig eksplosjonsbølge på ca. 160 psi overtrykk (figur 3C), som venstre side av motivets kranium blir utsatt for under eksperimentell prosedyre.
De kortsiktige fysiologiske effektene som oppstår etter eksponering for eksplosjonsbølge og rotasjonskrefter hos gnagere, er for tiden ikke godt karakterisert. For å avgrense de akutte effektene av eksplosjonsbølgeeksponering og rotasjonskrefter fra denne modellen, vurderte vi kjerneregulering av kroppstemperatur og kroppsvekt. Temperaturen og kroppsvekten til voksne, 3 måneder gamle, mannlige wild-type C57Bl/6J mus ble registrert etter TBI-induksjon. Baseline kjerne kroppstemperatur og kroppsvekt ble registrert hos musene før TBI prosedyre eller sham behandling. Eksponering for en eksplosjonsbølge produsert med 76,2 μm-membranen reduserte kroppstemperaturen betydelig i løpet av den første timen i TBI-induserte mus sammenlignet med deres sham-kontroller (figur 4B), noe som indikerer en betydelig fysiolog effekt produsert av TBI-induksjon. Konsekvent viste mus utsatt for TBI ved hjelp av 76,2 μm membraner en akutt, tidsavhengig, men betydelig reduksjon i total kroppsvekt en dag etter TBI sammenlignet med sham (figur 4C).
For å undersøke virkningen av TBI på atferdsmessige utfall ble effekten av eksplosjonsindusert TBI på akutt lokomotorisk aktivitet analysert (figur 4D). Voksne, 3 måneder gamle, mannlige C57Bl/6J-mus gjennomgikk TBI-induksjon ved hjelp av 76,2 μm membran- eller skambehandling og lokomotorisk aktivitet ble overvåket i 30 minutter tre timer etter TBI. Eksponering for en eksplosjonsbølge produsert med 76,2 μm-membranen resulterte i en akutt, betydelig reduksjon i lokomotorisk aktivitet (figur 4D).
Figur 1: Oppsett av murine blast wave-modell. (A-C) Representative bilder av oppsettet av eksplosjonsbølgemodellen for mus. Sidevisning av oppsettet (A). Toppvisning av oppsettet (B). 1, gassflaske med høy strømningsgassregulator; 2, 9,53 mm høytrykkshydraulisk linje og hurtigkobling av mannlige og kvinnelige vedlegg; 3, driverdelen av støtrøret; 4, drevet del av støtrøret; 5, PVC rørskjold; 6, hodeplasseringsområde; 7, polyestermembran. De enkelte delene av oppsettet er installert på maskinskliebord, noe som gir presis plassering av fører (3) og drevne seksjoner (4) i forhold til personer som er under skadeinduksjon. (C) Toppvisning av oppsett med trykksensorplasseringer. Tre sensorer er plassert i ett plan ved utgangen av støtrøret, 120 grader fra hverandre (S1 - S3), for å overvåke eksplosjonsbølgeegenskapene under TBI-induksjonen. En sensor er installert på hodeplasseringsområdet (S4). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Skjematisk for murinovertrykkssjokkrør. Presisjonsbearbeidet støtrør er laget av stål med høy strekkfasthet. Det indre rommet i driverdelen er vinklet ved 6 grader. Innvendig diameter på driver og drevet seksjon er 37 mm. Parringsflater av førerdrevne seksjoner er presisjonsbearbeidet for å sikre fullstendig forsegling. Hele støtrøret er industrielt klemt fast til et maskinskliebord for å sikre solid montering og konsistens av sprengningsbølgegenerering. Ved utgangen av de drevne seksjonshullene bores (i ett plan, 120 ° fra hverandre) for å installere de tre trykksensorene (indikert med *). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Trykkopptak fra murine blast wave setup. (A,B) Topptrykket er skalerbart og avhengig av membrantykkelsen i polyester. Trykksensorer ble brukt til å registrere topptrykk produsert av støtrøret med heliumgass og polyestermembraner på 25,4, 50,8 eller 76,2 μm tykkelse. (A) Ved hodeplasseringsområdet var gjennomsnittlig topptrykk produsert med 25,4 μm membraner 428 ± 15,9 kPa, med 50,8 μm membraner 637 ± 21,4 kPa og med 76,2 μm membraner 1257 ± 40,7 kPa (SEM, n = 7-12, enveis ANOVA etterfulgt av post-hoc Dunnetts sammenligningstest, *** P ≤ 0,001). (B) Ved utgangen av støtrøret var gjennomsnittlig topptrykk registrert med 25,4 μm membraner 164 ± 11,7 kPa, med 50,8 μm membraner 232 ± 11,7 kPa og med 76,2 μm membraner 412 ± 11,0 kPa (SEM, SEM, SEM, SEM, μm membraner 412 ± 11,0 kPa (SEM, SEM, SEM, SEM, μm membraner n = 7-12, enveis ANOVA etterfulgt av post-hoc Dunnetts sammenligningstest, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001). (C) Representativ graf over trykkregistreringen fra sensoren ved hodeplasseringsområdet (hendelsessensor) ved hjelp av en 76,2 μm membran. Bølgeformen ligner på en Friedlander-bølge, skalert i tid/varighet for murinpersoner. (D) Representativ graf over trykkregistreringen fra 3 forskjellige sensorer plassert på slutten av den drevne delen for å bestemme lineariteten / fasen av bølgeform i den drevne delen. Alle tre sensorene (plassert 120 grader fra hverandre) viser en lignende økning / fallvarighet som indikerer at bølgeformen som forlater det drevne snittet er lik i tverrsnitt i den drevne delen. Eksplosjonsbølgen ble generert ved hjelp av en 76,2 μm membran. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Akutte in vivo-effekter av eksplosjonsindusert TBI. (A) Moderat TBI, men ikke mild TBI øker høyre reflekstid (RRT). Voksne, 3 måneder gamle, mannlige, ville C57Bl/6J-mus ble utsatt for TBI-prosedyrer ved hjelp av sjokkrøret med heliumgass og polyestermembraner på 50,8 eller 76,2 μm tykkelse eller sham-behandling. Umiddelbart etter skade eller skambehandling fikk mus lov til å komme seg og RRT ble registrert. TBI induksjon med 50,8 μm membran eller sham behandling viste sammenlignbare nivåer av RRT. TBI-induksjon ved hjelp av en 76,2 μm membran øker derimot RRT, noe som indikerer tap av bevissthet forårsaket av eksplosjonsbølgen med 76,2 μm membranen (SEM, n = 4-10, Sham RRT = 35,6 ± 2,0 s, 50,8 μm membran RRT = 43,0 ± 4,3 s og 76,2 μm membran RRT = 254,0 ± 40,2 s, enveis ANOVA etterfulgt av post-hoc Dunnetts sammenligningstest, P ≤ 0,001). (B) Moderat TBI reduserer kroppstemperaturen betydelig og forbigående. Voksne, 3 måneder gamle, mannlige, villtype C57Bl/6J-mus ble utsatt for TBI-induksjon med 76,2 μm membraner eller sham-behandling. Deres kjerne kroppstemperatur ble registrert i to timer. Baseline kjerne kroppstemperatur ble registrert før TBI induksjon. Blast-indusert TBI med 76,2 μm membraner er forbundet med en betydelig nedgang i kjerne kroppstemperatur i løpet av den første timen etter TBI. (SEM, n = 10, toveis gjentatte tiltak ANOVA, etterfulgt av post-hoc Bonferronis multippel sammenligningstester, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001). (C) Moderat TBI resulterer i en forbigående reduksjon i kroppsvekt. Voksne, 3 måneder gamle, mannlige C57Bl/6J-mus ble utsatt for TBI-prosedyrer ved hjelp av 76,2 μm membraner eller skambehandling. Deretter ble kroppsvekter registrert i 5 dager. Total kroppsvekt ble betydelig redusert en dag etter TBI (SEM, n = 7, toveis gjentatte tiltak ANOVA etterfulgt av post-hoc Bonferronis flere sammenligningstester, * P ≤ 0,05). (D) Moderat TBI resulterer i akutt reduksjon i lokomotorisk aktivitet. Voksne, 3 måneder gamle, mannlige C57Bl/6J-mus ble utsatt for TBI-prosedyrer ved hjelp av 76,2 μm membraner eller skambehandling. Tre timer etter TBI lokomotorisk aktivitet ble sporet i 30 minutter og kvantifisert ved hjelp av videosporingsprogramvare (SEM, n = 9-11, uparret to-tailed t-test, ** P = 0,01). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi presenterer her en preklinisk mild TBI-modell som er kostnadseffektiv, enkel å sette opp og utføre, og gir mulighet for høy gjennomstrømning, pålitelig og reproduserbare eksperimentelle resultater. Denne modellen gir beskyttende skjerming til perifere organer for å muliggjøre fokusert undersøkelse av milde TBI-mekanismer samtidig som de forvirrende variablene av systemisk skade begrenses. Derimot er andre eksplosjonsmodeller kjent for å forårsake skade på perifere organer2,39,40. En annen fordel med denne modellen er dens evne til å levere eksplosjonsbølgen fra ønsket vinkel sammenlignet med den faste posisjonen i andre eksplosjonsmodeller40. Dette gjør det mulig for fokuserte anatomiske studier å bedre forstå hjernesårbarhet.
For å studere human eksplosjonsrelatert TBI, bør en relevant modell for TBI produsere biomekaniske krefter som kan sammenlignes med de som oppleves av forsøkspersoner under TBI-induksjon. En klinisk relevant modell bør også indusere nevrobiologiske, patofysiologiske og atferdsmessige utfall observert hos personer som lider av mild TBI. I tidligere studier har eksplosjonsbølgemodellen som presenteres her blitt grundig undersøkt17,19,21, og mange biofysiske og nevrobiologiske aspekter som minner om menneskelig TBI, inkludert eksplosjonsbølgedynamikk og krefter, nevroinflammasjon, axonal skade og mikrovaskulær skade har blitt evaluert. Disse studiene har gitt bevis for at denne prekliniske eksplosjonsbølgemodellen for TBI produserer pålitelige og reproduserbare nevrobiologiske og patofysiologiske endringer forbundet med klinisk TBI.
Videre, med den økte forekomsten av mild eksplosjon TBI i den militære befolkningen7,8, gir denne allsidige gnagermodellen for mild menneskelig TBI forskere et verdifullt verktøy for å undersøke prosesser som ligger til grunn for eksplosjonsrelatert TBI og utforske nye terapeutiske strategier. For eksempel viser vår modell nevrovaskulære komplikasjoner, og fremhever viktigheten av vaskulær intervensjon som en lovende terapeutisk tilnærming22,23,35. Konsekvent har andre prekliniske modeller av eksplosjon TBI også produsert nevrovaskulære effekter forbundet med nevrodegenerasjon og atferdsunderskudd2,25,40,41,42,43.
Basert på tidligere forskning19,21,22,23, har vi fastslått at eksplosjonsbølgemodellen som presenteres her, kan være godt egnet for undersøkelsen av patofysiologien og etiologien til menneskelig hjernerystelse. De fleste prekliniske TBI-modeller tillater ikke hodebevegelse44 selv om de biomekaniske egenskapene forbundet med rask hodeakselerasjon / retardasjon er en prediktiv faktor for utviklingen av en hjernerystelse hos mennesker45,46. I samsvar med modellen som er beskrevet her, viste Goldstein og kollegene14 at rask hodebevegelse indusert av eksplosjonskrefter er en forutsetning for induksjon av atferdsunderskudd, muligens på grunn av rotasjonskrefter og skjæring. En bedre forståelse av de patofysiologiske endringene som skjer i mild TBI og som svar på hjernerystelse, vil også bidra til å bestemme kliniske biomarkører og identifisere nye mål for utvikling av behandlinger for TBI.
Lite er kjent om de patofysiologiske endringene og sykdomsprogresjonen etter repeterende mild TBI (f.eks. repeterende hjernerystelse opplevd i idrett). Denne prekliniske modellen tillater studiet av repeterende mild TBI med liten eller ingen dødelighet. I motsetning til dette påfører noen TBI-modeller alvorlige skader, og derfor er det ofte vanskelig, eller umenneskelig, å fremkalle ytterligere skade. I tillegg er alvorlige skader ofte uopprettelige, og påvisning av subtile fysiologiske endringer kan være utelukket. Denne modellen tillater også skalerbar undersøkelse av ulike mellomskadeintervaller; en kritisk parameter for repeterende mild TBI som krever ytterligere karakterisering. Etter TBI utløses en CNS-skaderespons som bidrar til å beskytte hjernens integritet og forhindre utbredt nevroncelledød. Skaderesponsen kan faktisk bli betydelig påvirket av induksjonen av en annen skade innen kort tid etter den første skaden. Denne modellen tillater undersøkelse av mellomskadeintervallet, som er et viktig aspekt av klinisk studiedesign for repeterende mild TBI. Videre tillater denne skalerbare modellen en rask arbeidsflyt med høy gjennomstrømning, noe som letter undersøkelse av flere parametere samtidig, samt evaluering av terapeutisk aktivitet av nye intervensjoner.
En begrensning av denne modellen er manglende evne til å kontrollere egenskapene til eksplosjonsbølgen mellom rørutgangen og dyrets hode. Selv om eksplosjonsbølgen er turbulent ved utgang fra sjokkrøret, er utfallstiltakene fortsatt pålitelige og reproduserbare med en konsekvent posisjonering av gnagerens hode18. Derfor er det viktig å holde de eksperimentelle innstillingene (dvs. hodeposisjon og avstand fra støtrørutgang) konstant mellom alle studier. For å optimalisere modelldesign og protokoll er bølgeformdynamikken mellom rørutgangen og hodeplasseringsområdet målt (figur 3) og modellert ved hjelp av numeriske simuleringer18. Fremtidige prosjekter vil integrere endelig elementmodellering for å bestemme hvordan kraftdynamikk overføres fra skallen til meninger, til cerebrospinalvæske, og til slutt inn i hjernevevet. Det komplekse samspillet mellom kraftdynamikk og biofysikk og resulterende fysiologiske responser er viktige områder i TBI-forskning som hittil har vært underutforsket.
Oppsummert presenterer vi her en protokoll og visualisert eksperiment av en eksplosjonsbølgeskademodell som er utviklet for å undersøke effekten av mild TBI. Den kollektive erfaringen fra ingeniører, leger og biomedisinske forskere bidro til optimalisering av dens biofysiske / fysiologiske validitet og nevrobiologiske relevans. Denne modellen har blitt grundig validert og har allerede gitt meningsfulle resultater, spesielt for å forstå tidlig dynamikk i mild TBI17,19,20,21,22,23. Å utnytte denne prekliniske modellen for å studere mild TBI ytterligere vil fremme vår forståelse av patofysiologien og etiologien til TBI og bidra til utvikling av nye intervensjoner til fordel for pasienter som lider av TBI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer at de ikke har konkurrerende interesser.
Acknowledgments
Vi takker R. Gettens, N. St. Johns, P. Bennet og J. Robson for deres bidrag til utviklingen av TBI-modellen. NARSAD Young Investigator Grants fra Brain &Behavior Research Foundation (F.P. og M.J.R.), et forskningsstipend fra Darrell K. Royal Research Fund for Alzheimers Disease (F.P.) og en PhRMA Foundation Award (M.J.R.) støttet denne forskningen. Dette arbeidet ble støttet gjennom pre-doktorgradsstipend fra American Foundation for Pharmaceutical Education (A.F.L og 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).
