Summary
Presentamos aquí un protocolo de un modelo de onda expansiva para roedores para investigar los efectos neurobiológicos y fisiopatológicos de la lesión cerebral traumática leve a moderada. Establecimos una configuración de sobremesa impulsada por gas equipada con sensores de presión que permiten una generación confiable y reproducible de lesiones cerebrales traumáticas leves a moderadas inducidas por explosiones.
Abstract
La lesión cerebral traumática (LCT) es un problema de salud pública a gran escala. La LCT leve es la forma más frecuente de neurotrauma y representa un gran número de visitas médicas en los Estados Unidos. Actualmente no hay tratamientos aprobados por la FDA disponibles para TBI. El aumento de la incidencia de LCT inducida por explosiones relacionada con el ejército acentúa aún más la necesidad urgente de tratamientos efectivos contra la LCT. Por lo tanto, los nuevos modelos animales preclínicos de LCT que recapitulan aspectos de la LCT humana relacionada con los blastos avanzarán en gran medida en los esfuerzos de investigación sobre los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos subyacentes a la LCT leve a moderada, así como el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas para la LCT.
Aquí presentamos un modelo confiable y reproducible para la investigación de los efectos moleculares, celulares y conductuales de una LCT inducida por explosión leve a moderada. Describimos un protocolo paso a paso para una LCT leve inducida por explosión de cabeza cerrada en roedores utilizando una configuración de sobremesa que consiste en un tubo de choque impulsado por gas equipado con sensores de presión piezoeléctricos para garantizar condiciones de prueba consistentes. Los beneficios de la configuración que hemos establecido son su bajo costo relativo, facilidad de instalación, facilidad de uso y capacidad de alto rendimiento. Otras ventajas de este modelo de LCT no invasiva incluyen la escalabilidad de la sobrepresión del pico de explosión y la generación de resultados reproducibles controlados. La reproducibilidad y relevancia de este modelo de LCT se ha evaluado en una serie de aplicaciones posteriores, incluidos los análisis neurobiológicos, neuropatológicos, neurofisiológicos y conductuales, lo que respalda el uso de este modelo para la caracterización de los procesos subyacentes a la etiología de un TCE leve a moderado.
Introduction
La lesión cerebral traumática (LCT) representa más de dos millones de visitas al hospital cada año solo en los Estados Unidos. La LCT leve comúnmente resultante de accidentes automovilísticos, eventos deportivos o caídas representa aproximadamente el 80% de todos los casos de LCT1. La LCT leve se considera la "enfermedad silenciosa", ya que los pacientes a menudo no experimentan síntomas manifiestos en los días y meses posteriores a la lesión inicial, pero pueden desarrollar complicaciones graves relacionadas con la LCT más adelante en la vida2. Además, el TCE leve inducido por explosiones es prevalente entre los miembros del servicio militar, y se ha asociado con disfunción crónica del SNC3,4,5,6. Debido a la creciente incidencia de LCT leve relacionada con blastocitos7,8, la modelización preclínica de los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos asociados con LCT leve se ha convertido así en un foco en el desarrollo de nuevas intervenciones terapéuticas para LCT.
Históricamente, la investigación de LCT se ha centrado principalmente en las formas graves de neurotrauma, a pesar del número relativamente menor de casos graves de LCT humana. Se han desarrollado modelos preclínicos de roedores para LCT humana grave, incluyendo los modelos de impacto cortical controlado (ICC)9,10 y lesión por percusión fluida (FPI)11, ambos bien establecidos para producir efectos fisiopatológicos fiables12,13. Estos modelos han sentado las bases para lo que se conoce hoy en día sobre la neuroinflamación, la neurodegeneración y la reparación neuronal en TBI. Aunque se ha desarrollado un conocimiento considerable de la fisiopatología de la LCT, actualmente no hay tratamientos efectivos aprobados por la FDA disponibles para la LCT.
Más recientemente, el enfoque de la investigación de LCT se ha ampliado para incluir un espectro más amplio de patologías relacionadas con LCT con el objetivo final de desarrollar intervenciones terapéuticas efectivas. Sin embargo, se han establecido pocos modelos preclínicos para LCT leve que hayan mostrado efectos medibles, y sólo un pequeño número de estudios han investigado el espectro de LCT leve2,14,15. Dado que la LCT leve representa la gran mayoría de todos los casos de LCT, se necesitan urgentemente modelos fiables de LCT leve para facilitar la investigación sobre la etiología y la neuropatofisiología de la condición humana, con el fin de desarrollar nuevas estrategias terapéuticas.
Junto con ingenieros biomédicos y físicos aeroespaciales, hemos establecido un modelo escalable de onda expansiva de cabeza cerrada para una LCT leve a moderada. Este modelo preclínico de roedores se ha desarrollado específicamente para investigar los efectos de la dinámica de la fuerza, incluidas las ondas expansivas y el movimiento de aceleración / desaceleración, que se asocian con una LCT leve humana obtenida en combate militar, eventos deportivos, accidentes automovilísticos y caídas. Como las ondas expansivas se correlacionan con la dinámica de fuerza que causa una lesión cerebral traumática leve en humanos, este modelo fue diseñado para producir una forma de onda de Friedlander consistente con un impulso, que se mide como libras por pulgada cuadrada (psi) * milisegundo (ms). El nivel de impulso se escala para caer por debajo de las curvas de letalidad pulmonar definidas para ratones y ratas con el fin de realizar investigaciones preclínicas16,17,18. Además, este modelo permite la investigación de lesiones por golpes y contrecoup debido a las rápidas fuerzas de rotación de la cabeza del animal. Este tipo de lesión es inherente a varios tipos de presentaciones clínicas de LCT, incluidas las observadas tanto en poblaciones militares como civiles. Por lo tanto, este modelo versátil se ajusta a una necesidad que abarca múltiples presentaciones clínicas de TBI.
El modelo preclínico aquí presentado produce cambios fisiopatológicos fiables y reproducibles asociados a una lesión cerebral traumática leve clínica, como lo demuestran varios estudios previos17,19,20,21,22,23. Los estudios con este modelo mostraron que las ratas sometidas a una onda expansiva de baja intensidad exhibieron neuroinflamación, lesión axonal, daño microvascular, cambios bioquímicos relacionados con la lesión neuronal y déficits en la plasticidad a corto plazo y la excitabilidad sináptica19. Sin embargo, este modelo de LCT leve no indujo ningún cambio neuropatológico macroscópico, incluyendo daño tisular, hemorragia, hematoma y contusión19 que se han observado comúnmente en estudios con modelos de LCT invasivos moderados a severos10,24. Investigaciones anteriores19,21,22,23 han demostrado que este modelo preclínico puede ser utilizado para caracterizar los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos subyacentes a la etiología del TBI leve y moderado17,19,20,21,22,23. Este modelo también permite probar nuevos compuestos y estrategias terapéuticas, así como la identificación de dianas novedosas y adecuadas para el desarrollo de intervenciones efectivas de LCT19,21,22,23.
Este modelo fue desarrollado para investigar los efectos inducidos por las ondas expansivas, así como las fuerzas de rotación rápidas en los resultados moleculares, celulares y de comportamiento en roedores. Análogamente al modelo de onda expansiva presentado aquí, se han desarrollado una serie de modelos preclínicos que intentan recapitular LCT leve a moderada utilizando ondas de sobrepresión impulsadas por gas2,14,17,25,26,27,28. Algunas de las limitaciones de otros modelos incluyen: el animal se fija a una camilla de malla de alambre y la cabeza se inmoviliza al impactar; los órganos periféricos están expuestos a la onda además del cerebro, lo que crea las variables de confusión del politraumatismo; y los modelos son grandes y estacionarios, lo que limita el cambio y la adaptación de parámetros críticos a mejores condiciones del modelo que recuerdan a la LCT humana.
Los beneficios de esta configuración de tubo de choque accionada por gas de sobremesa son su costo relativamente bajo para los gastos de adquisición y funcionamiento, así como la facilidad de instalación y uso. Además, la configuración permite una operación de alto rendimiento y la generación de ondas expansivas reproducibles controladas y resultados in vivo tanto en ratones como en ratas. Con el fin de controlar las condiciones de prueba consistentes (es decir, ondas de explosión constantes y sobrepresión), la configuración está equipada con sensores de presión. Las ventajas de este modelo para TBI incluyen la escalabilidad de la gravedad de la lesión y que la TBI leve se induce utilizando un procedimiento no invasivo de cabeza cerrada. La sobrepresión máxima y la posterior lesión cerebral aumentan con membranas de poliéster más gruesas de una manera escalable consistente17. La capacidad de escalar la gravedad de la LCT a través del grosor de la membrana es una herramienta útil para determinar el nivel en el que se hacen evidentes las medidas de resultado específicas (por ejemplo, neuroinflamación). Proporcionar un blindaje protector para los órganos periféricos, también permite la investigación enfocada en los mecanismos leves de LCT al evitar o reducir las variables de confusión de la lesión sistémica, como la lesión pulmonar o torácica. Además, esta configuración permite seleccionar la dirección en la que la onda expansiva golpea / penetra en la cabeza (es decir, de frente, lateral, superior o inferior) y, por lo tanto, se pueden investigar diferentes tipos de insultos que inducen LCT. El procedimiento estándar para inducir una LCT leve a moderada descrita aquí emplea la exposición lateral para evaluar los efectos de la lesión por ondas expansivas en combinación con la lesión por golpe y contrecoup debido a las fuerzas de rotación rápidas. Además, para investigar exclusivamente las lesiones inducidas por explosiones, se puede emplear la exposición a ondas de explosión de arriba hacia abajo en este modelo.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
El protocolo sigue las pautas de cuidado animal de la Universidad de Cincinnati y la Universidad de Virginia Occidental. Todos los procedimientos que involucran animales fueron aprobados por los Comités Institucionales de Cuidado y Uso de Animales (IACUC), y se realizaron de acuerdo con los principios de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio.
1. Instalación de la configuración de TBI de explosión
- Adquiera todas las piezas de trabajo que se requieren para la configuración, incluyendo: tubo de choque que consiste en una sección de acero accionada y atornillada, membrana de poliéster, pernos de sujeción, sensores de presión, escudo de tubería de cloruro de polivinilo (PVC) para proteger los órganos periféricos, línea hidráulica de alta presión de 9,53 mm y accesorios macho y hembra de conexión rápida, regulador de gas de alto flujo y un cilindro de gas con soporte de montaje en pared (consulte la Figura 1A, B y Tabla de Materiales).
NOTA: Las especificaciones de la sección de accionamiento y conductor utilizada aquí (ver Figura 2 y Tabla de Materiales) se han establecido para producir una onda expansiva a escala consistente de corta duración (ver Figura 3C, D) para inducir una LCT leve a moderada en ratones. Para este propósito, se seleccionó una sección de controlador corto diseñada por taper (6 ° cónico). La longitud y el diámetro de las secciones accionadas y conductoras se pueden modificar para investigar específicamente la onda expansiva29,30,31,32, la onda de compresión18 o la dinámica de la onda de choque33. Para los experimentos con ratas, las dimensiones del tubo de choque deben adaptarse para producir fuerzas comparables de acuerdo con los parámetros de escala corporal pertinentes17 (ver Tabla de Materiales). - Instale las partes de trabajo individuales de la configuración en mesas deslizantes de máquina que se fijen en una superficie estable y fácil de limpiar (preferiblemente acero inoxidable para su uso en roedores) en un espacio de laboratorio aprobado para experimentos con animales.
NOTA: Los experimentos de ondas expansivas producen un nivel considerable de ruido; por lo tanto, elija una ubicación dentro del espacio de laboratorio de absorción de sonido, donde el ruido no interfiera con otros experimentos / grupos de laboratorio.- Fije el escudo de la tubería de PVC perpendicular a la configuración del tubo de choque para que el cuerpo del roedor esté completamente cubierto y solo sobresalga la cabeza.
NOTA: Para el procedimiento estándar para inducir una LCT leve a moderada descrita aquí, el centro de la cabeza se encuentra a 5 cm del final de la sección impulsada para ratones. - Cilindro de gas de montaje en pared muy cerca de la configuración de acuerdo con OSHA y todas las demás normas de seguridad pertinentes.
NOTA: El aire comprimido, el helio o el gas nitrógeno se utilizan comúnmente para generar las ondas expansivas en modelos de tubos de choque de roedores. Todos los datos aquí presentados se han generado utilizando helio, ya que este gas produce una mayor sobrepresión durante una duración más corta34, lo que permite una escala adecuada para los sujetos murinos.
- Fije el escudo de la tubería de PVC perpendicular a la configuración del tubo de choque para que el cuerpo del roedor esté completamente cubierto y solo sobresalga la cabeza.
2. Evaluación de la configuración y las propiedades de la onda expansiva utilizando grabaciones de sensores de presión.
- Prepare el tubo de choque.
- Corte cuidadosamente la membrana de poliéster sin doblarse y producir fisuras, para garantizar una ruptura constante.
- Inserte la membrana entre las secciones accionada y controladora. Asegure las secciones apretando los pernos de conexión.
- Compruebe que el sistema es hermético y que la membrana está bien fijada entre las secciones del conductor y las conducidas.
- Conecte el tanque de gas a través de una manguera hidráulica de alta presión de 9,53 mm y conecte rápidamente los accesorios al tubo de choque
NOTA: Las secciones del controlador y accionadas se mecanizan con tolerancias precisas para permitir un sellado completo de membrana entre las secciones. Esto no permite fugas de gas e impide el uso de cualquier forma de material de junta / junta tórica y permite una mayor consistencia en la forma de onda generada.
- Instale los sensores de presión para monitorear las ondas expansivas (ver Figura 1C).
- Coloque un sensor de presión en el área de colocación de la cabeza y tres sensores a la salida del tubo de choque (consulte las Figuras 1C y 2).
- Inicie la grabación desde sensores de presión, justo antes de la ejecución de la onda expansiva. Registre los datos de la onda de presión a 500.000 fotogramas por segundo utilizando un acondicionador de señal de sensor y una placa de adquisición de datos (consulte la Tabla de materiales).
NOTA: Use orejeras aprobadas por OHSA para garantizar una protección auditiva adecuada. - Abra completamente la válvula principal del tanque de gas comprimido para permitir que el flujo de gas produzca un pico de presión repentino y rápido.
NOTA: La sobrepresión de gas rompe la membrana de poliéster para liberar una onda de choque que pasa a una onda de compresión dentro de la sección impulsada y sale del tubo en la dirección del área de colocación de la cabeza. - Apague el flujo de gas inmediatamente después del procedimiento.
NOTA: La configuración puede equiparse con una válvula de retorno de resorte para detener automática y rápidamente el flujo de gas. - Analice las grabaciones de ondas de presión utilizando un programa informático escrito personalizado para determinar la sobrepresión máxima y los datos de gráficos. Los datos se pueden graficar con cada sensor individualmente o superponerse entre sí para demostrar la planaridad de la onda generada (ver Figura 3C, D).
NOTA: El análisis técnicamente se puede hacer utilizando un software más fácilmente disponible, pero debido a los grandes conjuntos de datos, estos programas tienen largos retrasos en la generación de gráficos.
- Establecer condiciones experimentales que sean adecuadas para el objetivo del estudio TBI designado, y confirmar que el modelo produce una onda expansiva consistente con una medición de sobrepresión, duración e impulso máxima comparable a una onda de Friedlander (ver Figura 3). Verifique estos parámetros utilizando el software informático antes mencionado.
- Calibre la configuración repitiendo los pasos 2.1.1. a 2.2.5. y utilice las grabaciones de ondas de presión para determinar si la configuración necesita ajuste (para obtener datos representativos, consulte la Figura 3).
- Modifique la configuración (si es necesario).
NOTA: Las propiedades de la onda expansiva se pueden ajustar mediante modificaciones menores de la configuración. Por ejemplo, la distancia de la cabeza hasta el final de la sección accionada afecta la fuerza de la onda expansiva al nivel de la cabeza. El espesor de la membrana de poliéster determina el nivel de sobrepresión máxima, con membranas más gruesas que aumentan los niveles máximos (ver Figura 3A, B). Además, la configuración permite seleccionar la dirección en la que la onda expansiva golpea / penetra en la cabeza (es decir, de frente, lateral, superior o inferior) y, por lo tanto, se pueden investigar diferentes aspectos, como la lesión por onda expansiva sola o en combinación con lesiones por golpe y contragolpe debido a fuerzas de rotación rápidas. - Repita los pasos 2.1.1 a 2.2.4 para establecer las propiedades de onda expansiva deseadas (si es necesario) y controlar la reproducibilidad.
- Repita los pasos 2.1.1 a 2.2.4 con membranas de poliéster de diferente grosor para evaluar la escalabilidad de la configuración (para obtener datos representativos, consulte la Figura 3A, B).
3. Preparación de la configuración experimental y la inducción de LCT leve en roedores
NOTA: Transfiera los roedores al área de retención de 30 minutos a 1 h antes del inicio de los experimentos de LCT para aclimatarse. Seleccione el área de retención que se vea mínimamente afectada por el ruido del procedimiento.
- Prepare todos los materiales necesarios para el experimento y verifique la configuración para una instalación adecuada (por ejemplo, ajuste los parámetros de acuerdo con el objetivo del estudio) (~ 5 – 10 minutos).
NOTA: La gravedad de la lesión se puede ajustar seleccionando el grosor de la membrana de poliéster. Según nuestros estudios, se utiliza un espesor de membrana de 25,4 a 102 μm para una LCT leve a moderada en ratones35. Anteriormente hemos utilizado membranas con un espesor de 76,2 a 127 μm para producir LCT leve a moderada en ratas19.- Corte cuidadosamente la membrana de poliéster, insértela entre las secciones accionada y atornilladora apretando los pernos de conexión.
- Conecte el tanque de gas al tubo de choque mediante el uso de accesorios de liberación rápida. Asegúrese de que la membrana esté bien fijada entre las secciones del conductor y las de accionamiento.
- Coloque tres sensores de presión a la salida del tubo de choque, a 120° de distancia, para controlar las propiedades de las ondas expansivas durante la inducción de LCT como se describe en los pasos 2.2.2 y 2.2.5.
- Asegúrese de que la distancia desde el extremo del aparato del tubo de choque sea correcta para cada sujeto respectivo utilizando el micrómetro instalado. Mantenga el posicionamiento de la cabeza del roedor (es decir, posición, distancia) constante dentro de los estudios para permitir una evaluación consistente de la lesión.
NOTA: Como se indica en 1.2.1., se pueden inducir diferentes tipos de lesiones seleccionando la dirección en la que la onda expansiva impacta en la cabeza. Para que el procedimiento induzca una LCT leve a moderada descrita aquí, el cuerpo se coloca perpendicular al tubo de choque que la onda expansiva impacta en el lado de la cabeza. En este entorno, se permite la movilidad libre de la cabeza y, por lo tanto, se expone a la onda expansiva y a las fuerzas de rotación rápidas, lo que permite la generación de efectos de golpe y contragolpe. - Inicie la grabación desde los sensores de presión utilizando la interfaz gráfica de usuario (GUI) del software.
- Anestesia y posicionamiento de roedores en configuración
- Transfiera roedores de la sala de espera e induzca anestesia con 4% de isoflurano en oxígeno y manténgalos con 2% de isoflurano en oxígeno para reducir la angustia y el dolor.
NOTA: Asegúrese de que el animal no responda al pellizco del dedo del pie o la cola antes de continuar. Asegúrese de que la inducción de la anestesia sea consistente para todos los animales de experimentación, incluidos los controles simulados. Este procedimiento requiere un nivel bajo y una duración corta de la anestesia. - Coloque el roedor completamente anestesiado en el escudo de tubería de PVC con amortiguación para proteger los órganos periféricos de la onda expansiva.
NOTA: Los sujetos de control se anestesian y se colocan cerca de la configuración, pero no se someten directamente a la onda expansiva. Asegúrese de que los controles estén sujetos al ruido generado por el tubo de choque. - Coloque la cabeza del roedor dentro del área de colocación de la cabeza y apóyela desde abajo, ya sea mediante un soporte incorporado directamente en el aparato de protección o una gasa. Determine la alineación de la cabeza de acuerdo con la anatomía de cada roedor individual, con el cóndilo occipital alineado con el borde del blindaje protector.
NOTA: Evite dirigir la onda de presión directamente hacia el tronco encefálico para disminuir la mortalidad. Se sabe que la lesión del centro respiratorio del tronco encefálico y la médula espinal cervical contribuye a anomalías respiratorias e incluso a la muerte en modelos de roedores de LCT36,37,38.
- Transfiera roedores de la sala de espera e induzca anestesia con 4% de isoflurano en oxígeno y manténgalos con 2% de isoflurano en oxígeno para reducir la angustia y el dolor.
- Exposición de roedores a ondas expansivas.
- Abra rápidamente la válvula principal del tanque de gas comprimido para producir un pico de presión que rompe la membrana y produce una fuerte explosión que confirma la generación de una onda de presión. La membrana se romperá visualmente cuando se retire después del experimento.
NOTA: Se puede utilizar una cámara de alta velocidad para capturar los efectos de golpe y contragolpe de la aceleración rotacional experimentada por el roedor para su posterior análisis. - Apague el flujo de gas inmediatamente después de escuchar la explosión.
- Abra rápidamente la válvula principal del tanque de gas comprimido para producir un pico de presión que rompe la membrana y produce una fuerte explosión que confirma la generación de una onda de presión. La membrana se romperá visualmente cuando se retire después del experimento.
- Recuperación de la exposición a ondas expansivas
- Después de la exposición a la onda expansiva, retire el roedor del aparato y colóquelo en una superficie plana directamente adyacente al tubo de choque de lado.
- Monitoree a los sujetos para determinar el tiempo reflejo de enderezamiento (TRR). Use un cronómetro para registrar el tiempo desde la exposición a las ondas expansivas hasta que recuperen el reflejo de enderezamiento inherente. (ver Figura 4A).
- Tan pronto como los sujetos recuperen su reflejo de enderezamiento, colóquelos en su jaula doméstica respectiva donde se los monitorea para detectar reacciones adversas (es decir, convulsiones, dificultad para respirar, sangrado de un orificio corporal) durante las próximas 24 h.
- Después del período de monitoreo inicial, los sujetos pueden ser analizados utilizando varios ensayos bioquímicos, neuropatológicos, neurofisiológicos y conductuales de elección del investigador (ver más abajo).
- Prepare la configuración y el espacio para el próximo experimento.
- Limpie la configuración con detergente para eliminar el olor.
4. Aplicaciones aguas abajo para roedores expuestos a fuerzas y controles de onda expansiva/rotación
NOTA: En estudios previos, se evaluaron los efectos de una LCT leve a moderada en varios puntos temporales después de la exposición a una onda expansiva y fuerzas de rotación en roedores utilizando aplicaciones posteriores, incluidos análisis bioquímicos, neuropatológicos, neurofisiológicos y conductuales19.
- Análisis bioquímico
- En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), recolecte tejido (por ejemplo, cerebro, sangre) para el análisis bioquímico utilizando protocolos estándar como se describe19.
- Utilice tejido para análisis bioquímicos (es decir, inmunoblotting, ELISA, etc.) para evaluar el efecto de una LCT leve en los procesos neurobiológicos y fisiopatológicos.
- Análisis neuropatológico
- En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), perfundir roedores transcardialmente con solución salina seguida de solución de paraformaldehído al 4% para fijar el tejido como se describe19.
NOTA: Algunas aplicaciones no son compatibles con la fijación de paraformaldehído (por ejemplo, tinción de plata, algunos anticuerpos para inmunohistoquímica). - Utilizar tejido fijo perfundido para análisis anatómicos, histológicos y moleculares para evaluar los cambios neuropatológicos asociados con LCT leve, incluyendo neuroinflamación, neurodegeneración y cambios neuroquímicos como se describe19.
- En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), perfundir roedores transcardialmente con solución salina seguida de solución de paraformaldehído al 4% para fijar el tejido como se describe19.
- Análisis neurofisiológico en cortes cerebrales
- En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), sacrifice roedores por decapitación, elimine cerebro y prepare rebanadas cerebrales como se describe19.
- Realizar registros electrofisiológicos como se describe19 para evaluar el efecto de una LCT leve sobre las propiedades sinápticas basales y la plasticidad sináptica.
- Análisis de comportamiento
- En puntos de tiempo experimentales definidos (horas a días después de una LCT leve), evalúe el rendimiento conductual, incluida la función motora (por ejemplo, campo abierto, rotarod, actividad locomotora; consulte la Figura 4D) y el aprendizaje y la memoria (por ejemplo, acondicionamiento del miedo, laberinto de Barnes, laberinto de agua de Morris).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
La escalabilidad de la configuración de onda expansiva se probó utilizando tres espesores de membrana diferentes, 25.4, 50.8 y 76.2 μm. Los niveles de presión máxima se evaluaron en el área de colocación de la cabeza y la salida del aparato del tubo de choque utilizando sensores de presión piezoeléctricos (ver Figura 1 y Figura 2). Las presiones máximas aumentan en concordancia con el espesor de la membrana en ambas ubicaciones del sensor (Figura 3A, B), lo que demuestra que la presión máxima es escalable por naturaleza. Esta propiedad de la instalación se puede aprovechar para calibrar el sistema y evaluar su escalabilidad como se describe en el paso 2.3.
Con el fin de evaluar los efectos de la LCT inducida por explosión in vivo, los ratones adultos, machos de 3 meses de edad, machos, C57Bl/6J de tipo salvaje fueron expuestos a ondas expansivas producidas por esta configuración (Figura 1 y Figura 2) utilizando el protocolo descrito aquí. En primer lugar, se evaluaron los efectos de las ondas expansivas producidas con dos espesores de membrana diferentes (50,8 y 76,2 μm) o el tratamiento simulado sobre el tiempo reflejo de enderezamiento (TRR) (Figura 4A). La latencia de los ratones para enderezarse completamente (4 patas en el suelo) después de la anestesia se determina aquí como RRT. Los ratones fueron anestesiados usando isoflurano (anestesia consistente, corta y leve) y luego se sometieron a inducción de LCT o tratamiento simulado. Inmediatamente después de la lesión, se permitió que los ratones se recuperaran y se registró tiempo para recuperar el reflejo de enderezamiento. Los ratones que fueron expuestos a una onda expansiva producida con la membrana de 76,2 μm exhibieron un aumento significativo en la TRR en comparación con los controles simulados que se sometieron al mismo procedimiento de anestesia (Figura 4A), lo que sugiere que esta onda expansiva induce la pérdida de conciencia. En contraste, los ratones expuestos a una onda expansiva de la membrana de 50.8 μm no exhiben aumentos significativos en la TRT (Figura 4A), indicativo de una forma leve de TBI. La ruptura de una membrana de poliéster estándar de 76,2 μm da como resultado la rápida generación de una onda expansiva de corta duración de aproximadamente 160 psi de sobrepresión (Figura 3C), a la que está expuesto el lado izquierdo del cráneo del sujeto durante el procedimiento experimental.
Los efectos fisiológicos a corto plazo que ocurren después de la exposición a la onda expansiva y las fuerzas de rotación en roedores actualmente no están bien caracterizados. Para delinear los efectos agudos de la exposición a ondas expansivas y las fuerzas de rotación de este modelo, evaluamos la regulación de la temperatura corporal central y el peso corporal. La temperatura y el peso corporal de los ratones adultos de 3 meses de edad, machos de tipo salvaje C57Bl / 6J se registraron después de la inducción de TBI. La temperatura corporal central basal y el peso corporal se registraron en los ratones antes del procedimiento de LCT o tratamiento simulado. La exposición a una onda expansiva producida con la membrana de 76,2 μm disminuyó significativamente la temperatura corporal durante la primera hora en ratones inducidos por LCT en comparación con sus controles simulados (Figura 4B), indicativo de un efecto fisiológico significativo producido por la inducción de LCT. Consistentemente, los ratones sometidos a TBI usando membranas de 76.2 μm exhibieron una reducción aguda, dependiente del tiempo pero significativa en el peso corporal total un día después de TBI en comparación con sham (Figura 4C).
Con el fin de examinar el impacto de la LCT en los resultados conductuales, se analizó el efecto de la LCT inducida por blastos sobre la actividad locomotora aguda (Figura 4D). Los ratones C57Bl/6J machos adultos de 3 meses de edad se sometieron a inducción de LCT utilizando una membrana de 76,2 μm o tratamiento simulado y la actividad locomotora se monitoreó durante 30 minutos tres horas después de una LCT. La exposición a una onda expansiva producida con la membrana de 76,2 μm resultó en una disminución aguda y significativa de la actividad locomotora (Figura 4D).
Figura 1: Configuración del modelo de onda expansiva murina. (A-C) Imágenes representativas de la configuración del modelo de onda expansiva para ratones. Vista lateral de la configuración (A). Vista superior de la configuración (B). 1, cilindro de gas con un regulador de gas de alto flujo; 2, línea hidráulica de alta presión de 9,53 mm y accesorios macho y hembra de conexión rápida; 3, sección del conductor del tubo de choque; 4, sección accionada del tubo de choque; 5, escudo de tubería de PVC; 6, área de colocación de la cabeza; 7, membrana de poliéster. Las partes individuales de la configuración se instalan en las mesas de deslizamiento de la máquina, lo que permite un posicionamiento preciso del conductor (3) y las secciones accionadas (4) en relación con el sujeto sometido a inducción de lesiones. (C) Vista superior de la configuración con ubicaciones de sensores de presión. Tres sensores están ubicados en un plano a la salida del tubo de choque, a 120 grados de distancia (S1 - S3), para monitorear las propiedades de la onda expansiva durante la inducción de TBI. Se instala un sensor en el área de colocación de la cabeza (S4). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Esquema del tubo de choque de sobrepresión murina. El tubo de choque mecanizado con precisión está hecho de acero de alta resistencia. El espacio interno de la sección del controlador está en ángulo a 6 grados. El diámetro interno del controlador y la sección accionada es de 37 mm. Las superficies de acoplamiento de las secciones accionadas por el conductor se mecanizan con precisión para garantizar un sellado completo. Todo el tubo de choque se sujeta industrialmente a una mesa deslizante de la máquina para garantizar un montaje sólido y la consistencia de la generación de ondas expansivas. A la salida de la sección accionada se perforan orificios (en un plano, a 120° de distancia) para instalar los tres sensores de presión (indicados por *). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Registros de presión de la configuración de ondas expansivas murinas. (A,B) La presión máxima es escalable y depende del grosor de la membrana de poliéster. Se utilizaron sensores de presión para registrar las presiones máximas producidas por el tubo de choque con gas helio y membranas de poliéster de 25,4, 50,8 o 76,2 μm de espesor. (A) En el área de colocación de la cabeza, la presión máxima media producida con membranas de 25,4 μm fue de 428 ± 15,9 kPa, con membranas de 50,8 μm 637 ± 21,4 kPa y con membranas de 76,2 μm 1257 ± 40,7 kPa (SEM, n = 7-12, ANOVA unidireccional seguido de la prueba de comparación post-hoc de Dunnett, *** P ≤ 0,001). (B) A la salida del tubo de choque, la presión máxima media registrada con membranas de 25,4 μm fue de 164 ± 11,7 kPa, con membranas de 50,8 μm 232 ± 11,7 kPa y con membranas de 76,2 μm 412 ± 11,0 kPa (SEM, n = 7-12, ANOVA unidireccional seguido de la prueba de comparación post-hoc de Dunnett, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001). (C) Gráfico representativo del registro de presión del sensor en el área de colocación de la cabeza (sensor incidente) utilizando una membrana de 76,2 μm. La forma de onda es similar a la de una onda de Friedlander, escalada en tiempo/ duración para sujetos murinos. (D) Gráfico representativo del registro de presión de 3 sensores distintos ubicados al final de la sección accionada para determinar la linealidad / fase de la forma de onda dentro de la sección impulsada. Los tres sensores (ubicados a 120 grados de distancia) muestran una duración similar de subida / bajada, lo que indica que la forma de onda que sale de la sección impulsada es similar en sección transversal dentro de la sección impulsada. La onda expansiva se generó utilizando una membrana de 76,2 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Efectos agudos in vivo del TCE inducido por blastos. (A) La LCT moderada, pero no la LCT leve, aumenta el tiempo reflejo de enderezamiento (TRR). Los ratones adultos, machos de 3 meses de edad, C57Bl / 6J de tipo salvaje fueron sometidos a procedimientos de LCT utilizando el tubo de choque con gas helio y membranas de poliéster de 50.8 o 76.2 μm de espesor o tratamiento simulado. Inmediatamente después de la lesión o el tratamiento simulado, se permitió que los ratones se recuperaran y se registró la TRR. La inducción de LCT con membrana de 50,8 μm o tratamiento simulado exhibió niveles comparables de TRR. Por el contrario, la inducción de LCT utilizando una membrana de 76,2 μm aumenta la TRR, lo que indica una pérdida de conciencia inducida por la onda expansiva con la membrana de 76,2 μm (SEM, n = 4-10, Sham RRT = 35,6 ± 2,0 s, 50,8 μm membrana RRT = 43,0 ± 4,3 s y 76,2 μm membrana RRT = 254,0 ± 40,2 s, ANOVA unidireccional seguido de la prueba de comparación post-hoc de Dunnett, P ≤ 0,001). (B) El TBI moderado reduce significativa y transitoriamente la temperatura corporal central. Los ratones adultos, machos de 3 meses de edad, C57Bl/6J de tipo salvaje fueron sometidos a inducción de LCT con membranas de 76,2 μm o tratamiento simulado. Su temperatura corporal central se registró durante dos horas. La temperatura corporal central basal se registró antes de la inducción de TBI. La LCT inducida por explosión con membranas de 76,2 μm se asocia con una caída significativa de la temperatura corporal central dentro de la primera hora después de la LCT. (SEM, n = 10, medidas repetidas bidireccionales ANOVA, seguidas de pruebas de comparación múltiple post-hoc de Bonferroni, ** P ≤ 0,01, *** P ≤ 0,001). (C) El TBI moderado resulta en una reducción transitoria en el peso corporal. Los ratones C57Bl/6J machos adultos de 3 meses de edad fueron sometidos a procedimientos de LCT utilizando membranas de 76,2 μm o tratamiento simulado. Posteriormente, se registraron los pesos corporales durante 5 días. El peso corporal total se redujo significativamente un día después de la LCT (SEM, n = 7, medidas repetidas bidireccionales ANOVA seguidas de pruebas de comparación múltiple post-hoc de Bonferroni, * P ≤ 0,05). (D) El TCE moderado resulta en una reducción aguda de la actividad locomotora. Los ratones C57Bl/6J machos adultos de 3 meses de edad fueron sometidos a procedimientos de LCT utilizando membranas de 76,2 μm o tratamiento simulado. Se rastreó tres horas después de la actividad locomotora de TBI durante 30 minutos y se cuantificó utilizando un software de seguimiento de video (SEM, n = 9-11, prueba t de dos colas no apareada, ** P = 0.01). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Presentamos aquí un modelo preclínico de LCT leve que es rentable, fácil de configurar y ejecutar, y permite resultados experimentales de alto rendimiento, confiables y reproducibles. Este modelo proporciona un blindaje protector a los órganos periféricos para permitir una investigación centrada en los mecanismos leves de LCT al tiempo que limita las variables de confusión de la lesión sistémica. Por el contrario, se sabe que otros modelos de blastocitos infligen daño a los órganos periféricos2,39,40. Otra ventaja de este modelo es su capacidad para entregar la onda expansiva desde cualquier ángulo deseado en comparación con la posición fija en otros modelos de granallado40. Esto permite estudios anatómicos enfocados para comprender mejor la vulnerabilidad cerebral.
Con el fin de estudiar la LCT relacionada con la explosión humana, un modelo relevante para la LCT debe producir fuerzas biomecánicas comparables a las experimentadas por los sujetos durante la inducción de la LCT. Un modelo clínicamente relevante también debe inducir resultados neurobiológicos, fisiopatológicos y conductuales observados en sujetos que sufren de LCT leve. En estudios previos, el modelo de onda expansiva presentado aquí ha sido examinado a fondo17,19,21, y se han evaluado numerosos aspectos biofísicos y neurobiológicos que recuerdan al TBI humano, incluyendo la dinámica y las fuerzas de las ondas expansivas, la neuroinflamación, la lesión axonal y el daño microvascular. Estos estudios han proporcionado evidencia de que este modelo preclínico de ondas expansivas para LCT produce cambios neurobiológicos y fisiopatológicos confiables y reproducibles asociados con LCT clínica.
Además, con el aumento de la incidencia de LCT leve por blastocitos dentro de la población militar7,8, este versátil modelo de roedores para LCT humana leve proporciona a los investigadores una valiosa herramienta para investigar los procesos subyacentes a la LCT relacionada con las explosiones y explorar nuevas estrategias terapéuticas. Por ejemplo, nuestro modelo demuestra complicaciones neurovasculares y destaca la importancia de la intervención vascular como un enfoque terapéutico prometedor22,23,35. Consistentemente, otros modelos preclínicos de LCT blástica también han producido efectos neurovasculares asociados con neurodegeneración y déficits conductuales2,25,40,41,42,43.
Sobre la base de investigaciones anteriores19,21,22,23, hemos establecido que el modelo de onda expansiva presentado aquí puede ser muy adecuado para la investigación de la fisiopatología y etiología de la conmoción cerebral humana. La mayoría de los modelos preclínicos de LCT no permiten el movimiento de la cabeza44 a pesar de que las propiedades biomecánicas asociadas a la rápida aceleración/desaceleración de la cabeza son un factor predictivo para el desarrollo de una conmoción cerebral en humanos45,46. De acuerdo con el modelo descrito en este documento, Goldstein y sus colegas14 demostraron que el movimiento rápido de la cabeza inducido por las fuerzas de explosión es un requisito previo para la inducción de déficits de comportamiento, posiblemente debido a las fuerzas de rotación y cizallamiento. Una mejor comprensión de los cambios fisiopatológicos que ocurren en una LCT leve y en respuesta a una conmoción cerebral también ayudaría a determinar biomarcadores clínicos e identificar nuevos objetivos para el desarrollo de tratamientos para una LCT.
Se sabe poco sobre los cambios fisiopatológicos y la progresión de la enfermedad después de una lesión cerebral traumática leve repetitiva (por ejemplo, conmoción cerebral repetitiva experimentada en los deportes). Este modelo preclínico permite el estudio de LCT leves repetitivos con poca o ninguna mortalidad. En contraste, algunos modelos de LCT infligen lesiones graves y, por lo tanto, a menudo es difícil, o inhumano, inducir más lesiones. Además, las lesiones graves a menudo son irreparables y la detección de cambios fisiológicos sutiles puede estar excluida. Este modelo también permite la investigación escalable de varios intervalos entre lesiones; un parámetro crítico para una LCT leve repetitiva que requiere una caracterización adicional. Después de una LCT, se desencadena una respuesta de lesión del SNC que ayuda a proteger la integridad del cerebro y prevenir la muerte generalizada de las células neuronales. La respuesta a la lesión puede verse, de hecho, significativamente afectada por la inducción de otra lesión dentro de un corto punto de tiempo después de la lesión inicial. Este modelo permite la investigación del intervalo entre lesiones, que es un aspecto importante del diseño de ensayos clínicos para una LCT leve repetitiva. Además, este modelo escalable permite un flujo de trabajo rápido y de alto rendimiento, lo que facilita la investigación de múltiples parámetros simultáneamente, así como la evaluación de la actividad terapéutica de nuevas intervenciones.
Una limitación de este modelo es la incapacidad de controlar las propiedades de la onda expansiva entre la salida del tubo y la cabeza del animal. Aunque la onda expansiva es turbulenta a la salida del tubo de choque, las medidas de resultado siguen siendo fiables y reproducibles con un posicionamiento consistente de la cabeza del roedor18. Por lo tanto, es importante mantener constantes los ajustes experimentales (es decir, la posición de la cabeza y la distancia desde la salida del tubo de choque) entre todos los estudios. Con el fin de optimizar el diseño y el protocolo del modelo, se ha medido la dinámica de la forma de onda entre la salida del tubo y el área de colocación de la cabeza (Figura 3) y modelado mediante simulaciones numéricas18. Los proyectos futuros integrarán el modelado de elementos finitos para determinar cómo la dinámica de la fuerza se transfiere del cráneo a las meninges, al líquido cefalorraquídeo y, finalmente, al tejido cerebral. La compleja interacción de la dinámica de la fuerza y la biofísica y las respuestas fisiológicas resultantes son áreas importantes en la investigación de LCT que hasta ahora han sido poco exploradas.
En resumen, presentamos aquí un protocolo y experimento visualizado de un modelo de lesión por onda expansiva que se ha desarrollado para investigar los efectos de una LCT leve. La experiencia colectiva de ingenieros, médicos y científicos biomédicos contribuyó a la optimización de su validez biofísica/fisiológica y relevancia neurobiológica. Este modelo ha sido ampliamente validado y ya ha producido resultados significativos, especialmente en la comprensión de la dinámica temprana de TBI leve17,19,20,21,22,23. La explotación de este modelo preclínico para seguir estudiando la LCT leve avanzará significativamente en nuestra comprensión de la fisiopatología y la etiología de la LCT y contribuirá al desarrollo de nuevas intervenciones en beneficio de los pacientes que sufren de LCT.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Los autores declaran que no tienen intereses contrapuestos.
Acknowledgments
Agradecemos a R. Gettens, N. St. Johns, P. Bennet y J. Robson por sus contribuciones al desarrollo del modelo TBI. NarSAD Young Investigator Grants de la Brain & Behavior Research Foundation (F.P. y M.J.R.), una beca de investigación del Darrell K. Royal Research Fund for Alzheimer's Disease (F.P.) y un PhRMA Foundation Award (M.J.R.) apoyaron esta investigación. Este trabajo fue apoyado a través de becas predoctorales de la Fundación Americana para la Educación Farmacéutica (A.F.L y 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).
