Summary
Hier presenteren we een ratmodel met gesloten hoofd en de validatie ervan die een opmerkelijke gelijkenis vertoont met menselijke mTBI met betrekking tot gedragsmanifestaties tijdens de acute en subacute stadia.
Abstract
Diermodellen zijn cruciaal voor het vergroten van ons begrip van licht traumatisch hersenletsel (mTBI) en het begeleiden van klinisch onderzoek. Om tot zinvolle inzichten te komen, is het ontwikkelen van een stabiel en reproduceerbaar diermodel essentieel. In deze studie rapporteren we een gedetailleerde beschrijving van een mTBI-model met gesloten kop en een representatieve validatiemethode met behulp van Sprague-Dawley-ratten om het modelleringseffect te verifiëren. Het model houdt in dat een gewicht van 550 g vanaf een hoogte van 100 cm rechtstreeks op het hoofd van een rat op een vernietigbaar oppervlak valt, gevolgd door een draai van 180 graden. Om de verwonding te beoordelen, ondergingen ratten 10 minuten na de verwonding een reeks neurologische gedragsbeoordelingen, waaronder de tijd van bewustzijnsverlies, de tijd van het eerste zoekgedrag, het ontsnappingsvermogen en de straalbalansvaardigheidstest. Tijdens de acute en subacute stadia na het letsel werden gedragstests uitgevoerd om het motorische coördinatievermogen (Beam-taak), angst (Open Field-test) en leer- en geheugenvermogen (Morris Water Maze-test) te beoordelen. Het mTBI-model met gesloten kop produceerde een consistente letselrespons met minimale mortaliteit en repliceerde situaties uit het echte leven. De validatiemethode verifieerde effectief de modelontwikkeling en zorgde voor de stabiliteit en consistentie van het model.
Introduction
Licht traumatisch hersenletsel (mTBI), of hersenschudding, is de meest voorkomende vorm van letsel en kan leiden tot verschillende kortdurende en chronischesymptomen1. Deze symptomen kunnen onder andere duizeligheid, hoofdpijn, depressie en anhedonie zijn, wat leidt tot aanzienlijk lijden voor personen die getroffen zijn door mTBI2. Aangezien de meeste mTBI's worden veroorzaakt door stomp trauma3, wordt het noodzakelijk om diermodellen te ontwikkelen die dergelijke verwondingen nauwkeurig nabootsen. Deze modellen zijn essentieel voor het verkrijgen van een beter begrip van het letsel en de onderliggende mechanismen ervan, en bieden een gecontroleerde omgeving met verminderde variabiliteit en heterogeniteit in vergelijking met studies bij mensen.
Er zijn tal van gevestigde knaagdiermodellen ontwikkeld voor traumatisch hersenletsel (TBI), waaronder fluid percussion injury (FPI)4, controlled cortical impact (CCI)5, weight-drop injury6, blast traumatisch hersenletsel7 en andere. Deze modellen richten zich echter voornamelijk op het repliceren van matige tot ernstige TBI-scenario's. Daarentegen hebben de experimentele modellen die specifiek zijn ontworpen om mTBI te simuleren relatief minder aandacht gekregen en blijven ze onderbelicht8. Daarom is het van cruciaal belang om een stabiel en reproduceerbaar diermodel op te zetten dat mTBI nauwkeurig weergeeft. Een dergelijk model zou ons begrip van de neurobiologische en gedragsmatige gevolgen van mTBI aanzienlijk vergroten.
Men kan de functionele tekorten bij mTBI-ratten niet onderscheiden in vergelijking met normale ratten via toevallige observatie nadat de effecten van anesthesie zijn uitgewerkt. Daarom is het noodzakelijk om specifieke tests uit te voeren. Bij mensen wordt een breed scala aan klinische beoordelingen gebruikt om patiënten te evalueren 9,10,11. Evenzo vereist het opzetten van een succesvol model in het rattenmodel ook het gebruik van snelle beoordelingsinstrumenten om de geldigheid ervan te bepalen.
In deze studie presenteren we een mTBI-rattenmodel met gesloten hoofd, waardoor mTBI kan worden onderzocht op een manier die sterk lijkt op de menselijke conditie. De gedetailleerde beschrijving van het model en de validatieprocedure biedt een uitgebreid begrip van de experimentele benadering die wordt gebruikt bij het bestuderen van mTBI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dierproeven werden goedgekeurd door de Central South University Animal Care and Use Committee. Alle onderzoeken zijn uitgevoerd in overeenstemming met de welzijns- en ethische principes van proefdieren.
1. Procedure voor het voeren en verdoven van dieren
- Groepeer 280-320 g Sprague-Dawley mannelijke ratten en houd ze op een 12 uur/12 uur licht/donker cyclus met toegang tot voedsel en water ad libitum. Voer het onderzoek uit nadat de ratten 6 dagen hebben geacclimatiseerd.
- Verdoof de rat met 3% isofluraan bij een luchtstroom van 0,6 l/min in een inductiebox totdat hij niet meer reageert op het beknellen van de poot of staart. Houd het debiet 30 s aan.
OPMERKING: Pijnstillers werden niet gebruikt omdat ze de reactie van de rat in de neurologische gedragsbeoordelingen zouden verstoren.
2. Preoperatieve installatie
- Plaats een spons met een hardheidswaarde van 35D (gewicht van 35 kg/m3 spons), met dezelfde lengte en breedte maar een dikte van 12 cm, in een acryldoos (15 cm x 22 cm x 43 cm) zonder bovendeksel.
- Knip een aluminiumfolie (een dikte van 20 μm) af en plak deze met plakband op de acryldoos om een vernietigbaar oppervlak te vormen dat het gewicht van een rat kan dragen. Markeer bovendien een snijlijn van ongeveer 10 cm als de aangewezen locatie voor het positioneren van de kop van de rat.
- Zet de PVC-buis stevig vast met behulp van een ijzeren standaard. Bereid een geperforeerd gewicht voor, met een gewicht van 550 gram met een diameter van 18 millimeter. Bevestig het gewicht aan een vislijn op een hoogte van 1 meter in een polyvinylchloride of PVC-buis. en pas de positie van de geleidebuis 3 centimeter boven de aluminiumfolie aan.
- Leg een helm en een kussen klaar. Maak een helm met een roestvrijstalen schijf met een diameter van 10 mm en een dikte van 3 mm. Maak een wigvormig sponskussen klaar om onder de kop van de rat te plaatsen, zorg ervoor dat het loodrecht op de zwaartekracht staat.
OPMERKING: Een schematisch diagram van het slagapparaat wordt weergegeven in figuur 1. De helm dient om de impactlocatie te identificeren en de verdeling van externe kracht te verbeteren. Het kussen wordt gebruikt om uniforme en stabiele schade te garanderen.
3. mTBI-inductie
- Leg de verdoofde rat snel op zijn borst op de aluminiumfolie.
OPMERKING: Er zijn twee operators nodig voor mTBI-inductie: één voor de voorbereiding en de andere voor verificatie. - Voorbereiding: Leg het kussen onder de rat en zorg ervoor dat de kop evenwijdig is aan het foliepapier. Lijn de helm uit met de oren van de rat en zet hem op zijn plaats.
- Verificatie: Controleer of de PVC-buis zich direct boven de helm bevindt. Zodra beide operators de juiste instelling hebben bevestigd, gaat u verder met de volgende stap.
- Inductie van de rotatie van het hoofd: Laat het gewicht los, zodat het kan vallen en de kop van de rat kan raken, waardoor een val op de spons en een rotatie van 180° wordt veroorzaakt.
- Leg de rat op zijn rug in een schone kooi.
4. Schijninductie
- Behandel de rat op dezelfde manier als de vorige mTBI-inductiebeschrijving, maar stel hem niet bloot aan de impact op het hoofd.
5. Validatieprocedure: Acute neurologische gedragsbeoordelingen
OPMERKING: De volgende beoordelingen zijn aangepast op basis van de Neurological Severity Scores9 en het protocol van Flierl et al.10. Al deze beoordelingen werden uitgevoerd 10 minuten nadat de rat de oprichtreflex had hersteld.
- Tijdstip van bewustzijnsverlies: Noteer de duur vanaf het moment dat de rat wordt verdoofd tot het moment waarop hij de oprichtreflex herstelt.
OPMERKING: De oprichtende reflex is het proces waarbij de rat zich omdraait wanneer hij op zijn rug wordt gelegd. Verlies van de oprichtreflex moet worden beschouwd als een humaan eindpunt en het dier moet worden geëuthanaseerd volgens de institutionele richtlijnen. - Tijd voor het eerste zoekgedrag: Noteer de duur vanaf het moment dat de rat wordt verdoofd tot het moment dat hij het zoekgedrag voor de eerste keer vertoont.
OPMERKING: Zoekend gedrag is een teken van interesse in de omgeving, een fysiologische reactie. - Mogelijkheid om te ontsnappen
- Plaats de rat in het midden van een cirkelvormig apparaat (0,5 m diameter en 0,3 m hoogte) met een uitgang (12,5 cm lang en 9 cm breed).
- Noteer de tijd die de rat nodig heeft om de cirkel te verlaten.
OPMERKING: Als de rat de cirkel niet binnen 180 s verlaat, noteer dan de tijd als 180 s.
- Straalbalans vermogen test
- Plaats de rat dienovereenkomstig gedurende 1 minuut op een straal van 3 cm, 2 cm en 1.5 cm breed.
- Als de rat een evenwicht bewaart met een stabiele houding op de balk, scoor deze dan als 0.
- Als de rat de zijkant van de balk vastpakt, geef dan een score van 1. Als de rat de balk omhelst en een ledemaat eraf valt, scoor het dan als 2.
- Als de rat de balk omhelst en de twee ledematen eraf vallen of erop draaien (>60 s), scoor hem dan als 3.
- Als de rat probeert te balanceren op de balk maar eraf valt (> 40 s), geef hem dan een score van 4.
- Als de rat probeert te balanceren op de balk maar eraf valt (>20 s), scoor deze dan als 5.
- Als de rat niet probeert te balanceren of aan de balk te hangen en er binnen 20 s af valt, scoor hem dan als 6.
OPMERKING: Voor de straalbalanstest is geen voorproef vereist.
6. Validatieprocedure: Neurogedragsbeoordeling
OPMERKING: Voorafgaand aan de gedragsexperimenten werden de ratten gedurende 3 opeenvolgende dagen dagelijks 2 minuten behandeld om stress en verstoring van nieuwigheden tot een minimum te beperken. Alle gedragsexperimenten werden uitgevoerd door de dieren 60 minuten voor aanvang van het experiment in de testomgeving te plaatsen.
- Motorisch coördinatievermogen (straaltaak)
- Experimentele opstelling
- Plaats de ratten aan het ene uiteinde van de evenwichtsbalk (1,5 m lang en 75 cm boven de vloer). Plaats een ontsnappingsdoos (een schuine slaapplaats) aan het andere uiteinde.
- Plaats een schuimrubberen vulling onder de balk om het potentiële risico op letsel bij ratten bij vallen tijdens de test te verminderen.
- Zet de videocamera aan.
- Plan testdagen op specifieke tijdstippen na het letsel of na de schijnbehandeling (bijv. dag 1, dag 3 en dag 7).
- Trainingsfase (2 dagen)
- Train de ratten om de 4 cm brede balk 3 keer achter elkaar over te steken, gevolgd door twee proeven op de 2 cm brede balk.
- Leid de ratten tijdens de training voorzichtig over de straal totdat ze deze gemakkelijk en ongestoord kunnen oversteken.
- Evenwichtsbalk experiment
- Plaats de ratten op de 2 cm brede balk voor 5 opeenvolgende proeven.
- Noteer het begin en het einde van elke proef wanneer de neus van de rat respectievelijk de start- en finishlijn passeert.
- Breng de ratten aan het einde van het experiment terug naar hun kooien.
- Testen bij basislijn
- Voer het evenwichtsbalkexperiment uit vóór het letsel of de behandeling.
- Bereken de gemiddelde waarden van deze 5 opeenvolgende onderzoeken om de basislijn voor elke rat vast te stellen.
- Data-analyse
- Analyseer de tijd om de balk over te steken en het totale aantal slips van de achtervoet met behulp van video-analyse door onderzoekers die blind zijn voor de experimentele omstandigheden.
- Experimentele opstelling
- Angst (Open veldtest)
- Experimentele opstelling
- Bereid de arena op het open veld voor en zorg ervoor dat deze schoon is en vrij van eerdere geursignalen. Verdeel de arena in drie zones: een centrale binnenzone (33 cm x 33 cm), een middelste zone (66 cm x 66 cm) en een buitenzone.
- Testfase
- Plaats een rat in het midden van de open veldarena en start de timer. Laat de rat 5 minuten vrij de arena verkennen. Breng de rat na 5 minuten voorzichtig en voorzichtig terug naar zijn thuiskooi.
- Dataverzameling
- Meet de totale afstand die de rat heeft afgelegd tijdens de verkenningsperiode van 5 minuten. Bepaal de tijd die de rat doorbrengt in de centrale binnenste, middelste en buitenste zones.
- Data-analyse
- Gebruik de totale afgelegde afstand als maatstaf voor het algehele verkennende gedrag en het bewegingsvermogen. Bereken de tijd die in de centrale binnenzone wordt doorgebracht als een indicator van angstachtige reacties.
- Experimentele opstelling
- Leer- en geheugenvaardigheden (Morris waterdoolhoftest)
- Zorg ervoor dat het waterdoolhofapparaat in goede staat verkeert. Verf het water zwart en plaats keuen in de vier windrichtingen. Plaats het platform 2.5 cm onder het wateroppervlak.
- Zet een monitoringsysteem op om het gedrag van de ratten vast te leggen en te observeren.
- Trail dag
- Plaats de rat snel in het waterdoolhof. Als de rat het platform niet binnen 2 minuten bereikt, leid hem dan voorzichtig met de houten stok.
- Laat de rat vertrouwd raken met de doolhofomgeving terwijl hij 20 seconden op het platform staat en verwijder hem dan. Zodra de rat op het platform staat, laat je hem 20 seconden staan en verwijder je hem.
- Dagelijkse herhaling
- Herhaal de procedure van de trainingsdag en plaats de rat vanuit verschillende kwadranten in het water. Herhaal stap 6.3.3. Ga door met de training gedurende 5 opeenvolgende dagen.
- Sondetestdag: Verwijder op de6e dag het platform en plaats de rat gedurende 2 minuten in hetzelfde kwadrant.
- Observatie en registratie: Gebruik het monitoringsysteem om het gedrag van de rat op proef- en sondetestdagen te volgen.
- Reiniging: Nadat je de rat uit het waterdoolhof hebt gehaald, gebruik je een handdoek om hem goed af te drogen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het apparaat dat in dit werk werd gebruikt, was een aangepaste versie van het Kane-model en het pediatrische model11,12 van Richelle Mychasiuk. In deze studie werden SD-ratten toegewezen aan schijn- en mTBI-groepen. Om de reproduceerbaarheid van dit model aan te tonen, hebben we drie onafhankelijke replicaten van dit model uitgevoerd, samen met de acute neurologische gedragsbeoordeling, waarbij elk experiment 8-12 ratten betrof. In deze studie gebruikten we meer dan 30 mTBI-ratten, waarbij 2 ratten sterfte ondervonden als gevolg van verdoving. Tijdens het experiment bezweken echter geen ratten aan hersenletsel. De resultaten van deze experimenten zijn weergegeven in figuur 2. Daarnaast werden neurologische gedragsbeoordelingen uitgevoerd tijdens de acute en subacute stadia (Figuur 3, Figuur 4 en Figuur 5).
Resultaten van acute neurologische gedragsbeoordeling
Al deze beoordelingen werden uitgevoerd na respectievelijk 0 min (tijd van bewustzijnsverlies en tijd van eerste zoekgedrag) of 10 min (cirkeluitgang en balkbalans).
Zoals te zien is in figuur 2A, besteedden mTBI-ratten aanzienlijk meer tijd aan het herstellen van bewusteloosheid, wat overeenkomt met de resultaten die in eerdere onderzoeken zijn verkregen12,13. Het zoekgedrag bij ratten dat als een normale fysiologische activiteit werd beschouwd, vertoonde een statistisch significante toename van de herstelperiode binnen de mTBI-groep (Figuur 2B). Deze bevinding suggereert dat de mTBI-ratten een langere duur nodig hadden om hun voortbeweging, reukzin, tactiele sondering en omgevingsscanvaardigheden terug te krijgen.
De bestaande cirkeltest heeft de oorspronkelijke sensorische tests in de neurologische ernstscore vervangen, die voorheen afhankelijk waren van subjectieve observaties van examinatoren, zoals de plaatsings- en proprioceptieve tests. De mTBI-ratten deden er significant langer over om de cirkel te verlaten in vergelijking met de schijnratten (Figuur 2C). De statistische analyse met behulp van een tweerichtings-ANOVA voor de tijd dat de cirkel de cirkel verlaat, toonde een significant hoofdeffect van letsel (F [1, 36] = 21,29, p < 0,0001), wat wijst op een verschil tussen de mTBI- en schijngroepen. Verschillende onderzoeken hadden echter geen significant effect (F [2, 36] = 0,1396, p = 0,87).
De resultaten van de bundelbalanstest werden geanalyseerd met behulp van een tweerichtings-ANOVA, gevolgd door Bonferroni's meervoudige vergelijkingen voor verschillen tussen groepsgemiddelden (Figuur 2D). Er was een significant algemeen effect van letsel bij alle breedstralende taken (3 cm: F = 13,89, p < 0,001; 2 cm: F = 42,7, p < 0,001; 1,5 cm: F = 27,25, p < 0,001), wat aangeeft dat de mTBI-ratten na 10 minuten na de impact een evenwichtsstoornis vertoonden in vergelijking met de schijnratten. Volgens drie onafhankelijke herhaalde experimenten vertoonde de 2 cm en 1,5 cm brede evenwichtsbalk een beter onderscheid tussen de schijn- en de mTBI-groepen dan de 3 cm brede balk.
Resultaten van de beoordeling van neurologisch gedrag
Het motorische coördinatievermogen werd beoordeeld met behulp van de straaltaak op 1 dag vóór anesthesie/letsel en 1 dag, 3 dagen en 7 dagen na anesthesie/letsel (Figuur 3). Het totale aantal slips van de achterpoten (Figuur 3A) werd geanalyseerd door middel van herhaaldelijk gemeten tweerichtings-ANOVA, en uit de meervoudige vergelijkingen van Bonferroni bleek dat mTBI-ratten significant meer achterpootuitglijders vertoonden op dag 1 na het letsel in vergelijking met schijnratten (Figuur 3A; p < 0,01). Na een herstel van 2 dagen werden er echter geen veranderingen gezien in de achterfouten, waarbij een totaal aantal uitglijders na 7 dagen weer oploste tot schijnniveaus. Opmerkelijk was dat alle 6 mTBI-ratten meer uitglijden van de achterpoten na de impact hadden dan hun basisprestaties. De iets verhoogde uitglijders van de achterpoten bij schijnratten kunnen verband houden met het gebrek aan oefenevenwichtsbalk. Op 1 dag en 3 dagen na de verwonding besteedden de mTBI-ratten meer tijd aan het oversteken van de straal van 150 cm (39,8 s ± 3,79 s vs. 28,68 s ± 0,82 s, 37,06 s ± 4,06 s vs. 29,28 s ± 3,42 s), hoewel er geen verschillen waren tussen mTBI-ratten en schijnratten in de tijd die nodig was om de straal op alle tijdstippen te doorkruisen (Figuur 3B).
Er waren geen significante verschillen in de afgelegde afstand tussen de schijn- en mTBI-groepen (figuur 4A). Angstachtig gedrag werd geëvalueerd door de tijd te meten die tijdens de openveldtest in de middenzone werd doorgebracht. Zowel 3 dagen als 7 dagen na het letsel vertoonden de mTBI-ratten een significante vermindering van de tijd die ze in de middenzone doorbrachten in vergelijking met de schijnratten. Deze bevinding geeft aan dat de mTBI-ratten binnen 7 dagen hogere niveaus van angstachtig gedrag vertoonden na de impact (Figuur 4B,C).
De resultaten van de Morris Water Maze Learning Days onthulden dat de mTBI-ratten meer tijd nodig hadden om het verborgen platform te lokaliseren dan de nepratten, wat wijst op verminderd ruimtelijk leren en geheugen in de mTBI-groep (Figuur 5). Vervolgens, tijdens de sondeproef, vertoonden de mTBI-ratten tekorten in het behouden van ruimtelijk geheugen, zoals blijkt uit het feit dat ze minder tijd besteedden aan het zoeken naar het verwijderde platform. Er werd met name geen significant verschil waargenomen in zwemsnelheid tussen de schijn- en mTBI-groepen, wat de consistente bevindingen ondersteunt die zijn waargenomen in de analyse van de afgelegde afstand die is uitgevoerd in de open veldtest. Deze resultaten suggereren dat de impact geen waarneembaar effect had op de spontane bewegingsfunctie.
Figuur 1: Impactapparatuur voor mTBI bij ratten. (A) Het bovenaanzicht en zijaanzicht van het kussen en de helm in de relatieve positie van de kop van de rat. De rode stippellijn geeft de helmpositie aan. (B) Een afbeelding van het gehele samenstel met een verticale geleidebuis voor het gevallen gewicht, gepositioneerd boven het rattenstadium en de opvangspons. (C) Een still die is vastgelegd op basis van een impactvideo waarop de 180° rotatie van de rat na de botsing met het hoofd en de daaropvolgende versnelling/rotatie te zien is. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Resultaten van acute neurologische gedragsbeoordeling na schijn-, mTBI-ratten, driemaal onafhankelijk herhaald. (A) Significant langere tijd van bewustzijnsverlies na stopzetting van de anesthesie bij ratten die een mTBI kregen versus schijnratten. Er was een significant groepseffect (P < 0,0001, tweerichtings-ANOVA) maar geen significant tijdseffect (P = 0,6226) of een groeps-x-tijd-interactie (P = 0,5803). (B) mTBI-ratten vertoonden hun eerste zoekgedrag na anesthesie. (C) Schijnratten besteedden minder tijd aan het ontsnappen aan de cirkel van 60 cm (*p < 0,01, **p < 0,001, ongepaarde t-test). (D) De prestatie in balkbalansscore van 3 cm, 2 cm en 1,5 cm brede bundel. De resultaten van Bonferroni's meervoudige vergelijkingen voor elke groep zijn weergegeven in de figuren. Gegevens gepresenteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde. N = 8-12 ratten werden per experiment gebruikt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: De prestaties van de straaltaak vóór de botsing en na de botsing op dag 1, dag 3 en dag 7. (A) De mTBI-ratten maakten meer uitglijders van de achterpoten op dag 1 na de verwonding (*p < 0,001, herhaald gemeten 2-weg ANOVA). (B) De gemiddelde verplaatsingstijd van schijnratten is korter dan die van mTBI-ratten. Gegevens gepresenteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (N = 6/groep). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: De prestaties van de openveldtest op dag 1 vóór de blessure en dag 1, dag 3, dag 7 en dag 14 na de blessure. (A) Er was geen verschil tussen schijn- en mTBI-ratten in de afgelegde afstand. (B) mTBI-ratten brachten minder tijd door in het centrum dan schijnratten op dag 3 en dag 7 (*p < 0,01, **p < 0,001, herhaaldelijk gemeten 2-weg ANOVA), zonder duidelijke verschillen op dag 1 vóór de verwonding en dag 1 en dag 14 na de verwonding. (C) Volg de kaart van mTBI-ratten in post-mTBI-dag 1, dag 3, dag 7 en dag 14. Gegevens gepresenteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (N = 6-10/groep). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: De prestaties in het Morris waterdoolhof. (A) Er was geen verschil in snelheid in de zwemvaardigheidstest tussen de schijn- en mTBI-ratten. (B) Latentie naar het verborgen platform van de referentiegeheugentaak op de proefdag. (C) De ratten staken het platform na 5 proefdagen vaker over in de sondetest van 2 minuten. Schijnvertoning (5,14 ± 0,65) vs. mTBI (3,56 ± 0,6), (*p < 0,01, ongepaarde t-toets). Gegevens gepresenteerd als gemiddelde ± standaardfout van het gemiddelde (N = 9/groep). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Dit model simuleert met succes een mTBI met gesloten hoofd zonder de noodzaak van een incisie in de hoofdhuid of het openen van de schedel, wat een nauwkeurigere weergave geeft van het impactscenario dat in menselijke gevallen wordt waargenomen. Het vermijden van incisie in de hoofdhuid helpt ontstekingsreacties te voorkomen die mogelijk niet overeenkomen met de werkelijke situatie. Vergeleken met het pediatrische model12 van Richelle Mychasiuk, is het model dat in deze studie wordt gebruikt specifiek afgestemd op volwassen ratten met een gewicht tussen 280-320 g, waardoor we waardevolle inzichten kunnen verkrijgen in de effecten van mTBI op volwassen individuen. Bovendien vergemakkelijkt de integratie van belangrijke componenten zoals een kussen en helm de levering van een meer uniforme impactkracht en helpt het de operator bij het nauwkeurig identificeren van het doelgebied voor impact.
Het is belangrijk om te benadrukken dat de impactprocedure bij ratten werd uitgevoerd zonder anesthesieonderhoud, dus de diepte van de anesthesie werd bevestigd voordat de impact werd geïnitieerd. We zorgden ervoor dat de ratten niet reageerden door de anesthesie-inductiebox voorzichtig te schudden en de anesthesietijd met nog eens 30 seconden te verlengen om een adequaat niveau van anesthesie te garanderen. Het wordt aanbevolen om het hele impactproces binnen 1 minuut te voltooien.
Het impactapparaat dat in deze studie wordt beschreven, is relatief eenvoudig te construeren en kan in bijna elk laboratorium worden gerepliceerd met behulp van de verstrekte specificaties. Dit bevordert een grotere standaardisatie en vergelijkbaarheid van experimentele gegevens in verschillende onderzoeksomgevingen. Bovendien dienen de validatiegegevens die uit deze studie zijn verkregen als een waardevolle bron voor onderzoekers bij het beantwoorden van specifieke wetenschappelijke vragen. Door de neurologische gedragsresultaten die in deze studie zijn waargenomen te analyseren, kunnen onderzoekers weloverwogen beslissingen nemen en de experimentele aanpak afstemmen op hun specifieke onderzoeksdoelstellingen. Dit verbetert de algehele kwaliteit en relevantie van toekomstige studies over mTBI en vergemakkelijkt vooruitgang in ons begrip van de onderliggende mechanismen en bijbehorende uitkomsten.
Deze studie betrof uitsluitend mannelijke ratten voor of bij het implementeren van het mTBI-model met gesloten hoofd. Gezien eerder onderzoek dat wijst op geslachtsspecifieke variaties in angstachtig gedrag en aanhoudende cognitieve en somatische symptomen gerelateerd aan mTBI14,15, moeten toekomstige studies worden uitgevoerd op vrouwelijke knaagdieren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben geen financieel belang om bekend te maken.
Acknowledgments
We willen alle fellows van de afdeling Proefdieren van de Central South University bedanken. Deze studie werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (nr. 81971791); Shanghai Key Lab voor Forensische Geneeskunde, Key Lab voor Forensische Wetenschap, Ministerie van Justitie, China (Academie voor Forensische Wetenschappen) (nr. KF202104).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acrylic box | In-house | N/A | 15 cm x 22 cm x 43 cm |
| Anesthesia Machine | RWD Life Science Co. | R540 Mice & Rat Animal Anesthesia Machine | |
| Helmet | In-house | N/A | Stainless-steel disk measuring 10 mm in diameter and 3 mm in thickness |
| Morris water maze | RWD Life Science Co. | Diameter 150 cm, height 50 cm,platform diameter 35 cm | |
| Open field | RWD Life Science Co. | 63007 | Width100 cm, height 40 cm |
| Panlab SMART V3.0 | RWD Life Science Co. | SMART v3.0 | |
| Perforated weight | In-house | N/A | Weight of 550 g and diameter of 18 mm |
| Pillow | In-house | N/A | Wedge-shaped sponge to place beneath the rat's head |
References
- Silverberg, N. D., Duhaime, A. C., Iaccarino, M. A.
- Kim, K., Priefer, R.
- Peeters, W., et al.
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
- Smith, D. H., et al. A model of parasagittal controlled cortical impact in the mouse: cognitive and histopathologic effects. Journal of Neurotrauma. 12 (2), 169-178 (1995).
- Feeney, D. M., Boyeson, M. G., Linn, R. T., Murray, H. M., Dail, W. G. Responses to cortical injury: I. Methodology and local effects of contusions in the rat. Brain Research. 211 (1), 67-77 (1981).
- 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).
- Shultz, S. R., et al. The potential for animal models to provide insight into mild traumatic brain injury: Translational challenges and strategies. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 76 (Pt B), 396-414 (2017).
- Chen, J., et al. Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats. Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).
- Flierl, M. A., et al. Mouse closed head injury model induced by a weight-drop device. Nature Protocols. 4 (9), 1328-1337 (2009).
- Kane, M. J., et al. A mouse model of human repetitive mild traumatic brain injury. J Neuroscience Methods. 203 (1), 41-49 (2012).
- Mychasiuk, R., Farran, A., Esser, M. J. Assessment of an experimental rodent model of pediatric mild traumatic brain injury. Journal of Neurotrauma. 31 (8), 749-757 (2014).
- Pham, L., et al. Mild closed-head injury in conscious rats causes transient neurobehavioral and glial disturbances: A novel experimental model of concussion. Journal of Neurotrauma. 36 (14), 2260-2271 (2019).
- Jacotte-Simancas, A., Molina, P., Gilpin, N. W. Repeated mild traumatic brain injury and JZL184 produce sex-specific increases in anxiety-like behavior and alcohol consumption in Wistar rats. Journal of Neurotrauma. , (2023).
- Levin, H. S., et al. Association of sex and age with mild traumatic brain injury-related symptoms: A TRACK-TBI study. JAMA Network Open. 4 (4), e213046 (2021).
