$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Цель этого метода заключается в предоставлении исследователям надежного инструмента, который точно воспроизводит биомеханику черепно-мозговой травмы человека, позволяя продольную характеристику молекулярных эффектов сотрясения мозга/мягкого черепно-мозгового мозга травмы (MTBIs). Этот метод сочетает в себе микродиализ головного мозга с Уэйн государство падение веса модели документ, в слегка обезображенных и безудержных взрослых крыс, острые изменения в внеклеточных уровней нейромедиатора после сотрясения мозга. С помощью этого минимально инвазивного метода, нейротрансмиттеров, таких как глутамат, ГАМК, таурин, глицин и серин может быть быстро и непрерывно количественно после травмы, in vivo, в то время как не жертвуют животным.
Сотрясение мозга/mTBI является патофизиологическим нарушением, которое влияет на функционирование мозга, вызванное внешним механизмом силы. Сотрясение мозга/мТБИ является наиболее распространенной формой черепно-мозговойтравмы, на которую приходится 70-90% случаев 1. Большинство острых функциональных нарушений после сотрясения мозга можно отнести к первичной и вторичной черепно-мозговой травме2,3: (1) первичная черепно-мозговая травма вызвана быстрым ускорением и замедлением головы и туловища который повреждает ткани мозга путем сжатия с последующим растяжением и стрижки аксонов во время реакции4,5,6 и (2) вторичной черепно-мозговой травмы является косвенной клеточной реакции на травму. Оно осуществляет часы и дни после первичной ушиба мозга и играет важную роль в моторике и познавательных ухудшения наблюдаемых над временем. Многие из симптомов можно отнести к измененной нейротрансмиссии, такие как ранее продемонстрировали чрезмерное внеклеточное глутамата релиз в первые 10 минут после травмы7,8,9. Учитывая высокую плотность терминалов и рецепторов, гиппокамп является структурой мозга, особенно уязвимой к этой excitotoxic ответ после травмы. Будучи активно участвует в когнитивной функции10,11, исследования у грызунов сообщили, что гиппокампа ущерб, связанный с сотрясением мозга может привести к нарушениям в страхе кондиционирования и обучения пространственной памяти12 , 13. Основная цель этой методологии заключалась в том, чтобы выработать крысиную модель сотрясения мозга/mTBI, используя процедуру падения веса штата Уэйн, чтобы точно воспроизвести механизмы первичной черепно-мозговой травмы, и включить церебральный микродиализ для изучения in vivo, острый внеклеточный нейромедиатор изменяется из-за вторичной черепно-мозговой травмы после сотрясения мозга. Концентрации внеклеточного глутамата и ГАМК были измерены в гиппокампе, чтобы выступать в качестве репрезентативного результата нашего метода.
Предыдущие исследования грызунов объединили микродиализ и другие модели травм, таких как падение веса с открытым черепом и контролируемое корковое воздействие, чтобы продемонстрировать острые изменения в внеклеточных уровнях нейромедиатора после травмы различной степени тяжести степени14,15,16,17. Однако, в дополнение к высокой степени изменчивости, переводное значение моделей, таких как падение веса с открытым черепом и контролируемое воздействие корковой, сдерживается присущим ему отсутствием экологической достоверности из-за 2 факторов: (1) эти модели вызывают травмы более тяжелым, чем связанные со спортом сотрясения пострадали у людей, с участием прямой загрузки мозга и (2) эти модели требуют краниэктомии или краниотомии, голова грызуна полностью сдерживается в стереотаксической раме, препятствуя быстрой ускорение и замедление головы и туловище, тем самым плохо воспроизводя биомеханику сотрясения мозга.
Микродиализ является минимально инвазивным методом, который предлагает явное преимущество проб нейротрансмиттеров, таких как глутамат, ГАМК, таурин, глицин и серин, in vivo и непрерывно после травмы, при этом не жертвуя животным. В дополнение к преимуществам, предлагаемым микродиализом, Университет штата Уэйн разработал модель падения веса с закрытым черепом (в отличие от открытых черепов из других моделей), которая позволяет индукцию mTBI на слегка обезглавленном и безудержном грызуне, таким образом, что позволяет быстрое ускорение и замедление головы и туловище18. Как упоминалось ранее, ускорение и замедление головы и туловища является основной биомеханической особенностью спортивных сотрясений, наблюдаемых у людей, которые предыдущие модели грызунов mTBI не смогли решить. Процедура падения веса может быть выполнена очень быстро и не требует предварительной операции или разреза головы. После индукции сотрясения мозга грызуны восстанавливают выправляющийся рефлекс почти спонтанно и не испытывают паралича, судорог или дыхательного дистресса после одного удара. Внутричерепные кровотечения и переломы черепа встречаются редко, и у грызунов были зарегистрированы лишь незначительные дефициты двигательной координации. Эта модель крыс проста в использовании, недорогой и облегчает количественную оценку нейротрансмиттеров, выпущенных в острой фазе после сотрясения мозга без удаления микродиализа зонда во время удара.
Наша крысиная модель, сочетающая микродиализ и сотрясение мозга, подходит для исследователей, стремящихся охарактеризовать продольно молекулярные эффекты сотрясения мозга и может быть использована в самых разнообразных терапевтических исследованиях. Действительно, несмотря на несколько лет исследований и подавляющее потребность, ни один препарат для предотвращения долгосрочных последствий сотрясения мозга прошел фазу клинических испытаний19. Одной из потенциальных причин этих неудач может быть использование моделей животных, которые не точно воспроизводят травматические биомеханические силы сотрясений, как это испытывают люди. Представленный здесь метод соответствует определению сотрясений мозга человека, которое указывает на то, что первичная черепно-мозговая травма вызвана тупым ударом, а также быстрым ускорением и замедлением головы и туловища2,3.
Кроме того, наша комбинированная модель подходит для исследователей, изучающих последствия повторной легкой черепно-мозговой травмы (rmTBI), так как одна из его ключевых характеристик, которая отличает его от других животных моделей сотрясения мозга является то, что это позволяет вызвать повторяется, легкие травмы в том же случае18. У людей, rmTBI связано с более тяжелыми посттравматическими симптомами, больше времени восстановления, и отягчающих двигательных и когнитивных нарушений, которые, как правило, распространяются в течение времени20,21. Другие соответствующие модели животных также позволили лучше понять посттравматическую патофизиологию rmTBI22,23,24,25,26,27 . Повышенная уязвимость мозга была продемонстрирована у грызунов после минимум 5 мТБС с интервалом 24 ч. Нейровоспаление увеличивается с числом mTBI опытных и маркеры нейродегенерации появляются28. Повторный mTBI предотвратит переход микроглии из провоспалительного режима в нормальный режим восстановления, что приводит к длительной экзитототостоксической активности и активации нейродегенеративных механизмов 29. С нашей моделью, крысы могут подвергаться 1 воздействие в день в течение 1 недели в общей сложности 5 экспозиций. Учитывая простоту этой модели животных, это может облегчить характеристику кумулятивного воздействия острого неизбирательного высвобождения нейромедиатора, возникающего сразу после mTBI.
Эта модель также позволяет животным быть легко подвержены 2 воздействия в день, что позволяет изучить еще более тяжелые условия, такие как, когда спортсмен получает еще одно травматическое воздействие в течение короткого времени с первого удара30. Как было продемонстрировано в предыдущем исследовании31, сроки второго удара по голове может резко повлиять на повреждения сосудов и аксональных. Чем ближе второй удар к первому удару, тем более разрушительные последствия. Эта модель подходит для исследования, как это конкретное условие влияет на внеклеточный нейромедиатор релиз.
В этом методе, гиппокамп был использован в качестве региона интереса из-за его релевантности в исследованиях сотрясения мозга, но пробы микродиализа могут быть собраны из других регионов, представляющих интерес, а также. Тем не менее, любой другой области мозга должен быть рассмотрен из-за пространства, оставленного место удара от руководства канюли, в том числе зубной цемент вокруг него, может занять значительное количество места на голове крысы. В дополнение к этому, параметры микродиализа, представленные в этом методе, такие как молекулярное отсечение веса мембраны и активная длина, интервалы отбора проб и скорость потока могут быть скорректированы в зависимости от типа изученной молекулы. Эффективная коллекция провоспалительных цитокинов, участвующих в сотрясениямозга, например, потребует мембраны с гораздо большим размером пор.