Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Низкоинтенсивная модель взрывных волн для доклинической оценки закрытой черепно-мозговой травмы головного мозга у грызунов

2.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/61244

⸱

6 ноября 2020 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Geriatrics Research Education and Clinical Center, Veterans Affairs, 2Division of Gerontology and Geriatric Medicine, University of Washington, 3Department of Neurosurgery, University of Florida, 4Department of Neurosurgery, West Virginia University, 5Division of Pharmaceutical Sciences, University of Cincinnati, 6Central Illinois Neuro Health Sciences, Bloomington, IL, 7Neuro-research, Dallas, TX

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Мы представляем здесь протокол модели бластных волн для грызунов для исследования нейробиологических и патофизиологических эффектов легкой и умеренной черепно-мозговой травмы. Мы установили газовую настольную установку, оснащенную датчиками давления, позволяющими надежно и воспроизводимо генерировать пораженные взрывом легкие и умеренные черепно-мозговые травмы.

Аннотация

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) является крупномасштабной проблемой общественного здравоохранения. Легкая ЧМТ является наиболее распространенной формой нейротравмы и составляет большое количество медицинских посещений в Соединенных Штатах. В настоящее время нет одобренных FDA методов лечения ЧМТ. Увеличение числа связанных с военными, вызванных взрывом ЧМТ еще больше подчеркивает настоятельную необходимость эффективного лечения ЧМТ. Таким образом, новые доклинические модели ТМТ на животных, которые резюмируют аспекты ЧМТ, связанной со взрывом человека, значительно продвинут исследовательские усилия в области нейробиологических и патофизиологических процессов, лежащих в основе легкой и умеренной ЧМТ, а также разработку новых терапевтических стратегий для ЧМТ.

Здесь мы представляем надежную, воспроизводимую модель для исследования молекулярных, клеточных и поведенческих эффектов легкой и умеренной бласт-индуцированной ЧМТ. Мы описываем пошаговый протокол для мягкой ЧМТ с закрытой головкой, вызванной взрывом, с использованием настольной установки, состоящей из газовой ударной трубки, оснащенной пьезоэлектрическими датчиками давления для обеспечения последовательных условий испытаний. Преимущества установки, которую мы установили, заключаются в ее относительной низкой стоимости, простоте установки, простоте использования и высокой пропускной способности. Дополнительные преимущества этой неинвазивной модели ЧМТ включают масштабируемость избыточного давления пика взрыва и генерацию контролируемых воспроизводимых результатов. Воспроизводимость и актуальность этой модели ЧМТ были оценены в ряде последующих приложений, включая нейробиологический, нейропатологический, нейрофизиологический и поведенческий анализ, поддерживая использование этой модели для характеристики процессов, лежащих в основе этиологии легкой и умеренной ЧМТ.

Введение

Черепно-мозговая травма (ЧМТ) составляет более двух миллионов посещений больниц каждый год только в Соединенных Штатах. Легкая ЧМТ, обычно возникающая в результате автомобильных аварий, спортивных мероприятий или падений, составляет примерно 80% всех случаев ЧМТ1. Легкая ЧМТ считается «тихой болезнью», поскольку пациенты часто не испытывают явных симптомов в дни и месяцы после первоначального инсульта, но могут развиться серьезные осложнения, связанные с ЧМТ, в более позднем возрасте2. Кроме того, вызванная взрывом легкая ЧМТ распространена среди военнослужащих и связана с хронической дисфункцией ЦНС3,4,5,6. В связи с ростом заболеваемости бластной легкой ЧМТ7,8 доклиническое моделирование нейробиологических и патофизиологических процессов, связанных с легкой ЧМТ, таким образом, стало центром разработки новых терапевтических вмешательств для ЧМТ.

Исторически сложилось так, что исследования ЧМТ в основном были сосредоточены на тяжелых формах нейротравмы, несмотря на относительно меньшее число тяжелых случаев ЧМТ у человека. Были разработаны доклинические модели грызунов для тяжелой ЧМТ человека, включая модели контролируемого коркового удара (CCI)9,10 и повреждения жидкой перкуссией (FPI)11, которые хорошо зарекомендовали себя для получения надежных патофизиологических эффектов12,13. Эти модели заложили основу для того, что сегодня известно о нейровоспалении, нейродегенерации и восстановлении нейронов при ЧМТ. Хотя были разработаны значительные знания о патофизиологии ЧМТ, в настоящее время нет эффективных, одобренных FDA методов лечения ЧМТ.

Совсем недавно фокус исследований ЧМТ был расширен, чтобы включить более широкий спектр патологий, связанных с ЧМТ, с конечной целью разработки эффективных терапевтических вмешательств. Тем не менее, было установлено несколько доклинических моделей для легкой ЧМТ, которые показали измеримые эффекты, и только небольшое количество исследований изучало мягкий спектр ЧМТ2,14,15. Поскольку легкая ЧМТ составляет подавляющее большинство всех случаев ЧМТ, срочно необходимы надежные модели легкой ЧМТ для облегчения исследований этиологии и невропатофизиологии состояния человека, чтобы разработать новые терапевтические стратегии.

Совместно с биомедицинскими инженерами и аэрокосмическими физиками мы создали масштабируемую модель взрывных волн с закрытой головкой для легкой и умеренной ЧМТ. Эта доклиническая модель грызунов была специально разработана для исследования эффектов динамики силы, включая взрывные волны и ускорение / замедление движения, которые связаны с легкой ЧМТ человека, полученной в военных боях, спортивных мероприятиях, автомобильных авариях и падениях. Поскольку взрывные волны коррелируют с динамикой силы, которая вызывает легкую ЧМТ у людей, эта модель была разработана для получения последовательной формы волны Фридландера с импульсом, который измеряется как фунты на квадратный дюйм (psi) * миллисекунда (мс). Уровень импульса масштабируется ниже определенных кривых летальности легких для мышей и крыс для проведения доклинических исследований16,17,18. Кроме того, эта модель позволяет исследовать травмы переворота и контркупа из-за быстрых сил вращения головы животного. Этот вид травм присущ нескольким типам клинических проявлений ЧМТ, в том числе наблюдаемым как у военного, так и у гражданского населения. Таким образом, эта универсальная модель соответствует потребностям, которые охватывают множественные клинические проявления ЧМТ.

Доклиническая модель, представленная здесь, производит надежные и воспроизводимые патофизиологические изменения, связанные с клинической легкой ЧМТ, как продемонстрировано рядом предыдущих исследований17,19,20,21,22,23. Исследования с этой моделью показали, что крысы, подвергшиеся низкоинтенсивной бластной волне, демонстрировали нейровоспаление, повреждение аксонов, микрососудистое повреждение, биохимические изменения, связанные с повреждением нейронов и дефицитом кратковременной пластичности и синаптической возбудимости19. Однако эта модель легкой ЧМТ не вызывала каких-либо макроскопических нейропатологических изменений, включая повреждение тканей, кровоизлияние, гематому и ушиб19, которые обычно наблюдались в исследованиях с использованием умеренно-тяжелых инвазивных моделей ЧМТ10,24. Предыдущие исследования19,21,22,23 показали, что эта доклиническая модель может быть использована для характеристики нейробиологических и патофизиологических процессов, лежащих в основе этиологии легкой и умеренной ЧМТ17,19,20,21,22,23. Эта модель также позволяет тестировать новые терапевтические соединения и стратегии, а также идентифицировать новые, подходящие мишени для разработки эффективных вмешательств в ЧМТ19,21,22,23.

Эта модель была разработана для исследования эффектов, вызванных взрывными волнами, а также быстрых вращательных сил на молекулярные, клеточные и поведенческие результаты у грызунов. По аналогии с представленной здесь моделью взрывных волн был разработан ряд доклинических моделей, которые пытаются повторить легкую и умеренную ЧМТ с использованием газовых волн избыточного давления2,14,17,25,26,27,28. Некоторые из ограничений других моделей включают: животное крепится к каталке из проволочной сетки, а голова обездвиживается при ударе; периферические органы подвергаются воздействию волны в дополнение к мозгу, что создает смешанные переменные политравмы; и модели являются большими и стационарными, что ограничивает изменение и адаптацию критических параметров к лучшим условиям модели, напоминающим ЧМТ человека.

Преимущества этой настольной установки с газовым приводом ударной трубы заключаются в ее относительно низкой стоимости приобретения и эксплуатационных расходов, а также простоте установки и использования. Кроме того, установка обеспечивает высокую пропускную способность и генерацию контролируемых воспроизводимых взрывных волн и результатов in vivo как у мышей, так и у крыс. Для контроля за постоянными условиями испытаний (т.е. постоянной взрывной волной и избыточным давлением) установка оснащена датчиками давления. Преимущества этой модели для ЧМТ включают масштабируемость тяжести травмы и то, что легкая ЧМТ индуцируется с использованием неинвазивной процедуры с закрытой головой. Пик избыточного давления и последующая черепно-мозговая травма увеличиваются при более толстых полиэфирных мембранах в последовательно масштабируемом виде17. Способность масштабировать тяжесть ЧМТ по толщине мембраны является полезным инструментом для определения уровня, при котором конкретные показатели исхода (например, нейровоспаление) становятся очевидными. Обеспечение защитной защиты периферических органов также позволяет целенаправленно исследовать мягкие механизмы ЧМТ, избегая или уменьшая смешанные переменные системного повреждения, такие как повреждение легких или грудной клетки. Кроме того, эта установка позволяет выбрать направление, по которому взрывная волна ударяет / проникает в голову (т. Е. Лоб в лоб, сбоку, сверху или снизу), и поэтому могут быть исследованы различные типы повреждений, вызывающих ЧМТ. Стандартная процедура индуцирования легкой и умеренной ЧМТ, описанная здесь, использует боковое воздействие для оценки последствий повреждения взрывной волной в сочетании с травмой переворота и контракупа из-за быстрых сил вращения. Кроме того, чтобы исследовать исключительно травмы, вызванные взрывом, в этой модели может быть использовано воздействие взрывных волн сверху вниз.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Протокол следует руководящим принципам ухода за животными Университета Цинциннати и Университета Западной Вирджинии. Все процедуры с участием животных были одобрены Институциональными комитетами по уходу за животными и их использованию (IACUC) и выполнялись в соответствии с принципами Руководства по уходу за лабораторными животными и их использованию.

1. Установка установки дробеструйной ЧМТ

  1. Приобретите все рабочие части, необходимые для установки, в том числе: ударную трубу, состоящую из стальной приводной и приводной секции, полиэфирную мембрану, крепежные болты, датчики давления, щит трубы из поливинилхлорида (ПВХ) для защиты периферических органов, гидравлическую линию высокого давления 9,53 мм и быстрое соединение мужских и женских навесного оборудования, регулятор высокопоточного газа и газовый цилиндр с настенным кронштейном (см. Рисунок 1A, B и Таблица материалов).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Спецификации секции привода и драйвера, используемые здесь (см. Рисунок 2 и Таблицу материалов), были установлены для получения последовательной короткой масштабированной взрывной волны (см. Рисунок 3C, D), чтобы вызвать легкую и умеренную ЧМТ у мышей. Для этого была выбрана короткая секция драйвера с конусной конструкцией (конус 6°). Длина и диаметр приводных и приводных секций могут быть изменены для конкретного исследования взрывной волны29,30,31,32, волны сжатия18 или динамики ударных волн33. Для экспериментов с крысами размеры ударной трубки должны быть адаптированы для получения сопоставимых сил в соответствии с соответствующими параметрами масштабирования тела17 (см. Таблицу материалов).
  2. Установите отдельные рабочие части установки на столы станков, которые закреплены на стабильной, легко очищаемой поверхности (предпочтительно из нержавеющей стали для использования у грызунов) в лабораторном пространстве, одобренном для экспериментов на животных.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эксперименты со взрывными волнами производят значительный уровень шума; поэтому выберите место в звукопоглощающем лабораторном пространстве, где шум не будет мешать другим экспериментам / лабораторным группам.
    1. Закрепите щит трубы из ПВХ перпендикулярно установке ударной трубки так, чтобы тело грызуна было полностью покрыто и выступала только голова.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для стандартной процедуры индуцирования легкой и умеренной ЧМТ, описанной здесь, центр головы расположен в 5 см от конца управляемого участка для мышей.
    2. Настенный газовый баллон в непосредственной близости от установки в соответствии с OSHA и всеми другими соответствующими правилами безопасности.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сжатый воздух, гелий или газообразный азот обычно используются для генерации взрывных волн в моделях ударных труб грызунов. Все данные, представленные здесь, были получены с использованием гелия, поскольку этот газ производит более высокое избыточное давление в течение более короткой продолжительности34, что позволяет соответствующим образом масштабировать для мышеных субъектов.

2. Оценка настроек и свойств взрывных волн с помощью записей датчиков давления.

  1. Подготовьте ударную трубку.
    1. Тщательно разрезайте полиэфирную мембрану без изгиба и образования трещин, чтобы обеспечить последовательный разрыв.
    2. Вставьте мембрану между приводной и приводной секциями. Закрепите секции, затянув соединительные болты.
    3. Убедитесь, что система герметична, а мембрана плотно закреплена между драйвером и приводной секциями.
    4. Подключите бензобак с помощью гидравлического шланга высокого давления 9,53 мм и быстро подключите навесное оборудование к ударной трубке
      ПРИМЕЧАНИЕ: Приводные и приводные секции обрабатываются до точных допусков, чтобы обеспечить полное уплотнение мембраны между секциями. Это не допускает утечки газа и исключает использование любой формы материала прокладки / уплотнительного кольца и обеспечивает большую согласованность в генерируемой форме сигнала.
  2. Установите датчики давления для мониторинга взрывных волн (см. рисунок 1С).
    1. Поместите один датчик давления в область размещения головки и три датчика на выходе из ударной трубки (см. Рис. 1С и 2).
    2. Инициируйте запись с датчиков давления непосредственно перед исполнением взрывной волны. Записывайте данные о волнах давления со скоростью 500 000 кадров в секунду с помощью датчика сигнала кондиционера и платы сбора данных (см. Таблицу материалов).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Носите одобренные OHSA наушники для обеспечения адекватной защиты слуха.
    3. Полностью откройте главный клапан резервуара для сжатого газа, чтобы поток газа произвел внезапный, быстрый скачок давления.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Избыточное давление газа разрывает полиэфирную мембрану с выделением ударной волны, которая переходит в волну сжатия в управляемой секции и выходит из трубы в направлении области размещения головки.
    4. Выключите поток газа сразу после процедуры.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Установка может быть оснащена пружинным обратным клапаном для автоматической и быстрой остановки потока газа.
    5. Анализируйте записи волн давления с помощью специальной письменной компьютерной программы для определения пикового избыточного давления и данных графика. Данные могут быть отображены с каждым датчиком по отдельности или наложены друг на друга, чтобы продемонстрировать планарность генерируемой волны (см. Рисунок 3C, D).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Технически анализ может быть выполнен с использованием более легкодоступного программного обеспечения, но из-за больших наборов данных эти программы имеют длительные задержки в создании графиков.
  3. Установить экспериментальные условия, адекватные цели назначенного исследования ЧМТ, и подтвердить, что модель производит последовательную взрывную волну с пиковым измерением избыточного давления, длительности и импульса, сопоставимым с волной Фридландера (см. Рисунок 3). Проверьте эти параметры с помощью вышеупомянутого компьютерного программного обеспечения.
    1. Откалибруйте настройку, повторив шаги 2.1.1. к пункту 2.2.5. и используйте записи волн давления, чтобы определить, нуждается ли установка в корректировке (репрезентативные данные см. на рисунке 3).
    2. Измените настройку (при необходимости).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Свойства взрывной волны могут быть отрегулированы незначительными изменениями установки. Например, расстояние головы до конца ведомого участка влияет на силу взрывной волны на уровне головы. Толщина полиэфирной мембраны определяет уровень пикового избыточного давления, при этом более толстые мембраны увеличивают пиковые уровни (см. Рисунок 3A,B). Кроме того, установка позволяет выбрать направление, в котором взрывная волна ударяет / проникает в голову (т. Е. Лоб в лоб, сбоку, сверху или снизу), и поэтому могут быть исследованы различные аспекты, такие как повреждение взрывной волной отдельно или в сочетании с травмой переворота и контркупа из-за быстрых сил вращения.
    3. Повторите шаги 2.1.1-2.2.4 для определения желаемых свойств взрывных волн (при необходимости) и контроля воспроизводимости.
    4. Повторите шаги 2.1.1-2.2.4 с полиэфирными мембранами различной толщины для оценки масштабируемости установки (репрезентативные данные см. на рисунке 3A,B).

3. Подготовка экспериментальной установки и индукция легкой ЧМТ у грызунов

ПРИМЕЧАНИЕ: Переведите грызунов в зону ожидания за 30 мин до 1 ч до начала экспериментов по ЧМТ для акклиматизации. Выберите зону удержания, на которую минимально влияет шум процедуры.

  1. Подготовьте все материалы, необходимые для эксперимента, и проверьте настройку на правильную установку (например, отрегулируйте параметры в соответствии с целью исследования) (~5 – 10 минут).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Тяжесть травмы можно регулировать, выбрав толщину полиэфирной мембраны. Основываясь на наших исследованиях, толщина мембраны от 25,4 до 102 мкм используется для легкой и умеренной ЧМТ у мышей35. Ранее мы использовали мембраны толщиной от 76,2 до 127 мкм для получения легкой и умеренной ЧМТ у крыс19.
    1. Аккуратно отрежьте полиэфирную мембрану, вставьте ее между приводной и приводной секциями и закрепите, затянув соединительные болты.
    2. Подключите бензобак к ударной трубке с помощью быстросъемных фитингов. Убедитесь, что мембрана плотно закреплена между драйвером и приводной секциями.
    3. Поместите три датчика давления на выходе из ударной трубки, на расстоянии 120° друг от друга, для контроля свойств взрывной волны во время индукции ЧМТ, как описано на этапах 2.2.2 и 2.2.5.
    4. Убедитесь, что расстояние от конца ударного трубчатого аппарата является правильным для каждого соответствующего объекта, используя установленный микрометр. Держите положение головы грызуна (т. Е. Положение, расстояние) постоянным в исследованиях, чтобы обеспечить последовательную оценку травмы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Как указано в пункте 1.2.1, различные виды травм могут быть вызваны путем выбора направления, в котором взрывная волна воздействует на голову. Чтобы процедура индуцировала легкую и умеренную ЧМТ, описанную здесь, тело помещается перпендикулярно ударной трубке, которую взрывная волна воздействует на сторону головы. В этой обстановке головке предоставляется свободная подвижность и, следовательно, она подвергается воздействию взрывной волны и быстрых сил вращения, что позволяет генерировать эффекты переворота и контракупа.
    5. Инициируйте запись с датчиков давления с помощью графического интерфейса пользователя (GUI) программного обеспечения.
  2. Анестезия и позиционирование грызунов в установке
    1. Перенесите грызунов из комнаты содержания и индуцируйте анестезию с 4% изофлурана в кислороде и поддерживайте 2% изофлурана в кислороде, чтобы уменьшить дистресс и боль.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что животное не реагирует на защемление пальца ноги или хвоста, прежде чем продолжить. Убедитесь, что индукция анестезии последовательна для всех экспериментальных животных, включая фиктивный контроль. Эта процедура требует низкого уровня и короткой продолжительности анестезии.
    2. Поместите полностью обезболенного грызуна в защиту трубы из ПВХ с амортизацией, чтобы защитить периферические органы от взрывной волны.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Контрольные субъекты обезболиваются и помещаются в непосредственной близости от установки, но не подвергаются непосредственному воздействию взрывной волны. Убедитесь, что органы управления подвергаются воздействию шума, создаваемого ударной трубкой.
    3. Поместите голову грызуна в область размещения головы и поддерживайте ее снизу, либо опорой, встроенной непосредственно в защитный аппарат, либо марлевой подушечкой. Определите выравнивание головы в соответствии с анатомией каждого отдельного грызуна, с затылочным мыщелком, выровненным с краем защитного экранирования.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Избегайте направления волны давления непосредственно на ствол мозга, чтобы снизить смертность. Известно, что повреждение дыхательного центра ствола головного мозга и шейного отдела спинного мозга способствует нарушениям дыхания и даже смерти у грызунов с ЧМТ36,37,38.
  3. Воздействие на грызунов взрывной волны.
    1. Быстро откройте главный клапан сжатого газгольдера, чтобы произвести скачок давления, который разрывает мембрану и производит громкий взрыв, который подтверждает генерацию волны давления. Мембрана будет визуально разорвана при удалении после эксперимента.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Высокоскоростная камера может быть использована для захвата эффектов переворота и контракупа вращения, испытываемого грызуном, для дальнейшего анализа.
    2. Выключите поток газа сразу после того, как услышите взрыв.
  4. Восстановление после воздействия взрывных волн
    1. После воздействия взрывной волны извлеките грызуна из аппарата и разместите на ровной поверхности, непосредственно прилегающей к ударной трубке на боку.
    2. Мониторинг испытуемых для определения корректирующего рефлекторного времени (RRT). Используйте секундомер для записи времени от воздействия взрывных волн до тех пор, пока они не восстановят присущий им рефлекс. (см. рисунок 4А).
    3. Как только субъекты восстановят свой правый рефлекс, поместите их в свою домашнюю клетку, где они контролируются на предмет побочных реакций (т. Е. Судороги, затрудненное дыхание, кровотечение из отверстия тела) в течение следующих 24 часов.
    4. После начального периода мониторинга субъекты могут быть проанализированы с использованием различных биохимических, нейропатологических, нейрофизиологических и поведенческих анализов по выбору исследователя (см. Ниже).
  5. Подготовьте настройку и место для следующего эксперимента.
    1. Чистая установка с моющим средством для удаления запаха.

4. Последующие применения для грызунов, подвергающихся воздействию взрывных волн / сил вращения и управления

ПРИМЕЧАНИЕ: В предыдущих исследованиях эффекты легкой и умеренной ЧМТ в различные моменты времени после воздействия взрывной волны и сил вращения оценивались у грызунов с использованием последующих применений, включая биохимический, нейропатологический, нейрофизиологический и поведенческий анализы19.

  1. Биохимический анализ
    1. В определенные экспериментальные временные точки (от часов до нескольких дней после легкой ЧМТ) собирают ткани (например, мозг, кровь) для биохимического анализа с использованием стандартных протоколов, как описано19.
    2. Используют ткани для биохимического анализа (т.е. иммуноблоттинга, ИФА и др.) для оценки влияния легкой ЧМТ на нейробиологические и патофизиологические процессы.
  2. Нейропатологический анализ
    1. В определенные экспериментальные временные точки (от нескольких часов до нескольких дней после легкой ЧМТ) перфузируют грызунов транскардиально физиологическим раствором с последующим 4% раствором параформальдегида для фиксации ткани, как описано19.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые приложения не совместимы с фиксацией параформальдегида (например, окрашивание серебром, некоторые антитела для иммуногистохимии).
    2. Используйте перфузированную, фиксированную ткань для анатомического, гистологического и молекулярного анализа для оценки нейропатологических изменений, связанных с легкой ЧМТ, включая нейровоспаление, нейродегенерацию и нейрохимические изменения, как описано19.
  3. Нейрофизиологический анализ в срезах мозга
    1. В определенные экспериментальные моменты времени (от нескольких часов до нескольких дней после легкой ЧМТ) приносите в жертву грызунов путем обезглавливания, удаляйте мозг и подготавливайте срезы мозга, как описано19.
    2. Выполняйте электрофизиологические записи, как описано19 , чтобы оценить влияние легкой ЧМТ на базальные синаптические свойства и синаптическую пластичность.
  4. Поведенческий анализ
    1. В определенных экспериментальных временных точках (от нескольких часов до нескольких дней после легкой ЧМТ) оцените поведенческие показатели, включая двигательную функцию (например, открытое поле, ротарод, двигательную активность; см. Рисунок 4D) и обучение и память (например, обусловливание страха, лабиринт Барнса, водный лабиринт Морриса).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Масштабируемость установки взрывной волны была проверена с использованием трех различных толщин мембран, 25,4, 50,8 и 76,2 мкм. Пиковые уровни давления оценивались в области размещения головки и выхода ударного трубчатого аппарата с помощью пьезоэлектрических датчиков давления (см. Рисунок 1 и Рисунок 2). Пиковые давления увеличиваются в соответствии с толщиной мембраны в обоих местах датчика (рисунок 3A, B), демонс...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Мы представляем здесь доклиническую мягкую модель ЧМТ, которая является экономически эффективной, простой в настройке и выполнении и обеспечивает высокую пропускную способность, надежность и воспроизводимость экспериментальных результатов. Эта модель обеспечивает защитное экранирование периферических органов, чтобы обеспечить целенаправленное исследование мягких механизмов ЧМТ, одновременно ограничивая смешанные переменные системного повреждения. Напротив, другие модели взрывов, как известно, наносят ущерб периферическим...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Благодарности

Мы благодарим Р. Геттенса, Н. Сент-Джонса,. Беннета и Дж. Гранты NARSAD Young Investigator от Фонда исследований мозга и поведения (F.P. и M.J.R.), исследовательский грант от Королевского исследовательского фонда Даррелла К. по болезни Альцгеймера (F.P.) и премия Фонда PhRMA (M.J.R.) поддержали это исследование. Эта работа была поддержана преддокторскими стипендиями от Американского фонда фармацевтического образования (A.F.L и B.P.L.).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
3/8 SAE Гидравлический шланг высокого давленияEaton AeroquipR2-6-6-36MДоступен от Grainger
3/8'' Быстроразъемные вилки с внутренней резьбойKarcherKAR 86410440
3/8'' Быстроразъемные вилки с наружнойKarcherKAR 86410440
программное обеспечение для отслеживания видео ANY-mazeStoelting Co.ANY-maze
Прозрачный майларовый мембранныйePlastics.comPOLYCLR0.003http://www.eplastics.com/Plastic/Clear_Polyester_Film/POLYCLR0-003; Прозрачная майларовая мембрана продается различной толщины. Все они продаются поставщиками, указанными выше.
Составной скользящий стол (x2)Grizzly IndustrialG5757
Deadman Газовый регулирующий шаровой кранConeraco Inc.71-502-01"Apollo", Доступно от Grainger
Driver и приводная секция (murine)собственная разработка/производствон/дДля получения дополнительной информации обращайтесь к авторам
Драйвер и приводная секция (крыса)собственная разработка/производствон/дДля получения дополнительной информации обращайтесь к авторам
Наушники Muffs3M37274Доступно у Grainger
Газовый регулятор - Hi Flow 3500-600-580Harris3003539
Гелиевый газAirGasHE 300Баллоны доступны в различных размерах
Ингаляционная анестезиологическая системаVetEquip901806
Модуль вводаNational InstrumentsNI 9223
ИзофлуранBaxterNDC 10019-360-40Заказано ветеринаром
Лабораторный таймер/секундомерFisher Scientific50-550-352
Labview версия 12.0National InstrumentsПрограммное обеспечение для сбора данных
Магнитный циферблатный индикатор/микрометрGrizzly IndustrialG9849
MATLABMathWorksПрограммное обеспечение для измерения давления
Кислородный регуляторMedlineHCS8725M
ПК для обработки данныхDell
Трубка из поливинилхлорида - 25,4 ммFORMUFITP001FGP-WH-40x3
Датчики давленияПечатная плата Пьезотроника102A05
Ресивер USB ШассиNational InstrumentsDAQ-9171
Датчик Преобразователь сигналовПечатная плата Пьезотроникасерии
482CНержавеющий монтажный стол с рейтингом NSFGridmannGR06-WT2448
Т-образный шестигранный ключ с ручкой - 3/16''S& К73310
резьбой Программное обеспечение

Ссылки

  1. Bazarian, J. J., et al. Mild traumatic brain injury in the United States, 1998--2000. Brain Injury. 19 (2), 85-91 (2005).
  2. Meabon, J. S., et al. Repetitive blast exposure in mice and combat veterans causes persistent cerebellar dysfunction. Science Translational Medicine. 8 (321), (2016).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Jorge, R. E., et al. White matter abnormalities in veterans with mild traumatic brain injury. American Journal of Psychiatry. 169 (12), 1284-1291 (2012).
  7. 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).
  8. Eskridge, S. L., et al. Injuries from combat explosions in Iraq: injury type, location, and severity. Injury. 43 (10), 1678-1682 (2012).
  9. Lighthall, J. W. Controlled cortical impact: a new experimental brain injury model. Journal of Neurotrauma. 5 (1), 1-15 (1988).
  10. 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).
  11. McIntosh, T. K., et al. Traumatic brain injury in the rat: characterization of a lateral fluid-percussion model. Neuroscience. 28 (1), 233-244 (1989).
  12. Thompson, H. J., et al. Lateral fluid percussion brain injury: a 15-year review and evaluation. Journal of Neurotrauma. 22 (1), 42-75 (2005).
  13. Osier, N., Dixon, C. E. Mini Review of Controlled Cortical Impact: A Well-Suited Device for Concussion Research. Brain Sciences. 7 (7), (2017).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Hernandez, A., et al. Exposure to mild blast forces induces neuropathological effects, neurophysiological deficits and biochemical changes. Molecular Brain. 11 (1), 64(2018).
  20. Bittar, A., et al. Neurotoxic tau oligomers after single versus repetitive mild traumatic brain injury. Brain Communications. 1 (1), (2019).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Dixon, C. E., et al. A fluid percussion model of experimental brain injury in the rat. Journal of Neurosurgery. 67 (1), 110-119 (1987).
  25. Long, J. B., et al. Blast overpressure in rats: recreating a battlefield injury in the laboratory. Journal of Neurotrauma. 26 (6), 827-840 (2009).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. Huber, B. R., et al. Blast exposure causes dynamic microglial/macrophage responses and microdomains of brain microvessel dysfunction. Neuroscience. 319, 206-220 (2016).
  42. 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).
  43. 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).
  44. Xiong, Y., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews: Neuroscience. 14 (2), 128-142 (2013).
  45. 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).
  46. 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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Низкоинтенсивная модель взрывных волн для доклинической оценки закрытой черепно-мозговой травмы головного мозга у грызунов
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.